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田世澄中国地质大学（北京）,二OO四年六月二日,石油天然气地质原理及进展,前言,一、广义的新进展地层学、层序地层学石油构造、盆地分析油气勘探新技术、新方法（地震、测井、钻井、采油工程等）二、狭义的新进展石油地质学领域的新进展，包括油气的生成、储集、运移、聚集成藏，油气系统等。石油是当今社会赖以生存的基本能源，是我国经济安全和发展的最重要的资源之一，也是当今国际社会争夺的重要战略物资，屡次中东战争的重要根源之一。,石油天然气地质学新进展,一、油气成因理论及进展二、油气运移基础及进展三、油气成藏理论及进展四、我国油气资源可持续发展战略,一、油气成因理论新进展,（一）油气成因的基本理论（二）油气成因理论的进展1、低熟油气形成机理与分布规律2、煤成油形成环境与成烃机理3、天然气成因理论与应用4、碳酸盐岩油气地球化学,（一）油气成因的基本理论,1、无机成因和有机成因的争论无机成因认为石油及天然气在地下深处高温、高压条件下由无机物变成有机成因认为油气是在地质历史上由分散在沉积岩中的动物、植物有机体转化而成。（1）无机成因说有以下5种碳化物说..门捷列夫于1876提出，他认为地球内部水与重金民属相互作用，产生碳氢化合物宇宙说..索可洛于于1889年提出,岩浆说1949年10月H.A.库得梁采夫提出温生成说..切卡留克1971年提出蛇纹石化生油说H.H.耶兰斯基1966，1971年提出,（2）有机成因说的基本证据世界已发现油田99.9在沉积岩中。前寒武系至第四系均含石油，且同煤、油页岩等有机矿产分布一置。石油由多种碳氢化合物组成的非常复杂的混合物。世界上没有完全相同的两种石油，也没有完全不同的石油。,光谱分析证明,中、新生代石油灰分以氧化铁为主，古生代石油灰分氧化钒和氧化镍为主，与岩石比较富集钒2000倍，镍1000倍，铜50倍，钴30倍与煤和石油都是有机生成的。油层温度很少超过100深部油层温度达141,石油中,轻质芳烃二甲笨甲笨笨,温度超过700时就会发生逆向变化,石油含卟啉化合物\石油旋光性,证明石油是低温条件下生成的。更新世中发现商业油藏，说明石油聚集成藏所需的时间不到100万年。现代沉积研究表明，确实存在有机质向油气转化的过程。,2、生成油气的物质基础,（1）生油气母策及其化学组成,脂类又称类脂化合物是生物体维持其生命活动不可缺少的物质之一。蛋白质是生物体中一切组织的基本组成部分，是生物体赖以生存的物质基础，占生物体细胞除水外的80。碳水化合物又称糖类，是自然界分布极广，是一切生物体中重要组成之一。木质素和丹宁都具有芳香结构特征。前者是植物细胞壁的主要成分，由芳香醇脱朋缩合而成。丹宁介于木质素与纤维素之间，主要出现在高等植物中。,（2）干酪根（Kerogen,,概念Hunt1997年将干酪根定义为沉积岩中所有不溶于非氧化性的酸、碱的非极性有机溶剂的分散有机质。干酪根的形成如上图所示。,干酪根是沉积有机质的主体，占岩石中有机质的8090。Hunt认为8095的石油烃是由干酪根轩化生成。Durand估计在沉积岩中，干酪根总量比化石燃料资源量大1000倍。,干酪根成分和结构,干酪根成分和结构复杂，是一种高分子聚合物，没有固定的化学成分，没有固定分子式和结构模型，主要有碳、氢、氧和少量硫、氮组成。Durand据世界440个干酪根元素分析，平均碳76.4，氢6.3，氧11.1，三者合计93.8。干酪根热解、降解的低分子量产物包括萜、甾族、卟啉、氨基酸、糖、羧酸、酮、醇、烯烃和醚桥。,干酪根类型和演化,类型光学分类藻质、无定形、草质、木质和煤质五种，生烃潜能依次减小。