第二章 2.3 生成地质环境及理化条件

油气成因概述油气生成的原始物质油气生成的地质环境与物理化学条件有机质成烃演化模式天然气的成因类型及特征生油层研究与油源对比第二章现代油气成因理论第三节油气生成的地质环境与理化条件一、油气生成的地质环境二、油气生成的理化条件原始有机质大量堆积、保存、并能向石油转化的还原环境。沉积有机质向油气演化的过程是有机质不断的去氧、加氢、富集碳的过程。还原环境的形成和持续时间的长短，则受当时的地质环境和理化条件的控制。一、油气生成的地质环境长期持续下沉，伴随适当的升降，沉降速度与沉积速度相近或稍大，可长期保持适于生物大量繁殖和有机质沉积保存的环境，可形成巨厚的生油岩系。地史上长期持续下沉，且沉积速度≈沉降速度的沉积盆地。1、大地构造条件若沉降速度大大超过沉积速度(VsVd)，水体急剧变深，不利于生物的发育和有机质的保存；若VsVd，水体迅速变浅，盆地上升为陆，有机质易受氧化，不利于有机质的堆积和保存。2、岩相古地理条件①盆地水体始终保持生物大量繁殖的环境；②堆积后马上被覆盖；——浅海、半深水—深水湖盆、三角洲地区。滨海浅海（陆鹏）半深海（陆坡）深海（深海平原）高能环境海水进退频繁沉积物粗不利生物繁殖堆积和保存水体营养丰富，阳光充足水体较安静生物大量繁殖，最有利于堆积和保存。水体营养不足生物不发育生物遗体下沉经历巨厚水体大部分遭到破坏，陆源有机质很少深水-半深水湖泊是陆相生油岩发育的有利区域,近海地带的深水湖盆最有利。湖泊能够汇聚周围河流带来的大量陆源有机质，增加了湖泊营养和有机质数量；湖泊有一定深度的稳定水体，提供水生生物的繁殖发育条件。这种地区水体营养丰富，浮游生物及藻类繁盛，往往又是河流三角洲的发育地带，河水带来大量陆源有机质注入近海湖盆，有机质异常丰富。早白垩世的松辽盆地、早第三纪的渤海湾盆地等都可能属于当时的近海湖盆，成为湖相生油的最有利区域。松辽盆地古地貌图松辽盆地沉积体系图3、古气候条件古气候条件直接影响生物的发育，温暖湿润的气候有利于生物的繁殖和发育，是油气生成的有利条件。细菌：分布最广、繁殖最快、适应力最强三类：喜氧细菌、厌氧细菌和通性细菌。①细菌的分解作用：将有机质中O、S、N等分离出来，使C、H富集。②细菌的催化作用：有机物质同细菌发酵可析出大量氢气，且在细菌的催化作用下产生下列反应：氢被活化与CO2结合。CO2+4H2——CH4+2H2O③细菌在三采中的应用二、油气生成的理化条件1、细菌作用有酵母存在时，有机质的分解比在细菌活动时快得多。其分解有机质的机理尚不清楚。在富含有机质的岩石中，特别是在富含植物残余的岩石中，酵母的活动性最大。2.催化剂作用一种引起或加速某种化学反应而本身不参加反应的物质。1.作用：破坏有机物质原始结构，促使分子重新分布，形成内部结构更加稳定的烃类。2.类型：无机盐类和有机酵母。粘土矿物（无机盐）可使脂肪酸去羧基生成似石油物质，蒙脱石最强，高岭石最弱。作用的机理是热降解。同任何化学反应一样，温度是最有效和最持久的作用因素；在反应过程中，温度不足可用延长反应时间来弥补，温度与时间可以互为补偿，高温短时作用与低温长时作用可能产生近乎同样的效果。石油中卟啉化合物（＜180℃）和旋光性（＜330℃）的存在，说明形成石油的温度并不太高。3.温度和时间　1974年，法国学者J.Connan提出：沉积有机质向石油转化的作用符合化学动力学的一级反应。即：反应速度只与反应物浓度的一次方成正比。亦就是说，在任何一瞬间，反应速度只与该物质的浓度有关。-dCA/dt=KCA---------（1）式中　CA——反应物（干酪根）在t瞬间的浓度；t——反应时间；K——反应速度常数（降解速率）；负号—反应物浓度随反应进行生成物增加而减少。