能源地质学.docx

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能源地质学

1、有机质的定义包括一切生物体及其分解或合成的各种产物

生物质的化学组成：

1、化合物组成

　　　　　　　纤维素

碳水化合物　半纤维素

　　　　　　　果胶质

化合物　木质素　　　芳香族高分子聚合物

蛋白质　　　含氮化合物

　　　类脂化合物　　混合物（脂肪、蜡质）

2、化合物稳定性序列（抗降解能力）

蛋白质<色素<脂肪<半纤维素<纤维素<木质素<木栓质<种子皮壳<角质<孢粉素<蜡质和树脂

沉积有机质：

作用方式

细碎作用（机械作用）：

物理作用，生物碎片

腐败作用（腐朽作用）：

喜氧性细菌、真茵

消化作用（代谢作用）：

粪粒、团块有机质

发酵作用（缩合作用）：

厌氧性细菌、酶

碳水化合物糖

蛋白质氨基酸

脂肪脂肪酸

木质素腐殖酸和腐殖质

吸附作用（无机矿物）：

沉淀、凝聚、转化作用

化学作用（水解作用）：

水合作用、重排作用

压实作用：

重力作用

生物体本身的化学组成

影响因素水体的动力状态

水介质性质（氧化还原、酸碱度、温度）

作用类型

腐泥化作用

对象：

菌藻类低等植物

环境：

水体较深的滞流贫氧环境

反应：

还原、合成等化学作用

产物：

腐泥、软泥、残体、原生沥青质

泥炭化作用

对象：

高等植物遗体

环境：

沼泽、泥炭沼泽

反应：

氧化、还原、合成

产物：

植物残体＋腐植酸

沉积有机质的三重属性

沉积有机质三重属性

生物学属性

高等植物

植物残体学

低等植物

古生物学

动物

岩石学属性

生物残屑，有结构的

有机岩石学

高度降解产物，无定形成分

化学属性

不溶有机质（干酪根）

有机

地球化学

可溶有机质（可提取物—水溶、水解、碱溶、有机溶剂）

沉积环境的定义

沉积环境是由一组物理、化学、生物学

上有别于相邻地区的自然地理单元。

沉积环境组合的类型

三角洲

冲积扇过渡环境滨海平原

大陆环境河流水下浅滩

湖泊海洋环境浅海

深海

氧化环境的表层

垂向结构过渡条件的中间层

还原环境的底层

泥炭堆积速率

大气和土壤温度植物产率

沉积环境植物残体的分解强度降解率泥炭产率

沼泽类型及稳定性增长率

干酪根:

不溶于有机溶剂的有机质浓缩物.

腐植酸（HA）的定义具有酸性、亲水性、吸附性和复杂多样结构的芳香性化合物

1、泥炭沼泽的概念

地表土壤充分润湿，有季节性或长期性积水，而且生长了大量的喜湿植物，在地洼地带堆积有机质，并使其转化为泥炭层的地区。

2、泥炭沼泽的形成

水域沼泽化：

由湖泊、河流、泻湖等水域转化而来

陆地沼泽化：

由陆地演化而来（存在草甸泥炭沼泽化和森林泥炭沼泽化两种基本形式）

泥炭沼泽的演化阶段

低位沼泽　　　中位沼泽　高位沼泽

（1）低位沼泽（营养沼泽）

地下水潜水面高于沼泽水面，地下水、地表水供应营养成分，生长富营养的植物，介质为中性或微碱性，泥炭厚、灰分高、沥青质含量和焦油产率较低。

（2）高位沼泽（贫营养沼泽或凸起沼泽）

地下水潜水面低于沼泽水面，仅有大气降水补给，沼泽水源供应不充足，水中缺少矿物质养分，尤其是中心地带植物残体分解速度慢，与沼泽周边相比，泥炭层凸起，水质介质为酸性，泥炭灰分低、有机质含量高，厚度较薄。

