石油2-2生成油气的原始物质资料

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1、石油天然气地质与勘探 任课人：逄 雯 山东胜利职业学院 油气成因概述油气成因概述 生成油气的原始物质生成油气的原始物质 油气生成的地质环境与物理化学条件油气生成的地质环境与物理化学条件 有机质成烃演化模式有机质成烃演化模式 天然气的成因类型及特征天然气的成因类型及特征 烃源岩特征与油源对比烃源岩特征与油源对比 第二章第二章 石油和天然气的成因石油和天然气的成因 石油天然气地质与勘探石油天然气地质与勘探 第一节第一节 油气成因概述油气成因概述 一、油气无机成因说 二、二、油气有机成因说 三、两种成因说的主要证据? 回顾上节课内容 第二节第二节 生成油气的原始物质生成油气的原始物质 一、生物有机质

2、 二、沉积有机质 三、干酪根 生物有机质沉积有机质油气 一、生物有机质及其化学组成 生物有机体的基本有机组分： 脂类 蛋白质 碳水化合物 木质素、丹宁 通过沉积作用进 入沉积物中并被埋藏 下来的那部分有机质 生物种类来源 沉积有机质的生物种类来源首先是浮游 植物，其次是细菌、高等植物、浮游动物。 生物有机质沉积有机质油气 一、生物有机质及其化学组成 生物有机体的基本有机组分： 脂类 蛋白质 碳水化合物 木质素、丹宁 油气现代有机成因理论指出，油气起源于生物有机质，生物有机质 先经水体分解，进入沉积物，形成沉积有机质，然后在适宜的温压等地 质条件下向油气转化。 通过沉积作用 进入沉积物中并被 埋

3、藏下来的那部分 有机质 生物种类来源 沉积有机质的生物种类来源首先是浮游 植物，其次是细菌、高等植物、浮游动物。 若干生物化学聚合物 的结构示意图 (据A.Y.Huc,1980) （一）脂类（类脂化合物） v是生物体在维持其生命活动中不可缺少的物质之一。它包 括所有生物合成有机质中，不能溶于水，但能溶于有机溶剂 的物质，如：脂肪、有机酸、甾萜类化合物、蜡、色素等。 v主要赋存于 低等植物（细菌、藻类）和 动物 中 蜡主要来自陆生植物。 v类脂物质的特征是抗腐力较强，能在各种地质条 件下保存起来。其元素组成和分子结构最接近于石 油烃，是生成油气的主要原始物质。 最主要的生油母质 （一）脂类（类脂

4、化合物） n是一切生物体的基本组成部分，在动物组织中含量 最高，低等植物中含量高于高等植物。 n蛋白质是一种羧酸，是由多种氨基酸组成的高度有 序的聚合物，是生物体中一切组织的基本组成部分 ，是生物赖以生存的基础。 n在生物体的细胞中，除水外，80%以上的物质为蛋白 质，蛋白质约占动物干重的50%。 n蛋白质是生物中N的主要载体。 n蛋白质的化学性质不稳定，在脱离生物体进入水体 、土壤及沉积物之后会很快分解为氨基酸，氨基酸 的性质相对较稳定。氨基酸通过脱羧基和氨基可以 转化为烃类，也可以通过缩合反应形成化学结构更 为复杂的地质聚合物。 （二）蛋白质氨基酸聚合物 v较有利于生油，是石油中低C数烃和

5、含N化 合物的主要来源。 （二）蛋白质氨基酸聚合物 化学性能不稳定，经水解、低温热解等过程可生成低C数 烃和含N化合物。 n多羧基醛或羧酸基酮及其形成的缩合产物。 n又称醣类，是生物体的重要组成之一，几乎 所有动植物、微生物中都含醣类，植物中含 量更高。碳水化合物的元素组成为C、H、O n碳水化合物被氢还原后可以得到烃类，另一 方面碳水化合物易被各种微生物分解利用而 转化为微生物有机体，或被微生物利用直接 转化为甲烷气体，而参与油气的生成。 （三）碳水化合物醣类 （三）碳水化合物醣类 v 易被水解为水溶物或被菌解，难保存。非主成油 物质 v纤维素可成煤，其次可能是芳烃和天然气来源之 一 v主要

