石油地质学课件第四讲油气成因与烃源岩

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1、长江大学工程技术学院石油资源系,胡 芳,石油地质学,第一章 思考题,1. 简述石油的元素组成。,2. 简述石油中化合物组成的类型及特征。,3何谓正构烷烃分布曲线？在油气特征分析中有哪些应用？,4. Tissot和 Welte 三角图解的石油类型。,1.石油的元素组成主要是碳、氢、氧、氮、硫 碳：8487%，平均84.5%；氢：1114%，平均13%；碳和氢含量：9599%，平均97.5%。硫、氮、氧以及微量元素总含量为：14%，其中，氧：0.10.5%，一般小于0.5%；硫：小于1%，平均0.65%；氮：小于0.1%。,2.正构烷烃、异构烷烃、环烷烃、芳香烃和非烃化合物及沥青质。,3.在石油中

2、，不同碳原子数正构烷烃相对含量呈一条连续的分布曲线，称为正构烷烃分布曲线。正烷烃分布曲线分为3种基本类型：主峰小于C15，主峰区较窄，代表高成熟原油。主峰大于C25，主峰区较宽，奇数和偶数碳原子烃分布很有规律，二者相对含量接近相等，代表未成熟或低成熟原油；主峰在C15-C25之间，主峰区较宽，代表成熟原油。正构烷烃分布特点与成油原始有机质、成油环境和成熟度有密切关系，广泛应用于鉴别生油岩和研究石油的成熟度。,4.以饱和烃含量50%为界把三角图分为两大部分，饱和烃含量大于50%的区域内，再根据石蜡烃含量50%、40%处建立一级分类界线，将饱和烃大于50%区域分三种基本类型石蜡型、环烷型、石蜡环烷

3、型。在芳烃+N,S,O化合物大于50%区域内，以石蜡烃含量10%建立分类界线，将石蜡烃含量大于10%的区域作为芳香中间型原油，而石蜡烃小于10%为重质降解原油，在重质降解原油中以环烷烃含量25%处建立分类界线，将环烷烃含量大于25%的称芳香环烷型，小于25%的称为芳香沥青型。,第二章 油气成因与烃源岩,教学目的与教学思路,教学重点难点,掌握油气生成的原始物质来源；干酪根的形成、分子结构等,干酪根的形成、结构、类型,一、油气生成的原始物质的来源 二、油气生成的原始物质的形成 三、干酪根,第一节 油气生成的原始物质,关于油气成因的争论焦点主要集中在以下几个方面： （1）油气的来源是有机成因的还是无

4、机成因的？ （2）油气的生成是高温条件还是在低温条件下生成的？ （3）有机质生成油气的时间，是其演化的早期还是晚期？,现代油气成因理论,石油与天然气的成因理论,生油理论,碳化物说,宇宙说,高温生成说,有机成因说,成因假说？,成油原始物质 ：无机 ？有机 ？ 成油时间 ：早期 ？晚期 ？,无机假说,碳化说：1876年俄国化学家门捷列夫：石油是地下深处的金属碳化物与下渗的水相互作用所生成。生成的石油蒸气在冲向地壳的过程中冷凝形成油气藏。,地球形成之初温度很高 碳、铁呈液态 Fe+C-FemCn,碳化物说,地球冷却之后，碳化铁保存在地球深处,如果地表水沿地壳裂隙向下渗透，与碳化铁作用，生成烃,3Fe

5、mCn+4mH2OmFe3O4+C3nH8m,烃类不断聚集 油田形成了,烃类上升到 地壳岩石中,无机假说,宇宙说：1889年俄国索柯洛夫：碳氢化合物是宇宙所固有的，在地球处于熔融阶段时即已存在于气圈之中了，以后地球冷却被吸附凝结在地壳上部形成油气藏。,证据：彗星等天体上发现了碳氢化合物,宇宙之中有许多烃类物质,地球呈熔融状态时，烃被包含在它的气圈中,宇宙说,地球冷凝,烃被岩浆吸收，凝结于地壳中而成石油,岩浆说：1949年10月3日，在纪念宇宙说六十周年时前苏联库德梁采夫突然由有机说的观点转变为无机说，认为地球深处的岩浆中，含有C、H，还有O、N、S及石油中其他灰分元素。随其冷却时可化合为碳氢化

