不同类型富有机质泥页岩高演化阶段成烃特征及压力作用机理研究

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富有机质泥页岩不仅能够形成丰富的常规油气资源,同时也是非常规油气的重要烃源岩。近年来随着非常规油气,特别是深层油气藏及页岩油气藏的发现,富有机质泥页岩高演化阶段的成烃能力及残余生烃潜力已经成为油气形成理论研究和勘探实践中的热点和难点。深层油气资源的形成及成藏过程中压力的作用机理问题也日益凸显。母质类型对深层油气成烃的影响、有机质在高演化阶段的生烃能力以及压力在深层油气形成过程中的作用,都是深部油气勘探亟待解决的关键问题。以上述科学问题为研究背景,本文利用近年来发展起来的半开放体系高温高压热模拟实验装置和方法,对不同类型富有机质泥页岩进行了成烃热模拟实验。详细研究不同类型有机质热演化过程,尤其是高演化阶段生油和生气能力,分析了静岩压力、流体压力、反应体系的封闭/开放程度在深层烃源岩热演化过程的作用,并研究了它们对高演化阶段烃类生成与转化速率的影响。在此基础上建立了烃源岩生烃动态定量演化模式,探讨了流体压力和静岩压力在深层烃源岩成烃过程中的作用机理。旨在为深层油气勘探提供可靠的理论依据及丰富油气形成理论。论文取得的主要认识如下:  1.高温高压模拟实验结果表明,在高演化阶段Ⅰ型有机质形成烃类物质方式主要是通过液态烃的二次裂解,干酪根裂解生烃能力不足;Ⅱ型有机质中干酪根在高演化阶段仍具有一定的生烃能力,此外前期生成的液态烃可能发生二次裂解;Ⅲ型有机质热解后的残渣仍具有较高S2和H/C值,表明其中干酪根在深层高演化阶段具有良好的生烃能力。  2.高演化阶段不同类型富有机质泥页岩成烃动态演化模型表明沥青、热解油产率变化类似于传统油气成因理论中有机质生成沥青和原油的过程,沥青和热解油动态演化分别具有相似的指数和二次方程模型特征。  3.不同类型富有机质泥页岩生成CH4反应速率的计算结果表明,Ⅰ型有机质生成CH4的反应速率最高,其次为Ⅱ型有机质,Ⅲ型有机质生成CH4的反应速率最低,这导致Ⅰ型有机质在较低VR阶段即可生成大量CH4,而Ⅲ型有机质CH4产率峰值最低,并出现在镜质体反射率(vitrinite reflectance,VR)较高的热演化阶段。  4.流体压力升高会增强排烃作用,促进干酪根热解生烃反应,但会明显抑制液态烃二次裂解反应,同时由于排烃作用的增强,导致反应体系由半开放体系向开放体系转化。  5.静岩压力升高会减弱排烃作用,促进液态烃二次裂解反应,反应体系由半开放体系逐渐向封闭体系转化,之后随着静岩压力继续增加,体系转化为完全封闭体系,有机质热解成烃和及热解油二次裂解反应均受到抑制。  6.流体压力和静岩压力会通过ΔV(+)(生烃活化体积)影响CH4的生成速率,引起CH4在不同流体压力和静岩压力区间产率的变化,高流体压力和静岩压力均会抑制干酪根热解和液态烃二次裂解。  7.碳、氢同位素分析结果表明,随着VR升高,Ⅰ型、Ⅱ型有机质生成烃类气体中CH4、C2H6、C3H8碳同位素组成均呈现出δ13CC3H8>δ13CC2H6>δ13CCH4“正序”碳同位素序列,氢同位素组成均呈现出δDC3H8>δDC2H6>δDCH4氢同位素序列,单体δ13C逐渐变重,但单体δD变化规律不明显;Ⅲ型有机质生成烃类气体中CH4、C2H6、C3H8碳同位素组成在VR≥2.40%Ro时呈现出δ13CC2H6>δ13CC3H8>δ13CCH4部分“倒转”碳同位素序列,其氢同位素组成特征与Ⅰ型和Ⅱ型有机质类似。  8.高演化阶段,相同模拟温度条件下流体压力和静岩压力升高不会导致Ⅰ、Ⅲ型有机质生成的烃类气体单体碳同位素的倒转现象,压力对其碳同位素组成特征的影响主要通过对干酪根热解反应及液态烃二次裂解反应来影响δ13CCH4、δ13CC2H6、δ13CC3H8值。
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