干酪根演化規(guī)律

1、 以上分析得出兩點(diǎn)認(rèn)識(shí)：以上分析得出兩點(diǎn)認(rèn)識(shí)：q 有機(jī)質(zhì)含量變化、干酪根結(jié)構(gòu)變化及生成烴類組成的變有機(jī)質(zhì)含量變化、干酪根結(jié)構(gòu)變化及生成烴類組成的變化說明油氣生成化說明油氣生成具有階段性具有階段性，從而提出，從而提出生油門限，門限溫度生油門限，門限溫度和成熟度和成熟度等概念，為找油找氣等概念，為找油找氣提供深度和溫度的范圍。提供深度和溫度的范圍。 成油門限值成油門限值-有機(jī)質(zhì)開始大量向石油轉(zhuǎn)化的溫度稱成有機(jī)質(zhì)開始大量向石油轉(zhuǎn)化的溫度稱成油門限溫度，相應(yīng)的深度為成油門限深度。不同盆地門限值油門限溫度，相應(yīng)的深度為成油門限深度。不同盆地門限值不同不同 。q 不同演化階段產(chǎn)物不同不同演化階段產(chǎn)物不同

2、低成熟油氣（早期）、成熟階段油氣和高過成熟階段的低成熟油氣（早期）、成熟階段油氣和高過成熟階段的油氣油氣不同類型有機(jī)質(zhì)生烴演化模式圖不同類型有機(jī)質(zhì)生烴演化模式圖 生油上限生油上限生油下限生油下限（凝析油氣）（凝析油氣）I型型 III型型 綜合以上各種分析手段所獲得的大量資料可以看到，隨綜合以上各種分析手段所獲得的大量資料可以看到，隨深度（溫度、時(shí)間）的增加，干酪根經(jīng)歷了地球化學(xué)的演化深度（溫度、時(shí)間）的增加，干酪根經(jīng)歷了地球化學(xué)的演化過程，這個(gè)過程可分為過程，這個(gè)過程可分為三個(gè)階段三個(gè)階段： （1 1）成巖階段成巖階段：剛形成的年輕干酪根結(jié)構(gòu)松散、芳香片：剛形成的年輕干酪根結(jié)構(gòu)松散、芳香片排列

3、無序，縮聚程度低，故鏡質(zhì)體反射率低，小于排列無序，縮聚程度低，故鏡質(zhì)體反射率低，小于0.50.5，顏，顏色較淺，熒光強(qiáng)。含氧高，色較淺，熒光強(qiáng)。含氧高，O/CO/C原子比大，相應(yīng)于原子比大，相應(yīng)于C CO O的紅外的紅外吸收峰（吸收峰（1710cm-1710cm-1 1）明顯。隨著演化，）明顯。隨著演化，O/CO/C原子比迅速下降。原子比迅速下降。該階段主要以脫氧為特征。該階段主要以脫氧為特征。 （2 2）深成階段深成階段：隨埋深和溫度升高，鏡質(zhì)體反射率增大，：隨埋深和溫度升高，鏡質(zhì)體反射率增大，Ro 0.5Ro 0.52.02.0，干酪根開始降解，伴隨著大量烴類的生成，干酪根開始降解，伴隨著

4、大量烴類的生成，H/CH/C原子比迅速下降，相應(yīng)于原子比迅速下降，相應(yīng)于CHCH3 3、CHCH2 2的紅外譜帶減弱，干酪的紅外譜帶減弱，干酪根顏色由于芳核的縮合而發(fā)生明顯的變化，逐漸變深，熒光根顏色由于芳核的縮合而發(fā)生明顯的變化，逐漸變深，熒光減弱。減弱。該階段以主要以脫氫為特征。該階段以主要以脫氫為特征。（3 3）準(zhǔn)變質(zhì)階段準(zhǔn)變質(zhì)階段 溫度繼續(xù)升高，鏡質(zhì)體反射率繼續(xù)增大，溫度繼續(xù)升高，鏡質(zhì)體反射率繼續(xù)增大，Ro2.0Ro2.0，殘，殘留的干酪根中僅含少量留的干酪根中僅含少量短烷基鏈短烷基鏈。H/CH/C和和O/CO/C原子比均降到原子比均降到最低值，紅外光譜中只有與最低值，紅外光譜中只有與

