烃源岩
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烃源岩是指富含有机质的岩石,它们可能是煤炭、石油或天然气的来源。
有机碳含量是指烃源岩中含有有机质的百分比。
有机质类型及其分布规律取决于烃源岩形成的环境和演化历史。
例如,在陆地环境中形成的烃源岩通常含有来自植物的有机质,而在海洋环境中形成的烃源岩则可能含有来自海洋生物的有机质。
在不同的地质时期,有机质的类型和分布也可能有所不同。
有机碳含量可以用化学分析方法测定,通常采用汞柱吸附法或热解法。
有机质的类型和分布可以通过显微镜观察和微型生物学分析来确定。
烃源岩的名词解释烃源岩是指具有一定有机质含量的沉积岩,其中的有机质可以通过热解作用产生烃类化合物,包括石油和天然气。
它是石油和天然气形成的基础和主要来源,因此在能源领域具有重要的地位。
本文将从烃源岩的特征、分类、形成机制和应用等方面进行阐述。
1. 烃源岩的特征烃源岩具有以下几个主要特征。
首先,有机质含量较高。
这些有机质可以是藻类、植物残渣、腐殖质等,经过埋藏和压实作用形成有机质丰富的岩石。
其次,烃源岩具有一定的有机质类型,包括沥青质、干酪根和腐殖质等。
其中,沥青质是由微生物残体和分泌物形成的,干酪根则是植物残渣在高温高压下的变质产物,而腐殖质则是由腐殖作用形成的含氧高分子有机物。
2. 烃源岩的分类烃源岩的分类主要依据其有机质类型和含油气的能力。
根据有机质类型的不同,烃源岩可以分为沥青类(沥青质烃源岩)和泥类(干酪根烃源岩和腐殖质烃源岩)。
其中,沥青类烃源岩主要富含沥青质和干酪根,泥类烃源岩主要富含干酪根和腐殖质。
根据其含油气的能力,烃源岩可以分为常规烃源岩和非常规烃源岩。
常规烃源岩一般具有较高的孔隙度和可渗透性,可以直接向周围储层释放油气;非常规烃源岩则含油气的释放需要通过一定的技术手段,如压裂等。
3. 烃源岩的形成机制烃源岩的形成主要与生物、地质和环境因素有关。
首先,生物因素是烃源岩形成的基础。
有机质主要来自于水体中的藻类、浮游植物等生物残渣和分泌物,同时微生物的参与也对烃源岩的形成起到了重要作用。
其次,地质因素对烃源岩的形成起到了系统和动力学的作用。
岩石的堆积和埋藏过程以及地热演化对烃源岩的热解和演化产物的生成和保存起到了至关重要的作用。
最后,环境因素包括适宜的沉积环境和埋藏环境。
适宜的沉积环境可以提供充足的生物质和合适的保护条件,而适宜的埋藏环境则能够提供高温、高压和适宜的时间条件。
4. 烃源岩的应用烃源岩在能源领域具有广泛的应用前景。
其主要应用为石油和天然气的勘探与开发。
通过地质勘探技术,可以确定烃源岩的分布和资源量。
显微组分组成一、显微组分组成与有机质类型根据源岩干酪根所表现出来的化学性质,源岩中的有机质被划分为腐泥型(Ⅰ型)、过渡型(Ⅱ型)和腐殖型(Ⅲ型)三种类型。
这种有机质类型实际上是根据显微组分混合物的平均化学成分在van krevelen图解上的演化轨迹划分出来的。
有机质类型的差别,实质上是显微组分的差别(表2-12),由于镜质组、惰性组、壳质组和腐泥组构成了源岩有机质的绝大部分,所以也就是它们组成上的差别。
造成显微组分组成差别的原因,一是原始物源不同,二是沉积环境和微生物改造作用的差异。
对于煤层而言,有机质都是原地堆积的,原始物源的差别是最主要的。
而对于碎屑岩和碳酸盐岩,沉积环境的控制作用更明显,腐泥物质的形成往往与滞留缺氧的特定环境有关;惰性组、镜质组和壳质组等腐殖物质则是沉积物的碎屑成分,必然按其颗粒大小,形状、比重和抗磨蚀性被分选。
像惰性组分脆易碎,抗磨性差,经过不长距离搬运便成为细小的碎屑,但有时盆地边缘森林火灾形成的丝质体也可能被风力送至比较远的地方还见棱见角,呈比较大的碎片出现。
