第四章第四章石油与天然气的生成与烃源岩石油与天然气的生成与烃源岩 第四章第四章石油与天然气的生成与烃源岩石油与天然气的生成与烃源岩 第一节第一节油气成因理论发展概况油气成因理论发展概况 第二节第二节油气生成的物质基础油气生成的物质基础 第三节第三节油气生成的动力条件油气生成的动力条件 第四节第四节有机质演化与生烃模式有机质演化与生烃模式 第五节第五节天然气成因类型及判识天然气成因类型及判识 第六节第六节烃源岩烃源岩 第七节第七节油源对比油源对比 第一节第一节油气成因理论发展概况油气成因理论发展概况 无机成因说 有机成因说 早期学说 晚期学说 现代油气成因理论 唯海相生油唯海相生油 一一、、无机成因说无机成因说（（inorganic theory ）） 1.1.碳化物说碳化物说：：地球内部水与重金属碳化物相互作用：地球内部水与重金属碳化物相互作用： 3FemCn+4mH3FemCn+4mH2 2OmFeOmFe3 3OO4 4+C+C3 3nHnH8 8mm 2.2.宇宙说宇宙说：：由碳、氢合成碳氢化合物是出现在天体发展由碳、氢合成碳氢化合物是出现在天体发展 的早期阶段，例如在温度的早期阶段，例如在温度10001000时，甲烷可按下列方式时，甲烷可按下列方式 生成：生成：CO+3H2==CH4+H2OCO2+4H2==CH4+2H2O 3.3.岩浆说岩浆说 （门捷列夫，（门捷列夫，18761876）） （索可洛夫，（索可洛夫，18891889）） （库得梁采夫，（库得梁采夫，1949 1949 ）） 基性岩浆冷却时基性岩浆冷却时 碳氢化合物合成碳氢化合物合成 4.4.高温生成说高温生成说（切克留克，（切克留克，19711971）） H2O+CO2nC1-nC6 FeO、Fe3O4 1500K,5000Mpa 无机学说在中国无机学说在中国 论石油的无机成因，张景廉等，2001，石油工 业出版社 张景廉，西北地质研究所 ；发表无机成因说相关论文数十 篇。
中国科学院广州地球化学研究所一些学者，如：翁 克难， 肖万生，张惠之， 汪本善等： 1996：在金刚石压腔（，温度为800-1500，压力 略大于1GPa）中进行了石墨和菱铁矿分别与超临界水反应 发现其中均有大量的甲烷生成，并伴有CO2和CO；此外还有 少量其它烃类 提出在地球深部高温高压条件下，含碳物质与超临界水反 应可能是一种新的、重要的成烃机制 全面认识无机成烃 理论意义与实际价值 缺陷：无法解释自然界油气分布特点 无机成因气的存在 二二、、有机成因说有机成因说（（organic theory or hypothesis）） 1. 支持石油有机成因的一些事实 （（1 1）世界上绝大部分的油气都分布在沉积岩中）世界上绝大部分的油气都分布在沉积岩中 （（2 2）地层中石油分布与有机质分布相吻合）地层中石油分布与有机质分布相吻合 代代 纪纪 世世 距距 今今 年年 代代 （（Ma）） 第 四 纪 全 新 世 更 新 世 晚第三纪 上 新 世 中 新 世 新 生 代 早第三纪 渐 新 世 始 新 世 古 新 世 白 垩 纪 晚白垩世 早白垩世 侏 罗 纪 晚侏罗世 中侏罗世 早侏罗世 中 生 代 三 叠 纪 晚三叠世 中三叠世 早三叠世 二 叠 纪 晚二叠世 早二叠世 石 炭 纪 晚 古 生 代 泥 盆 纪 志 留 纪 奥 陶 纪 古 生 代 早 古 生 代 寒 武 纪 震 旦 纪 晚 元 古 代 中 元 古 代 元 古 代 早 元 古 代 太 古 代 0.01 1.6 5.2/5.3 23.3/23.7/23.8 33.7/35.4/36.6 53.0/54.8/56.5/57.6 65/66.4 97.0/97.5/99.0 135/137/138/140/141/144/146 157/159/163 178/180/184/187 195/205/206/208 