烃源岩评价及地球化学对比

煤种
Ro %
褐煤 长焰煤 气煤 肥煤 焦煤 瘦煤 贫煤 无烟煤三号 无烟煤二号 无烟煤一号
<0.5 0.5--0.65 0.65--0.9 0.9--1.2 1.2--1.7 1.7--1.9 1.9--2.5 2.5--4.0 4.0--6.0 >6.0
泥炭：Ro<0.1 %
泥炭：Ro<0.2%

这种大地构造环境主要分布在：

板块的边缘活动带
板块内部的裂谷、坳陷 造山带的前陆盆地、山间盆地。

陆相环境： 滨湖—沼泽区、浅湖区、半深 湖区、深湖
半深湖区、深湖:水体较深，水体表层处于 动荡回流状态，其底部水流停滞，由于水底有机 质的分解，氧气又得不到及时补充，便形成稳定 的还原环境，是有利的生油区。 这种大地构造环境主要分布在：

3.岩石热解分析 Espitalie等发展了一种快速评价烃源岩特征的热解方法， 即烃源岩评价仪，它是用岩石热解分析仪直接从岩样中测 出所含的吸附烃（S1）、干酪根热解烃（ S2）和二氧化 碳（ S3 ）与水等含氧挥发物以及相应的温度，温度可逐 步加热到550℃（图3－31）
氢指数（S2／有

三、干酪根成油理论的新进展 1）、未—低成熟油的成因系指非干酪根晚期热降 解成因的各种低温早熟的非常规油气。包括在生 物甲烷生烃高峰后，在埋藏升温达到干酪根晚期 热降解大量生油之前（Ro<0.7%），经由不同生烃 机制的低温生物化学或低温化学反应生成并释放 出来的液态和气态烃。
★ 强还原咸化环境藻类成烃 ★ 盐湖相沉积有机质在低温条件下转化成烃 ★ 含煤岩系特殊的富氢显微组分早期成烃 内因：有机质类型

（据胡见义等，1991）



（二） 有机质的类型 有机质的类型常从不溶有机质（干酪根）和可溶有机质 （沥青）的性质和组成来加以区分。 干酪根类型的确定是有机质类型研究的主体，常用的研究 方法有元素分析、光学分析、红外光谱分析以及岩石热解 分析等。
1.元素分析 Tissot和
Durand等根据 干酪根的元素 组成分析,利用 范氏图上H/C和 O/ห้องสมุดไป่ตู้原子比的演 化路线将干酪 根分为Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ型,如图3－ 30所示：


2、时间
对一级反应方程积分得： ln(CO/C)=kt 阿氏方程取对数：lnK=lnA*(E/R)*(1/T) k=(1/t)ln(CO/C)
上式代入下式整理得：lnt=(E/R)*(1/T)-b 反应时间的对数与反应温度成反比，表明反应温度和时间可互 补。 从以上化学定律的原理可以得出： ①有机质在反应过程中，温度起决定作用，时间有补偿作 用； ②时间的补偿是有限的，温度所产生的热量应超过活化能E。 ③压力大阻碍有机质转化，但影响不大。 因此，门限温度的高低取决于有机质类型，Ⅰ型 < Ⅱ型 < Ⅲ 型；而门限深度的大小取决于地温梯度，地温梯度高，门限深 度低。
Ro
Ro<0.5%
物化作用
微生物分解
主要产物
生物甲烷气 0.6%<Ro<1.3%，
成熟 阶段 高成 熟阶 段
长焰煤→瘦煤
0.5%<Ro<1.9%
热化学裂解
CH4、CO2 和重烃 1.3%<Ro<1.9%， CH4 气体
贫煤→无烟煤
Ro>1.9%
芳香核之间 的缩合为主
CH4 气体
R0 0 基质镜质体藻类体 0.4 0.3 0.1 0.2
油伴生气的-55～-40‰ 到凝析油伴生气的-45～30‰ 再到干气为≥-35‰。

3、油型气的分布 油型气分布普遍，东部北起松辽，南 至广东三水和广西百色盆地，中部稳 定区的鄂尔多斯和四川盆地，西部的 塔里木、准葛尔和柴达木盆地。层位 上从震旦系到第三系各层系均有分布。

三、煤型气
1、煤型气的形成 煤系气：凡与煤系有机质热演化有关的天然气。 煤成（层）气：煤层在煤化过程中所生成的天然 气。 煤型气：煤系地层中分散有机质在热演化过程中 所生成的天然气。 目前用煤型气来概括，即煤型气是指煤系地层中 煤和分散有机质在煤化作用和再煤化作用过程中 形成的天然气。

