石油天然气地质 2-5天然气成因类型

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溶解物 柱状图
水 -沉 积 物 柱 状 剖 面 生物化学带 空气 光合作用带 水
交代 作用 柱状图 光合 作用 喜 氧 喜 的 氧 呼 吸 发酵 作用 厌
O2 沉 S0 4 2 HS HCO 3 积 物 C H4 H2
O
喜氧带
硫酸盐还原带
氧 呼
厌 氧 的
碳酸盐还原带
吸
湖泊沉积物中：由于含盐量低，缺SO42-，PH值中等呈 中性，所以甲烷菌出现较早，在近地表浅层即开始大量 生成CH4，但因埋藏太浅，大部分散失或氧化，不易保 存下来形成气藏。


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• 目前已发现的生物气以白垩系居多（K—Q），其 次为第三系和第四系。80%以上储量集中在西西伯
利亚地区。
我国典型生物气气田：柴达木盆地东三湖地区 ，埋深 <1400米，气藏温度<60℃，第四系砂岩储层，C1/C2＋=100— 1000，δ13C<-65‰。 在渤海湾盆地也有发现，如惠民凹陷阳信地区。
天然气成因综合分类（戴金星、徐永昌等，1997）
无机成因气 幔源气、岩浆成因气、放射成因气、变质成因气、无机盐类分解气 成熟度 母质 气的 有 机 成 因 气 ⅡB~Ⅲ 混合成因气 腐殖型气 热解气（凝析气） 异源多源混合气、同源多阶混合气 裂解干气 Ⅰ~ⅡA 类型 成因类型 未熟阶段 成熟阶段 高成熟阶段 过成熟阶段
石油热演化的缩合 作用和歧化作用

在地层条件下，石油及天然气生成 后，一直处于地温加热状态下，这种温 度使烃类缓慢而持续地向稳定状态改变 其分子结构。烃类分子最稳定的异构体 是那些带有最低自由能的分子。
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零线代表元素碳和氢的自由能； 正烷烃的自由能随碳数增加而 增大，甲烷的自由能最低，因 而最稳定；碳数相同的烃类的 自由能，烯烃>环烷烃>正烷烃， 烯烃最不稳定；芳香烃在低中 温(<250－300℃)时，自由能超 过环烷烃和正烷烃，而在高温
腐 泥型气
生物化学气
油型气
原油伴生热 解气 裂解凝析气 （湿气） 裂解干气
煤型气
二、有机成因气
（一）、有机成因气形成机理
• 热解作用：温度作用下有机质降解成烃，大分子烃热 裂解成更小分子烃。 • 生物化学作用：主要指产甲烷菌利用二氧化碳、氢、甲 酸、醋酸和甲醇等形成甲烷的过程。 • 力化学作用：构造作用引起的机械能（压力）作用于 有机质，直接参与有机质分解的化学键断
甲烷：富集轻的碳同位素12C， δ
13C低（-55～100‰），多
• •
数在-60～-80‰ 。
甲烷：δ D低（ -250～150‰ ）。腐殖型生物气δ D：－210
有热解气混入以及厌氧氧化时，同位素可变重
～－280‰；腐泥型生物气δ D：-150～-210‰。
•
气藏埋藏浅（一般<1500米），浅层未成熟带，有机质
裂，即力化学作用。
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• 催化作用：粘土矿物作为催化剂在有机质成烃演化过
程中可加速成烃化学反应速度，并降低了反
应的活化能，使有机质在低温阶段形成烃类。
• 加氢作用：与烃类相比，有机质贫氢富杂原子，通过加
氢可形成气态烃；氢主要来源于不饱和环状单
元的缩聚作用。
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• 脱基团作用：脂肪酸脱羧基形成烃类，氨基酸脱氨基
和羧基形成烃类
• 缩聚作用：具两个或两个以上官能团的物质相互作用，
在形成大分子同时形成小分子气态烃的过程
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（二）、有机成因气的主要类型 ★依据有机质的类型有机成因气分 腐泥型气、腐殖型气 ★按热演化阶段分
生物气、热解气、裂解气 腐泥型有机质的热解气和裂解气合称油型气
腐殖型有机质的热解气和裂解气合称煤型气
（2）煤型气的主要特点
1）主要分布于含煤盆地和煤系地层发育的盆地。 2）原始母质：煤及煤系中的Ⅲ型干酪根 3）烃气为主，主要为甲烷气 4）煤化过程不同阶段，形成的产物组成有所不同 5）甲烷δ13C一般在-25～-42‰。 δ13C1随 RO 增大而增 大。 相同RO时，煤型气δ13C1大于油型气δ13C1。 6）与煤型气一起形成的凝析油中，常含有较高的 苯、甲苯以及甲基环己烷和二甲基环戊烷。 7）常含汞蒸气，一般含量超过700毫微克/米3
我国若干油型气的组成特点（陈荣书，1989）
油田或油区 CH4 大庆油田 (石油伴生气) 东濮凹陷 (凝析油伴生气) 板桥凝析气田 川东相国寺气田 (热裂解干气) 98.15 0.89 110.3 0.991 53.9~95.61 71.04~ 87.43 82.88 天然气组成主要参数分析 重烃 2.64~ 38.51 10.63~ 26.91 15.29 C1/C2+ 1.40~36.22 3.21~ 20.3 5.42 C1/∑C 0.58~ 0.975 0.75~ 0.96 0.844 -33.55 -38.9~-45.1 -37.72~-49.97 δ
石油天然气地质与勘探
主讲人：张传河 中国石油大学胜利学院
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《石油天然气地质与勘探》
第二章 石油和天然气的成因
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
烃源岩特征与油源对比
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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、促使油气生成的理化条件
天然气的形成具有广泛性、多源性和多阶性。
两大类：有机成因气、无机成因气
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无机成因气：根据来源分：
宇宙气、幔源气、岩浆岩气、变质岩气、无机盐类分解气
有机成因气：
按有机质类型——腐殖型气、腐泥型气
按热演化阶段——生物气、热解气、裂解气
腐泥型有机质的热解气和裂解气称为油型气；
腐殖型有机质(包括煤)的热解气和裂解气称为煤型气
各种油型气是在干酪根不同热演化阶段的产物，其化学成分不同
1）石油伴生气： 湿气，重烃气含量可达20－50%，C1/C2+小（4～10） • δ13C1低（-55—-45‰），δD C1低（-300—-180‰） • iC4/nC4比值明显小于1，随有机质成熟度↑，iC4/nC4↓，在
生油窗约为0.7－0.8
这些有机质（主要为碳水化合物和木质素）若大量堆积， 随着埋深的增加，经泥炭化及煤化作用或成岩作用，可演变成 不同煤阶的煤或腐殖型（Ⅲ型）干酪根。
煤层或腐殖型干酪根在化学成分及结构上以含带 许 多烷基侧链和含氧官能团的缩合多核芳香核为主， 在热演化过程中以产气态烃为主。。
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（1）煤型气的形成阶段
原始有机质：陆生高等植物为主，有机组成主要
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1. 生物气
★——在低温（<75℃）、还原条件下，由微生物（厌 氧细菌）对沉积物有机质进行生物化学降解所形成的 富含甲烷气体。
——又称生物化学气、生物成因气、细菌气、沼气
依有机质类型分
腐泥型生物气
腐殖型生物气
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商业性烃类天然气聚集主要有两种成因类型： 生物成因气：占世界天然气资源的20%。 热成因气：有机质在较高温度下热降解和裂 解作用生成的。 占商业性天然气聚集的80%
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（1）生物气的形成条件
1）丰富的原始有机质
——特别是腐殖型和混合型有机质，这是产生大量甲烷气的基础
2）严格的缺氧、缺硫酸盐还原环境
——产CH4菌繁殖的必要条件 3）适合甲烷菌繁殖的地温（<75℃）和介质PH值（6.5-7.5）
4）足够的孔隙空间 ——产甲烷菌的繁殖需要一定的空间
5）较快的沉积速率 ——沉积速率快有利于生物气形成
分布很广，在含油气盆地中只要发现了
油藏，都有可能找到数量不等的油型气。
它们可以呈不同状态存在。石油伴生气或呈游
离气顶、或呈溶解气状态与油藏伴生，多分布在
盆地的中深部，深约1500～3500m。
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3. 煤型气