227/230/235 240/241/242 245/248/250/251 256/258/270 286/290/298/300 354/360 408/410/417 434/438/443 490/495/505/510 530/543/545/570 800/900/950 900/1000 1600 2500/2600 地地 质质 年年 代代 表表 古近纪 新近纪 据统计，自寒武纪以据统计，自寒武纪以 来的来的6亿年中，古生亿年中，古生 代拥有已知石油的代拥有已知石油的11%，， 天然气的天然气的20%，而中新生，而中新生 代却有已知石油的代却有已知石油的89%，， 天然气的天然气的72%。
(3) (3) 含油气层位总与富含有机质的层位有依存关系，含油气层位总与富含有机质的层位有依存关系， 而不像无机的内生矿床那样与火成岩和变质岩有关；而不像无机的内生矿床那样与火成岩和变质岩有关； (4)(4)油气的元素组成包括微量元素组成都与有机物油气的元素组成包括微量元素组成都与有机物 质和有机矿床相近；质和有机矿床相近； 物质名称物质名称C % H % S+N+O % 石油石油 淡水泥质沉积物中的有机质淡水泥质沉积物中的有机质 浮游生物浮游生物 84.32 76.7 44.2 13.5 8 11.3 8.6 2.10 2.0 47.2 （（5 5）石油和煤的灰分具有相似性）石油和煤的灰分具有相似性 （（6 6）油层温度一般不超过）油层温度一般不超过150150 （（8 8）近代沉积物中的可溶有机质与石油类似）近代沉积物中的可溶有机质与石油类似, ,, ,现代化现代化 的测试分析技术可从现代和古代沉积物中鉴定出各种油的测试分析技术可从现代和古代沉积物中鉴定出各种油 气中的烃类气中的烃类 （（9 9）实验室加热有机质可以生成石油）实验室加热有机质可以生成石油 （（7 7）石油中存在很多生物标志化合物；存在旋光性）石油中存在很多生物标志化合物；存在旋光性 墨西哥湾近代海洋沉积物所含烃类与怀俄明州中新统石油的红外光谱图墨西哥湾近代海洋沉积物所含烃类与怀俄明州中新统石油的红外光谱图 苯抽提物苯抽提物 1 石油；石油； 2近代海洋沉积物所含烃类近代海洋沉积物所含烃类 2、有机成因学说概况 （（1 1）早期成因说）早期成因说 （（2 2）晚期成因说）晚期成因说 （（干酪根热降解成因说干酪根热降解成因说）） 原始有机质 成岩作用早期 石油和天然气 原始有机质干酪根干酪根 成岩作用早期 石油和天然气 成岩作用中晚期 （（3 3）油气有机成因的新进展）油气有机成因的新进展 未熟未熟- -低熟油低熟油( (早期成因的石油早期成因的石油) ) 煤成油煤成油( (集中有机质生油集中有机质生油) ) 第二节第二节 油气生成的物质基础油气生成的物质基础 ？ 干酪根 生物物质生物物质油油 气气 物质名称物质名称C % H % S+N+O % 石油石油 淡水泥质沉积物中的有机质淡水泥质沉积物中的有机质 浮游生物浮游生物 84.32 76.7 44.2 13.58 11.3 8.6 2.10 2.0 47.2 一一、、生烃原始有机物质的化学组成生烃原始有机物质的化学组成 油气形成的原始有机质：油气形成的原始有机质： 细菌、浮游植物、浮游动物和高等植物细菌、浮游植物、浮游动物和高等植物 由下列四类生物化学聚合物构成由下列四类生物化学聚合物构成 类脂化合物类脂化合物 蛋白质蛋白质 碳水化合物碳水化合物 木质素木质素 浮游植物、细菌和高等植物：数量上最重要；浮游植物、细菌和高等植物：数量上最重要； 浮游动物浮游动物(如有孔虫、放射虫、挠足类如有孔虫、放射虫、挠足类)和底栖生物：和底栖生物： 一定贡献；一定贡献； 高等动物高等动物(如鱼类如鱼类)：微不足道的：微不足道的 原始生物的类型原始生物的类型 一一、、生烃原始有机物质的化学组成生烃原始有机物质的化学组成 1.1.