二、岩相古地理环境
海相环境： 滨海、浅海大陆架、大陆坡、深海 平原 浅海大陆架:阳光、温度适宜，生物繁盛，并接 受河流搬运来的大量陆源有机质，有机质异常丰 富的聚集。有机质的大量存在，消耗水中的氧， 形成还原环境，保证了剩余有机质和新补充的有 机质免受分解破坏。大陆 架上的泻湖、海湾以及 闭塞的深海盆地等也是良好的低能还原环境，既 有利于有机质的堆积，又有利于有机质的保存， 是良好的生油区。
（三）

有机质的成熟度
评价有机质成熟度的方法有多种，其中常用的有：镜质体 反射率（R0）法、孢粉和干酪根的颜色法、岩石热解法、 可溶有机质的化学法。



1.镜质体反射率法 镜质体反射率也称镜煤反射率（R0），它是温度和有效加 热时间的函数且不可逆性，所以它是确定煤化作用阶段的 最佳参数之一。 镜质体反射率可定义为光线垂直入射时，反射光强度与入 射光强度的百分比。镜质体反射率的主要类型有最大 （Rmax）、最小（Rmin）和随机（R e）3种，
二、烃源岩的评价


通常从有机质数量、有机质类型和有机质成熟度等三个方 面对其作出定性和定量评价。 （一） 有机质的数量 有机质的数量包括有机质的丰度和烃源岩的体积。有机质 丰度是烃源岩评价的第一位标志，其主要指标为有机碳、 氯仿沥青A和总烃的百分含量。
中国陆相油源岩评价标准
油源岩类别 好油源岩 项目 岩相 干酪根类型 H/C原子比 有机碳含量％ 氯仿沥青A％ 总烃含量／10-6 总烃／有机碳／％ 深湖－半深湖相 腐泥型 1.7～1.3 3.5～1.0 0.12 500 6 半深－浅湖相 中间型 1.3～1.0 1.0～0.6 0.12～0.06 500～250 6～3 浅湖－滨湖相 腐殖型 1.0～0.5 0.6～0.4 0.06～0.01 250～100 3～1 河流相 腐殖型 1.0～0.5 0.4 0.01 100 1 中等油源岩 差油源岩 非油源岩



2．煤成烃的地球化学特征 煤成烃一般具有饱和烃含量高、非烃和沥青质含 量低的特点。煤成烃最明显的特征是具有姥鲛烷 优势。其它特征还有高碳数峰更突出；富含三萜 烷，具明显的藿烷类和C29甾烷优势；含丰富的各 种芳香烃类。 3．煤的生烃模式 煤及煤系地层中陆源有机质有两种演化途径，向 煤演化称为煤化作用，向生液烃方向演化，称为 沥青化作用。沥青化作用结果是产生石油和天然 气，另一方面是固体残余物进行芳构化和缩聚作 用。
外因：局部咸化环境、较高的地温梯度
1．树脂体早期生烃 2．木栓质体早期生烃 3．细菌改造陆源有机质早期生烃 4．高等植物蜡质早期生烃 5．藻类类脂物早期生烃 6．富硫大分子有机质早期降解生烃



2）、煤成烃理论
由煤和煤系地层中的有机质，在煤化作用的同时 所形成的液态烃，称为煤成油。 1．煤的有机组成及其生烃潜力 目前研究认为煤究竟生气还是生油取决于其显微 组分，富含富氢显微组分的无定形体、藻质体及 其它壳质体的煤均有生成液态烃的潜力。一般认 为壳质组生烃潜力最大，镜质组次之，惰质组最 差。
有机质演化过程主要是一个生物化学和化学作用的过程， 影响其演化的因素很多，有温度、时间、细菌、催化剂和 压力等因素，其中起主要控制作用的因素是温度和时间。 1、温度 化学动力学定律的一级反应方程：-dc/dt=KC 速度常数k由阿氏方程求得： k=Ae-E/RT E：为活化能，与键强度成正比，同温下，E越大，反应 越慢；只有超过E值，才能反应，相应的温度为门限温度， 与有机质类型有关。 T：为绝对温度，决定其活化分子数和碰撞几率，同活化 能条件下，温度增高，速度增加。 A：为频率因子。 R：气体常数。
硫化氢：由火山喷发形成。
氦气：放射性气体衰变形成，岩浆中铀和钍放射性蜕变的 产物。

2、无机成因气的特征 化学组成甲烷占优势，非烃含量 较高；δ13C值大于-20‰。 3、无机成因气的分布 多分布在大断裂、岩浆体。
第四节

烃源岩及其评价
一、烃源岩的概念 烃源岩包括油源岩、气源岩和油气源岩。 Hunt（1979）对烃源岩的定义：在天然条件下曾经产生并 排出了足以形成工业性油、气聚集之烃类的细粒沉积。
0.2
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3
0
角质体 0.4 0.2
孢子体
0 0.2 0.4
木栓体
0.1 0.3 0
沥青质体 0.6 0.2 0.4
树脂体
0.1 0.3
煤
Ⅰ
Ⅱ
1.4
1.5
生油门限
主生油带
显微组分生油模式 (程克明，1993)