6、合物。 证据： 岩浆岩、变质岩中相继发现油气藏，基性岩浆中发现天然气,无机假说,高温生成说,150公里的上地幔,温度超过1500K、压力5000MPa，,由于FeO及Fe3O4参与,H2O、CO2还原而成烃类,致命要害：解释不了为什么世界上90%以上的石油都埋藏在沉积岩中，为什么石油具有只有生物有机质才有的旋光性、生物标志化合物等问题。实验室合成生成的仅是一些烃分子，远不是代表油、气本身的复杂混合物。,无机假说,20世纪初，研究者根据观察和实验 以低等动物为主的“动物学说”； 以藻类为主的“植物说”； “动植物混成说”。,有机假说,证据：生物标志化合物及旋光性,早期有机成油说 1952-195

7、4年间，P.V.Smith 主张：石油是有机质在沉积物（埋藏成岩）早期生成的，是许多海相生物遗留下来的天然烃的混合物。,晚期有机成因说 1963年，Abelson 干酪根热解成油说 主张：石油是沉积物(岩)中占70%-90%的不溶有机质(干酪根Kerogon)经一定的埋藏演化，经成岩作用 ，热解生成的。,成油时间,“石油是早期生成的烃类富集而成的” 数量上：现代沉积物的烃含量及烃转化率远远低于古代沉积物； 质量上：现代沉积物的烃组成与原油和生油岩均有较大的区别。 当母岩埋藏达到一定的深度和温度时，有机质才可大量生成液态烃。,有机成因说主张油气是在地质历史上由分散在沉积岩中的动物、植物有机体转化

8、而成。 ，绝大多数油气田都分布在沉积岩中；极少数岩浆岩和变质岩中的油藏也同附近生油岩有关，是油气侧向和垂向运移聚集的结果。至于基性岩浆中只含有0.5%碳，并且至今尚未证明它们能否形成碳氢化合物。所以，指导世界油气勘探实践的，是现代石油有机生成学说。,有机成因说,已经证实,有机成因说的证据 （1）世界上已经发现的油气田99.9%都分布在沉积岩中。 （2）石油和天然气在地质时代上的分布很不均衡，这与沉积岩中有机质的分布状况相吻合。 （3）石油烃类中有些组分结构与某些生物组分结构有相似性，为生物标志化合物。 （4）石油具有旋光性，主要在生物物质中具有。 （5）石油主要分布于地温小于150C的中浅层，

9、说明形成相对低温条件下。 （6）上新世至更新世地层中发现的工业油藏，表明生成石油并聚集成油藏所需的时间，大约不到一百万年。 （7）研究成果表明，在近代沉积物中确实存在着油气生成过程，至今还在进行着，而且生成的油气数量也很可观。,总结 应该看到，原始有机质从沉积，埋藏到转化为石油和天然气，是一个逐渐演化的过程，在承认晚期成油起主要作用的同时，也不能一概否定早期成油的影响，如未/低熟油。 现在看来，液态石油的成因主要是晚期成因，而天然气的成因条件较为宽松，成因机制也多种多样。,第一节 油气生成的原始物质,沉积 有机质,概念,保存,来源,成份,分类,分类,概念,成份,一、油气生成的原始物质的来源,1

10、. 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。 2. 生化组分来源 对沉积有机质来源提供最多的生化组成是类脂化合物、蛋白质、碳水化合物和木质素。,天然有机质与石油平均元素组成,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。,二、油气生成的原始物质的形成,沉积有机质：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。 形成： 氧化成简单的分子 生物 死亡 沉积有机质（只占0.8%左右）,第一，要求有缺氧的水体，它可以使吸附在矿物颗粒表面上的溶解有机质和微粒有机质被保