煤岩学分为腐泥组（无定形和藻质体）；壳质组（孢子、角质、树脂、蜡、木栓质等）；镜质组具镜煤特征；惰质组（碎质体、菌质体、丝质体）生烃潜能依次降低化学分类按碳、氢原子比分I型H/C1.251.75，O/C0.0260.12II型H/C0.651.25O/C0.040.13III型H/C0.460.93O/C0.050.3应用岩石热解参数也可划分类型,干酪根类型及其特征,干酪根的演化,法国Tissot用巴黎盆地下托尔辛统页岩浅层进行干酪根热演化人模拟实验，用实验室高温快速模拟自然界低温慢速演化过程，取得了很好的效果。干酪根演化可分三个阶段（1）降低碳氧原子比，生成水、二氧化碳（2）降低碳氢原子比，生成液态烃类、热降解（3）降低碳氢原子比，生成气态烃类、裂解阶段,3、油气生成的地质环境和物理化学条件,（1）油气生成的地质环境沉积盆地是有机质堆积保存和转化成烃的适宜的地质环境。大地构造要求沉积盆地的沉降时期中，沉降速率与沉积速率保持一个恰当的关系，使沉降速率与沉积速率相近或稍大，以保持适于生物大量繁殖和有机质名遭氧化的有利水体深度使丰富的有机质保存下来的还原环境。,岩相古地理条件要求无论海相陆相都可具备适于油气生成的环境，海相浅海及三角洲区最有利于油气生成；陆相深水半深水湖泊是陆相生油岩发育的区域。古气候条件，温暖湿润的气候有利于繁殖和发育，是油气生成有利的外界条件之一。,（2）油气生成的物理化学条件,温度和时间温度对有机质成烃是指数作用而时间是在一定温度基础上的线性作用Connan利用实际资料揭示了这一特点,温度和时间温度对有机质成烃是指数作用而时间是在一定温度基础上的线性作用Connan认为沉积有机质向石油转化符合化学动力学一级反应,式中t反应时间；CA反应物在该瞬间的浓度；K反就速率系数，又称降解率；,式中K0频率因子，代表单位时间单位容积内粒子碰撞的次数，它与容积内粒子的大小、浓度及运动快慢有关；E活化能，代表欲使化学反应发生，必须由粒子碰撞提供的最低能量，它的微小差别对反应速率会有很大影响。通过测定不同温度下的反应速率，即可计算出活化能；R气体常数；T绝对温度。,2-1,2-2,2-3,将式（2-3）代入式（2-2），得,取对数，得,2-4,在未成熟岩石中，饱和烃及沥青极少，可将视为常数，K0也是常数，上式可简化为,（2-4）表明lnt与l/T呈直线关系，即反应时间的自然对数与绝对温度呈反比直线关系,时间温度的关系,不同地区不同层系中由于地质条件的差异，成熟门限和成熟温度也有差别。地温梯度高的地区成熟的门限深度比较浅，反之就比较深。时间越老的地层，成熟门限温度和深度相应较浅，地层越新的地区，成熟门限的温度和深度相应较高。上图B.P.Tissot根据巴黎盆地、杜阿拉盆地、尤英塔盆地编的图。,下图是为我国不同时代的盆地的生烃门限温度和深度,细菌作用,细菌的生存和消亡、抑制和活跃受养料、湿度、温度、水循环、和介质的PH值、Eh值以及毒性代谢物所控制。总趋势随埋藏深增加而减弱。从浅到深为喜氧菌带、厌氧硫酸盐还原菌带和厌氧碳酸盐还原甲烷菌带。,细菌通过酵素可使许多不稳定的原始生化组分被分解和消化。实验和野外资料表明，有机质经细菌作用后还可直接产生沥青物质。细菌在自然界有很强的生存适应力和繁殖能力。本身就是一种生烃物质,催化剂,在自然条件下，最主要最有现实的催化剂是粘土。蒙脱石型的粘土催化活力最强。催化剂作用主要是一种复杂的自由表面现象，被催化剂所吸附的各种原子在催化原子的激发下变得活跃起来，从而有利于结合成新的化合物。在有机质生油过程中催化剂可以改变其原有的结构，断开其CC和CH键，进而分裂出较轻的烃。温度100℃裂解下十六烷高活力催化剂只需几个月低活力催化剂需一千年单纯热裂解超过40亿年125℃以前的热催化降解可能是主要的生油机制,高温凝析油和湿气可能由热裂解产生,热降解反应速度由温度、反应物浓度以及催化剂的浓度和活力所决定。