全 文 ：t 98 8 第 , 期
荃种辑司B申
一种良好的煤成油 、煤成气的母质类型
— 泥炭鲜煤热模拟有机地球化学特征
陆 杰 张 秀 仪
(中国煤炭科学院地质勘探分院 , 西安 )
盛国英 傅家漠 张惠之
(中国科 学院地球化学研究所 , 贵阳 )
摘 要
本文研究了云 南金所第三纪褐煤盆地中泥炭辞煤在人工热模拟条件下产油 、 产
气特征及 元素组成 、 生物标记化合物等有机地球化学特征 ,并与同煤化程度的木质褐
煤进行了对比 . 研究结果表明 : 随着成熟度的增高 , 泥炭辞煤具有很高的生烃能力 :
其最大生油率为 S o l m g / 9 C o r g . , 最大产烃量为 2 3 2 . l m g / 9 C o r g ; 在 R几。 为 2 . , l
时 , 泥炭辞煤产气率达 6 20 . 5 m l / 9 C o gr 二 由于泥炭辞煤在成煤植物 、 成煤环境及物
理化学性质上都不 同于一般的腐植褐煤 , 因而是一种新的煤成油 、 煤成气的母质类
型 .
关键词 : 泥炭醉煤 ,热模拟试验 ,煤成气 ,煤成油 ,褐煤
对煤戎油的原始母 质研究结果表明 : 由低等植物中的藻类及高等植物中木本与草本植物
的角质 、 树脂 、 木栓等所形成的煤中类脂组分是很好的生油母质『卜 3 , . 辞类植物处于高等植物
中初始演化阶段 , 它所形成的煤其生油能力如何呢 ? 提出这一问题的 息想在于鲜类植物是一
种重要的现代成煤植物 , 其形成的仅裸露的鲜类泥炭占全国泥炭储量的 5并〔4] . 按照地质预
测 , 在以往地质时期中 , 特别是第三纪所形成的醉煤的储量也是可观的 . 由于过去醉类植物所
形成的煤在国内外都未被发现过 【5J , 因而 ,以往有关煤成油母质类型的研究从未涉及到鲜类值
物 . 1 9 8 4 年以来 , 作者相继在云南的金所 、潦浒 、 罗茨等褐煤盆地发现了一种称之 为泥炭鲜的
鲜类植物 为主形成的泥炭醉煤 . 通过煤岩学 、 有机地球化学等方面的研究表明 : 泥炭鲜煤是
一种未成熟的特殊类型的 H 型干酪根 , 其可溶有机质含量为 3 1 7 m g / 9 C o gr . , 初步推断其
为一种可能的生油母质份 ” . 本文通过人工热模拟实验方法 ,研究泥炭醉煤在未成熟阶段向成
熟以至过成熟阶段转变过程中产油 、 产气 、产烃能力及元素组成 , 分子标记化合物的变化特征 .
其意义在于扩大对煤成油 、 煤成气母质类型的认识 ;探讨不同母质类型煤的成油 、成气 、 成烃的
演化规律 .
本文 1 9 8 7 年 1 月 18 日收到 , 19 8 8 年 2 月 2 日收到修改稿 .
. 本文系中国科学院有机地球化学开放研究实验室课题 , 同时得到中国煤炭科学基金 ( 8 6 ) 的资助 .
中 国 科 学 ( B 垠 、 1 0 8乒 乍
一 、 样品及实验方法
样品采自于云南金所第三纪褐煤盆地 3号煤层的泥炭鲜煤 . 同时采集了与泥炭鲜煤同一
煤层的木质褐煤 ( H l型干酪根 ) , 其意义为 : ( 1 ) !易测定反射率 ; ( 2 ) 对比不同类型的干酪根
热演化特征 . 这两种类型的煤的煤岩特征 、物理 、化学性质及生物标记化合物已做了较详细 的
研究汇5一刀 .
将样品研细至 80 目以下 , 分别装人玻璃安额瓶中 , 抽真空 , 熔封 . 模拟温度 20 。℃ 至
5 0 0℃ , 5 0℃ 为一温度段 , 各温度段均在常压下加热 I OOh . 冷却后取出 ,连接于真空状态的取
气装置上 , 破碎玻璃安瓶 , 测量气体体积 . 用 S C抖 型气相色谱 仪测定气体组成 . 对液体和固
体残渣进行了相应分析 , 分析基本流程见图 1 . 实验方法及条件采用了煤岩学和有机地球化
学中一般常用的分析方法哪 一川 , 这里不再详述 .