5、芳核結(jié)構(gòu)有關(guān)芳核結(jié)構(gòu)有關(guān)的譜帶。干酪根的譜帶。干酪根顏色變?yōu)楹谏?，熒光消失，芳香片層排列定向，干酪根形顏色變?yōu)楹谏?，熒光消失，芳香片層排列定向，干酪根形成了愈來愈穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。成了愈來愈穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。該階段以富碳、縮聚為特征。該階段以富碳、縮聚為特征。演化階段性及各演化階段的生成的烴類特征演化階段性及各演化階段的生成的烴類特征 成巖階段：成巖階段：干酪根結(jié)構(gòu)松散，芳香片排列無序，縮合程干酪根結(jié)構(gòu)松散，芳香片排列無序，縮合程度低，度低，RoRo低于低于0.5%0.5%，含，含O O高，高，O/CO/C大，大，C=OC=O的的IRIR吸收峰吸收峰（1710cm-11710cm-1）隨演化程度增高而降低

6、；此階段為脫氧，產(chǎn)物：）隨演化程度增高而降低；此階段為脫氧，產(chǎn)物：H H2 2S S，H H2 2O O，CHCH4 4； 深成階段：深成階段：干酪根開始裂解，干酪根開始裂解，H/CH/C速降低，大量排烴，速降低，大量排烴，RORO到到1.0%1.0%，熱失重明顯，產(chǎn)物主要是烴類（油氣），是生，熱失重明顯，產(chǎn)物主要是烴類（油氣），是生烴主要階段；烴主要階段； 準(zhǔn)變質(zhì)階段：準(zhǔn)變質(zhì)階段：殘余干酪根中僅含少量短烷基側(cè)鏈，殘余干酪根中僅含少量短烷基側(cè)鏈，H/CH/C、O/CO/C比值均到最低值，比值均到最低值，R RO O 2.0%2.0%，芳香片定向排列，產(chǎn)物主，芳香片定向排列，產(chǎn)物主要甲烷和殘?zhí)肌?/p>

7、要甲烷和殘?zhí)?。一、油氣生成模式及各演化階段的產(chǎn)物一、油氣生成模式及各演化階段的產(chǎn)物 以以IIII型干酪根為例（型干酪根為例（Tissot andTissot andWelteWelte，19741974）第三節(jié)第三節(jié) 油氣生成模式油氣生成模式 q 油氣生烴模式油氣生烴模式 (干酪根降解成油理論干酪根降解成油理論)基本觀點(diǎn)基本觀點(diǎn)q 各演化階段的產(chǎn)物各演化階段的產(chǎn)物 生烴模式（分三個(gè)階段生烴模式（分三個(gè)階段） 1. 1. 生物甲烷氣階段生物甲烷氣階段成巖階段成巖階段 Ro0.5Ro0.50.70.7為成巖階段，有機(jī)質(zhì)未成熟。為成巖階段，有機(jī)質(zhì)未成熟。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：有機(jī)質(zhì)未成熟（未大量轉(zhuǎn)化為烴類）

8、有機(jī)質(zhì)未成熟（未大量轉(zhuǎn)化為烴類） 低溫、低壓微生物作用為主低溫、低壓微生物作用為主 主要產(chǎn)物主要產(chǎn)物 形成甲烷和低成熟油（干酪根中結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的最先脫落下來）形成甲烷和低成熟油（干酪根中結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的最先脫落下來），在，在有利的保存條件下可形成生物氣藏有利的保存條件下可形成生物氣藏和一定量低熟油（富含膠質(zhì)和瀝青和一定量低熟油（富含膠質(zhì)和瀝青質(zhì)）質(zhì)） 。 原始的干酪根組成取決于有機(jī)質(zhì)的類型及細(xì)菌改造的程度，在成巖原始的干酪根組成取決于有機(jī)質(zhì)的類型及細(xì)菌改造的程度，在成巖階段后期雜原子鍵斷裂，形成階段后期雜原子鍵斷裂，形成COCO2 2和和H H2 2O O以及一些高分子量的雜原子以及一些高分子量的雜