（3）中位沼泽

介于高位与低位沼泽之间的一种过渡类型，介质处于中性到微酸性。

泥炭沼泽的垂向结构特征

氧化环境的表层

垂向结构过渡条件的中间层

还原环境的底层

镜质组：

煤中含量在50~80%以上，强覆水、还原条件下经生物化学和地球化学凝胶化作用而形成。

　①透射光下：

橙红色、褐红色

　②反射光下：

灰色、浅灰色，具有弱的荧光性

　③性脆，裂隙和微孔隙发育

　④O较高，Ｈ、挥发分中等，Ｃ较低，粘结、结焦性好

　⑤加氢液化时转化率较高

　⑥煤化过程生成少量油，较多甲烷气

　⑦在煤层中呈透镜状产生

结构镜质体

按细胞保存程度和形态特征划分无结构镜质体

　　　　　　　　　　　　　　　　碎屑镜质体

壳质组（类脂组、稳定组）

　①透射光：

黄色，少数为绿黄色，红橙色

　②反射光：

深灰色，灰色、有突起，发黄色的荧光

　③腐泥煤、残植煤、油页岩中富集，密度低，重液易分离

　④Ｈ、Q、挥发分最高

　　⑤类型：

孢子体　　角质体藻类体　　荧光体

木栓体　　树脂体沥青质体

　　渗透沥青质壳屑体

惰质组：

在结焦过程中不软化，呈惰性。

成因：

①植物遗体在缺水多氧的环境中，氧化而成。

　②森林火灾，植物不完全燃烧C60

　③泥炭表层受真菌等微生物的腐解

　④强烈的煤化作用

特征：

①透射光：

不透明

　②反射光：

亮白色，黄色或灰白色，无荧光，正突起

　③Ｃ高Ｏ中等，Ｈ和挥发分低，热解不具有粘结性

　④显微组分：

丝质体／半丝质体／粗粒体／微粒体菌类体／惰屑体

煤中的矿物质

来源：

①原生矿物②同生矿物③后生矿物

种类：

粘土矿物碳酸盐矿物硫化物氧化物、氢氧化物盐类重矿物微量元素

煤的宏观组成

腐植煤的宏观煤岩成分

（1）镜煤：

乌黑，色深光强，成分均一，性脆，贝壳状断口，轮廓清晰，粘结性好，矿物杂质少，裂隙发育，大多由结构镜质体，均质镜质体组成。

（2）丝炭：

外观像木炭，颜色黑灰色或浅灰色，纤维状结构，丝绢光泽，疏松多孔，丝质体为主，质轻者性脆，易污手，质重者，被矿物充填。

（3）亮煤：

表面隐约可见微细层理，光泽较强，结构不均一

（4）暗煤：

含壳质组多，灰黑色，韧性好，油脂光泽，水介质活动性强；含矿物质多，煤质差；含惰质组多，成分结构不均一，氧化环境。

腐植煤的宏观煤岩类型

宏观煤岩类型光泽镜煤＋亮煤

光亮煤　光泽极强　　　>75%

半亮煤　　　光泽较强　　　　75%--50%

半暗煤　　　光泽暗淡　　　　50%—25%

暗淡煤　　　光泽极暗　　　　　<25%

▲①煤级和成因类型相同，才能进行光泽强度对比，新鲜面，不考虑具体光泽；

　　②相同煤层中光泽最强的煤岩成分条带（镜煤）为参考标准，相对光泽；

　　③最小分层厚度为3—10cm，视煤层厚度而定；

④每一种光泽类型，据构造、结构再分。

煤的成因类型

（1）腐植煤

包括由高等植物木质纤维组成的狭义腐植煤和高等植物的壳质组分组成的残植煤。

残植煤的特征：

①壳质组含量>50%，一般为70~90%

②黑灰色、灰黑色，油脂光泽，叶片状、粒状结构

③Hdaf和Vdaf含量、Tar产率高，韧性大

④活水、富氧的环境

（2）腐植腐泥煤高等植物与低等植物混合而成。

（3）腐泥煤低等植物组成和动物组成。

石油的化学组成

（一）石油的元素组成

石油的元素组成主要是C、H、S、N、O。

其中碳约占84~87%，氢占11~14%，碳和氢的含量约为97~99%，而硫、氮、氧和微量元素约占1~4%。