催化剂的参与加快成烃反应速度，降低反应所需的活化能改造烃的性质。,放射性,实验表明，用a-射线轰击某些有机质可得到甲烷、二氧化碳和氢，轰击水可得到氧和氢。氧与有机质作用最后生成二氧化碳，氢可使有机质氢化与二氧化碳化合成甲烷。甲烷在a-射线作用下可叠合成乙烷、更重的气态乃至液态烷烃。但在实际上有人计算每立方千米含有0.001铀，有机质含量1时，在一个百万年时间内，可生成石油是18万吨。对于形成工业油气藏意义不大，在高放射性的页岩中未发现大量游离石油。表明有理论意义无实际意义。放射性无素增热有利于有机质的演化。压力无论模拟实验（Saigo,1986;Horvath,1987;丁福臣等，1991）还是化学热动力学理论分析计算（何志高，1982），表明高压阻碍有机质成熟和成烃作用，Horvath,1987进一步指出短暂的降压有利于加速有机质的成熟。,4、有机质成烃演化阶段与油气的生成,（1）成岩作用阶段即未成熟阶段R00.2干酪根生烃潜力枯竭，以生成的油气裂解成高温甲烷，干酪根缩聚为富碳的残余物。,不同学者对油气演化的阶段的划分法国B.P.Tissot,,国内外不同学者对油气演化的阶段的划分,,不同地区烃源岩演化阶段划分,巴黎盆地下托尔辛页岩烃内成分和结构随深度的变化,东营凹陷下第三系沙三段深油岩的演化图,（1）低熟油气形成机理与分布规律1、低熟油气的概念2、低熟油气生成的物质基础3、低熟油气物理化学性质与判识标志4、低熟油气成因机理及其地质模式,（二）油气成因理论的新进展,1、低熟油气的概念,低熟油气系指所有非干酪根晚期热降解成因的各类低温早熟的非常规油气。低熟油气形成机理的研究是对现有油气成因理论的进一步补充和完善，对于促使油气资源评价技术方法的改进与发展，拓宽油气勘探领域，具有重要的理论和实际意义。初步估算，渤海湾盆地已探明的低熟油储量在7亿吨以上，在吐哈盆地，以煤系地层为油源的原油中这类低熟油也有发现；在松辽、柴达木、苏北、泌阳、潜江等盆地都发现了低熟油。,2、低熟油气生成的物质基础,（1）显微组分的“分期生烃”低熟源岩的生烃潜力归根结底是低温条件下源岩中各种富氢显微组分生烃潜力的综合表现。显微组分包括镜质组、惰质组、壳质组、腐泥组其不同的组分生烃潜能特别是在低温条件下生成油气的能力有显著的差别。能够形成低熟油的主要是以下五种成分木栓质体树脂体细菌改造的陆源有机质生物类脂物富硫大分子,（1）显微组分的“分期生烃”,低熟源岩的生烃潜力归根结底是低温条件下源岩中各种富氢显微组分生烃潜力的综合表现。显微组分包括镜质组、惰质组、壳质组、腐泥组。,结构镜质体，木质细胞结构保存比较完整，无充填物。透射光X200,结构镜质体，细胞腔被压成鹿扁形。透射光X200,结构镜质体，细胞结构保存不完整，部分被黄色树脂体充填。透射光X200,团块状镜质体，凝胶化物质成大小不等的团粒结构。透射光X200,均质镜质体，照片中部为红色结构均匀的均质镜质体。透射光X200,基质镜质体，橘红色基质镜质体中包含黄色类脂组和黑色惰性组等多种显微组分。透射光X60,均质镜质体，反射光X200,基质镜质体其中包含小孢子半镜质体等。反射光X500,（1）显微组分的“分期生烃”1,壳质组以下图片主要是孢子体、角质层和角质体。孢子体来源于高等植物孢子和花粉的外细胞壁，属于富氢的显微组分。角质体来源于高等植物角质化层和角质层，其表层的可溶烃类和蜡质可能成为早期生烃的物质来源。,小孢子体图中为黄色被强烈压扁了的小孢体堆。透射光X320,小孢子体黄色、有纹饰和无纹饰的小孢子体。荧光X400,大孢子体黄褐色大孢子腔中充填了类脂体。