真空 加热
热模拟产品
_
! 元素分析 e , H , o 】尸一一 尹 厄 I
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气 体
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非烃 沥青质 芳烃 !烷 烃 !
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色一质谱分析
压赢{ 三菇类 二菇类和倍 半菇类 〔圣困
图 1 分析流程
尹
二 、 结果 与 讨 论
1
. 泥炭醉煤在热模拟过程中反射率及有机元素组成的变化特征
对泥炭鲜煤和木质褐煤中镜质组反射率 ( R只n ) 测定结果是一致的 . 随着热模拟温度的
增加 , R盆, 增高 . 在 20 0一 50 0℃ 温度区间内 , R吕。 从 .0 24 增加到 .2 5 1 . 相对应的煤化阶
段从褐煤变为无烟煤 12[ , (图 2 ) . 但在 30 0一 40 0℃ 之间 , R三, 从 0 . 74 增加到 2 . 07 , 较 2 0 一
3 0 ℃ 和 40 0一 5 0 ℃ 之间增高速度要快 . 泥炭鲜煤的 R兄。 与 H / C 原子比呈负相关关系变
化 , 相关系数为一 .0 9 7 . 将不同热模拟阶段的泥炭鲜煤的 H / C 和 O / C 原子比投 在 v an
K r ve le
c D 图上 , 泥炭醉煤落在 1 型干酪根的演化位置上 , 木质褐煤则落在 1 1 型千酪根演化
第 9 期 陆 杰等 : 一种良好的煤成油 、 煤成气的母质类型 9 9 7
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图 2 热模拟温度与 R忍。 的关系及对应的煤化阶段
( O— 揭煤 , I— 长焰煤 , H— 气煤 , 1 1— 肥煤 , I v— 焦煤 , v — 瘦煤 ,V l— 贫煤 , V l — 无烟煤 )
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位置上 (图 3 ) .
2
. 泥炭醉煤在热模拟过程中产气特征
泥炭鲜煤的产气率很高 , 在 R忿。 为 2 . , 1 时 , 高达 6 20 . 5 m l/ g C or g 二 远比同煤化阶段打
木质褐煤要高 (表 1 ) , 也比贵州水城烛藻煤与河北任丘的抱子一角质残植煤要高田 . 由表 l 可
9 9 8 中 国 科 学 ( B 辑 ) 1 9 8 8 年
表 l 不同热模拟阶段 ,泥炭醉煤和本质褐煤产气率及气体组分的变化
热模 泥 炭 醉 煤 木 质 揭 煤
拟温度℃ 样品号 产气率 气休组分% 样品号 产气率 气 体 组 分 %
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3 0 0 S
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4 0 0 S
一 5 斗 16 . 1 斗O 。 4 1 2 4 , 弓8 2 5 , 9 8 8 。 5 5 X 一 5 2 4 8 。 l 3 2 。 7 8 9 。 0 7 52 。 3 1 4 。 9 1
4 50 S
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50 0 S
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知 , 泥炭醉煤模拟成气主要在 4 0 ℃ 以上 . 在 4 0 ℃ 时 , 泥炭辞煤绝对产气量最大 . 泥炭鲜煤的
产气率在煤化阶段早期没有木质褐煤高 , 但到了贫煤及无烟煤阶段 , 产气率超过了木质褐煤 .
泥炭鲜煤产出的气体组分在初始阶段主要以 C O , 为主 , 到了中 、 高煤化阶段则以 C H 、 为
主 . 在各个煤化阶段都存在 C , 以上的重烃 , 含量最高是在贫煤阶段 , 达 24 . 5 8沁 (表 1 ) , 比抚
顺煤树脂体的重烃含量还要高 L3] . 当泥炭醉煤重烃含量最高时 , 其绝对产气量最大 . 这两者
之间存在着正相关关系 . 与泥炭鲜煤相比 , 木质褐煤在低煤化阶段 (尺昆。 ~ .0 47 ) 及高煤化
阶段 ( R几。 一 2 . 5 1) 时 , 则基本不含重烃 . 在各个阶段 , 木质褐煤 C H 、 及重烃产率都要 比泥
炭鲜煤低 (图 斗) .
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C Z一 C S 时 / g 肠gr 。 成 / 9 CO r g .