壳质组分比重小、性韧抗磨,其化学成分对地表地质营力的侵蚀破坏非常稳定,故而在煤岩学中也被称为稳定组分(liptinite),壳质组分很容易被水流、风力运送,散布在各种环境的沉积物中。
镜质组分的性质介于惰性组分和壳质组分之间。
若镜质组分的先质是腐殖溶胶的话,则可能出现在沉积盆地的较深水相带。
源岩形成于不同环境中,自然也就是有不同的显微组分组成。
1.Ⅰ型有机质(图版Ⅷ-1,2)Ⅰ型有机质的显微组分组成简单。
腐泥组含量60%以上,壳质组含量0—40%,镜质组+惰性组含量小于10%。
常见的富集的Ⅰ型有机质,如各种腐泥煤(藻煤、烛藻煤等),主要的显微组分是藻类体和沥青质体,孢子体也是腐泥煤的常见组分。
一般不存在惰性组分或偶尔见丝质体碎屑和惰屑体。
沥青质体作为基质,而藻类体A和孢子体则是被基质“胶结”的形态分子。
一些腐泥煤中,无结构镜质体含量可达15%左右,呈条带状、脉状出现。
(五)证实柴达木盆地震旦系-下古生界发育良好的烃源岩(1)烃源岩地质特征柴达木盆地震旦系-下古生界发育稳定型、活动型两类沉积地层。
在柴北缘欧龙布鲁克地区稳定型沉积地层中,发育震旦系全吉群上部、下古生界两套烃源岩。
在柴达木盆地其它地区活动型下古生界沉积地层中,发育滩间山群a段、铁石达斯群A段烃源岩。
在柴北缘全吉山-欧龙布鲁克一带,震旦系-下古生界为稳定型沉积。
震旦系全吉群下部为一套紫红色砾岩沉积,中部为一套纯净的石英砂岩沉积部,上部发育灰黑色-黑色页岩夹泥质粉砂岩,碎屑岩总厚度为1179.44m,其中暗色页岩厚度为185.06m。
下古生界寒武系为一套台型碳酸盐岩沉积,总厚度956.47m。
下奥陶统多泉山组下部亮晶灰岩与亮晶白云岩互层段,上部岩性以灰色-深灰色泥晶灰岩、细晶灰岩为主,厚度1187.44m。
石灰沟组发育厚层黑色页岩,厚度280m。
中奥陶统大头羊沟组为一套砾岩-含砾砂岩-砂质白云岩-角砾状灰岩-灰岩组成的滨海-浅海相沉积建造。
柴达木盆地其它地区下古生界为活动型沉积,在柴北缘为滩间山群,在柴南缘为铁石达斯群。
滩间山群、铁石达斯群是一套中基性火山岩,细碎屑岩(类复理石)和碳酸盐岩组成的弧后火山-浅海沉积建造,由海相碳酸盐岩、碎屑岩以及火山岩组成。
滩间山群分为五个岩段,包括b.d两个火山岩段以及a.c.e三个沉积岩段。
a岩段为泥岩夹结晶灰岩段,c.e都为砾岩段,c岩段中发育火山碎屑沉积且c岩段发生强烈动力变质作用。
a)、铁石达斯群A段发育黑色泥岩,部分已变质成千枚岩,滩间山群a段(O3tn主要出露在滩间山、石棉矿和纳赤台地区,其中滩间山地区黑色泥岩厚约70.01m,为好的烃源岩。
(2)烃源岩地球化学特征①有机质丰度A、欧龙布鲁克剖面:全吉群的黑色页岩TOC值为0.02~0.55%,平均值为0.27%;氯仿沥青“A”范围为0.001%~0.0041%,平均值为0.002%(图2-24);生烃潜量S1+S2范围为0.01mg/g~0.05mg/g,平均值为0.02mg/g。
图2-24 全吉群氯仿沥青“A”与TOC分布图寒武系的页岩TOC范围为0.01%~0.11%,平均值为0.05%;氯仿沥青“A”范围为0.0012%~0.0043%,平均值为0.0023%(图2-25);生烃潜量S1+S2范围为0.02mg/g~0.03mg/g,平均值为0.02 mg/g。
寒武系的灰岩TOC范围为0.02%~0.08%,平均值为0.04%;氯仿沥青“A”范围为0.0016~0.0032%,平均值为0.0022%;生烃潜量S1+S2范围为0.01mg/g~0.15mg/g,平均值为0.065 mg/g。
下奥陶统的多泉山组灰岩TOC值为0.01%~0.19%,平均值为0.05%;氯仿沥青“A”分布范围为0.0015%~0.0023%,平均值为0.0018%(图2-26);生烃潜量S1+S2范围为0.01mg/g~0.03mg/g,平均值为0.02mg/g。