荧光，UV激发X400,角质体黄色、锯齿状，荧光，UV激发X320,角质层残质煤透射光X200,角质层残质煤荧光，UV激发，X400,角质体灰黑色、锯齿状、高突起。反射光X200,角质体黄色、锯齿状，荧光，UV激发X400,（1）显微组分的“分期生烃”2,壳质组由较为富氢的植物物质（如孢粉质、角质、树脂、木栓质、蜡等）以及蛋白质、纤维素和其它碳水化合物的细菌降解产物所组成。化学组成上含有较大量的脂族成分。以下图片主要为木栓体质、树脂体和沥青体。树脂体是由高等植物树脂、蜡、香精油、胶浆、油脂等组成。木栓质体是由高等植物的木栓组织，主要生物化学先质为软木酯。相应的生烃活化能较低。沥青体是可溶有机质早期脱羧机生成的。,树皮残质煤透射光X200,木栓体荧光，UV激发X400,树脂体荧光，UV激发X200,树脂体荧光，UV激发X250,荧光沥青体荧光，UV激发X250,沥青渗出体荧光，UV激发X250,沥青体透光X200,沥青体的荧光正光变照片中心为UV照射30分钟以后的正光变现象荧光，UV激发X400,（1）显微组分的“分期生烃”3,腐泥组以藻类体为主的腐泥组代表菌藻类低等生物生源物质，是典型的富氢显微组分，具极好的生油潜力。图版中除可看见藻类体、树脂体外，还可看到丝质体、半丝质体、粗粒体、微粒体、菌类体，后者均是惰性组分，是高等植物碳化后的产物，不利于生烃。,藻类体黄色、棕黄色花瓣状。荧光，UV激发X320,藻类体。荧光，UV激发X400,半丝质体黑褐色，细胞结构清楚，无充填物。透射光X200,丝质体高突起，细胞结构清楚X200反射光,粗粒体有明显突起的团块状物质。反射光X200,微粒体分布在藻类互近基质中的浅黄白色细小微料。反光、油浸X1250,菌类体黑色四胞和多胞型，透射光X200,树脂巩膜体浑园形、高突起多裂纹。反射光X200,（1）显微组分的“分期生烃”4,壳质组由较为富氢的植物物质（如孢粉质、角质、树脂、木栓质、蜡等）以及蛋白质、纤维素和其它碳水化合物的细菌降解产物所组成。化学组成上含有较大量的脂族成分。照片1裸子植物，松杉目花粉照片2秘鲁白垩纪被子植物花粉照片3裸子植物花粉，classopolis照片4挪威海第三纪被子植物，Tilia花粉照片5撒哈拉泥盆纪Hymenozonotrileteslepidophytus的孢子照片6利比亚早泥盆世EmphanisporitessP.。裸蕨植物孢子照片7挪威海早白垩世Anemiasp.裂叶蕨孢子照片8英国石炭纪Reinschospora孢子照片912卡利阿可海沟全新统的简单的或正在分裂的蕈孢子照片13大西洋全新统的真菌的丝状体照片14撒哈拉Maestrichtien的木质碎屑照片15北海第三纪的木质碎屑照片16利比亚志留纪木质碎屑照片17北海的道格统表皮碎屑,（1）显微组分的“分期生烃”5,壳质组由较为富氢的植物物质（如孢粉质、角质、树脂、木栓质、蜡等）以及蛋白质、纤维素和其它碳水化合物的细菌降解产物所组成。化学组成上含有较大量的脂族成分。照片1澳大利亚晚奥陶世笔石胎管（黄色）照片2同样来自澳大利亚的笔石胎管照片3撒哈拉志留纪Gigantostrac’e的表皮碎屑照片4撒哈拉泥盆纪Gigantostrac’e的表皮碎屑照片5撒哈拉晚泥盆世牙形刺照片6撒哈拉晚泥盆世牙形刺照片7撒哈拉晚泥盆世牙形刺照片8西大西洋全新世牙形刺照片9塞内加尔上白垩世马斯特利赫特亚阶的微有孔虫照片10利比亚古新世微有孔虫照片11塞内加尔上白垩世马斯特利赫特亚阶的微有孔虫照片12几丁质动物Desmochitinasp.照片13利比亚奥陶纪几丁质动物cyathochitina.