【正文】 裂解氣 熱解氣 裂解氣 油型氣 煤型氣 一、成因類型 第五節(jié) 天然氣的成因及特征 二、生物化學(xué)氣形成特點(diǎn) 生物化學(xué)成因氣：是有機(jī)質(zhì)在還原環(huán)境下，由微生物降解、發(fā)酵和合成作用形成的，以甲烷為主的天然氣。 好氧帶 厭氧硫酸鹽還原帶 厭氧碳酸鹽還原帶（甲烷生成帶）。 陸相環(huán)境 中， 淡水湖泊 鹽度低，缺少硫酸鹽類礦物，腐植型和混合型有機(jī)質(zhì)易被分解成 H CO2，有利于甲烷菌繁殖。直到埋藏一定深度后，由于有機(jī)質(zhì)的分解使 pH值降到 ，甲烷菌大量繁殖，這時形成的甲烷氣較易保存并可在一定的條件下 聚集成藏 。 溫度對于甲烷生成數(shù)量的影響 (據(jù) amp。 過程 兩個演化途徑 ： （ 1）干酪根熱解直接生成氣態(tài)烴； （ 2）干酪根熱降解生成石油，地溫繼續(xù)增加，石油裂解為氣態(tài)烴。 注 意 區(qū) 分三者之間的差異 煤化過程及煤氣發(fā)生率 煤型氣的 原始有機(jī)質(zhì) ，主要來自各種門類的植物遺體，以陸生高等植物為主，低等植物為輔。 （相當(dāng)于生物化學(xué)生氣階段） 第二階段：褐煤中期 長焰煤階段。 成 煤 作 用 煤 階 成氣階段 相應(yīng) RO值（ %） 泥炭化作用 泥 炭 第一階段 ＜ 煤 化 作 用 成巖作用 年青褐煤 年老褐煤 第二階段 ＞ — 變 質(zhì) 作 用 長 焰 煤 氣 煤 第三階段 ＞ — 肥 煤 焦 煤 瘦 煤 貧 煤 第四階段 ＞ 腐植型有機(jī)質(zhì)成煤過程中成氣階段的劃分及相應(yīng)的煤階、 Ro值簡表 煤系有機(jī)質(zhì)在成煤演化過程中不同煤階生成的天然氣成分和數(shù)量皆有所不同 煤的模擬生氣 (據(jù) ,1974) 可以將煤化作用階段劃分為 三個主要生氣期 。 煤氣發(fā)生率 —— 是指從泥炭階段到某一煤階，每噸煤所生成的烴類氣體的總量（體積）。 煤氣發(fā)生率與有機(jī)質(zhì)組分的性質(zhì)和豐度、煤階等因素有關(guān)。 它們都是煤化作用中同甲烷一起產(chǎn)生的。 目前一般認(rèn)為，無機(jī)成因氣主要是來自地幔源的巖漿和變質(zhì)作用以及由此引起的無機(jī)礦物質(zhì)熱分解作用所形成，有時可能發(fā)現(xiàn)由地表水滲入地殼深處而形成的大氣成因氣。 （ 3）惰性氣體的同位素組成。 一、生油層研究 （一）地質(zhì)研究 （二）地球化學(xué)研究 （一）地質(zhì)研究 包括 生油層的巖性、巖相及厚度研究。 碳酸鹽巖類生油層 多呈灰黑、深灰、褐灰及灰色； 隱晶 — 粉晶結(jié)構(gòu)，顆粒少，灰泥為主； 多呈厚層 ~塊狀，水平層理或波狀層理發(fā)育；含黃鐵礦及生物化石； 見原生油苗，有時吹即可聞見瀝青臭味。 （二）生油巖的地球化學(xué)研究 主要的地球 化學(xué)指標(biāo) 有機(jī)質(zhì)的豐度 有機(jī)質(zhì)的類型 有機(jī)質(zhì)成熟度 在一個沉積盆地中只有具有有效的生油巖才能形成油氣聚集。 （ 1）有機(jī)碳含量 有機(jī)碳含量 —— 指巖石中殘留的有機(jī)碳含量。 （ 2）氯仿瀝青“ A”和總烴含量 氯仿瀝青“ A”—— 是指巖石中可抽提有機(jī)質(zhì)的含量 總烴 —— 包括瀝青“ A”中飽和烴和芳香烴組分含量的總和。 