石油地质学 第四章 2

实例
琼东南盆地 崖13-1气田
天然气属于湿气C2+>10% , 伴有凝析油产出
高Pr/Ph和低伽马蜡烷
• 克拉2井 3499.87~3534.66m天 然气碳同位素特征： 13C1=-31.1‰， 13C2=-16.8‰， 13C3=-18.5‰， 13C4=-17.8‰，具有 典型煤系气特点。
(1)宇宙气 (2)岩浆岩气 (3)变质岩气
宇宙空间中放散性反应、核反应及化学反应 生成的天然气。以含He和H2为特征
岩浆喷发或侵入过程中由高温化学 作用形成的天然气，以含CO2和H2为 特征 变质过程中高温作用形成的天然气
(4)无机盐分解气 沉积岩中由无机盐类的化学分解形
成的气体，以含CO2和H2S为特征
(5)幔源气
指地幔或从地幔通过不同方式上升到沉积圈 中的天然气 。
无机气藏最常见的是二氧化碳气 藏
我国东部二氧化碳气藏
甲烷可无机成因的证据
• 化学家很早就在实验室通过无机化学反应获得 了甲烷； • 人们早就发现太阳系外侧行星的大气圈中含有 气态甲烷； • 在陨石固体中以及在地壳岩石内与岩浆活动有 关的多种金属和金刚石矿中也有数量不等的甲 烷气； • 在东太平洋洋隆热液喷出口观测到射出的气体 中含有较高的甲烷气含量。
•生油层系：在一定地质时期内，具相同岩性-岩相特 征的若干生油层与其间非生油层的组合，称为生油层 系。
长期沉降盆地的有利方面
有利于沉积有机质的保存； 烃源岩形成厚度大、埋藏深和较高地温
2.烃源岩形成的沉积环境
有利的岩相古地理环境
•浅海大陆架地区
深水-半深水湖泊环境
平原 前缘 前三角洲
前三角洲地区
沼 泽
障壁岛 海
泻湖
3、烃源岩形成的古气候条件 • 温暖湿润气候，有利于生物繁殖。 主要烃源岩发育的层位都是当时是湿润气 候。
生物大量繁殖的时代：第三纪、白垩纪、 侏罗纪、石炭-二叠纪等时期。
二、烃源岩的地球化学研究
•目的
从地球化学角度来研究烃源岩,特别 是研究烃源岩的有效性:解决烃源岩在 哪里?范围多大?何时成熟生烃?
注意: 烃源岩中的有机碳分布的非均质 性
①纵向上有机碳含量有变化
A.页岩韵律层( 季节变化、 水深变化）影响有机质丰度
沾化凹陷有效烃源岩层位多
沙四上、沙三中、沙三下和沙一段为有效烃源岩分布 层段。
沙四 上
沙 三 下
沙 三 中
沙 三 上
沙 一 段
B.碳酸盐层系中，泥灰岩、泥 质灰岩、灰岩中的泥质条带， 缝合线中有机碳丰度相对较高
碳同位素：δ
13C
1=-42‰～-25‰，多数大于-35‰
煤型气的凝析油中含有较高甲苯、甲基环已烷 以及高等植物类生物标志物
煤型气中常含有较高的汞蒸气
伴生凝析油 和轻质油某 些组成特征
来自藻类类和细 菌
•
C7轻烃系列三 角图（正庚烷、 甲基环己烷、 二甲基环戊烷）
来自水生生 物（类脂物）
来自高等植物
拜 大宛齐油气田 秋
● 牙哈
库车县
隆
轮西1
●
N2 :0.56%-0.70%， CO2:0.55%-0.74%
格 立
却勒1油藏 羊塔5
乌 什 凹 陷
塔
● 羊塔2 塔
北
牙哈油田
阿 瓦 提 凹 陷
油侵砂岩
●
羊塔克油田
★
英买力油田
油 苗 气 田 油 田
阿克苏
四、各类成因类型天然气的鉴别
（一）主要依据参数
例如：渤海湾盆地烃岩发育于凹陷强烈期（沙 四段、沙三段），尤其最大湖泛时期（沙三段）
名词解释
• 沉积速率：沉积厚度m/Ma。不同时期沉积速率不同。 • 沉积中心：沉积物最细的部位，不同时期，沉积中心 会变化（沉积中心转移） • 沉降速率：盆地基地沉降幅度m/Ma。不同时期沉降速 率不同 • 沉降中心：盆地基地沉降幅度最大的地方。不同时期， 沉降中心会变化（沉降中心转移） • 补偿盆地：沉积速率=沉降速率 • 欠补偿盆地：沉积速率<沉降速率 • 过补偿盆地：沉积速率>沉降速率
沉积有机质熟
未熟-低熟 油
生物气 亚生物气 石油伴生气
凝 析 气
热催化生 油气阶段 熟
高 成 熟 过 成 熟
成
成 熟 油
热裂解生 凝析气阶 段 深部高温 生气阶段
凝析油伴生气
裂解气
甲烷
2.无机成因气（inoganic gas）