9、原子化合物，如膠質(zhì)、瀝青質(zhì)。成巖階段后期也可形成一些非生物成因的化合物，如膠質(zhì)、瀝青質(zhì)。成巖階段后期也可形成一些非生物成因的熱降解天然氣及未成熟油。熱降解天然氣及未成熟油。 以上得出：油氣演化存在階段性，不同演化階段的產(chǎn)物不同以上得出：油氣演化存在階段性，不同演化階段的產(chǎn)物不同2 石油形成階段石油形成階段 0.50.50.70.7Ro1.0Ro1.01.31.3 （1 1）生油主帶：生油主帶： 隨著溫度持續(xù)上升，有機(jī)質(zhì)開始成熟，當(dāng)達(dá)到門限值時(shí)，干酪根便隨著溫度持續(xù)上升，有機(jī)質(zhì)開始成熟，當(dāng)達(dá)到門限值時(shí)，干酪根便在熱催化下大量裂解形成液態(tài)烴及一定量的氣體，在熱催化下大量裂解形成液態(tài)烴及一定量的氣體

10、，這是生油的主要階這是生油的主要階段。段。 產(chǎn)物：液態(tài)石油和伴生氣，形成油藏產(chǎn)物：液態(tài)石油和伴生氣，形成油藏 （2 2） 凝析油和濕氣帶：凝析油和濕氣帶： 在高溫下在高溫下C CC C鍵斷裂更快，剩余的干酪根和已經(jīng)形成的重?zé)N繼續(xù)鍵斷裂更快，剩余的干酪根和已經(jīng)形成的重?zé)N繼續(xù)熱裂解，輕烴（熱裂解，輕烴（C C1 1C C8 8）比例迅速增加。）比例迅速增加。 產(chǎn)物：凝析油和凝析氣產(chǎn)物：凝析油和凝析氣 在地層溫度和壓力超過烴類相態(tài)轉(zhuǎn)變的臨界值時(shí)，這些輕質(zhì)烴就會(huì)在地層溫度和壓力超過烴類相態(tài)轉(zhuǎn)變的臨界值時(shí)，這些輕質(zhì)烴就會(huì)發(fā)生逆蒸發(fā)，反溶解于氣態(tài)烴中，形成凝析氣和更富含氣態(tài)烴的濕氣。發(fā)生逆蒸發(fā)，反溶解于氣

11、態(tài)烴中，形成凝析氣和更富含氣態(tài)烴的濕氣。這是高成熟階段，凝析油也主要形成于該階段。這是高成熟階段，凝析油也主要形成于該階段。 3 3 、 熱裂解甲烷氣階段熱裂解甲烷氣階段準(zhǔn)變質(zhì)階段準(zhǔn)變質(zhì)階段 RoRo 2 2為深成階段后期，有機(jī)質(zhì)為高成熟為深成階段后期，有機(jī)質(zhì)為高成熟 經(jīng)過上述的深成階段，干酪根上絕大部分可以斷裂的經(jīng)過上述的深成階段，干酪根上絕大部分可以斷裂的側(cè)鏈和基團(tuán)基本消失，已不再具有形成長鏈液態(tài)烴的能力。側(cè)鏈和基團(tuán)基本消失，已不再具有形成長鏈液態(tài)烴的能力。殘余的少量烷基鏈，尤其是已經(jīng)形成的輕質(zhì)液態(tài)烴在高溫殘余的少量烷基鏈，尤其是已經(jīng)形成的輕質(zhì)液態(tài)烴在高溫下繼續(xù)裂解形成大量的最穩(wěn)定的甲烷。

12、干酪根的結(jié)構(gòu)進(jìn)一下繼續(xù)裂解形成大量的最穩(wěn)定的甲烷。干酪根的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步縮聚形成富碳的殘余物質(zhì)。因此，該階段也稱為步縮聚形成富碳的殘余物質(zhì)。因此，該階段也稱為干氣階干氣階段段。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： （1 1）干酪根已達(dá)過成熟，可裂解部分消失，烴類裂解為主；）干酪根已達(dá)過成熟，可裂解部分消失，烴類裂解為主； （2 2）產(chǎn)物：甲烷氣）產(chǎn)物：甲烷氣 二、陸相生油巖的生烴模式二、陸相生油巖的生烴模式q 干酪根晚期降解成油理論的局限性干酪根晚期降解成油理論的局限性q 上述的生烴模式是真對(duì)上述的生烴模式是真對(duì)I I型和型和II II型干酪根。對(duì)于型干酪根。對(duì)于IIIIII型干酪根，尤其是富含型干酪根，尤其是富含樹脂

