考试——有机地球化学

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1、1. 有机地球化学学科定义与次级学科分类；定义： 有机地球化学主要研究地质体有机质的组成、结构和性质， 以及它们在地质体中的分布、转化和参与地质营力的可能性。有机地球化学包括：(1)石油地球化学；(2)海洋与湖沼有机地球化学；(3)矿床有机地球化学；(4)环境有机地球化学。次级学科分类：有机地球化学又分为油气地球化学，基础有机地球化学和环境有机地球化学。油气地化又有：烃源岩地化，煤及干酪根地化，生物标志物地化，油藏地化，天然气地化，碳氢同位素地化和有机地化。基础有机地化中分子有机地球化学包括：生命演化的有机地化和生物地化。环境有机地化有：有机污染物检测评价，有机污染物地表地化，毒害性有机生物修

2、复和污染物检测评价。2. 国际有机地球化学发展的主要阶段；1.萌芽阶段（二十世纪50 年代以前）定碳比理论： 19 世纪末期， White，1915，建立起油气聚集与煤的变质作用之间的联系。20 世纪 20 年代，苏联学者B.H.维尔纳茨开始研究地质体中有机质地质作用，主要著作地球化学概论 生物圈，论述石油的有机组成和石油成因的主要依据。1934 年，Alfred Triebs 首次从石油中分离并鉴定出来自植物叶绿素的卟啉化合物，并证实该化合物广泛存在于不同时代，不同成因的石油、沥青等地质体中，标志真正现代意义上的有机地球化学概念诞生。2.成型期（二十世纪50 年代 -60 年代中后期）P.V

3、.Smith(1954) 从现代海洋沉积物中分离鉴定出微量类似于石油的烃类化合物，石油直接起源于类似现代沉积物的观点广泛流传。50 年代中期 -60 年代中期，气相色谱技术广泛使用，从现代沉积物、土壤、沉积岩和石油天然气中抽提、分离和鉴定出大量有机化合物。1959 年 11 月，美国匹兹堡成立第一个国际有机地球化学协会。1962 年，意大利米兰召开第一届国际有机地球化学会议，出版有机地球化学进展论文集。I.A.Breger （1963）主编有机地球化学，论述色素氨基酸，碳水化合物，脂类，干酪根、煤、石油等地球化学。1964 年，苏联学者出版有机质的地球化学，论述沉积金属矿产的地球化学。以上四项

4、标志有机地球化学学科形成完整独立的体系。3.蓬勃发展阶段（二十世纪70 年代以来）二十世纪70 年代至 80 年代是油气地球化学学科发展最重要时期，随着气相色谱-质谱仪和同位素质谱仪等一批先进分析技术相继问世，能够从复杂化合物中分离和鉴别出单个有机化合物，学科的理论和方法逐渐形成。70 年代末，以Tissot 为代表的地球化学家在归纳总结前人研究成果的基础上提出“ 干酪根晚期热降解生烃 ” 理论模式，形成现代油气勘探中广泛使用的完整的石油演化理论。80 年代中期，随着油气勘探的深入，非常规油的研究，是对Tissot 的生油模式进一步补充和完善。90 年代，油藏地球化学成为油气地球化学学科新的生

5、长点，将研究重点转向储集层和油藏，将油藏中油， 气，水和矿物骨架作为统一的地球化学体系，真正实现了油气地球化学从烃源岩评价到储层描述，从油气藏形成规律到油田开采过程动态监测全方位服务于石油工业。3. 国内有机地球化学的发展历史； 油气地球化学在我国的研究起步较晚。始于 20 世纪 50 年代，并在50-60 年代确立了陆相生油理论和源控论，对我国石油工业作出了巨大贡献。（1）确立了不同油区的主力烃源岩；（2）确立了一系列油气勘探指标；（3）确立了生油气量、资源量计算方法。60 末 -70 初，中科院地球化学所（贵阳）筹建了我国第一个较为完整的有机地球化学实验室，对我国石油地质的发展起到了推动作

6、用。“ 六五 ” 科技攻关深入地研究了煤成烃母质的组成与结构、煤成烃的组成与性质、成烃机理及评价指标，为80 年代末陕甘宁大型气田的发现奠定了基础80 年代，各油区建立了烃源岩生烃演化剖面；在油气地化研究领域与国外同步90 年代以来，低熟油成因理论方面的研究处于国际领先地位4. 近期石油地球化学的主要研究领域。五个重要研究领域天然气地球化学研究生气母质问题、生气效率问题、生气的时效性；天然气运移、聚集、散失过程中的组分和同位素分馏效应；研究重点天然气成藏作用、煤层气、深盆气和甲烷水合物。油藏地球化学研究确定油气运移方向、油气充注等成藏过程，指明勘探方向；研究储层流体非均质性、水-岩相互作用，有