周 , 不同热模拟阶段 ,泥炭鲜煤与木质褐煤
C H
; 与重烃生成作用的比较
图 5 不同热模拟阶段 ,泥炭鲜煤产油 、
产烃 、 产气曲线及同木质褐煤比较
(l — 产油曲线 , 2— 产烃曲线 ,3— 产气曲线 , 4— 推测曲线 )
3
. 泥炭醉煤是一种良好的生油母质
泥炭鲜煤在 R且。 为 0 . 2 4 时 , 可溶有机质含量达 31 7 m g / 9 C or g . , 但产烃量仅 为 7 1
。 g / 9 C or g 二 随着热模拟温度的升高 , 泥炭鲜煤的产油率增加 , 产烃量也相应增加 . 在 R志
为 0 . 74 时 , 产油率达到最大 , 为 50 1 m g / 9 C or g . , 产烃 1 7 .7 3 m g / 9 C o gr 二 但产烃的高峰是
在 R盆。 为 1 51 处 , 高达 2 3 2 . 10 9 /吕 C Or g . (图 5) . T . C . 鲍威尔指 出煤或含煤岩系中每克
第 9期 陆 杰等 :一种良好的煤成油 、 煤成气的母质类型
有机碳的液态烃产率要求达 3 0一8 0m g, 才能饱和煤的微孔和吸附 , 发生有效的排烃作 用 , 形
成有工业价值的煤成油藏。 . 由此 ,可以认为 : 泥炭鲜煤是一种良好的生油母质 , 不仅具有形
成工业性气藏的潜力 , 而且具有形成工业性油藏的可能性 .
随着温度的升高 , 在 R盆。 为 2 .盯 时 , 产油率骤然下降为 卯 m g / 9 C or g . , 而正在这一阶
段 , 泥炭鲜煤产气率的绝对增量达到最大 ,说明在此阶段 , 泥炭鲜煤中液态烃基本上转变成为
气态烃 . 木质褐煤的产油率在热模拟开始就一直减少 , 其最大产油率为 54 . 5 m g / g c 。 r g . ,最
大产烃量为 13 · 3 m g / 9 C o r g . , 因而 , 木质褐煤远不太可能形成工业性油藏的潜力。 , 仅可能形
成一些有工业性价值的气藏 .
4
. 泥炭醉煤在热模拟过程中生物标记化合物的特征
对未成熟及成熟的泥炭鲜煤 ( R盆。 0 .钾一 1 . 弓l) 的饱和烃做了色谱和色一质谱分析 。
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图 6 不同成熟度条件下 ,泥炭鲜煤饱和怪气相色谱
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r— 姥纹烷 , P r 一 e o e— 姥绞烯 , P 、— 植烷 )
图 6 ( a ) 和 ( b) 分别是泥炭醉煤 R兄。 为 .0 竹 和 0 . 64 的饱和烃气相色谱图 , 表现出 明
显的奇 数碳优势和高含量的石蜡烃组分 , 主峰碳分别为 C 3 , 和 C 3、 及 C Z, . 图 6 ( d) 是泥炭
鲜煤 R兄。 为 1 . 51 的谱图 ,较 图 6 ( a ) 和 ( b) 图形的重心向左移 , 主峰碳变为 C Z; , 显示出高含
蜡原油的色谱特征即 : rP / , lC , 和 P b / n CI , 比值低 , P , 大于 P h , 正烷烃的奇数碳优势消失 ,
O E P 为 1 . 0 1 , C Z。 前 / C 2 2以后 的比值为 0 . 20 (表 2 )「9,1 3, . 木质褐煤在这一阶段的 C Zi以前 ZC 23以 , 的
比值则为 1 . 63 . 两者虽同为陆源 , 但还是存在较大差异 .
