天然气成藏地质学进展167页PPT

上述Q表示气藏中气体通过X方向上的损失量(下同)。
气藏烃通过盖层上界面(X＝L面)单位面积内扩 散进入盖层之上储层中的量为
(2) 天然气藏通过盖层的扩散
气藏烃通过盖层下界面(X＝0处)单位面积内的扩散量为
气藏烃通过盖层上界面(X＝L处)单位面积内的扩散量为
(2) 天然气藏通过盖层的扩散
气藏烃通过盖层下界面(X=0处)单位面积内的扩散量为
烃源岩厚度为2L,初始浓度为C0,,产率为B.
X
C1 C2
2L C0，B
渗透层
（1）烃源岩的轻烃扩散 数学模型
（1）烃源岩的轻烃扩散 数学模型
单位面积烃源岩的扩散量为
2. 气藏中天然气的扩散
不同的地质模型具有不同的扩散数学模型
(2)天然气藏通过盖层的扩散数学模型
气藏烃通过盖层下界面(X＝0面)单位面积内扩散量为
热解气：系指在成熟和高成熟演化阶段 （RO值为0. 6 %～2. 0 %） ，有机质经热催 化作用降解而形成的天然气。 裂解气：系指在过成熟阶段（RO 值大于2. 0%），残余干酪根、已生成的液态烃和部分 重烃气经过高温裂解作用而形成的天然气。
有机成因各类天然气的特性 / 天然气的鉴别
成因类型判识标志： 无机成因气？ 有机成因气？

天然气资源概述
• 美国的燃 料能源消 费 • 世界的与 美国的接 近
天然气主要成分 —烃气，以甲烷为主
天然气应用广泛
美国常规天然气产量下降，但非常规气产量增长
---设置“非常规油气资源”专题原因
世 界
2000 2008
俄 国
天然气在能源消费中比 例最大
中东
36％
美 国
各种能源消费比例与世界 平均值大致相同

• 水溶气本身也作为一种重要的天然气资源。
• （2）天然气水溶对流运移成藏
•
• 水溶对流起因于地层水的密度和温度差 异，地层水盐度和含气量的变化致使密 度出现差异。因此溶解有大量天然气的 地层水经过对流，可使气体在温度、压 力适宜的地方聚集成藏。
• 纵向通道多数是断裂，而横向通道往往 沿地层不整合面或其它被封闭层盖层的 连续性较好渗透层
吸附和溶解。
• 吸附气是煤层甲烷的主体，占56~96%， 溶解气不足1%，其余为游离气。随埋深
增加，吸附气减少，游离气增加3~43%。
• 游离状态的煤层甲烷，存在于煤的孔隙、 裂隙或空洞中，气体可在煤孔隙中自由 流动，其数量的多少决定于煤层内的自 由空间，也与外界的温度和压力有关。 因煤自由空间有限，所以游离状态的煤 层甲烷一般较少。
• 按有机质成烃演化阶段：生物气、生物-热催 化过渡带气、热解气、裂解气。
表示甲烷的生成、运移和聚集 甲烷的成因包括生物成因、热成因、非生物成因三种， 世界天然气资源：80%为热成因， 20%为生物成因。
1、生物气
• 在低温(<75℃)还原环境下，厌氧细菌对沉积 物有机质进行生物化学降解作用所形成的富含 甲烷气体。
• 包括成熟、高成熟及过成熟阶段生成的 天然气
• 煤型气、煤成气和煤层气的差异：
• 煤成气原指煤层在煤化过程中所生成的 天然气；也可理解为煤型气的同义语。
• 煤层气是指以吸附状态存在于煤层中的 煤成气。
• 4、无机成因气
• 由无机物质形成的气体。
• 宇宙气：由放射性反应、核反应及化学反应等作用 形成，含H2 、氦
•
• 溶解状态的煤层甲烷即煤层中的水溶气， 它的数量决定于煤层中甲烷的多少及水 对气体溶解量的大小。当水排出煤体并 随压力降低等条件的变化，溶解于水中 的天然气可以析出水而呈游离状。但除 泥炭和褐煤阶段含水量较高（5%）外， 其他煤阶段的煤含量很低，因此，水溶 煤层甲烷数量较少。