7、助于提高油气采收率(在北海取得成功，在我国的研究还没有取得明显效益)。生物标志物研究以生标组合特征，深入探讨生源构成、沉积环境以及油气生成、运移和成藏过程；生标定量研究、含N、S等非烃生标在成藏和储层非均质性研究意义日趋重要。煤成油研究煤层、煤系泥岩对油气生成和成藏孰主孰此需深入研究；煤具有很强的吸附性， 重质可溶组分滞留在煤层中，而运聚油气藏中的只有轻质油、凝析油，油源对比很困难；基质镜质体、树脂体谁是主要生油母质？煤成油的成藏过程、成藏地质条件值得深入研究。海相油气生成研究我国古生界和三叠系缺乏有机质丰度高的有效烃源岩；长期的构造变动使可能的烃源岩演化程度非常高；碳酸盐岩TOC0.5%、成

8、熟度在油窗内，是重要油源岩；碳酸盐岩TOC=0.20.5% ，不能排油，在高成熟时为气源岩。油气成藏地球化学问题三次采油（ EOR ）的地球化学问题1.著名有机地球化学家传记；国际有机地球化学会议简史；全国有机地球化学会议简史(杨 玉雪 )； 全国有机地球化学会议简史全国有机地球化学学术会议 我国关于有机地球化学的全国性的会议名为“全国有机地球化学学术会议”，该会议主 要有中国石油学会石油地质专业委员会、中国地质学会石油地质专业委员会、中国矿物岩石地球化学学会沉积学专业委员会为组织单位，每两到三年举行一次在全国不同的城市举行一 次，每次学术会有都会拟定不同的学术专题。1981 年，第一届全国有

9、机地球化学学术会议在贵州贵阳召开，由傅家漠院士发起，随 后在黄第藩教授和梁狄刚教授前、后两任学组组长的组织倡导下，全国有机地球化学学术会议每两到三年举行一次，至今（2015 年 5 月）已坚持了14 届，为我国国民经济发展和社会 进步作出了重要贡献，充分显示了我国有机地球化学学科具有强大的生命力。 回顾以往的三届会议，每届会议的专题主要集中在烃源岩地球化学；石油与天然气地球 化学；成藏地球化学；生物与环境地球化学；地球化学实验新技术、新方法等几个方向。在 第 14 届的会议中则添加了非常规油气地球化学的主题。 即将于 2015 年 10 月在山东青岛举行的第15 届全国有机地球化学学术会议的学

10、术专题 有：1.海洋湖泊环境与生物地球化学；2细粒沉积与黑色页岩（煤岩）地球化学；3成 岩过程与有机无机相互作用；4油气生成与成藏地球化学；5地壳深部地质过程与流体演 化； 6分子同位素有机地球化学；7环境有机地球化学；8地球化学实验技术与方法。 相较于以往的会议， 本次的会议新增了关于煤岩地球化学以及有关同位素有机地球化学的专 题部分，体现了有机地球化学的学科发展动向。2.有机成油说与无机成油学的论据；中国对石油地球化学的主要贡献(罗林 ) （1）有机成油说与无机成油学的论据1）有机成油说的论据 世界上已发现的油气田99.9%分布于沉积岩中，而在沉积盖层不发育的地盾和巨大结 晶基底隆起区，很

11、少或没有找到油气聚集。从前寒武纪至第四纪更新世的各个时代岩层中都找到了石油，但石油天然气在地质时 代上的分布很不均衡，似乎与沉积岩中有机质的分布状况相吻合，并且与煤、 油页岩等可燃 有机矿产的时代分布有一定联系。 在近代海相和湖相沉积中发现了有机物质转化为油气的过程，而且这个过程至今仍在 进行。 特别是经过有机质化学分析表明，愈往地下深处， 近代沉积物中的有机物质愈接近石 油。 世界上既没有化学成分完全相同的两种石油，也没有成分完全不同的石油。但大多数 石油的化学组成十分相似，按重量计算，含C 80%-88% ，H 10%-14 ，C/H在5.7-8.5之间，这 正好说明它们的成因可能大致相同