（二）石油的烃类组成

1、烷烃（脂肪烃）属饱和烃，通式为CnH2n+2，石油中含量一般为5~55%

2、环烷烃：

分子中含有碳环结构的饱和烃。

石油中含量一般为25~75%。

它们由许多圈成环的多个次甲基（-CH2-）组成。

组成环的碳原子数是3个以上。

3、芳香烃：

具有六个碳原子和六个氢原子组成的苯环化合物，其特征是含有苯环结构，属不饱和烃。

石油中含量一般为10~40%。

（三）石油的非烃组成

1、含硫化合物2、含氮化合物3、含氧化合物

广义天然气：

泛指自然界一切天然生成的气体。

狭义天然气：

主要是指与油田、煤田和气田有关的可燃气体，成分以气态烃为主，多与生物成因有关。

气藏：

是指地下储集层圈闭中聚集的具有一定工业价值的游离气。

天然气（藏）的类型

按有机质演化阶段

生物气（藏）

Ro,max<0.5%

热解气（藏）

Ro,max介于0.5~2.0%

裂解气（藏）

Ro,max>2.0%

按开发难易程度

非常规开然气

煤层气和致密砂岩气

常规开然气

砂岩气和碳酸盐岩气

按分布特征

聚集型气

气藏气、气顶气

分散型气

溶解气、气水化合物

按与石油产出关系

伴生气

非伴生气

典型气藏特征

1、气藏气单独聚集成纯气藏的天然气，不与石油伴生。

甲烷的含量在气体成分中占95%以上，重烃的含量极少，一般在1～4%左右，属于干气（贫气）。

2、气顶气与石油共存于油气藏中，呈游离气顶状的天然气，其成因和分布与石油关系密切，重烃含量百分之几至百分之几十，仅次于甲烷，属于湿气（富气）。

3、溶解气

（1）油内溶解气：

饱和或过饱和的油藏中，重烃含量高。

（2）水内溶解气

低压水溶气，几十~几千cm3/L

高压水溶气，异常高压带，含量大。

4、凝析气当地下温度和压力起过临界条件时，液态烃逆蒸发而形成的物质。

5、固态气体水合物冰冻甲烷或水化甲烷，甲烷气体被封闭在水子的扩大晶格中，系存在于特定温度（冰点附近）和压力条件下的一种高能量密度的能源矿产。

油页岩（又称油田页岩）是一种高灰分（>40）的固体可燃有机矿产，低温干馏可获得类似天然石油的页岩油。

有机质含量较高，主要为腐泥质、腐殖质或混合型，其发热量一般>4.1868MJ／kg。

反射率的地质意义：

1判断源岩成熟度或煤级2判断地质构造3判断变质作用方式4判断煤化作用方式　

5恢复构造运动6判断煤质资料的正确性

煤类

HM2

CY

QM

FM

JM

SM

PM

WY3

WY2

WY1

Ro,max%

<0.50

0.50~

0.65

0.65~0.90

0.90~1.20

1.20~

1.70

1.70~

2.00

2.00~

2.50

2.50~

4.0

4.0~

6.0

6.0~

11.0

粘结性：

指煤粒（d＜0.2mm）在隔绝空气受热后能否粘结其本身或惰性物质形成焦块的能力。

结焦性：

指煤粒隔绝空气受热后能否生成优质焦炭（焦炭强度和块度符合冶金焦的要求）的性质。

煤粘结性和结焦性指标胶质层指数法（Y）粘结指数法（GR.I）

罗加指数法（R.I）奥亚膨胀度（b）

坩埚膨胀序数（CSN）葛金焦型（G~K）

低煤阶煤:

Qgr,maf≤24MJ/kg，Rav,ran＜0.6%，与褐煤相当

中煤阶煤:

＜0.6%Rav,ran＜2.5%（苏、法两国提出），与烟煤相当

高煤阶煤:

Rav,ran>2.5%（苏、法两国提出），与无烟煤相当

①Ro,av,ran%

编号从02-50代表Ro,av,ran=0.2~5.0%

间隔1，共49个编号对应间隔0.1%

②Ro,ran直方图

编号从0～5间隔为1共6个编号

0号：

Ro,ran标准差S≤0.1无间断点

1号：

S＞0.1~≤0.2无间断点

2号：

S＞0.2无间断点

3号：

S＞0.2有1个间断点

4号：

S＞0.2有2个间断点

5号：

S＞0.2有2个以上间断点

③I%

编号从0～9代表I=0-＜10%~≥90%

间隔1，共10个编号对应间隔10

④E%

编号从0～9代表E=0~≤40%

间隔1，共10个编号对应间隔5

⑤CSN

编号从0～9代表CSN=0~9

间隔1，共10个编号对应间隔1

⑥Vdaf%

当Vdaf%>10%

编号从48~10代表Vdaf%≥48~10-＜12%

间隔2，共20个编号对应间隔2

当Vdaf%<10%

编号从09~01代表Vdaf%9-<10~1-＜2%

间隔1，共9个编号对应间隔1

⑦Ad%

编号00～20代表Ad=0-＜1~20-＜21%

间隔1，共21个编号对应间隔1

⑧St,d%

编号00～30代表St,d=0.0-＜0.1~3.0-＜3.1%

间隔1，共31个编号对应间隔0.1

⑨Qgr,mafMJ/kg

编号21～39代表Qgr,maf＞21~≤39MJ/kg

间隔1，共19个编号对应间隔1

沉积有机质物理、化学标志应具备的条件：

①演化程度相同时，性质稳定或变异性较小；

②在沉积有机质中分布广泛，易于寻找；

③演化程度不同时，同种参数的演化幅度要足够大；

④是沉积有机质的主要成分或重要成分,代表性较强；

⑤面积要足够地大，便于观察测量

石油与天然气基本性质的差别：

①天然气的产出类型具有多样性的特征；

②石油的化合物组成比天然气更为复杂；

③两者在物理性质方面的差别更为明显；

④二者的运移能力、运移速度、运移规模有差异

有机质演化的地质因素

（一）受热温度

地热场温度由大地热流形成，即地温梯度乘埋藏深度再加上地表浅处恒温带温度

（二）受热时间

演化时限：

在某一温度段下演化发生进展的时间，亦称有效受热时间。

演化程度与时间为线性关系，但与温度之间表现为指数关系，因此温度是控制演化程度

的关键因素；如果演化程度一定，则温度与时间互为补偿，即短时高温或长时低温可以达到同样的演化效果。

（三）演化压力

静压力和动压力有利于沉积有机质物理性质的改变，对其化学结构的改变起促进作用。

深成演化作用：

是在正常地热场条件下、埋藏深度不断加大的过程中进行的。

岩浆热演化作用：

是在异常高热地热场条件下发生的，系岩浆上涌带来的热流与正常地热场背景的叠加作用。

1、区域岩浆热演化作用

区域岩浆热演化作用：

起源于岩浆向地壳浅部侵入，但岩浆体未能进入烃源原岩层。

特点：

1）等演化线或等演化面的产状往往与煤层的产状无关，只与岩浆侵入体的顶面形态基本一致；

2）等演化带的宽度多窄于深成热演化作用，在水平分带和垂向分带中都是如此；

3）等演化线的展布方向往往与构造线方向不一致，表明浅部构造对区域岩浆热演化作用的控制作用相对较弱。

4）光学各向异性显微组分较为普遍，出现了镶嵌结构、似流变结构、裂解碳等各类新生光学结构；

5）次生气孔较为发育，尤其是在镜质组中普遍可见；

6）同生矿物受到较为强烈的改造，黄铁矿等的重结晶明显；

7）与同演化程度的深成热演化沉积有机质相比，氢含量、挥发份产率、H/C等相对较低；

8）蚀变矿化现象普遍存在，广泛发育热液脉体，F、Cl、As等与岩浆期后热液有关的元素往往较为富集，特别是流体包裹体，是一种良好的地质温度计和地质压力计。

9）重磁异常：

隐伏岩体的存在，正航磁异常

2、岩浆接触热演化作用

岩浆接触热演化作用起源于岩浆与含沉积有机质岩系或有机质的近距离或直接接触。

岩浆高温的热传导、气水热液以及岩浆期后残余释放热导致沉积有机质发生演化，岩浆侵位时对地层造成的压力也对演化起到了重要推动作用。

因此，岩浆接触热演化作用对沉积有机质具有短时高温的作用特征。

特征：

1）变质范围窄于深成热变质和区域岩浆热变质；

2）接触带上被烘烤成天然焦或石墨；

3）变质程度、变质带宽度随离岩体的距离而变化，且分带明显：

4）出现热变组分和热变结构，各向异性质、小球体等镶嵌结构；

