1烃源岩及生烃机理进展13

卢双舫利用物质平衡原理计算的源岩排烃（油）量与有机质丰度 ＴＯＣ 关系曲 线的拐点来确定优质烃源岩的下限 。ＴＯＣ高于该值的源岩即为优质烃源岩． 即优质烃源岩可定义为 源岩中有机质的丰度高到其开始大量排烃点以上的源岩
从图中可以看到 IIIＩ 型和II2 型有机质的排油 量很低,实际上是不可能 成为优质油源岩的
3520
3530
3540
3550
深度 (m)
宏观非均质性：厚度变化
岩性
双深3
4173.67
取芯段
4150
4160
4170
4180
4190
4200
4210
深度 (m)
沾化凹陷烃源岩层组合特点
沙
沙四
沙
上
三
下
三
中
沙
三
沙 一 段
上
微观非均质性：纹层变化
牛122井 8-64-46 黑色泥岩 水平纹层
牛122井2590.2
0.4～0.5
秦建中等（2004）为消除成熟度对评价标准的影响，又分 为未熟—成熟烃源岩，高成熟—过成熟烃源岩两种评价标 准。通过对碳酸盐岩有机质丰度、有机质类型、沉积相、 有机相的研究，提出了碳酸盐岩评价标准。
碳酸盐岩烃源岩的划分标准
演化阶段
未成熟-成熟 高成熟-过成熟
TOC（%）
氯仿沥青“A” （%）
氧芴含量较高：弱氧化和弱还原环境 芴含量较高：正常还原环境 硫芴含量较高：强还原环境
一般来说，煤系泥岩和湖相泥岩含丰富的 芴和硫芴, 而氧芴含量低, 表明它们均形成 于较还原的沉积环境。
风306井二叠系风城组源岩 伽马蜡烷
二叠系风城组烃源岩典型特征： Pr/Ph<0.8 伽马蜡烷含量高 规则甾烷呈厂型，C28、C29含量高 β胡萝卜烷含量高
中等烃源岩
0.5~1.0(Ⅰ-Ⅱ1) 1.0~2.5(Ⅱ2-Ⅲ)
0.05~0.15
差烃原岩
0.3~0.5(Ⅰ-Ⅱ1) 0.5~1.0(Ⅱ2-Ⅲ)
0.03~0.05
1.50~500
50~150
2.0~5.0
0.5~2.0
0.4~0.8(Ⅰ-Ⅱ1) 0.2~0.4(Ⅰ-Ⅱ1) 0.6~1.5(Ⅱ2-Ⅲ) 0.35~0.6(Ⅱ2-Ⅲ)
（5）有效烃源岩的认定-油源对比
从生源和成熟度两个方面进行对比确认是否为某区块/带的有效烃源岩
常用对比指标：生物标记物
反映生源环境的指标
Pr/Ph:高反映氧化性 低反映还原性
三芳甾烷C26/C28大，反映水生生 物所占比例较高
伽马蜡烷含量：高反映咸化环境
规则甾烷的分布形式：
V型原油：高等植物与浮游生物为主要来源 上升型：以高等植物为主要来源 反L型：高等植物为主要来源，浮游生物有少量贡献
总烃（HC） （ug/g）
S1+S2/(mg/g)
TOC(%)
很好烃源岩
>2.0(Ⅰ-Ⅱ1) >4.0(Ⅱ2-Ⅲ)
>0.25
>1000
>10 >1.2(Ⅰ-Ⅱ1) >3.0(Ⅱ2-Ⅲ)
好烃源岩
1.0~2.0(Ⅰ-Ⅱ1) 2.5~4.0(Ⅱ2-Ⅲ)
0.15~0.25
500~1000
5.0~10 0.8~1.2(Ⅰ-Ⅱ1) 1.5~3.0(Ⅱ2-Ⅲ)
• 是指含有机质的细粒沉积物在沉积、成岩过程 中，由于沉积环境、保存条件以及生烃和排烃 等作用的影响， 形成有机质空间上的不均匀 分布。
一、烃源岩的非均质性
1. 烃源岩的非均质性的表征
– 表现出烃源岩在岩性、有机碳含量、有机质类 型、层厚、纹层组合等参数的空间变化性。
• 宏观非均质性
– 地层组合、单层厚度
艾1井二叠系下乌尔禾组源岩
伽马蜡烷
屯1井古近系泥岩 屯1井古近系泥岩
甲基甾烷 4α甲藻甾烷
4β甲藻甾烷
甲藻甾烷
比低（1左右） 伽马蜡烷含量高
规则甾烷呈V型 含β胡萝卜烷 含甲藻甾烷
伽马蜡烷
永1井侏罗系泥岩
伽马蜡烷
侏罗系暗色泥岩典型特征： Pr/Ph高（1-2） 伽马蜡烷含量低，0.1-0.2 规则甾烷反L型或上升型 不含β胡萝卜烷
• 微观非均质性
– 因泥岩纯度、有机质丰度、显微组分、颜色差异产生的纹 层
• 性质非均质性
– 氯仿沥青“A”、生烃强度
岩性
双31
2777.9
取芯段
双深3
单层厚度、不同厚度组合
2750
2760
2770
2780
2790
2810
2820
深度 (m)
岩性
3506.72