★与煤系有机质(包括煤层和煤系地层中的分散有
机质)热演化有关的天然气，称为煤型气或煤成气。
R= o. 05 -3 1% . 自然条件下，CH4存在的最高温度为 400—500℃，埋深>12000米。
CC 2 5 -
R=. o13 -
液
干酪根在热演化过程中，同时存在放氢的芳香烃缩合作
用与加氢的正烷烃歧化作用。
缩 合 稠 化 芳分 多 香子 核 烃菲 绸 缩 合 作 用 ： 低 香 烃 放 合 出 芳 H 2
2）凝析油伴生气
• C2+较多， C1/C2+小（10—20）； • δ13C1（-50～-40‰），δD C1（-250～-150‰），比 石油伴生气偏重。 3）裂解干气 • 以甲烷为主，重烃气极少（<1～2%）； C1/C2+=20～100；δ13C1≥-35～-40‰ 由 1）→2）→3）： C2+↓，CH4↑；δ13C1、δDC1变重
半咸水或咸水湖泊中：尤其是碱性咸水湖，可抑制产甲 烷菌过早大量繁殖，也有利于有机质保存。当埋深到一 定深度后，有机质分解使介质PH降到6.5—7.5时，产甲 烷菌才能大量繁殖，此时生成的CH4容易保存，并可聚 集成工业气藏。
（2）生物气的特点
•
上
以CH4为主、 > 98%，干气；干燥系数C1/C2＋>100或数百以
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第四节
有机质成烃演化模式
一、有机质向油气转化的阶段 二、低熟油与煤成油形成理论
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第五节
天然气的成因类型及特征
一、天然气成因类型概述
二、有机成因气
三、无机成因气
四、非烃类气体成因
五、不同成因类型天然气的识别
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一、天然气成因类型概述
天然气： 广义上，是指自然形成的、在标准状态下呈气 态的单质和化合物。