类脂化合物（类脂化合物（LipidsLipids）） 分布在动物的皮下组织，植物的孢子、种子及果实分布在动物的皮下组织，植物的孢子、种子及果实 脂肪酸、脂肪酸、高级脂肪酸蜡、高级脂肪酸蜡、 醇类、醇类、 甾类和萜类化合物甾类和萜类化合物 碳水化合物 类脂化合物 蜡脂 甾类化合物 甘油酯 蛋白质 肽链 木质素 CH OC(CH ) CH22 X3 = O CHOC(CH )CH2 X3 = O CH OC(CH ) CH22 X3 = O CH(CH OC(CH )CH3xy223) = O CH (CH C3x2) O = O H COH2 CH HCOH OH O OCH3CH O3 CH CH CH2 H C2 HC HC O O H CO3OC H3 O CH O3 OH H COH2 CH HC O NHCO NHCONHCO CH R1 CHCH R2R3 纤维素 H H OH OH H O H CH OH2 O HH OH CH OH2 O OH OH OH H H O H OH OH H CH OH2 O HH OH CH OH2 O OH OH OH H H O 脂肪酸去羧基加氢可以形成烃类脂肪酸去羧基加氢可以形成烃类 一一、、生烃原始有机物质的化学组成生烃原始有机物质的化学组成 是生物体维持生命活动不可缺少的物质之一。
是生物体维持生命活动不可缺少的物质之一 2.2.蛋白质蛋白质(Protein)(Protein) 生物体中一切组织的基本组成部分，是生物体赖以生物体中一切组织的基本组成部分，是生物体赖以 生存的物质基础占生物体细胞除水外的生存的物质基础占生物体细胞除水外的80%含氮 化合物，化合物，由20多种氨基酸构成 容易水解形成氨基酸 3. 3. 碳水化合物碳水化合物(carbohydrate):(carbohydrate):又称糖类，是自然界又称糖类，是自然界 分布极广，是一切生物体中重要组成之一分布极广，是一切生物体中重要组成之一 Cx（H2O）y醣或糖类醣或糖类 4.4.木质素木质素(Lignin):(Lignin):都具有芳香结构特征都具有芳香结构特征 是植物细胞壁的主要成分是植物细胞壁的主要成分 高等植物高等植物 具有芳香结构具有芳香结构 碳水化合物 类脂化合物 蜡脂 甾类化合物 甘油酯 蛋白质 肽链 木质素 CH OC(CH ) CH22 X3 = O CHOC(CH )CH2 X3 = O CH OC(CH ) CH22 X3 = O CH(CH OC(CH )CH3xy223) = O CH (CH C3x2) O = O H COH2 CH HCOH OH O OCH3CH O3 CH CH CH2 H C2 HC HC O O H CO3OC H3 O CH O3 OH H COH2 CH HC O NHCO NHCONHCO CH R1 CHCH R2R3 纤维素 H H OH OH H O H CH OH2 O HH OH CH OH2 O OH OH OH H H O H OH OH H CH OH2 O HH OH CH OH2 O OH OH OH H H O 主要出现在高等植物中主要出现在高等植物中 成煤的重要有机组分成煤的重要有机组分 不易水解，可被氧化不易水解，可被氧化 为芳香酸和脂肪酸为芳香酸和脂肪酸 二二、、干酪根干酪根 生物遗体在还原条件下保存于沉积物中，经过一系列 生物化学分解、水解于缩聚反应形成的复杂有机物质。
生 物 物 质 （脂肪、蛋白质 、 碳水化合物 和木质素） 缩聚作用 高分子的 腐植酸类 地质聚合物地质聚合物 缩 聚 作 用 细菌 分解 水解 脂肪酸、氨基酸、糖， 酚等生物化学单体 CH4、 CO2、NH3、 H2S、H2O 1. 形成过程 2. 干酪根的成分和结构 是一种高分子聚合物，没有固定的化学成分，主 要由。