有机质生烃理论(很重要的总结)

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1、有机质生烃：反应物及产物的定义及定量方法一、油气形成的简易动力学模型——有机质生烃1、反应物及产物的定义及定量方法1.1沉积有机质的基本成分沉积有机质大部分是由C、H元素组成，同时还有各种杂原子，主要是N、S、O。由这些有机质生成的原油具有与沉积有机质相同的元素组成，主要是一些碳氢化合物及与NSO（C、H元素结合N、S、O元素形成的复杂分子）。原油也含有沥青质（asphaltine），它们可以看成是有机母质排出的有机碎片（Behar和Pelet，1985；Behar等，1985）和非烃气体如N2，H2S及CO2。1.2石油与干酪根：经典定义

2、石油（petroleum）从沉积物沉积开始就存在于所有的SOM（固体有机质）中。这些最初的石油通常被称为“未熟油”或“沥青（bitumen）”，这是因为它们的主要成分是复杂的高分子化合物和非烃化合物，它们在运移（过）石油中的含量是很低的（Stevens等，1956；Bray和Evans，1961），是在早期成岩过程中没有被聚合到干酪根中的那部分固体有机质（SOM）。过去，烃源岩中石油组成的测定是用非极性的有机溶剂如二氯甲烷对烃源岩进行抽提。Durand（1980）把干酪根定义为不能抽提的有机残留物以示区别，即固体有机质中的非石油部分（non

3、-petroleum）。在动力学研究中，厘清石油（petroleum）与碳氢化合物（或烃类，hydrocarbon）之间的关系非常重要。石油与碳氢化合物之间的差异往往被许多石油地质科学家忽略（地质工作者常说“烃类勘探”；富烃的石油毫无疑问具有商业吸引力，但是石油才是我们最初真正找到的原料！）动力学模型局限于常规地球化学测定（烃含量及潜力）方法的框架内。作为石油工业测定生烃能力的标准方法，总流热解分析仪（Bulk-flowanalysis,一般为Espitalie等（1977）建立的Rock-eval分析系统的衍生产品，如Peters,198

4、6）只能测定碳氢化合物的产量。NSO化合物及沥青质由于无法气化，所以氢火焰光度检测器不能检测这些化合物的含量，同样总流热解分析仪也不能检测非烃气体的含量，如CO，CO2，N2及H2S的浓度。尽管这些化合物理论上也可以检测出来而且设计相应的动力学模型（Daily和Peters，1982；Burnham等，1987；Serio等，1987），当前的动力学模型主要描述的还是碳氢化合物而不是石油。以下的讨论中我们将看到，如果只用实验推导出来的数据来标定动力学参数，上述的这种差异将变得非常明显。这种石油与碳氢化合物之间的差异同样也是造成由Rock－E

5、val得出的动力学参数难以与其它替代的实验方案（Burnham等，1987）如含水热模拟实验（如Lewan，1985）得出的动力学参数或野外数据得出的动力学参数（抽提物/碳的值，如Tissot，1969；Tissot等，1971）相互比较的原因。1.3模型中反应物与产物的定义溶剂抽提仍然是详细测定有机质特征（如油源特征及与油源的关系）的先决条件，不过我们的研究是基于岩石热解分析的，因此我们需要对Durand（1980）的定义作一些修订以符合地球化学模型的要求。一般测定烃源岩生烃潜力的参数包括：总有机碳（TOC）及Rock-Eval热解分析参

6、数（S1和S2或P1和P2）。S2流出物通过热解气相色谱（PYGC）可以分离出单组分和化合物组成。有限的生烃能力分析方法只能将未熟（成熟）固体有机质分成4（5）种（图1）。首先，我们要区分反应物和产物。我们模型中的产物是碳氢化合物。这些烃类化合物进一步分成不同碳数范围：C1-C5的烃类，即天然气（gas）及C6+以上烃类，即石油（oil）（England等，1987）。这些石油天然气的化学定义不要与石油工业常用的描述地下原油相态的同一词汇混淆（oilvs.liquid，gasvs.vapour）。对未熟固体有机质，模型中定义Rock-Eva

7、l的可溶烃类（S1）为石油（C6+）。我们把不能生成热挥发烃类的沉积有机质定义为干酪根。我们所指的干酪根是沉积有机质中不能产生热挥发性烃类的那部分。本部分（第1部分）主要讨论干酪根中具有反应活性的那部分。所谓具有反应活性的干酪根（reactivekerogen），顾名思义，就是能够发生热裂解的干酪根，由岩石热解分析中的S2定义。S2归一化到TOC即S2与TOC的比值，也即氢指数（HI）。因此，氢指数HI是沉积有机质中活性干酪根与惰性干酪根（inertkerogen）相对比例的反映。惰性干酪根定义为沉积有机质中不能生成石油的部分。由于惰性干酪

8、根既不在S1中也不在S2中（图1），因此可以通过差值法来定量。惰性干酪根在生烃过程中不会发生变化，其最终可能变成稳定的具有网状结构的石墨（Cooles等，1986；Quigley