K值可由阿伦纽斯方程求得：阿伦纽斯（Arrhenius，1889）：K=A·e-E/RTA——指数前因子（频率因子）：单位时间单位容积内粒子碰撞次数（次/S.cm3）；R——气体常数（8.315J/K.mol）；E——反应物活化能；T——绝对温度（K）（273.15+t℃）；e——自然对数的底（2.71828）若　Co——反应物初始浓度（t=o），则：即　lnC0A/CA=Kt；所以：K＝1/t·lnC0/C反应时间的自然对数与绝对温度成反比直线关系lnA-E/RT=-lnt+lnlnC0A/CAA为常数；Co/C也可视为一常数1）、有机质随埋深加大，当温度达到一定数值时，开始大量向石油转化，这个温度称生油门限温度，对应的深度称生油门限深度。2）、有机质热解生油的速率随温度增加呈指数增加。当T太低时，有机质热解速度很慢。只有当温度达到一定值后，干酪根才开始大量转化为油气。3）、有机质热解生油过程中时间与温度有互补性，一定温度范围内高温短时间可与低温长时间达到同样的效果。　高地温——有机质成熟所需时间短；　低地温——有机质成熟所需时间长。说明有机质向石油的演化可以在实验室内高温短时间完成。石油大量生成成熟点的确定（据P.Albrecht，1969）石油大量成熟点的确定（据P.Albrecht,1969)我国不同盆地不同时代生油岩埋藏深度与油气生成的关系在时间和温度综合作用下，有利于油气生成并保存的盆地应该是年轻的热盆和古老的冷盆。不同盆地不同时代生油岩埋藏深度与油气生成的关系（据Tissot等，1984）干酪根类型不同，对生油门限温度不同。4.放射性——次要因素富含有机质的粘土岩中富集大量放射性物质。用α射线轰击某些有机质可得到甲烷、二氧化碳和氢，轰击水可产生大量游离氢和氧，氢可使有机质氢化或与二氧化碳化合生成甲烷，继续在α射线轰击下可生成更重的气态烃乃至液烃。放射性元素所造成的局部地温增高将有利于有机质的热演化。　5.压力压力的增加可以抑制抑制体积增加的化学反应的进行。　高压阻碍有机质成熟和成烃作用。　短暂的降压有利于加速有机质的成熟。10002000300040005000深度(m)012300.51400430460压力(MPa)TOC(%)S1/(S1+S2)Tmax(C)镜质体反射率(%)0501000.212超压超压抑制传统模式生烃演化趋势莺歌海盆地超压对生烃的抑制作用在有机质向油气转化过程中，上述各条件的作用强度不同。细菌和催化剂都是在特定阶段作用显著，加速有机质降解生油、生气；放射性作用则可不断提供游离氢的来源；高压阻碍有机质成熟和成烃作用温度与时间在油气生成全过程中都有着重要作用。所以，有机质向油气的转化，是在适宜的地质环境里，多种因素综合作用的结果。我国主要大型陆相湖盆的发育特征痕量-4——硫痕量-44-6氮痕量-415-35氧11-157-10氢83-8752-71碳石油，%沉积岩中的有机质，%元素沉积岩中有机质与石油的元素组成对比 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 不同深度沉积物中有机质与石油的元素组成（据C.E.ZoBell）0.10.40.51385石油0.30.314973古代沉积0.6924758近代沉积0.81130652海洋腐殖泥浅↓深硫，%氮，%氧，%氢，%碳，%物质类型深度随埋深加大，氧、氮、硫逐渐减少，而碳、氢相对富集。二、油气生成的理化条件②无机盐类：最主要的是粘土矿物成岩中晚期蒙脱石型的粘土催化活力最强。粘土矿物是自然界分布最广的无机盐类催化剂。在实验室用粘土作催化剂，在150~250℃下，可以使酒精和酮脱水或使脂肪酸去羧基，产生类似石油的物质。粘土矿物的催化作用不仅可以降低有机质的成熟温度，促进石油生成。而且对干酪根热解烃的化学组成、产率也都有很大的影响。在相同热解温度下，粘土矿物比例不同，热解烃产率也不同。镜质体反射率(%)00.51.01.538004200460050005400准噶尔盆地盆4井0.20.51.02.0100020003000400050006000深度(m)濮阳凹陷