5）煤的工艺性质发生变化，Vdaf、Hdaf、Qdaf、CdafAd；

6）常有围岩蚀变现象，变质岩、变质结构

沉积相是一定沉积环境下的沉积特征的综合

沉积体系：

具有统一物源、统一水流动体制、在成因上具有共生关系的沉积组合而成的巨大三维沉积体。

植物的大量繁殖

1、泥炭的堆积的条件碎屑沉积物的注入贫乏

有机质的保存

三种补偿关系补偿方式：

①过度补偿—沼泽水面上升速度<植物遗体的堆积速度

②均衡补偿—沼泽水面上升速度≈植物遗体的堆积速度

③欠补偿—沼泽水面上升速度>植物遗体的堆积速度

1、煤层厚度分级

薄煤层：

≦1.30m

中厚煤层：

1.31~3.50m

厚煤层：

>3.50m

煤厚和形态变化及其控制因素：

1、泥炭沼泽基底不平

①“顶平底不平”；

②往往在含煤岩系的底部或下部的煤层煤厚变化极为不规则；

③基底古地形低洼处煤层增厚，向突起部位尖灭变薄，呈现超覆样式。

2、沉积因素

（1）沉积体系

（2）同沉积构造①基底断裂系②盆内次级同沉积褶皱③盆内同沉积断裂

3、煤层的冲蚀顶凸构造

4、后期构造变动

5、岩浆侵入

6、岩溶作用造成的无煤陷落柱

煤层厚度变化类型：

1、原生变化：

指在泥炭堆积过程中，由于各种地质作用而引起的煤层形态和煤层厚度的变化。

2、后生变化：

指泥炭层被新的沉积物覆盖以后，由于构造变动、河流冲蚀等后期地质作用所引起的煤层形态和煤层厚度的变化。

圈闭：

圈闭是地下储集层中能够阻止油气继续向前运移，并且使油气在其中聚集起来的一种场所

遮挡条件（封闭条件）

油气藏：

油气藏是单一圈闭内具有独立压力系统和统一油水（气、水）界面的油气聚集，是地壳中最基本的油气聚集单位。

储集层：

凡是能够存储和渗滤流体（油、气、水）的岩层都可以称之为储集层。

储集层类型：

碎屑岩储集层

岩石类型碳酸盐岩储集层

其他岩类储集层

孔隙型储集层

裂隙型储集层

空间类型溶洞-裂隙型储集层

孔隙-裂隙型储集层

孔隙-溶洞-裂隙型储集层

生储盖组合

1、盖层的定义

位于储集层之上，能封隔储集层，阻止其中的油气向上逸散的岩层。

2、盖层的封盖能力

盐岩、石膏层>泥质岩层>渗透性较差的砂岩、石灰岩、铝土岩和煤层

3、盖层的封闭机理

（1）排替压力差/毛细管/薄膜封闭

（2）异常压力封闭

（3）烃浓度封闭

生储盖组合类型：

（1）旋回式组合

（2）侧变式组合（3）混合式组合

油气的初次运移和二次运移

1、初次运移：

油气离开母体的运移

2、二次运移：

油气进入孔隙之后的所有运移

圈闭的成因分类：

①构造圈闭：

因构造变动如断裂作用和褶皱作用形成的圈闭叫做构造圈闭

②地层圈闭：

由于地层中断，借助地层不整合面作遮挡物就够成地层圈闭

③岩性圈闭：

这是由于岩层形成时，沉积环境的改变，或由于某些次生作用导致沉积岩性改变，在同一地层内形成的圈闭。

④混合圈闭，在复杂的地质演化中，除了单一成因所形成的圈闭以外，往往形成成因的圈闭。

油气藏的形成与类型：

1、油藏、气藏、油气藏的形成

①密度不同

②油、气在地层水内的溶解和析出能力不同

③油、气的饱和压力与地层的压力关系不同

2、油藏、气藏、油气藏的分类

1）构造油气藏：

背斜油气藏、断块油气藏

2）地层油气藏：

地层不整合油气藏、地层超覆油气藏

3）岩性油气藏：

透镜体油气藏、岩性尖灭油气藏、矿块油气藏

4）混合油气藏：

地层—构造混合油气藏、构造—岩性混合油气藏

背斜油气藏的特征：

①油气主要来自盆地充填地层内部的生油层

②油气藏含油面积的形态往往与背斜形态相似

③油、水成环带状分布

④油层压力的分布和等高线大致平行

断块油气藏的特征：

①在断层附近容易形成高产油气区

②油、气、水的分布格局比较复杂

③油气的富集带常常是聚集于断层靠近油源的一侧

④含油面积形状多和断块的形状相似

孔隙度与渗透率的关系

两者的关系对于不同的岩石有所不同。

对于碎屑岩类和部分碎屑灰岩、生物灰岩，二者的关系密切，特别是有效孔隙度和渗透率之间关系更为密切，有效孔隙度越大则渗透率也越大，成直线关系。

但一般碳酸盐岩孔隙度都很低，大多由于空隙的发育，其渗透率很高，表现出与碎屑岩类不同的特点。

孔隙度的大小主要是和岩石颗粒大小、形状和胶结物的类型以及岩石的致密度有关。

渗透率的大小与岩石的孔隙大小、连通状况、孔隙形状有关。