由于氯仿抽提物的族組成與石油組成相似，總烴則更是石油的基本組成 ，因此比有機(jī)碳更具現(xiàn)實(shí)意義。 高溫?zé)峤饪墒共粨]發(fā)的高分子聚合物（如生油巖中的干酪根）加熱裂解為揮發(fā)性產(chǎn)物（烴類等），巖樣熱解所得到的游離烴（ S1）裂解烴（ S2）之和，即 熱解總烴產(chǎn)率 。 因此對 有機(jī)質(zhì)類型的研究 成為評價生油巖的重要內(nèi)容之一。 其程度可用有機(jī)質(zhì)的某些物理性質(zhì)和化學(xué)組成的變化特點(diǎn)來判斷，并劃分有機(jī)質(zhì)演化階段。 鏡質(zhì)組反射率會隨著成熟度增加而升高，其原因主要在于 其分支結(jié)構(gòu)的變化 。 ② 熱變指數(shù) 熱變指數(shù) —— 是一種在顯微鏡下通過透射光觀測到的由熱引起的孢粉、藻類等顏色變化的標(biāo)度。 劃分的五個級別： 1級 —— 未變化，有機(jī)殘渣呈黃色； 2級 —— 輕微熱變質(zhì)，呈桔色； 3級 —— 中等熱變質(zhì)，呈棕色或褐色； 4級 —— 強(qiáng)變質(zhì)，呈黑色； 5級 —— 強(qiáng)烈熱變質(zhì)，除有機(jī)殘渣呈黑色外，另有巖石變質(zhì)現(xiàn)象。 在顯微鏡透射光下，孢子、花粉及其它微化石結(jié)構(gòu)，隨成熟作用增強(qiáng)而顯示不同顏色。 實(shí)驗(yàn)室加熱褐煤時反射率隨溫度以指數(shù)形式升高 (據(jù) Ting,1975) Ro＜ %為 成巖作用階段 ， 生油巖未成熟 ； %＜ Ro＜ %為 深成作用階段 早中期， 成油主帶 即“油窗” %＜ Ro＜ 2%為 深成作用階段晚期 ， 濕氣和凝析氣帶 ； Ro＞ 2%為 準(zhǔn)變質(zhì)作用階段 ， 干氣帶，只有甲烷 。 （ 1）干酪根的演化特征 ① 鏡質(zhì)組反射率 鏡質(zhì)組 —— 是一組富氧的顯微組分，由同泥炭 成因有關(guān)的腐殖質(zhì)組成（被鏈絞合的縮合芳環(huán) 束），具有鏡煤的特征。 其中主要是根據(jù)干酪根的元素成分將其分為 Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ 乃至 Ⅳ 型。 巖樣熱解分析的記錄和應(yīng)用 (Espitalie等， 1974) 據(jù)（ S1+S2）的生油巖劃分標(biāo)準(zhǔn) 標(biāo)準(zhǔn) 等級 好的 中等 差的 S1+S2 （ kg烴 /t巖石） ＞ 6 2 — 6 ＜ 2 ( 據(jù) Tissot,1978) 熱解總烴產(chǎn)率 與其它有機(jī)質(zhì)豐度標(biāo)志一致，而且還揭示了不同類型生油巖的生油潛力。 為什么要用氯仿來提取呢 ？ 國內(nèi)外依據(jù)氯仿抽提物含量和總烴量劃分生油巖標(biāo)準(zhǔn)不一 抽提物及總烴的分級標(biāo)準(zhǔn) 標(biāo)志 類型 有機(jī)碳 （ ppm） C15+抽提物 （ ppm） C15+總烴含量（ ppm） 烴類轉(zhuǎn)化率 （烴 /有機(jī)碳） 海相碳酸鹽巖 1000 100 60 1 — 5 陸相 泥頁巖 好 的 ＞ 10000 ＞ 1000 ＞ 500 ＞ 5 中 等 5000 — 1000 500 — 1000 100 — 500 1 — 5 差 的 3000 — 5000 200 — 500 60 — 