取芯段
3480
3490
3500
3510
从南向北，清水洼陷向潜山 上倾的沙三段地层厚度逐渐 减薄。
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成藏系统划分与有效烃源岩
源区Ⅱ
－
源 区
－
＋
Ⅰ
－
源 区
Ⅲ
成藏体系
运聚单元中的有效烃源岩
3、烃源岩时间上的有效性
• 基于埋藏史和热史的生烃史模拟
– Petromod：德国有机地球化学研究所研制 – Basin2：由美国Illinois大学与政府实验室及阿莫科、阿
第三纪盐湖的水体深浅既控制了蒸发岩沉积和分布,又控制了一般 生油岩和优质生油岩的形成。
二、有效烃源岩与优质烃源岩
有效烃源岩
– 有效烃源岩是指既有油气生成又有油气排出的岩石 – 生成和排出的烃类应足以形成商业性油气藏。
有效烃源岩的内涵
– 有效性包含：
生烃数量的有效(达到足以排烃） 空间位置的有效 生烃时间的有效
四参1井J1S泥岩
伽马蜡烷
阜四段源的原油与二源的原油在生标物特征上的不同
• 阜四段来源油特征：
-弱植烷优势至姥植均势； -PhN/PrN[(Ph/nC18)/(Pr/nC17)]比值小 -Pr/Ph在0.5-1之间， -主峰碳C23或C22， -规则甾烷含量：C29,C27>C28， -β胡萝卜烷含量低。
科和雪佛龙公司等20个单位合作研制； – Temispack：法国国家石油研究院（IFP）研制； – BasinMod：美国Platte River公司（PRA）研制。
利用EasyRo方法生烃史模拟
• 选择盆地中具有丰富的R。资料的典型探井，通过 压实校正和剥蚀厚度计算恢复单井地层的埋藏史
• 热历史恢复; • 根据古地温模式通过EasyRo模型计算生油层的成
碳酸盐岩有机质丰度下限值
研究者单位或研究者 美国地球化学公司 法国石油研究院
苏联罗诺夫等（1958） 挪威在陆架研究所 庞加实验室 亨特（1967）
蒂索和威尔特（1984） 帕拉卡斯（1984） 钟宁宁 梁狄刚
下限值（%） 0.12 0.24 0.20 0.20 0.25 0.29 0.30 0.05 0.4
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
碳酸盐岩中有机质存在多种赋存状态导致的非均质性
2、烃源岩非均质的影响因素
– 沉积体系域及沉积相带控制烃源岩的分布位 置及其有机质类型和丰度
– 古生产力及氧化还原环境控制有机碳含量 – 季节和气候变化产生纹层 – 陆源碎屑输入或自生矿物的多少 – 热演化差异导致的剩余有机碳含量差异
0.4～0.5
研究者单位或研究者 陈济等（1985） 傅家谟（1982） 郝石生（1985） 大港研究院
田口一雄（1980） 刘宝泉（1985） 埃勃 黄第藩 刘宝泉 夏新宇等
下限值（%） 0.10
0.10～0.20 0.20
0.07～0.12 0.20
0.30～0.50 0.30 0.10 0.05
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
层内优质烃源岩的发育主要受
控于烃源岩发育的地理位置以及 在层序和体系域中的位置。
位于湖盆边缘的烃源岩，营养物
质供给丰富，湖泊表层水体可形成 较高的初始生产力，随着湖盆的扩 张，水体加深，利于有机质的保存， 优质烃源岩通常发育在最大湖泛面 附近；
位于湖盆中心的烃源岩距离陆源
有机质供给较远，水体较缺乏营养 物质，湖泊表层水体形成的初始生 产力相对较低，当湖盆扩张时，水 体更深，虽然具有更利于有机质保 存的深水还原环境，但也不利于优 质烃源岩的发育，优质烃源岩通常 发育在水进、湖扩和高位体系域的 中部。
湖相烃源岩的发育存在两种模式
• 一是由于湖泊透光带具有丰富的营养物质，导致 浮游植物高度繁盛，植物死亡后其遗体下沉消耗 大量氧，从而导致有机质保存和优质烃源岩发育 的高生产率模式；
“有效”在不同尺度上的含义不同
- 在盆地或凹陷规模上，有效烃源岩指生烃数量（达到了有机质 丰度和成熟度的要求）
- 对于区带或局部构造来说，有效烃源岩是指能提供油气供给的 那部分烃源岩。