四、流体饱和度
1. 油、气、水在储层孔隙中的含量分别占总孔 隙体积的百分数称为油、气、水的饱和度。
So
Vo Vp
Vo
Vr
100%
式中：
So、Sw、Sg——分别为油、水、 气的饱和度,％。
Sw
Vw Vp
Vw
Vr
100%
Vo、Vw、Vg—— 分 别 为 油、水、
气在储集空间中所占的体积， cm3；
纯钙质、铁质、硅质――相反。
b.胶结物数量：较少——好；多——差 c.胶结 类型 ：接触式 ——好，
孔隙式——中等
胶结类型示意图
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成岩作用带对储层特性的影响（据Surdam等，1989）
成岩作用带 浅部
温度 ＜80℃
主要成岩作用过程
保存或增加孔隙度
破坏孔隙度
颗粒薄膜作用（抑制后期石 粘土充填作用；碳酸盐或硅质胶结物
较多
生
孔
白云石的
较多
隙
菱铁矿的
较多
的 溶解作用 成 岩
硫酸盐的 其它蒸发岩的
较少 较少
作
硅酸盐的
很少
用
其它非硅酸盐的

很少
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鉴别碎屑岩次生孔隙的岩石学标志
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（二）碎屑岩储集层的喉道类型
图 3-10 孔隙喉道的类型（据罗蛰潭，1986） a 喉道是孔隙的缩小部分；b 可变断面收缩部分是喉道； c 片状喉道；d 弯片状喉道；e 管状喉道；1 一喉道；2 一孔隙
75
100 S饱
50
0
汞注入量,%
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A、排驱压力（Pd）：
润湿相流体被非润湿相流体排替所需要的最小压力。

临界凝析压力点K2：多组分相态中， 不管温度高低，凡高于此压力便不能形成 气体。
3、凝析气藏的形成条件与分布
（1）形成条件 1） 在烃类物系中，气体的数量必须胜过
液体的数量，才能为液相反溶提供条件。 2）油气藏埋藏深，地层温度介于烃类物
系的临界温度和临界凝结温度之间，当地层 压力超过该温度的露点压力。 （2）分布
第四节 天然气藏形成机理
一、天然气藏形成机理
• 天然气成藏过程的特殊性 • 凝析气藏的形成与分布 • 深盆气藏形成机理 • 天然气水合物 • 煤层气
一、天然气成藏过程的特殊性
1、天然气在地层水中的溶解及水溶气析出成藏 水溶气析出的地质条件
（1）地层抬升 （2）含气地层水上升 （3）地层水矿化度增高
开产方式：水平井+压裂
一、天然气成藏过程的特殊性
2、天然气通过盖层扩散 扩散系数
3、天然气藏形成与保存的动态过程 较大规模的油气藏形成需要4个条件：
（1）充沛的气源 （2）生气高峰出现的地质年代新 （3）良好的盖层条件 （4）生气高峰期比较稳定的大地构造环境
二、凝析气藏的形成与分布
1、凝析气藏的概念 液态的油在地下高温高压条件下反而蒸发 为气体，而当压力降低以后又凝结为液态 石油。气藏的形成与原油中气油比高，富 含轻烃组分
2、凝析气藏的相态特征
（1）临界温度与临界压力
烃类纯物质的相态：温度一 定，随压力增加，体积缩小， 达露点A后，压力不变而体积继 续缩小，直到泡点B后，压力增 大体积变化甚微，露点A为开始 液化的点，泡点B为完全液化的 点，A-B为气液两相共存区段， 其对应的压力为饱和蒸汽压， 大小取决与温度，温度升高， A-B线段逐渐缩小，T P C
天然气持续充注 天然气不断散失 饱气带

腐泥型与腐殖型有机质
• 所有沉积有机质大致可以区分为腐泥型和腐殖 型两大类。 • 腐泥型系指脂肪族有机质在缺氧条件下分解和 聚合作用的产物，来自海洋或湖泊环境水下淤 泥中的孢子及浮游类生物，它们可以形成石油、 油页岩、藻煤。 • 腐殖型系指泥炭形成的产物，来自有氧条件下 沼泽环境的陆生植物，主要可以形成天然气和 腐殖煤，在一定条件下也可以生成液态石油。
成煤物质及其结构特点
• 煤主要由各门类的植物遗 体形成,以陆生高等植物为 主. • 有机组分以碳水化合物和 木质素为主. • 结构中含有较多的芳环和 杂原子.
煤的显微组分
• 镜质组
– 木质素纤维组织凝胶化作用的产物
• 惰质组
– 木质素纤维组织碳化作用的产物
• 壳质组
– 高等植物中富含氢的组织器官(如孢粉质、 角质、木栓质）及植物组织的分泌物
甲烷、二 氧化碳的 死亡温度
常见的无机气类型及其分布
• 来自幔源的岩浆以及变质作用和由此引 起的无机矿物热分解作用所形成， • 由地表水渗入地壳深处而形成的大气成 因气。 • 无机成因气的分布与深大断裂活动有关， 构造活动单元，特别是古老地层更有可 能分布无机成因气。
我国有机与无机成因天然气的二氧化碳碳同位素
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 级环己烷、二甲 基环戊烷）
来自水生生物 （类脂物）
来自高等植物
煤 成 气 与 油 型 气 的 鉴 别
• 生物标记物所 反映的有机质 来源
生 物 标 记 物 结 构
不同类型干酪根不同成熟度条件下形 成天然气的δ 13C1
煤型气组成特点
• 煤型气含有一定量的非烃气，如N2、CO2等，但 其含量很少达到20% • 煤型热解气的重烃含量比煤型裂解气高，但煤 型气的重烃含量也很少超过20%，主要为甲烷。 • 煤型气的甲烷同位素一般在-25～-42‰。 • 凝析油中，常含有较高的苯、甲苯以及甲基环 己烷和二甲基环戊烷。 • 煤型气常含汞蒸气，一般含量超过 700 毫微克/ 米3，多数大于1000毫微克/米3