100 ＜ 1 （據(jù)地礦部石油地質(zhì)中心實(shí)驗(yàn)室） 生油巖評價標(biāo)準(zhǔn)（石油部全國統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)） 項(xiàng) 目 生油巖類別 有機(jī)碳（ %） 氯 仿“ A”（ %） 總 烴（ ppm） 非生油巖 ＜ ＜ ＜ 100 生 油 巖 差 — — 100 — 200 較好 — — 200 — 500 好 — — 500 — 1000 最好 ＞ ＞ ＞ 1000 通常將氯仿抽提物含量 250300ppm和總烴含量 50100ppm定為生油巖的下限值。 氯仿抽提物由飽和烴、芳烴、非烴和瀝青質(zhì)組成。 中國陸相泥質(zhì)生油巖生油條件與有機(jī)碳含量的關(guān)系 特征 生油條件 巖 性 巖 相 地球化學(xué)相 有機(jī)碳（ %） 最 好 以黑色泥頁 巖為主 較深 深湖相 還原 強(qiáng)還原 ＞ 1 好 — 較好 灰 灰黑色泥巖、頁巖為主夾灰綠色砂泥巖 淺湖 較深湖相 還 原 — 1 較好 — 較差 以灰 灰綠色泥巖為主 沼澤 淺湖相 弱還原 還原 — （地礦部無錫中心實(shí)驗(yàn)室， 1980 ） 并非有機(jī)碳含量越高的生油巖越好。 有機(jī)質(zhì)的豐度 巖石中有足夠數(shù)量的有機(jī)質(zhì)是形成油氣的物質(zhì)基礎(chǔ)，是決定巖石生烴能力的主要因素。 在 空間上 生油最有利的地區(qū)是 湖盆中央的深水地區(qū)。 常見的生油層： 粘土巖類 和 碳酸鹽巖類 粘土巖類生油層 主要包括 泥巖、頁巖、粘土 等，是在一定深度的穩(wěn)定水體中形成的。 第六節(jié)、生油層研究與油源對比 生油（氣）巖 —— 把能夠生成石油和天然氣的巖石稱為生油巖或生油氣母巖、烴源巖。 （ 1）化學(xué)組成上常見少量到微量烯烴，且氫、氮、二氧化碳、一氧化碳及氦氣含量較高。 五、無機(jī)成因氣 無機(jī)成因氣 —— 指不涉及有機(jī)物質(zhì)反應(yīng)的一切作用和過程所形成的氣體。 3 煤型氣的化學(xué)組成 煤化過程的不同階段，形成的產(chǎn)物組成不同。 視煤氣發(fā)生率 （ Ra） —— 是指從褐煤到某一煤階，每噸煤時所生成的天然氣的總量（體積）。 煤化中期 （大致由氣煤至肥煤階）生氣量銳減， CO2和甲烷產(chǎn)量逐漸降至最低，重?zé)N產(chǎn)量最高。 （形成煤型濕氣和煤型油） 第四階段：貧煤 無煙煤階段。 植物主要有機(jī)組分的元素組成 有機(jī)組分 元素組成（重量 %） C H O S N 碳水化合物 44 6 50 木質(zhì)素 63 5 有機(jī)質(zhì)是形成煤型氣的基礎(chǔ) 煤化過程 植物遺體大量堆積在沼澤、內(nèi)陸淺水湖盆及海盆邊緣后 ① 幾乎沒有礦物質(zhì)參加，在氧氣有限進(jìn)入的條件下，隨著埋深的增加，經(jīng)泥炭化、煤化作用，可演變成不同煤階的煤； ② 如果這些植物遺體呈分散狀態(tài)伴隨礦物質(zhì)一起沉積下來，隨著埋深的增加，經(jīng)成巖作用就可形成腐殖型干酪根。 煤成氣 —— 指煤層在煤化過程中所生成的天然氣，屬煤型氣的一種。 3. 