照片14撒哈拉上志留纪几丁质动物Urochitinasp.Chitinozoaire照片15利比亚志留纪几丁质动物Pterochitinasp.Chitinozoaire,（1）显微组分的“分期生烃”6,腐泥组以藻类体为主的腐泥组代表菌藻类低等生物生源物质，是典型的富氢显微组分，具极好的生油潜力。照片1撒哈拉晚泥盆世MicrhystridiumsP.塔斯马尼藻照片2撒哈拉泥盆世BaltisphaeridiumsP.塔斯马尼藻照片3英国牛津阶腰鞭毛藻Scrinodiniumcrystallinum照片4利比亚白垩纪腰鞭毛藻DeflandreasP.照片5利比亚志留纪塔斯马尼藻leiofusastriata照片6利比亚塔斯马尼藻Micrhystridiumsp.照片7利比亚志留纪Deflandrastrum的ce’nobiale藻类照片8洛林的托尔辛阶Tytthodiscus的monadoide藻照片9撒哈拉上泥盆纪塔斯马尼岩中的monadoide藻照片10利比亚泥盆纪Prasinophyce’es.的藻类孢子照片11苏格兰二叠纪丛粒藻群体照片12利比亚志留纪底栖藻类的“茎”切面照片13底栖藻类碎屑。Liptinise’.藻类组织切面,（1）显微组分的“分期生烃”7,腐泥组以藻类体为主的腐泥组代表菌藻类低等生物生源物质，是典型的富氢显微组分，具极好的生油潜力。照片1伊朗Mishrif层凝块状结构有机质照片2加拿大桑顿亚阶凝块决结构有机质照片3英国启莫里阶凝块状结构有机质照片4哥伦比亚白垩纪粒状有机质照片5撒哈拉志留纪粒状有机质照片6澳大利亚白垩纪海绵状有机质照片7加里曼丹中新世的海绵状有机质照片8刚果早白垩世薄膜状有机质照片9西尔特（利比亚）白垩纪的次胶态有机质照片10突尼斯海岸的Albo-c’enamonien的次胶态有机质以下为镜质组照片11撒哈拉中泥盆纪的凝胶化有机质照片12北海卡洛维牛津阶的凝胶化有机质照片13安哥拉海岸早白垩世的凝胶化有机质,（1）显微组分的“分期生烃”8,干酪根的显微组分特征I型藻类干酪根照片1利比亚白垩系照片2卡萨芒斯海土仑阶照片3挪威海启莫里阶照片4英国启莫里阶Ⅱ型脂质体干酪根照片5孢子（马达加斯加侏罗纪）照片6孢子（撒哈拉晚泥盆世）照片7花粉（阿基坦里阿斯世）Ⅲ型褐煤、腐殖质干酪根照片8植物碎屑（爱尔兰里阿斯世）照片9植物碎屑（卡萨芒斯海马斯特利赫特亚阶）照片10植物碎屑（挪威海里阿斯世）,（2）可溶有机质生烃的可能性,形成低熟油气生成的物质基础有以下五种类型藻类及高等植物类脂物、树脂体、木栓质体、细菌改造陆源有机质生烃、富硫大分子有机物另外，沉积物中的可溶有机质，也是早期生烃的原始物资，从埋藏开始，在还原条件下，存在着以脱羧为特征的成烃转化作用，它与显微组分早期生烃相辅相成，显微组分既有特定的固体形态，同时又可以用有机地球化学方法把它分为可溶和不可溶的两个组成部分。,（3）低熟烃源岩的基本地球化学特征1,①氯仿沥青“A”的族组成特征。,组成饱和烃占655芳烃占825“非烃沥青质”占3085,特征饱和烃含量低（一般小于60）非烃含量相对较高（占氯仿沥青族组成的20以上）、非沥比大（一般远大于1）的特点，成为低熟源岩的主要标志之一，反映出源岩中脂类杂原子化合物聚合程度偏低的特征。,（3）低熟烃源岩的基本地球化学特征2,②化合物分布特征,组成以饱和烃和非烃为主，芳烃和沥青质含量相对较低，芳构化与聚合程度不高。饱和烃馏分以正烷烃为主（含量占6080），含有单甲基支链烷烃、类异戊二烯烷烃、萜烷类胶甾烷类等，成熟度低，对烃类分布影响较小。芳烃馏分饮食多环芳烃、芳香甾萜类和各种含硫化合物等成分，是甾萜类生物标志物早期芳构化产物。,含有相当数量热稳定性低的生物标志物，如5H粪甾烷、17H，21H藿烷、13H，14H三环萜烷、脱羟基维生素E、卟啉以及长侧链噻吩类，甚至还有甾烯、螺甾烯、藿烯和新藿烯等不饱和烃,表明R0值0.210.65，常规成熟度参数C29甾烷20S/20S20R为0.36，最低为0.09。