四、油气生成的影响因素

2、煤型气的特征
（1）化学组成：重烃含量可达10%以上，甲烷 一般占70%～95%；非烃CO2 量最大，N2 次之，H2S 最少。
（2）δ13C值：一般为-41.‰ ～-24.9‰。 3、煤型气的分布 煤型气多分布在煤系地层发育区。

四、无机成因气
1、无机成因气的形成 由地壳内部、深海大断裂、深海沉积物形成，包括氮气、 二氧化碳 、硫化氢、氦气等。 氮气：高温高压条件下，含氮化合物裂解形成。 二氧化碳：碳酸盐在深埋高温或岩浆活动提供的热源下分 解形成。

黄骅凹陷烃源岩元素分选图 （据卢松年，1989）
Ⅰ－腐泥型； Ⅱ1－腐殖腐泥型； Ⅱ2－腐泥腐殖型； Ⅲ－腐殖型





2、光学分析 在显微镜下对干酪根进行光学分析是从光学性质上和形貌 上把握其类型。光学分析方法包括孢粉学法和煤岩学法。 孢粉学法将其分成藻质、草质、本质和煤质。 煤岩学法是将干酪根的显微组成为壳质组、镜质组和惰质 组。

二、油型气
1、油型气的形成 油型气是指成油有机质在热力作用下以及油热裂解形成的 各种天然气。包括湿气（石油伴生气）、凝析气和裂解气。

2、油型气的特征 （1）化学组成：重烃含量大于5%，最高可达 40 ～ 50%
（石油和凝析气阶段）；过成熟气以甲烷为主，重
烃气一般小于2%。
（2）δ13C值：随着成熟度的增高而增大，由石

2、生物成因气的特征 （1）化学组成 甲烷含量大于98%，重烃含量 一般小于1%，少量的 N2 和CO2，为典型的干气。 （2）δ13C值 一般为 –55 ～ -90‰。

Tissot据Durand改编，1978）

3、生物成因气的分布 生物成因气的分布层位主要在白垩系 以上，埋深在地表到2000米左右。区 域上白垩系生物气主要分布在东北地 区，第三系分布在渤海湾和三水盆地， 第四系主要分布在柴达木盆地和长江 沿海地区和现代湖泊中。
板块的边缘活动带 板块内部的裂谷、坳陷 造山带的前陆盆地、山间盆地。
第三节 天然气的成因类型

天然气按成因可分为四种类型： 生物成因气、油型气、 煤型气和无机成因。

一、生物成因气
1、生物成因气的形成 生物成因气是指成岩作用阶段早期，在浅层生物化学 作用带内，沉积有机质经微生物的群体发酵和合成作用形 成的天然气，主要是甲烷气及部分 CO2 和少量 N2。有时 也混有早期低温降解形成的烃气。

五
油气生成的地质环境
晚期生油理论认为：油气生 成必须具备两个条件， 一是有足够的有机质并能保存下来； 二是要有足够的热量保证有机质转 化为油气。

一、大地构造环境
三种构造环境：
过补偿
欠补偿 补偿
水体变浅
水体变深 保持一定水体深度
为了确保有机质不断堆积、长期处于还原环 境，并提供足够的热能供有机质热解需要，地壳 必须有一个长期持续下沉，以及沉积物得到相应 补偿的构造环境。只有盆地的下降速度与沉积速 度大致相当时有机质才有可能大量堆积和保存， 才有利于有机质转化为油气。
机碳，IH）和氧指 数（S3／有机碳， I0）与干酪根元素 组成分析能进行很 好的对比。因此， 可利用这两个指数 绘制范氏图确定烃 源岩中有机质的类 型,如图。
氢指数和氧指数确定烃源岩类型 （据Espitalie等，1974）

烃源岩中的干酪根分类




4.可溶沥青分析 可溶沥青的研究也能反映烃源岩中有机质的类型，较常用 的参数如下： 1）烃源岩氯仿抽提物中组分组成特征 2）饱和烃气相色谱特征 3）色谱－质谱分析
褐煤
Ro <0.5%
气煤 Ro=0.65--0.9%
肥煤
0.9--1.2
焦煤
1.2--1.7
瘦煤
1.7--1.9
贫煤
1.9--2.5
无烟煤Ro=2.5--4.0%
几种煤岩显微成分和植物组成的 H/C与O/C相关图
（据Tissot&Welte，1984）
演化阶段
低成 熟阶 段 泥炭→褐煤