1 形成機(jī)理 進(jìn)一步劃分為：石油伴生氣、凝析油伴生氣 裂解干氣 有機(jī)質(zhì)成烴及演化條件的模式圖 圖中 Ro值代表成油有機(jī)質(zhì)各演化階段的一般值 有機(jī)質(zhì)在熱力作用下天然熱降解成烴過程 干酪根（成油）在熱演化過程中自身結(jié)構(gòu)、 H/C原子比值 變化與成烴關(guān)系圖示 (據(jù) Hunt,1979) 伴隨成烴過程，一方面釋放或生成低碳數(shù)的液態(tài)烴和氣態(tài)烴；另一方面干酪根內(nèi)部的芳環(huán)不斷縮合（或聚合）成較大的分子， H/C比值不斷下降，直至最后喪失成烴（氣）能力。這種淺層形成的天然氣利于保存，而且可成為較深處形成的天然氣的極好蓋層。但由于埋藏太淺，保存條件差，大部散失或被氧化， 不易形成規(guī)模較大的生物成因氣藏 。 Hoggan, 1958。 形 成 條 件 富含有機(jī)質(zhì)的敞開海沉積物中微生物代謝作用 的生化環(huán)境剖面圖 (據(jù) Rice amp。 瀝青化作用結(jié)果是產(chǎn)生石油和天然氣 ， 另一方面是固體殘余物進(jìn)行芳構(gòu)化和縮聚作用 。? 正烷烴 ：高碳數(shù)組成含量高，正烷烴分布曲線特征與一般的陸源石油相似。? 甾烷的立體異構(gòu)化程度低，如 C 29 20S /(20 S + 20R) 小于 為低熟油 , 小于 為未熟油。1. 低熟油含義 （ Im mat ure o il ）? 各種顯微組分的熱穩(wěn)定性與生烴活化能不同，生烴時間和生烴潛力不同。 同時，由于有機(jī)質(zhì)類型上的差異，加之促使有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化成烴的各種因素的組合變化萬千，故實(shí)際上不可能用一個統(tǒng)一的指標(biāo)去做截然的劃分。 有機(jī)質(zhì)演化進(jìn)入高成熟時期；地溫超過了液態(tài)烴類物質(zhì) 的臨界溫度，除干酪根繼續(xù)斷開雜原子官能團(tuán)和側(cè)鏈， 生成少量水、二氧化碳和氮外，主要反應(yīng)是 大量 CC鏈 斷裂，液態(tài)烴急劇減少 ， 石油發(fā)生熱裂解、熱焦化。 石油中大約 8095%的烴是在此階段生成的 。 從生物有機(jī)質(zhì) 干酪根形成過程示意圖 二、熱催化生油氣階段 ? 1. 深度： 1500 ～ 2500 3500 m? 2. 溫度： 50 60 ℃～ 150 180 ℃? 3. 演化階段：后生作用階段前期（長焰煤 焦煤階段 ）有機(jī)質(zhì)成熟、進(jìn)入生油門限? 4. 作用因素： 熱力 + 催化劑的作用? 5. 演化過程及其產(chǎn)物? 6. 烴類組成的特征0 2 4 61525 3513 20 30 33正烷烴 環(huán)烷烴 芳烴正烷烴 環(huán)烷烴產(chǎn)生的烴類：正烷烴碳原子數(shù)及分子量遞減， 中、低分子量的分子是正構(gòu)烷烴中的主要組分， 奇數(shù)碳優(yōu)勢消失奇數(shù)碳優(yōu)勢消失；環(huán)烷烴及芳香烴碳原子數(shù)也遞減，多環(huán)及多芳核化合物顯著減少。 一、有機(jī)質(zhì)向石油轉(zhuǎn)化的階段及一般模式 二、現(xiàn)代油氣成因理論新進(jìn)展 生物化學(xué)生氣階段、 熱催化生油氣階段、 熱裂解生凝析氣階段、 深部高溫生氣階段 一、有機(jī)質(zhì)向石油轉(zhuǎn)化的階段及一般模式 生物有機(jī)質(zhì)隨沉積物沉積后，隨埋深加大，地溫不斷升高，在還原