,（3）低熟烃源岩的基本地球化学特征3,③显微组分组成特征,主要的五种显微组分前已述及，其表示和特征如下以两种方式表示TMCS3包括矿物沥青基质在内的显微组分总量TMC不包括矿物沥青基质在内的显微组分总量特征贫惰性组分含量低于5镜质组、腐泥组和壳质组三者间不同的分配比例反映出其生源构成和有机质类型的差异不同地区显微组分组成的多样性与复杂性TMC值与源岩丰度指标呈正相关，即有机碳、氯仿沥青、总烃和产油潜量随显微组分含量TMC增加而增加，但为非线性关系TMCS3含量与其烃类馏分中微生物生源标志物总含量呈现较好的正相关性，表明TMCS3的形成与菌藻类微生物之间存在密切的成因联系。,（3）低熟烃源岩的基本地球化学特征,④低熟源岩的“二段式”热演化特征,有机质的演化从两个方面反映出来一是从不溶有机物；二是从可溶有机物低熟烃源岩的有机质演化具有明显的阶段性，而且一般都表现为“两段式”变化的界线大致以R0值0.550.65为界。反映出低熟烃源岩由“未成熟”向“成熟”演化过程中，由低熟油气生烃机制向常规的成熟油气生烃机制的转折。有机质演化阶段划分及有机质演化的不均一性以苏北盆地为例,3、低熟油气物理化学性质与判识标志,（1）低熟天然气及其物理化学性质①概念在微生物生化作用成因的生物甲烷气生成高峰之后、干酪根热降解成因的常规成熟石油生成高峰之前，凡由沉积有机质中某些具有化学活性的热不稳定组分，经低温生物化学或（和）低温化学反应所和成的气态烃类，均属低熟气的范畴。,Galimov对西西伯利亚大气田探明储量的成气机制,他认为是腐殖型有机质在较低温度下,由芳环化合物缩合作用为主所形成,经理论计算和模拟实验,得到了如图所示的结果。,右图为Hunt（1979）提出并得到公认的天然气形成模式图，可分为两个阶段，即温度0.57g./cm3，生物气相对密度较小0.57g./cm3。,徐永昌基于Hunt和Galimov的资料，编制了各成气阶段甲烷形成相对强度的模式图。把甲烷的形成阶段分为生物气（BG）；生物热催化过渡带气（BTG）；热催化气（TG）；热裂解气（TTG）等多个阶段。低熟气就位于生物热催化过渡带，腐殖型有机质在低熟阶段R0值为0.450.70）可能产生的甲烷数量，足以形成特大气田。,（2）低熟油一般物理化学性质①低熟油的物性特点密度变化范围很宽，从0.71.0g/cm3，多数位于0.850.94g/cm3之间。可分为以下四种类型高密度、高粘度、高含硫原油。密度为0.890.98g/cm3，粘度为数千mPas，高含硫一般大于2。如江汉的广华、王场油田、河南的泌阳油田、胜利的八面河油田等。,高密度、低蜡、低硫原油。密度为0.870.94g/cm3,粘度差别大,含硫小于0.6，低的为35mPas，高的超过2000mPas。如胜利的沾化凹陷、苏北的海安凹陷、辽河的高升油田为代表。高蜡、低硫、中高密度原油。密度0.860.90g/cm3,粘度为几个mPas，含蜡量高，一般大于25。以大港的南皮、大庆的新北（黑帝庙）油层、胜利的德1井、百色盆地为代表。高含蜡反映生源母质可能与富长链脂肪族的高等植物和富含类脂质的生物有关，其沉积条件为弱还原的微咸水环境。低密度、低粘度、低凝点原油。在大港板桥沙一段和青海柴达木上侏罗统地层中以凝析油产出。其生源母质与高等植物富氢组分有关。,②低熟油的族组成特征特征饱和烃含量相对较低“非烃沥青质”含量相对较高演化程度相对偏低的低熟油和膏盐沉积环境形成的低熟油在族组成上表现为饱和烃含量更低3040、极性组分“非烃沥青质”含量更高（4060）的特点。饱芳比低和非沥比高是低熟油在族组成上的另一共同特征。