图2-25 寒武系氯仿沥青“A”与TOC分布图图2-26 上奥陶统氯仿沥青“A”与TOC分布图下奥陶统的石灰沟组黑色页岩TOC范围为0.03%~0.14%,平均值为0.09%,氯仿沥青“A”分布范围为0.0031%~0.0048%;平均值为0.0037%;生烃潜量S1+S2范围为0.03mg/g~0.04mg/g,平均值为0.03mg/g。
B、大煤沟剖面:下古生界烃源岩在大煤沟地区只发育下奥陶统石灰沟组黑色页岩,其TOC%分布范围为0.16%~1.52%,平均值为0.61%;氯仿沥青“A”分布范围为0.0018%~0.0042%,平均值为0.0029%(图2-27),其中,TOC值基本随着氯仿沥青“A”值的增加而增加;生烃潜量S1+S2范围为0.03mg/g~0.04mg/g,平均值为0.03mg/g。
C、滩间山剖面:下古生界烃源岩在滩间山剖面只发育滩间山群a段(O3tna),其TOC分布范围为0.45%~1.72%,平均值为1.24%;氯仿沥青“A”分布范围为0.0033%~0.0074%,平均值为0.0049%(图2-28);生烃潜量S1+S2范围为0.01mg/g~0.03mg/g,平均值为0.02mg/g。
②有机质类型元素组成特征:从图2-29柴达木盆地下古生界烃源岩有机质类型H/C-O/C 判断图版可以看出,其有机质类型都落在了Ⅲ型的区域,H/C较小,O/C较高,说明对于露头样品和高过成熟的样品,元素组成范氏(Van Krevelen)图法已经不再适用。
干酪根碳同位素特征:参考相关文献,总结干酪根碳同位素与干酪根类型的对应关系如下:Ⅰ型干酪根稳定碳同位素小于-28.0‰,母质主要来源于浮游生物、藻类;Ⅱ型干酪根稳定碳同位素介于-28.0‰~-25.5‰,母质主要为藻类与陆生高等植物;Ⅲ型干酪根稳定碳同位素大于-25.5‰,母质主要为陆生高等植物(表2-4)。
图2-27 大煤沟地区石灰沟组氯仿沥青“A”与TOC分布图图2-28 滩间山群a段氯仿沥青“A”与TOC分布图图2-29 柴达木盆地下古生界烃源岩有机质类型H/C-O/C判断图版表2-4 干酪根碳同位素与干酪根类型对应关系表与元素分析不同的是,从柴达木盆地下古生界源岩干酪根稳定碳同位素频率图(3-30)看出,下古生界烃源岩有机质类型主要以Ⅰ型和Ⅱ型为主,表明其有机质类型主要来源于浮游生物和藻类;差别较大的是滩间山群a段烃源岩碳同位素烃源岩主要分布在<-24‰,落在了Ⅲ型干酪根的区域,表明干酪根碳同位素受变质作用的影响较大,变质岩会使其干酪根碳同位素变大。
显微组分组成特征:根据各显微组分对烃类贡献大小不同,赋以不同的系数,计算类型指数TI值为:TI= [a×100 +b×75 +c×50 +d×(- 75) +e×(- 100)]/100。
式中:a—矿物沥青基质中隐含的无定形有机质百分含量b —藻类体百分含量c —壳质组百分含量d—镜质组百分含量e —惰性组百分含量图2-30 柴达木盆地下古生界源岩干酪根稳定碳同位素频率图根据类型指数TI值划分烃源岩有机质类型,烃源岩有机质类型划分标准见表(2-5)。
表2-5 烃源岩有机质类型划分标准(王铁冠等,2001)经过全岩显微组分实验分析,柴东地区下古生界烃原岩主要是藻类无定形体,类型指数都为100,说明其有机质类型是Ⅰ型,说明其有机质来源主要以藻类为主的低等水生生物为主。
可溶有机质特征:从柴达木盆地下古生界源岩可溶有机质分布图(2-31)可以看出,柴达木盆地下古生界烃源岩可溶有机质具有以下特征:A、饱和烃与芳烃所占比例较小;总烃中,饱和烃含量与芳烃含量相差不大,饱和烃与芳烃之比一般在1左右,少数样品的饱/芳比极低,最小值为0.5,另有少量样品饱/芳比大于3,最大值可达8。