13、體的陸相有機(jī)質(zhì)，樹脂體的陸相有機(jī)質(zhì)，RoRo為為0.4%0.4%時(shí)即可生油，這種油富含環(huán)烷烴的輕質(zhì)時(shí)即可生油，這種油富含環(huán)烷烴的輕質(zhì)油。油。 注意兩點(diǎn)（兩個(gè)特例）：注意兩點(diǎn)（兩個(gè)特例）： a: a: 碳酸鹽源巖由于缺乏粘土礦物，其生烴演化存在碳酸鹽源巖由于缺乏粘土礦物，其生烴演化存在遲緩效應(yīng)遲緩效應(yīng)。如四川盆地川西北雷口坡組一段的。如四川盆地川西北雷口坡組一段的R RO O為為1.65%1.65%，而凝析油含量為，而凝析油含量為10001000克克/m/m3 3，油存在的死亡線，油存在的死亡線R RO O在在2.0%2.0%以后。以后。 b: b: 對(duì)于陸相煤系有機(jī)質(zhì)，特別是富含樹脂體的有機(jī)對(duì)

14、于陸相煤系有機(jī)質(zhì)，特別是富含樹脂體的有機(jī)質(zhì)，加拿大地球化學(xué)家質(zhì)，加拿大地球化學(xué)家Snowdom(1985)Snowdom(1985)也提出其生烴模也提出其生烴模式。式。印度尼西亞庫特盆地馬哈坎三角洲印度尼西亞庫特盆地馬哈坎三角洲、澳大利亞的澳大利亞的吉普斯蘭盆地吉普斯蘭盆地煤系地層煤系地層R RO O在在0.4%0.4%，生成富含環(huán)烷烴的，生成富含環(huán)烷烴的凝析油，其生烴母質(zhì)主要是樹脂體。凝析油，其生烴母質(zhì)主要是樹脂體。 碳酸鹽源巖的生烴機(jī)制與泥頁巖存在一些差異，碳酸鹽源巖的生烴機(jī)制與泥頁巖存在一些差異，由于碳酸鹽源巖缺乏粘土礦物，生烴演化存在由于碳酸鹽源巖缺乏粘土礦物，生烴演化存在遲緩遲緩效應(yīng)

15、效應(yīng)。生油高峰期滯后于泥頁巖，這些是干酪根晚。生油高峰期滯后于泥頁巖，這些是干酪根晚期降解理論的局限性，期降解理論的局限性，SnowdomSnowdom生烴模式是生烴模式是干酪根干酪根晚期降解理論的發(fā)展與完善晚期降解理論的發(fā)展與完善。 生油上限生油上限生油下限生油下限（凝析油氣）（凝析油氣）I型和型和II型型 III型型過成程過成程過成熟過成熟 （1 1） 油氣的生成具有階段性，分成熟、高成熟和過成熟三個(gè)階段，各個(gè)階油氣的生成具有階段性，分成熟、高成熟和過成熟三個(gè)階段，各個(gè)階段油氣地球化學(xué)特征不同。根據(jù)儲(chǔ)層油氣特征確定捕獲的階段性。段油氣地球化學(xué)特征不同。根據(jù)儲(chǔ)層油氣特征確定捕獲的階段性。 （

16、2 2） 正常油及輕質(zhì)油與濕氣伴生正常油及輕質(zhì)油與濕氣伴生 （3 3） IIIIII型有機(jī)質(zhì)型有機(jī)質(zhì)R RO O1.5%1.5%以后進(jìn)入干氣生成以后進(jìn)入干氣生成 階段階段不不同同類類型型有有機(jī)機(jī)質(zhì)質(zhì)演演化化模模式式一、影響油氣生成的主要因素一、影響油氣生成的主要因素1 1、阿侖尼烏斯方程、阿侖尼烏斯方程 干酪根生成烴類符合干酪根生成烴類符合化學(xué)動(dòng)力學(xué)的一級(jí)反應(yīng)化學(xué)動(dòng)力學(xué)的一級(jí)反應(yīng)，用，用阿侖尼烏斯阿侖尼烏斯方程描述方程描述( (用該公式可描述干酪根油氣生成過程用該公式可描述干酪根油氣生成過程) )。第四節(jié) 油氣生成模式 RTEAK/e 式中式中 K K 反應(yīng)速率常數(shù)；反應(yīng)速率常數(shù)； A A 頻