大多数油样饱芳比值介于14，低熟油的非沥比相对较高，其中75以上油样的非沥比大于5，而成熟原油通常小于3。造成这一原因是低熟油的形成与生物类脂物的早期转化成烃有关。,（2）低熟油一般物理化学性质,（3）低熟油化合物分布特征,①饱和烃馏分组成主要是由各种链烷烃（正烷烃、支链烷烃和类异戊二烯烷烃）和各种环状烷烃（甾烷和萜烷）组成。不同的是低熟油中各类化合物的分布型式有明显的特殊性，其中含有相当数量的热稳定性差的化合物。②芳烃馏分组成芳烃馏分比常规原油显得格外复杂，能检测到萘、菲、屈等系列常规多环芳烃，还能检测到具有不同芳构化程度的甾、萜类化合物和一些含硫（如烷基噻吩类）和含氧（如脱羟基维生素E系列）化合物。后三者在一些低熟油中丰度甚高，可能与某些特殊沉积环境和特殊生源输入的低熟源岩有关。③非烃馏分含氧化合物组成在低熟油非烃馏分中检测到的含氧化合物包括各种脂肪醇、脂及酸等，其中又以正构醇、酮及酸丰度相对较高。经研究它们是成熟原油正构烷烃的原始成分。在低熟油非烃馏分中还检测到一些藿烷酸、甾烷酮和甾醇等具有明确生源意义的生物标志物，但丰度均很低。甾烷酮中C27、C28、C29化合物丰度相当，而甾醇中常呈现出C27的优势。,（4）烃类馏分的生源构成,原油的化合物分布组成受生源输入、沉积成岩环境和成熟度三重因素的制约。根据表2-2烃类化合物的生物标志涵义采用生物标志物组合的方法可以大体上判断低熟油的生源构成。不同低熟油的饱和烃馏分生源构成和芳烃馏分生源构成见图。根据低熟油的族组成和饱和烃、芳烃馏分的生源构成，还可以折算出低熟油总烃馏分的生源构成百分比，为研究低熟油的原始成烃母质与划分低熟油成因类型提供重要依据。,1、高等植物生源；2、细菌生源；3、藻类生源；4、色素生源；5、原生动物生源；6、未知生物,（5）低熟油气的判别,①低熟油的判识判别低熟油最有效的指标是甾烷的立体异构体比值立体异构化参数。如C27和C29甾烷/和C29甾烷20S/（20S20R）等。不稳定的生物标志物，例如各种甾烯和藿烯、5H粪甾烷、脱羟基维生素E系列、卟啉及长链烷基四氢噻吩和噻吩系列等。根据我国低熟油的研究发现，C29甾烷20S/（20S20R）参数定量化判别低熟油最为有效，其中5H粪甾烷在低熟油中分布最为广泛，因此，这两项指标可作为判别低熟油的最主要标志。一般认为，C2920S/（20S20R）值0.4、C29/值0.4同时有5H粪甾烷等热不稳定的化合物存在，可作为判别低熟油的可靠标志。,②低熟气的判识主要依靠气体化学组分、碳、氢稳定同位素。成份上甲烷含量一般在60以上，若含有大量非烃气体（如CO2）时，甲烷含量低于60；重烃含量介于生物气与“热催化气”（成熟气）之间；干燥系数一般较大，C1/C1-5值为0.61.0。但当它与低熟油伴生时，气体湿度较大，C1/C1-5也可0.70，Ph/C180.10。②类代表了淡水湖相形成的低熟油，如松辽盆地黑帝庙油层等。其Pr/Ph介于0.400.70之间，Ph/C18介于0.100.30之间。③类代表了由半咸水咸水湖泊环境中混合型有机质生成的低熟油。我国低熟油的大部分属于此类，如济阳坳陷等。其Pr/Ph介于0.100.45之间，Ph/nC18介于0.300.60之间。,④类代表了盐湖环境中形成的低熟油，如潜江凹陷等，以低Pr/Ph值（0.60）为特征。,4、低熟油气成因机理及其地质模式1,（1）木栓质体早期生烃机理,软木脂作为木栓质体的前身物，具有聚合度低和长链类脂物多的特点，可在较低的热力学条件下生成并释放以链状结构为主的烃类。实验证实木栓质体在R0值约0.350.50时，显微荧光光谱发生迅速而明显的红移，指示剧烈的化学组成变化；木栓质体和富木栓质成分的干酪根有能力生成大量C12脂族烃和芳烃，并且约50的木栓质体生烃潜力在达到传统上确定的常规成熟石油“生油窗”之前，就已经消耗掉了。