总体来讲,有机质类型较好,以Ⅱ型和Ⅰ型为主;B、约大半数样品的总烃与非烃+沥青质之比小于1,均值在0.06~1.9之间,说明柴达木盆地下古生界烃源岩样品可溶有机质以非烃和沥青质为主,表明样品的成熟度较高;C、非烃含量较高,多数大于30%,在21.15~71.25%,均值在31.18%,而沥青质含量不稳定,变化幅度较大,其中,滩间山群a段沥青质含量较高,分布在36.9%~71.9%,均值为52.4%。
图2-31 柴达木盆地下古生界源岩可溶有机质分布图规则甾烷C27-C28-C29分布特征:规则甾烷C27-C28-C29相对含量三角图区分不同母质类型是常用来分析有机质类型的手段,一般认为水生生物富含规则甾烷C27,与之比较,高等植物富含C29甾烷(Huang和Meinshein,1979)。
研究已经证实,以陆相高等植物有机质为主导的煤系沉积,缺少C27而富集C29甾烷是其重要特征,但有研究表明,一些水生生物,如褐藻以及许多绿藻是以C29为主的,并且许多陆生植物的前泥盆纪沉积的油以及一些碳酸盐岩来源的油含有丰富的C29甾烷,它们的烃源岩没有或很少有高等植物输入(Moldowan等,1985;Grantham,1986,a,b;Rullkotter等,1986;Fower和Douglas,1987)。
柴达木盆地下古生界烃源岩主要以C27为主(图2-32),呈现不对称的V字形(图2-33),说明下古生界烃源岩有机质主要来源于藻类等水生生物。
与之不同的是,滩间山群a段主要以C29为主,呈现反“L”的特征(图2-34),说明滩间山群a段有机质来源于褐藻等藻类生物。
图2-32 规则甾烷C27-C28-C29百分含量分布三角图1=20S-甾烷C2胆甾烷;2=20R-甾烷C2胆甾烷;3=20S-24-甲基-基S-2胆甾烷;4=20R-24-甲基-基R-2胆甾烷;5=20S-24-乙基-基S-2胆甾烷;6=20R-24-乙基-基R-2胆甾烷图2-33 全吉群页岩饱和烃中甾烷特征分布图9-孕甾烷;10-升孕甾烷;11-烷;页(20R)C27甾烷;12-)C2(20R)C28甾烷;13-)C2(20R)C29甾烷图2-34 滩间山群a段泥岩饱和烃中甾烷特征分布图③有机质成熟度从柴达木盆地下古生界烃源岩Tmax分布图(图2-35)可以看出,Tmax分布范围较大,从315~565℃都有分布,其中,寒武系和多泉山组大部分都在435℃以下,而全吉群Tmax主要分布在455℃~555℃,石灰沟组和滩间山群也主要分布在443℃~564℃之间,表明样品已经达到了过成熟阶段。
并且柴达木盆地下古烃源岩裂解烃峰值(S2)很低,说明Tmax<550℃的岩样中基本上没有可裂解的干酪根。
其生成的烃类已大部分被排出或挥发殆尽,剩下的干酪根基本上不具备生烃能力,所以热解温度最高峰甚至降至400℃以下。
因而,最高热解温度Tmax 不能反映样品的成熟度。
沥青质反射率:对于缺少镜质体的下古生界地层,很难采用镜质体反射率来评价其成熟度,需根据沥青反射率来判断其成熟度,丰国秀(1988)用四川样品分别通过热模拟实验和自然演化系列分别建立了两个相关关系式:Ro=0.3195+0.6790Rb(根据热模拟)Ro=0.336+0.6569 Rb(根据自然演化)Jacob(1985)根据镜质组反射率与沥青反射率大量数据对比研究提出下列相关式:Ro=0.618Rb+0.4根据上述转换公式,结果Ro大部分都在1.5-2.0%之间,根据热模拟作出Ro 分布图如下(图2-36)。
说明下古生界烃源岩整体处于高过成熟阶段。
图2-35 柴达木盆地下古生界烃源岩Tmax分布图甲基菲指数:芳烃中反映原油、烃源岩成熟度的指标参数较多,甲基菲指数(MPI)与甲基菲比值 MPR(MPR=2-MP/1-MP)被 Radke 等首先提出。