泛指各种环境下由无机物质形成的天然气。以 非烃气体为主，CO2常见；CH4含量低。
•天然气的化学组成和同位素特征 •伴生物的生物标记物 •储层沥青中的生物标记物 •母岩的成熟度和有机质类型
（二）主要的鉴别图版
1．δ13C1-δ13Cco2分类（ГуцаΛо图版）
运用甲烷碳同位素、二氧化碳碳同位素
•Ⅰ无机成因气区：δ13C1 由 -7‰ 到 41‰ ， δ13Cco2 由 +27‰ 到 -7‰( 在 0‰ 附近特别集中)。洋脊喷出气、温泉 气、火山气和各种岩浆岩和宇宙物 质包裹体中的气体均落于此区 。 Ⅱ生物化学气区： δ13C1由-54‰到92‰， δ13Cco2 由-36‰到+1‰。 Ⅲ有机质热裂解气区。δ13C1由-40‰ 到-19‰， δ13Cco2由-30‰到-16‰。 沉积岩中的分散有机质、泥炭、煤和石 油热裂解气均落于此区。
烃源岩评价
二、烃源岩评价的地球化学方法
四、烃源岩的生烃历史
一、烃源岩形成的条件
决定烃源岩形成和分布的地质因素
• 大地构造环境 • 岩相古地理环境 • 古气候条件
1、大地构造条件
长期沉降的盆 地 • 沉降速度与沉积速度相近；或者沉积速
率稍小于沉降速率的欠补偿盆地 • 长期持续下沉过程中伴随偶尔适当的抬升， 形成生、储层频繁相间、广泛接触，形成厚 度大的生油层系。
注意: 烃源岩中的有机碳分布的非均质性
②平面上，同一层烃源岩有机碳含量随沉积 环境和岩性变化而变化
英南2 满东1
烃源岩中的有机碳分布的非均质 性
• 一套烃源岩层，尽管岩性相同，并不是都 可以作为烃源岩的，只有有机碳达到烃源 岩标准的那些岩性段才是烃源岩层段
有机质丰度——
(2)岩石热解生烃潜量
岩石热解：岩石 粉碎后直接在仪 器上加热促使其 中的有机质分解
等级 Pg(kg/t)
非烃源岩
差烃源岩 中等烃源岩
<0.5
0.5-2.0 2.0-6.0
好烃源岩
>6.0
有机质丰度——
（3）氯仿沥青“A”的含量
烃源岩地球化学研究内容
2．有机质类型的研究
(1)干酪根元素分析方法 （2）干酪根显微组分分析方 法 （3）岩石热解方法
（1）根据干酪根的元素组成划分干酪根类 型
0 10 20 30 40km
甲烷:97.93%-98.26% 重烃（C7+）:0-0.04%
★
米2
斜
★
带 造 构
克拉3气田 依南2气田
依奇克里克油田
单 部
大北1
★
★
吐孜洛克气藏
★
带 凹
● 提尔根 起
依
拜城县
克拉2气田
带
★ 平
东秋5
★
迪那1气田 迪那2气田 霞
阳
陷
北
克
城
陷 凹 背
南
★ 部
斜
缓
背
斜
带
轮台县
2、C1/C2+3-δ13C1 图版
3.油型气与煤型气的鉴别图版
Stahl的回归公式 煤型气：δ13C1=14lgRo-28 油型气： δ13C1=17lgRo-42
①不论油型气，还是煤型气， 其δ 13C1均随源岩Ro值的增大而增大， 即天然气的成熟度越高，越富集重的碳同位素 ②在相同的源岩热演化程度下， 煤型气的δ 13C1值较油型气的δ 13C1值大， 即煤型气较油型气更富集重碳同位素
渤海湾盆地的沙三段(古近系渐新统)：1-3% 松辽盆地青山口组，嫩江组 (下白垩统)：2.2%-2.4% 苏北盆地阜宁组四段，二段(古近系渐新统)：1.2%-1.6% 泌阳凹陷核桃园组(古近系) 1.66%
②碳酸盐岩烃源岩评价标准
碳酸盐岩的有机碳平均含量比泥岩低得多
有机碳含量评价标准
一般，碳酸盐岩作为油源岩：TOC>0.5% 碳酸盐岩作为气源岩：(TOC>0.2%)
•地球化学研究的方面：
有机质丰度 有机质类型 有机质成熟度
1.有机质丰度
（organic matter abundance）
常用于表示丰度的参数：
•有机碳含量 •岩石的生烃潜力
（1）有机碳含量 (TOC)
Content）
( Total Organic Carbon
单位：%，占岩石的重量百分比
Ⅰ 型 演化 轨 迹 1. 5 Ⅱ 型 演化轨 迹
H/C原 子 比
1. 0
Ⅲ 型 演化 轨 迹
0. 5
Ⅰ型 Ⅱ型 Ⅲ型
0
0. 1