17、率因子；頻率因子； E E 活化能；活化能； R R 氣體常數(shù)；氣體常數(shù)； T T 反應(yīng)時(shí)絕對(duì)溫度反應(yīng)時(shí)絕對(duì)溫度ARTEt ln 在油氣生成過程中，在油氣生成過程中，時(shí)間和溫度存在著補(bǔ)償關(guān)系，因此時(shí)間和溫度存在著補(bǔ)償關(guān)系，因此門限溫度不僅取決于古地溫，還取決于烴源巖的地質(zhì)時(shí)代即門限溫度不僅取決于古地溫，還取決于烴源巖的地質(zhì)時(shí)代即該溫度下的時(shí)間間隔該溫度下的時(shí)間間隔。 當(dāng)干酪根類型相同時(shí)，烴源巖時(shí)代越新，門限溫度就越高，當(dāng)干酪根類型相同時(shí)，烴源巖時(shí)代越新，門限溫度就越高，反之，烴源巖層越老，其門限溫度就越低。反之，烴源巖層越老，其門限溫度就越低。 但是時(shí)間和溫度的作用并不完全相同，溫度對(duì)有機(jī)質(zhì)的

18、熱但是時(shí)間和溫度的作用并不完全相同，溫度對(duì)有機(jī)質(zhì)的熱演化起主導(dǎo)作用，反應(yīng)速率與溫度成指數(shù)關(guān)系，與時(shí)間成線演化起主導(dǎo)作用，反應(yīng)速率與溫度成指數(shù)關(guān)系，與時(shí)間成線性關(guān)系。也就是說，溫度增加性關(guān)系。也就是說，溫度增加1010，時(shí)間需增加一倍才是等，時(shí)間需增加一倍才是等效的。效的。 上述公式適用于連續(xù)沉降且均勻沉積的盆地，有機(jī)質(zhì)的受上述公式適用于連續(xù)沉降且均勻沉積的盆地，有機(jī)質(zhì)的受熱史與地層的埋藏史有關(guān)，只有二者結(jié)合，才能算出總成熟熱史與地層的埋藏史有關(guān)，只有二者結(jié)合，才能算出總成熟度效應(yīng)。度效應(yīng)。不同盆地中烴和非烴的生成與埋藏深度的不同盆地中烴和非烴的生成與埋藏深度的 關(guān)系關(guān)系 (Tissot ,19

19、84)中國各地質(zhì)時(shí)代生油巖有代表性的中國各地質(zhì)時(shí)代生油巖有代表性的 烴轉(zhuǎn)化率曲線烴轉(zhuǎn)化率曲線( (黃第藩黃第藩,1991),1991)2 2、影響油氣生成的主要因素、影響油氣生成的主要因素（1 1）溫度是油氣生成的主要控制因素）溫度是油氣生成的主要控制因素 隨著埋藏深度增加，溫度增加。隨著埋藏深度增加，溫度增加。 大量實(shí)驗(yàn)和野外觀察表明：大量實(shí)驗(yàn)和野外觀察表明：q 對(duì)沉積巖中的干酪根加熱后，才能生成石油；對(duì)沉積巖中的干酪根加熱后，才能生成石油；q 低溫下，干酪根生成液態(tài)烴和揮發(fā)組分量少，只有達(dá)低溫下，干酪根生成液態(tài)烴和揮發(fā)組分量少，只有達(dá)到一定溫度，才能大量生成，隨著溫度再增高，生成液到一定溫