11、护而免受生物的消耗； 第二，要求有机质在水体中滞留时间短，深度适中的水体中有机质的堆积条件优于很深的水体； 第三，适度的沉积颗粒的沉积速度对沉积有机质的保存有利。有机质供应量一定，则有机质在沉积物中的浓度与矿物颗粒的沉积速度成反比。,沉积有机质的保存条件,分两类： 1. 原生的沉积有机质：指通过沉积作用，直接或间接进入沉积物中的有机质。包括：氨基酸、脂肪酸、脂类及木质素。 2. 新生的沉积有机质：指原生的沉积有机质通过埋藏作用和化学作用重新合成和演化形成的有机化合物。如腐殖酸、干酪根、烃和非烃。,古代沉积岩中分散有机质的组成： 烃类：岩石中可溶于有机溶剂的有机质。是有机体生化作用的产物。 沥青

12、：可溶于有机溶剂，是烃类和非烃类物质的混合物。可分为油质、胶质及沥青质，是有机质向油气转化的中间产物。 干酪根：不能溶解于有机溶剂的分散有机质。,有机质是沉积物中的常见成分，但它的含量变化很大，90%以上的沉积有机质呈分散状态存在于沉积物之中，一般含量10%，在暗色泥岩中为0.82%。 沉积物中有机质的含量与生物物质的产量、原始有机质的保存条件、堆积速度以及沉积物的粒度等因素有关。,表51 不同沉积物中的有机碳分布,三、生油母质干酪根,1.概念 干酪根：为沉积岩中所有不溶于非氧化的酸、碱和非极性有机溶剂的分散有机质（ 1979年，亨特）。 沉积有机质包括：有机溶剂可抽提的沥青；不溶于有机溶剂的

13、干酪根。干酪根是有机碳的最重要形式。它比煤和储集层中石油含量之和还要多上千倍，比非储集层中沥青和其它分散的石油多50倍。在古代沉积岩中，有机质的8099%是干酪根。,沉积岩中的有机质可以分为两部分，不溶的干酪根与可溶的沥青，后者包括烃类、胶质和沥青质等。,2.形成 六、七十年代，关于干酪根的形成研究日渐完善，日本大石渡良志1976年提出认为干酪根的形成的以下三种途径： 不饱和化合物 （氧化 聚合）中间产物 （聚合）干酪根 碳水化合物、蛋白质 （聚合）腐殖酸 （聚合）干酪根 脂肪、碳水化合物、蛋白质 （微生物作用）腐殖酸 （聚合）干酪根,3.性质 从岩石中提纯出来的干酪根呈黑色或褐色粉末，是复杂

14、的有机高分子聚合物。在沉积岩中干酪根呈细微分散状态，有时以局部富集的纹层存在于泥岩中。,4.组成及结构 元素组成：干酪根的元素组成中以 C 为主。一般分布范围是 C：7090%，H：310%，O：319%，N：0.44 %，S：0.25%（据Tissot，1984）。干酪根的元素组成跨有很大范围，它的化学成分和结构会因原始物质的类型和演化程度而变化。,结构：干酪根是一个由很多“桥键”交连的“核”组成，在核和桥上带有各种官能团，类脂化合物可被聚集在核间的空隙中的立体大分子。,一般地说，无定形干酪根的化学结构是不确定的，常由许多带有各种官能团的芳香环、饱和环和杂环为核心，彼此被脂肪链或杂原子桥键所

15、交联的三维立体大分子。,干酪根的分类,5.类型,Tissot（1974）根据干酪根的元素分析采用 H/C 和 O/C 原子比绘制相关图，即范氏图（Van Krevelen 图），将其主要分为三大类 。,型干酪根：称腐泥型，富含脂肪族结构，富氢贫氧，H/C高，一般为 1.51.7，而O/C低，一般小于 0.1，生烃潜力为 0.40.7。,型干酪根：富含脂肪链及饱和环烷烃，也含有多环芳香烃及杂原子官能团。H/C 较高，约 1.31.5，O/C 较低，约 0.10.2，生烃潜力为 0.30.5。,型干酪根：称腐殖型。富含多芳香核和含氧基团。H/C 低，通常小于 1.0，而 O/C 高，可达 0.20.3，生烃潜力为 0.10.2。,三种类型干酪根的特征对比表,国内陆相有机质由于分异性差，不能充分区分，常采用黄第藩（1986）的三类五分法。,第二章 油气成因与烃源岩,第二章 思考题,1. 名词解释：沉积有机质 干酪根 2. 沉积有机质的生化组成主要有哪些？ 3. 按化学分类，干酪根可分为几种类型？简述其化学组成特征。,