0. 2 O/C原 子 比
0. 3
0. 4
范· 克雷维伦（D.W.Van Krevelen）图解
（2）根据干酪根镜下显微组分鉴定进行 研究
腐泥组： 壳质组： 镜质组： 惰质组：
三、各类天然气的形成特征
1.无机成因气
(1)组成： CH4含量低，以非烃气体为主，CO2常见 (2)同位素： 富集重碳同位素 δ13C1>-30‰，绝大多数δ13C1>-20‰
深源气常有较高的氦气含量
我国有机与无机成因天然气的二氧化碳碳同位 素
2.生物成因气
(1)组成： CH4占绝对优势，可高达98% (2)同位素： 富集轻的碳同位素，δ13C1<-55‰
总有机碳含量：岩石中干酪根中的有机碳加上可溶有机质中的碳 实际上，只能是剩余有机碳含量
有机碳含量与有机质含量之间的关系:有机质是有机碳的1.22倍
烃源岩的有机碳丰度评价标准
①泥质烃源岩评价标准
等级 非烃源岩 差烃源岩 中等烃源岩 好烃源岩 TOC(%)
<0.5 0.5-1.0 1.0-2.0 >2.0
伴生凝析油 和轻质油某 些组成特征
来自藻类类和细 菌
•
C7轻烃系列三 角图（正庚烷、 甲基环己烷、 二甲基环戊烷）
来自水生生 物（类脂物）
来自高等植物
天然气成因判别注意事项：
• 天然气成因的判别需要多种参数联合 • 标准是相对的
• 与地区的地质条件有关，需要结合地质环 境综合分析
第六节
一、烃源岩的形成条件 三、烃源岩生烃潜力
13C 1=-55‰～-40‰ 13C 1=-55‰～-45‰ 1=-50‰～-40‰
原油伴生气：δ
凝析油伴生气：δ
13C
（2）裂解气（过成熟阶段生成的气） 组成：以CH4为主（干气），重烃气<2% 碳同位素：δ
13C 1=-40‰～-35‰
油型气形成机制
石油裂解生湿气具重要地位
4.煤型气
组成：甲烷CH4含量较高，重烃气含量较低，一般<20%
（1）镜质体反射率
（2）干酪根的颜色
（3）可溶有机质的数量
（4）抽提物中正构烷烃的分布和奇偶优势比 （5）抽提物中的甾、萜烷异构化比值 (6) 岩石热解最高峰温(Tmax) (7) 时间温度指数（TTI)
T=（100A+50B-75C-100D）/100
T >80 T=40-0 T <0 Ⅰ型 Ⅱ2型 Ⅲ型 T =80-40 Ⅱ1型 A、B、C、D 分别为腐泥组、 壳质组、镜质组和惰 质组的含量
(3)岩石热解方法 氢指数：
IH=S2/TOC
氧指数：
IO=S3/TOC
烃源岩地球化学研究内容
3.有机质的成熟度（maturity of organic matter）
硫 酸 盐 浓 度 与 甲 烷 产 量
微生物合成甲烷的机理和过程
不溶有机质
酶的发酵作用
可溶有机质
产酸菌 产氢菌 产氢菌
挥发性有机酸 +H2+CO2
产甲烷菌 产甲烷菌
CH4
我国生物气分布
• 柴达木盆地东部、浙江与东南沿海、松辽、 二连、渤海湾、江汉、苏北、百色等盆地 有发现。
典型实例
-柴达木盆地东部第四系
我国生物气组成实例
生物气的形成条件
• 1)严格的缺游离氧、缺硫酸盐环境，这是厌氧 的甲烷菌群繁殖的必要条件。 • 2)地温低于75℃时，甲烷菌才能大量繁殖；当 温度超过75℃时，甲烷菌大量死亡，不利于甲 烷气的生成。
产甲烷菌在严格的 厌氧环境中才能大量繁殖
微 生 物 代 谢 作 用 的 生 化 环 境 剖 面 图
P1峰：热解温度小于300℃时出现的峰，S1。岩石中的残留 烃。单位：kg（烃）/t（岩石） P2峰：热解温度在300-500℃时出现的峰，S2。岩石中的干酪 根在热解过程中生成的烃。单位：kg（烃）/t（岩石）
P3峰：S3，热解过程中生成的CO2
生烃潜量
生烃潜量：Pg=S1+S2 泥岩源岩的岩石热解评价标 准
台南6井 海拔(m) 1360 1320 1280 1240 1200
台南5井
台南4井
泥岩
气
水
气水界面 气运移方向
图2-1 柴达木盆地台南气田生物成因气成藏模式示意图
国外典型实例：——西西伯利亚乌连戈依气田
3.油型气
（1）原油伴生气和凝析油伴生气 组成：重烃气含量高，一般超过5%，有时可达20%～50% 碳同位素：δ