12、，而在成分上的差异性则可能同原始生油物质的生成环境 的不尽相同及油气生成后的变化历程有关。光谱分析表明，煤和石油都可能是有机生成的。 从大量油田测试结果可知，石油是在低温条件下生成的。石油生成并聚集成油藏所需时间大约不到1Ma。 石油馏分具有旋光性。石油中发现有生物成因标志的有机化合物，如卟啉、姥鲛烷、植烷和甾烷等。 干酪根热降解模型的实验室证明，地下的干酪根可以生成油气。2）无机成油学的论据 许多火山气体中存在大量CO2和重的碳同位素。 对熔岩的研究表明，带有大量蒸气流的岩浆向地表移动时，随着温度的下降，不仅能 形成大量甲烷， 而且还能形成复杂的烃类，如液态烃，如果岩石圈有催化剂存在，这种反

13、应 将得以加强。 地球化学证据，研究发现铅， 锶，钕同位素可作为在沉积岩层发现的石油是来自于幔 源无机物的证据，而来自太空的陨石中的烃类混合物也证明石油可无机生成。 石油天然气勘探方面的证据，国内外多地的勘探中，都在地下深处的基岩（火山岩和变质岩）中发现了油气存在，这些基岩位于沉积岩下部，沉积岩中形成的油气，在水浮力的作用下，只能向上运移，不会向下渗透入基岩的。因此， 基岩中发现的油气资源应是来自于 地幔的。这一点，还得到了对天然气组分进行测定的地球化学研究的认可。 （2）中国对石油地球化学的主要贡献 始于 20 世纪 50 年代， 并在 50-60 年代确立了陆相生油理论和源控论，对我国石油

14、工 业做出了巨大贡献。如：1） 确立了不同油区的主力烃源岩；2） 确立了一系列油气勘探指标；3）确立了生油气量、资源量计算方法。 60 末-70 初，中科院地球化学所（贵阳）筹建了我国第一个较为完整的有机地球化学实验室，对我国石油地质的发展起到了推动作用。 “六五” 科技攻关深入地研究了煤成烃母质的组成与结构、煤成烃的组成与性质、成烃机理及评价指标，为80 年代末陕甘宁大型气田的发现奠定了基础 80 年代，各油区建立了烃源岩生烃演化剖面；在油气地化研究领域与国外同步 90 年代以来，低熟油成因理论方面的研究处于国际领先地位第二章有机化学基础1. 如何用不同化学键解释地质体有机质的热裂解过程 热

15、裂解过程是指地下早期生成的石油中长链烷烃随着地层温度压力增加而裂解成低分子 烷烃，使重质油变轻的过程。 地质体中的天然有机物常见的几种共价键及其键能如下图：因为有机物中不同原子间的共价键键能不同，它们各自所需的反应活化能也不同，所以某一 种共价键的断裂需要其反应时的平均自由能（温度） 大于一定的值。 故而地质体中的某些化 学键的存在能限制该地质体所经的热裂解过程中的最高反应温度。2. 化合物异构体的地质应用 异构体的地质应用范围较广，如甾烷和霍烷族类。 甾烷 是一组不对称异构多环环烷烃的总称，具有旋光性，包括有胆甾烷(cholestane)、麦角甾 烷(ergostane)和谷甾烷 (sito

16、stane)等。在沉积物和原油中已经找到许多甾烷(还有甾烯 )，显然 是生物中的甾族(甾醇 )化合物转化而来的。它们可能来自动物(如胆甾烷 )、 植物 (如麦角甾烷、 谷甾烷等 )。一般认为，陆地动植物体内的甾族化合物不如水生的动植物中的重要。因此， 富含甾烷化合物的沉积物一般是海相的或者湖相的。甾烷化合物是重要的生物标志，在低温 下比较稳定，可以用来进行油源对比，指示沉积环境和判断有机质演化程度。霍烷是五环三萜类中分布较广泛的生物标志物，这类化合物是石油和煤中常见的生物标志物。 藿烷 不是由生物体直接合成的，而是由死亡生物体经地球化学过程演化而来的。在早期成岩作用过程中形成的饱和烃类藿烷在构型上均以生物构型(R 型)为主。在成岩过程中藿烷类化 合物由生物构型逐渐转变为地质构型(S型)， 最后达到 S型与 R 型的平衡状态 S/(S+R)=0.6 。在水样中检出藿烷，而且22S/(22S+22R)17 琢(H)21 茁(H) 构型升藿烷比值大于0.5，可以推 断饮用水源水体已受到化石燃料的污染。3.