20、度，才能大量生成，隨著溫度再增高，生成液態(tài)烴的量減少，主要是生氣。態(tài)烴的量減少，主要是生氣。q 烴含量隨深度變化不同階段不一樣，低溫下速度慢，烴含量隨深度變化不同階段不一樣，低溫下速度慢，到一定溫度快。到一定溫度快。 文圖拉和洛杉機(jī)兩個(gè)盆地中新統(tǒng)生油巖，發(fā)現(xiàn)它們分別在文圖拉和洛杉機(jī)兩個(gè)盆地中新統(tǒng)生油巖，發(fā)現(xiàn)它們分別在36003600米和米和24002400米深處出現(xiàn)烴米深處出現(xiàn)烴/C/C有機(jī)比值的明顯增大有機(jī)比值的明顯增大。 兩個(gè)盆地的地溫梯度不同：文圖拉盆地為兩個(gè)盆地的地溫梯度不同：文圖拉盆地為2.66/ 1002.66/ 100米，米，洛杉礬盆地為洛杉礬盆地為3.91 /1003.91 /

21、100米，烴米，烴/C/C有比值明顯增大的轉(zhuǎn)折點(diǎn)深度有比值明顯增大的轉(zhuǎn)折點(diǎn)深度也不同（亦即上覆層的厚度和壓力不同），但轉(zhuǎn)折點(diǎn)的溫度卻都也不同（亦即上覆層的厚度和壓力不同），但轉(zhuǎn)折點(diǎn)的溫度卻都是是115115左右。這就證明：油氣的生成主要取決于溫度，而上覆層左右。這就證明：油氣的生成主要取決于溫度，而上覆層的壓力作用并不大。的壓力作用并不大。門限溫度門限溫度：有機(jī)質(zhì)開始大量轉(zhuǎn)化成石油的溫度。達(dá)到門限溫度：有機(jī)質(zhì)開始大量轉(zhuǎn)化成石油的溫度。達(dá)到門限溫度的深度叫的深度叫成熟點(diǎn)成熟點(diǎn)。 一般地，一般地，5012050120作為石油門限溫度范圍。不同沉積盆地，作為石油門限溫度范圍。不同沉積盆地，不同層位，

22、門限溫度不同。與有機(jī)質(zhì)類型、埋藏時(shí)間有關(guān)。不同層位，門限溫度不同。與有機(jī)質(zhì)類型、埋藏時(shí)間有關(guān)。 松遼盆地松遼盆地 3.14.8/100m3.14.8/100m 加瓦爾油田（中東）加瓦爾油田（中東） 5.1/100m5.1/100m （世界第一大油田）（世界第一大油田） 但是，不是溫度越高越好。但是，不是溫度越高越好。 太高，石油裂解成氣態(tài)烴；太高，石油裂解成氣態(tài)烴； 太低，生油速度太慢。太低，生油速度太慢。 3 3 不同類型干酪根活化能不同，進(jìn)入生烴溫度不同不同類型干酪根活化能不同，進(jìn)入生烴溫度不同 干酪根開始大量裂解成油只有在地殼中干酪根開始大量裂解成油只有在地殼中提供的熱能達(dá)到反應(yīng)所需的活

23、提供的熱能達(dá)到反應(yīng)所需的活化能化能時(shí)才能發(fā)生，一般干酪根開始裂解的活化能為（時(shí)才能發(fā)生，一般干酪根開始裂解的活化能為（11111515）4184J/mol4184J/mol。所以只有當(dāng)埋深和地溫超過門限值，才會(huì)有大量石油生成。所以只有當(dāng)埋深和地溫超過門限值，才會(huì)有大量石油生成。 E（4184J/mol）II II型干酪根活化能分布較寬，型干酪根活化能分布較寬，由于雜原子鍵較多，由于雜原子鍵較多，活化能值較活化能值較I I型低，峰值為型低，峰值為50504184J/mol4184J/mol，門限溫度門限溫度較低較低。 IIIIII型干酪根活化能分布平緩型干酪根活化能分布平緩，最大值集中在，最大值集中在60604184J/mol4184J/mol， 故門限溫度介于故門限溫度介于I I型和型和II II型之間。由型之間。由此，此，TissotTissot和和WelteWelte提出了油氣生成界限：提出了油氣生成界限：II II干酪根首干酪根首先進(jìn)入門限，相當(dāng)于先進(jìn)入門限，相當(dāng)于R RO O0.50.5， IIIIII型次之，型次之，R RO O0.60.6，I I型干酪根最后，型干酪根最后，R RO O0.70.7。 不同類型干酪根的活化能不同，不