- 有效烃源岩是成藏体系（运聚单元）范围划分的依据
1、有效烃源岩有机质丰度下限
泥质生油岩评价标准
碳酸盐岩有效烃源岩
王建等（ ２００９） 对渤海湾盆地饶阳凹陷的研究表明， 优质烃源岩厚度和体积虽然不到凹陷内烃源岩总厚度和总体积的 １０％ ，但生油量及石油地质资源量分别占到或超过了凹陷总量 的２５％．
有机质丰度的测井预测
–烃源岩层一般富含放射性元素，因此，在自然 伽马曲线和能谱测井曲线上表现为高异常
–密度曲线上表现为低密度异常，在声波时差曲 线上表现为高声波时差异常
• 排烃门限
– 烃源岩在埋深演化过程中,当其生烃量饱和了自 身吸附、孔隙水溶解、油溶解(气)和毛细管封 堵等多种形式的存留需要,并开始以游离相大量 排运油气的临界地质条件(庞雄奇）
烃源岩排烃门限概念模型(庞雄奇，1995)
Qp—累积生烃量； Qrm—残留烃临界饱和量； Qr—实际残烃量； Qe—源岩排烃总量 Qrb、Qrw、Qrog—源岩吸附、 水溶、油溶气残留烃临界饱和 量； Qrw、Qed、Qes—源岩水溶相、 扩散相、游离相排烃量； Q’rm、Q’ed、Q’e—源岩进入 排烃门限前水溶相、扩散相、 累积排烃量；
非烃源岩
<0.3(Ⅰ-Ⅱ1) <0.5(Ⅱ2-Ⅲ)
<0.03
<50
<50 <0.2(Ⅰ-Ⅱ1) <0.35(Ⅱ2-Ⅲ)
优质烃源岩
一般把ＴＯＣ＝２％作为优质烃源岩的标准 秦建中把I型有机质海相有机质烃源岩ＴＯＣ的下限值可以定 在１．５％左右
国外则将ＴＯＣ ２％的烃源岩定为很好的烃源岩 将ＴＯＣ ４％的烃源岩定为极好的烃源岩．
碳酸盐岩和泥岩的评价标准应按生烃潜力相等(或相近)统一标 准来划分,但碳酸盐岩有机碳的下限值应比泥页岩低一些
秦建中等模拟实验和自然剖面的系统样品热解分析已证明有 机质为Ⅰ-Ⅱ1类碳酸盐岩排烃下限值为TOC=0.06%~0.12%， 而泥页岩为TOC= 0.27% ~0.48%，根据这一点，碳酸盐烃源 岩的有机碳下限值也应比泥页岩低一些。
• 二是由于温越层或盐越层导致湖水分层，深层湖 水保持强还原环境，从而导致有机质保存和优质 烃源岩发育的强还原环境模式
优质湖相烃源岩主要有两类发育模式
• 一是干旱气候条件下的咸化湖泊模式 • 二是湿润气候条件下的高沉降速率模式
盐湖环境形成优质烃源岩
“大咸盆套小盐湖”
据金强，2000
柴达木盆地西部下干柴沟组、上干柴沟组(E3和N1)优质生油岩 (TOC>1%,干酪根类型为Ⅰ型或Ⅱ1型)恰好发育在石膏、芒硝和岩盐最 发育的构造部位和层位
熟度Ro值; • 用实测的生油层的Ro值与计算的Ro值进行对比，
使计算的Ro与实测的Ro吻合。 • 最终Ro随时间的演化就可以作为烃源岩生烃历史
西部某盆地烃源岩演化史模拟
渤海湾某凹陷烃源岩生烃模拟
Copyright： 高先志，2010
Trace1078有机质热演化史
（4）排烃门限与有效烃源岩确定
马3井 9-51-7 纹层状灰质泥岩
显微镜下非均质性
马7井 2064.8m （含粉砂）云质泥岩
单 泥岩
马9井，4115m，含粒屑凝灰质泥岩（+）
微观非均质性 有机碳分布的非均质性
• 对东营凹陷4000 多米泥岩岩心的观察发现, 藻类勃发现象十分常见, 同时还诱发沉淀了 细粒方解石纹层。藻类勃发形成的高生产 力, 使得大量藻类沉积下来, 组成了富有机 质纹层页岩。
烃源岩与生烃机理研究进展
高先志 中国石油大学（北京）
2013年2月
烃源岩与生烃机理研究进展
• 烃源岩的非均质性与有效性
– 烃源岩的非均质性 – 优质烃源岩 – 烃源岩的有效性
• 生烃理论进展
– 天然气接力形成机理 – 二次生烃 – 超压对生烃的抑制 – 碳酸盐岩烃源岩生烃
一、烃源岩的非均质性
烃源岩的非均质性：
–在电阻率曲线上表现为高异常
ΔlogR= lg（RT/RT基线）＋ 0.02（ △t -△t基线）
TOC =A×ΔlogR+△TOC A-为拟合公式的系数； △TOC- 相当于非生油层的有机碳背景值。
2、烃源岩在空间的有效性
盆地结构及烃源岩构造形态对有效烃源岩范围的影响
中央凸起-月东潜山烃源岩评价图