表 2 泥炭鲜煤及木质褐煤正烷烃和姥纹烷 、 植烷参数
样 品 样品号 碳数范围 主峰碳 O E P P r / P 、 C : i 以的
C
一,一 C 3 ,
C
1 4一 C 3 4
C
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D 6 冲 0 一 2 0ù泥炭鲜煤木质褐煤 C Z ,C : , ::: ::: 。 45。 6 3d.11,矛ō、n曰1,通.óùX
l) 鲍威尔 T . c . , 陆相有机质生烃概念的发展 ,北京石抽地质会议 , 1 , 84
1 0 0 0 中 国 科 学 (B 辑 )1 8 8 9年
原样中异戊二烯类难以检测出来 , 在 R盆。 为 0 . 4 7 时 , 检 出了一对较高含量的 姥 绞 烯
( 。 / 2 5 5 ; M + 2 6 6 ; 。 / 二 6 9 , M + 2 6 6 ) . 在泥炭蘸煤成熟度很低时 ( R三。 ~ 0 . 2 4 ) , 环烷烃主要为
五环三菇类和倍半菇类 . 倍半菇类由 于杜松烯和 a 一 m u r ol en e 组成 ; 五环三菇类 主 要 由
C , 和 C Z, 的 a月 及 即 构型的蕾烷组成 . 三菇烯丰富 , 主要 为奥利烯 . 在 R昆。 为 .0 4 7 时
已检不 出倍半菇类 ;奥利烯依然存在 , 但不如较低成熟度时高 ;五环三菇类丰富 , 主要以 C 3; a 月
升蕾烷组成 , 期 构型的蕾烷仍能检出 (图 7 ( a ) ) . 在 R且。 为 0 . 64 时 , 检出奥利烷 , 五环三菇
类以 C孵夕三升蕾烷为主 , 那 构型的霍烷消失 (图 7( b ) ) . 在 R品。 为 0 . 7斗时 , 环烷烃基本消
失 。
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图 7 泥炭鲜煤在不同成熟度时 m /: 19 1 图
( (
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) : l— C : , 三降蕾烷 , 2— 奥 f1J 一 1 2一烯 , 3— C Z , 降莫烷 , 4— C 3。 降蕾烷 ,5一一 C 3 : “ 口升蕾烷 , 6— C 3。 。月 覆烷 , 7— C 3。 月月 升蓄烷 ( b ) : l— C Z: 三降着烷 , 2— 一 C : , 降蕾烷烯 , 3— 1 8 ( a ) H 奥利烷 , 4— C 3。 。 口茬烷 , 5 , 6eC 3。 a 月三升蕾烷 )
四 、 结 语
上述研究证实了由泥炭鲜植物所形成的煤 , 随着其热演化程度的增高 ,具有较高的生油 、
生气 、生烃的潜力 . 这种母质类型在成煤植物 、 成煤环境以及所形成的煤的物理化学性质都不
第 , 期 陆 杰等 : 一种良好的煤成油 、 煤成气的母质类型 1 0 0 1
同于具腐植腐泥混合的 H 型千酪根 〔5· 6] , 而是一种特殊的成油 、 成气的母质类型 .
1
. 泥炭鲜煤随着热模拟温度的变化 , 其 H / C 和 0 / C 原子比始终落在 H 型千酪根 的
演化形迹上 .
2
. 泥炭鲜煤在 R昆。 为 .2 51 时 , 产气率 为 6 20 . 5m l / 9 C o gr 二 超 出了 H l 型干酪根的 产
气率 ,是一种良好的煤成气源岩 . 在煤化作用各阶段都存在 C Z 以上的重烃 . 在 R只。 为 .2 07
时 , 重烃含量达 24 · ” 多 . 因而不同母质类型的煤形成的气 ;其气体组分是不同的 ,不能一概认
为是干气 .
3
. 泥炭鲜煤在 R只。 为 0 . 74 时 , 产油率达 ” l m g / 9 C or g . 和产烃 1 7 .7 3 m g / 9 C or g . ,
在 R只。 为 1 . 51 时 , 产烃量达 2 31 . l m g / 9 C or g . , 充分显示 出一种良好的生油母质的特性 .
4
. 泥炭鲜煤在热演化过程中 , 生物标记化合物沿袭原样中生物标记化合物的特 征 变化 .
在 R三。 为 1 . 51 时 , 泥炭醉煤的饱和烃色谱显示出高含蜡原油的色谱特征 , C 21 以前 / C 2 2以后 的比
值为 0 . 2 0 .
5
. 泥炭鲜煤与木质褐煤虽同为陆源成因 , 又赋存于同一煤层中 , 但两者在生油 、 生气 、 生烃
能力以及在元素组成 、 生物标记化合物等方面都有较大的差异 . 原因在于两者成煤植物和成
煤介质条件上的不同 . 因而 , 对于煤的有机地球化学研究 , 特别是 对于生烃评价方面应特别重
视母质类型上的差异 .
本文在工作中得到中国科学院地球化学研究所于发荣 、 李承书 、 向同寿及中国煤炭科学院
池质勘探分院高菊芬 、 徐竞 、 张伟等同志的帮助 , 在此深表谢意 .
参 考 文 献
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