,苏北盆地低熟源岩藻类体含量与氯仿沥青“A”、总烃含量的关系,吐哈盆地木栓质体早期生烃,吐哈盆地八道湾组木栓质体等组分含量与氯仿沥青“A”含量、饱/芳比和R0值的相关性,a为与氯仿沥青“A”关系；b为与饱/芳比关系；c为与R0的关系,4、低熟油气成因机理及其地质模式2,（2）树脂体早期生烃机理,树脂随分泌树脂的母体植物埋藏以下，石化成树脂体。树脂酸脱羧基、加氢转化成环烷烃的化学反应所需的活化能和热力学条件也较干酪根热降解生烃的条件低得多。在R0值约为0.250.55（相应的埋深为11002400m）时出现树脂体早期生油高峰。,东海盆地树脂体早期生烃,第三纪煤系树脂体含量与总烃含量的相关性,4、低熟油气成因机理及其地质模式3,（3）细菌改造陆源有机质早期生烃机理,大量陆源有机质的存在可以为细菌繁衍提供充足的碳源和能源，由于细菌的降解改造或代谢产物的加入，生成具“腐泥型”组成特征的新生烃类。,“微生物生源总量/高等植物生源总量”值达到0.71.6，标志细菌对陆源有机质的作用及其生烃贡献。据烃转化率与埋藏深度建立的生烃模式中，细菌改造的高等植物生源低熟油生油高峰R0为0.450.60。,板桥凹陷高等植物生源细菌改造早期生烃,板桥Es1泥岩有机质的生源构成,a、饱和烃馏分；b、芳烃馏分,4、低熟油气成因机理及其地质模式4,（4）生物类脂物早期生烃机理,陆相湖盆常见藻类与高等植物物质混源的沉积有机质。某些藻类（如丛粒藻、盘星藻、颗石藻和螺旋藻等）富含以脂肪酸、醇和烃类形成存在的储备类脂物。高等植物富含蜡质。无论是藻类生物类脂物还是高等植物的蜡质，均属分子结构简单的、具有含氧官能团的非烃化合物以及部分烃类。只要具备还原性的沉积成岩作用条件，在低温化学反应阶段即可早期生烃。金湖凹陷生烃模式表明，生物类脂物生源的低熟油生油高峰下R0值为0.65。,金湖凹陷生物类脂物早期生烃,4、低熟油气成因机理及其地质模式5,（5）富硫大分子早期降解生烃机理,富硫大分子的形成一般归结于早期成岩作用阶段无机硫与有机分子的加成反应，并且要求具有还原性沉积环境，沉积盆地水体咸化至硫酸盐相阶段，有硫酸盐沉积，但沉积物中缺少Fe。,这类硫化物主要是由细菌、藻类和高等植物生源的不饱和羧酸、烯醇和醇等与硫加成形成的。由于其中的SC和SS键的分解键能明显低于CC键的平均分解键能350kJ/mol，故容易在较低热力学条件下发生降解，成为早期生烃的一种重要母质。,江汉盆地板1井Eq3低熟油的芳烃馏分总离子流图（据盛国英等，1987）,临清坳陷（东部）富硫大分子早期生烃,4、低熟油气成因机理及其地质模式6,（6）小结,①木栓质体和树脂体生烃机理和模式主要对成熟度较低的煤系地层具有实际意义，在源岩中木栓质体和树脂体欠丰富的情况下，只可能对油气生成具有部分的贡献。②其余三种早期生烃机理和模式，分别适用于淡水、咸水和盐湖相湖盆沉积环境，尤其是咸水沉积环境生物类脂物生烃机理所生成的低熟油在我国东部第三系湖相沉积中较为多见。③富硫大分子早期生烃机理不限于陆相盐湖沉积，海相泻湖条件下也适用；具备还原性的硫酸盐沉积适于富硫大分子的形成和存在，纯氯化盐相盐湖和泻湖则另当别论。④无论是碳酸盐岩还是泥岩，只要条件具备都可形成低熟油气。⑤在特定条件下,碳酸盐岩对低熟油的形成更为有利,特别是在碳酸盐岩蒸发岩体系中。烃源岩有机质丰度高，有利于直接从可溶性有机质形成重质石油。加拿大西部中泥盆统碳酸盐岩宝礁中的沥青及有关油田和美国南佛罗里达州森尼兰德灰岩中的高硫重质石油，都是一些典型的实例。,
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