天然气成藏地质学进展
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭

Ro：＜0.5%——0.5-1.3%——1.3-2.0%———＞2.5% 有机质未熟———成熟————高熟————过熟
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藻类体（腐泥组） 800 ×
孢子体1（来自菌类）， 反射荧光下观察，600×
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角质体（壳质组） 800×
木栓体（壳质 组） 60×
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并完善了干酪根晚期生烃学说，总结了油气 形成、演化与分布规律。
1973年，Pusey： “地温窗”和“液态窗” 20世纪80年代以来：“未—低成熟”石油；
煤成烃理论
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沉积有机质馏分的深部热演化模式
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第二节 生成油气的原始物质
一、生物有机质 二、沉积有机质 三、干酪根
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（二）地球深部的无机合成说
——油气是在地球的深处，由于高温、高 压和催化剂的作用下由H2O、CO2、H2等简 单无机物反应形成的。
门捷列夫（1876）：碳化物说 切卡留克（1971）：高温生成说 耶兰斯基（1971）：橄榄石蛇纹石化生油说 R．Robinson（1963，1966）：费-托地质合成说
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三、油气无机成因说
（一）泛宇宙说 （二）地球深部的无机合成说
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（一）泛宇宙说
——包含烃类在内的有机化合物是在宇宙天体 的无机演化过程中形成的，在地球形成时就包 含有有机物。
1．索可洛夫（1889）：宇宙说 前苏联，库德梁采夫（1949）：岩浆说
2. T.Gold（1993）：地幔脱气说
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干酪根的结构呈 三维网状系统，由多 个核被桥键和各种官 能团联接而成。

2. 催化剂作用： ——主要中浅层 ＜125℃
油气生成过程中，催化剂与分散有机质作用，改 变有机质的原始结构，形成结构更稳定的烃类物质。
①有机酵母：催化作用强，不耐高温。主要：成岩早期
有酵母存在时，有机质的分解比在细菌活动时快得 多。
在富含有机质的岩石中，特别是在富含植物残余的 岩石中，酵母的活动性最大。
硫
——
痕量-4
★ 有机质去O、加H、富集C 烃类
还原条件
地质+理化条件
促使有机质转化为油气的理化条件（物理、 化学、生物化学条件）主要有：
细菌、催化剂、温度和时间 放射性、压力
1、细菌作用
在沉积末期至成岩早期：
类脂化合物
脂肪酸
蛋白质 碳水化合物
微生水 物解 酶作用可溶生物单体有机质 (A)氨 单基 糖酸
沉积岩中：总体上放射性元素含量很低 可产生游离氢 ——次要因素
富含有机质的粘土岩中富集大量放射性物质。 用α射线轰击某些有机质可得到甲烷、二氧化碳 和氢，轰击水可产生大量游离氢和氧，氢可使有 机质氢化或与二氧化碳化合生成甲烷，继续在α 射线轰击下可生成更重的气态烃乃至液烃。
5. 压力 • 高压阻碍有机质成熟和成烃作用。 • 短暂的降压有利于加速有机质的成熟。
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第三节 油气生成的地质环境与理化条件 一、油气生成的地质环境 二、促使油气生成的理化条件
13
二、促使油气生成的理化条件
不同深度沉积物中有机质与石油的元素组成（据C.E.ZoBell）
深度 物质类型 浅 海洋腐殖泥 ↓ 近代沉积 深 古代沉积
石油
碳，% 52 58 73 85
氢，% 6 7 9 13
H 脱 S菌 2 还 原 SO4 2-