6、来源于植物。 （四）木质素、丹宁 木质素 v木质素仅存于高等植物中，为 高等植物木质部分的基本组成， 是一种芳香簇高分子化合物，抗 腐能力强（纤维素），是成煤 的主要物质，也可生成天然气和 芳烃。 v性质稳定，不易水解，可被氧化 成芳香酸和脂肪酸，在缺氧水体 中，在水和微生物的作用下，木 质素分解，可与其他化合物生成 腐殖质。 （四）木质素、丹宁 木质素 v丹宁的组织和特征介于木 质素与纤维素之间，主要出 现在高等植物中，此外，还 有一系列酚类和芳香酸及其 衍生物广泛分布在植物中。 它们是沉积有机质中芳香结 构的主要来源，也是成煤的 重要有机组分。 n 植物富含碳水化合物，动物富含蛋白质 ，高

7、等植物富含木质素和纤维素，低等动植 物、高等植物某些组织富含脂类。 n 不同类型生物提供生油母质的地位不同 ：浮游生物细菌高等植物浮游动物；大型 水生动物、陆生动物忽略不计。 生物体的有机组分对比表 据估算：每年海洋中低等浮游植物繁殖量5000亿吨， 若有0.8%保存于沉积物中，即大约有40亿吨埋于沉积物中 ，若其中有1%转化为石油，即为4000吨油/年。那么从三叠 纪至今1.7亿年中，就可生成6800亿吨。这个估算很粗略， 但用它来说明成油所需的生物量是足够的。 通过沉积作用进入沉积物中并被埋藏下来的那部 分有机质称为沉积有机质，称为沉积有机质，又叫 地质有机质。 生物体 死亡 分解（化学，

8、细菌） 气态的水溶成分 而散失 吞食 保存于沉积物中（只占0.8%左右） 二、沉积有机质 近2000a来黑海中有机质的估算 海洋中的微体生物 原地有机质主要来源于盆地自身。 异地有机质经河流、风等自陆携带入盆。 再沉积有机质已沉积的有机质由于岩石风 化等因素再次沉积。 （一）沉积有机质的来源 （二）沉积有机质的分布特点 总量很大，分布很不均衡。 不同岩性中分布不均匀。 泥质岩多：2.1%；砂岩0.05%；碳酸盐岩 0.29%。 不同地质时代不均衡。 总趋势：地层越老，保存的沉积有机质越少。 （三）影响沉积有机质丰度的因素 生物产率高，有足够数量的原始有机质； 有利于有机质保存的低能还原性环境；

9、 适合的沉积（堆积）速率； （二）沉积有机质的沉积保存条件 生物产率高，有足够数量的原始有机质 丰富的生物是沉积有机质富集的物质基础 沉积环境中生物有机质的供应，主要取决于生物的发育 程度，而适宜的的温度、充足的光照、湿润的气候和丰富 的营养物质的供应又是生物发育的先觉条件。 内陆沼泽、大型富营养湖泊、相对封闭的小洋盆地和浅 海大陆架地区都有利于生物发育。 有利于生物生存和有机质保存的低能还原性环境 ，水体底部的缺氧环境和适时的埋藏掩盖是有机质 保存的必要条件。 生物有机质进入沉积物的主要途径： 1.直接通过自由沉降方式沉积到水底，颗粒和密度大的有 机碎屑 2.分散装的小颗粒有机质只有通过与粘

10、土矿物吸附结合成 较大颗粒才能沉降。 （二）沉积有机质的沉积保存条件 及时的埋藏保存条件 适合的沉积（堆积）速率 1、沉积速度沉降速度，水体急剧变浅，有机质不 利保存 2、沉积速度沉降速度，水体急剧变深，生物有机 质的下沉过程很漫长，容易被各种因素所破坏 3、沉积速度等于沉降速度，一定深度的稳定水体利 于保存。 盆地持续下沉 （二）沉积有机质的沉积保存条件 油气起源于生物物质，而其主要组成要经历深刻 的转化才能成为油气，这个转化就是从生物有机质进 入沉积有机质开始的。生物死后其遗体将受到化学分 解和细菌分解，大部分成为气态或水溶液而逸散掉， 部分还遭受生物吞食，真正进入到沉积物中去的只是 一些

11、生物物质中稳定成分，如几丁质、孢粉、树脂等 ，以及一些新生成的复杂分子。也就是说石油天然气 的原始物质仍以沉积岩中的分散有机质为主，沉积有 机质经历了复杂的生物化学及化学反应，通过腐泥化 及腐殖化形成干酪根（Kerogen），成为石油天然气 的先驱。 三、干酪根 Kerogen 三、干酪根 Kerogen 可溶性有机质（可溶性沥青）：烃，含N.S.O化合物 不溶性有机质：干酪根 （占总量的7090%或更多） 干酪根：指沉积岩中不溶于非氧化性酸、碱和常 用有机溶剂的分散有机质。 原始OM沉积有机质 28 三、干酪根 Kerogen 可溶性有机质（可溶性沥青）：烃，含N.S.O化合物 不溶性有机质

12、：干酪根 （占总量的7090%或更多 ） 生物有机质 沉积有机质 29 三、干酪根 Kerogen 干酪根：指沉积岩中不溶于非氧化性的 酸、碱和常用有机溶剂的分散有机质。 Kerogen在沉积岩中呈分散状态存在，是一 种分散有机质，主要存在于粘土岩、泥晶碳酸盐 岩中。 通常，用氢氟酸处理岩样，即可分离出 Kerogen。棕色到黑色粉末，镜下观察可以呈球 状、棒状、无定形等。 30 三、干酪根 Kerogen 干酪根(2006)：指沉积岩中不溶于非氧化 性的酸、碱和常用有机溶剂的分散有机质。 形成：干酪根的形成从生物体衰老期间有机组织 开始发生化学和生物降解转化，大分子聚合物部 分或完全被分解，

13、形成单体分子，它们构成新的 地质聚合物，形成干酪根前驱，在成岩作用过程 中，地质聚合物变得更大，更复杂形成干酪根（ 主要由C、H、O和少量S、N组成）。干酪根在沉 积有机质中含量可介于70-90%或更高。 31 干酪根的形成可分为两步： 有机质转化为地质聚合物： 地质聚合物转化成干酪根： （一）干酪根的形成 干酪根的形成可分为两步： 有机质转化为地质聚合物： 在生物体衰老期间，有机组织发生化学及生物 降解和转化，结构规则的大分子生物聚合物部分或 完全被拆散，形成一些单体分子，它们或遭破坏或 通过腐殖化作用构成一些新的结构不规则的大分子 ，即地质聚合物。 （一）干酪根的形成 干酪根的形成可分为两

14、步： 地质聚合物转化成干酪根： 地质聚合物变得更大、更复杂、结构欠规则 ；至埋藏到数十或数百米后，具很大分子量的干 酪根才真正发育起来。 （一）干酪根的形成 干 酪 根 的 形 成 及 演 化 干酪根在沉积岩中分布广泛，是地球上有机 碳最普遍的一种存在形式。 据测定 ：沉积岩中干酪根的平均含量为： 0.3%；地球上的干酪根含量约为：1016吨 而地球上煤和石油的储量分别为： 煤：51012吨 占干酪根总量的 1/600 油：0.21012吨 占干酪根总量的 1/1500 （二）干酪根的数量和分布 干酪根是地球上有机质 分布最广泛的形式，是 煤和液态石油的1,000 倍和非储集岩岩石中分 散天然

15、沥青的50倍（ Hunt，1972；Tissot Welte，1978）。应该 承认，干酪根是最主要 的原始成烃物质，但并 非原始成烃物质的全部 。应该说形成油气的原 始物质是沉积有机质， 而不仅是干酪根。 干酪根数量与化工燃料最大资源 的比较 在古代生油岩有机质中，干酪根含量一般在90% 70% 。 干酪根是沉积有机质的主体，约占总有机质的80 90% 。 干酪根在地层中的数量是很充足的，足以生成大量石油 和天然气。但不同沉积盆地中干酪根含量有较大的差别，而 不同类型的干酪根的生油潜力也不同。 （二）干酪根的数量和分布 复杂高分子聚合物，无固定化学成分。 C12H12ON0.16S0.43X

16、 （三）干酪根结构和化学组成 主要由C、H、O和少量S、N元素组成，平均重 量百分数分别为76.4%、6.3%、11.1%、3.65%、 2.02%，即C、H含量比石油低，O、S、N含量比石 油高得多。 1.干酪根的化学成分 干酪根的元素 含量分布 (据B.Durand & J.C.Monin,1980， 修改) 横座标：元素 含量/样品重量 ，%； 纵座标： 频率，%。 N-样品数；m-平 均值；a-碳；b- 氢；c-氧；d-有 机硫；e-氮 1）干酪根由核和链桥交联而成。链桥一般 为脂肪链、含硫、或含氧官能键，核和链桥 表面可有些官能团。 2）核由24个基本砌块组成。 3）基本砌块一般包含两层芳香族片状体。 2.干酪根结构 （三）干酪根结构和化学组成 核，可以是单环、或缩合环、芳香环或脂族环 ，含硫或含氮的杂环(核间由不同类型桥键连接成 三维主体结构，核表面再连结各种基团)； 桥键，有