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1、-西南石油大学 地球科学与技术学院油气地球化学复习概要u 适用专业：资源勘查工程（油气勘查方向）u 适用教材：油气勘探地球化学绪论1. 油气地球化学：应用化学原理研究石油和天然气的生成、运移、聚集和演化，阐明油气分布规律，并用这些知识指导勘探和开发石油、天然气及有关的沥青矿的一门应用科学。第一章 有机化学基础和稳定同位素2. 有机化合物organic compound：除CO2、碳酸盐岩和金属碳化物外的几乎所有含碳原子的化合物。3. 烃类化合物hydrocarbons compound：只含碳、氢元素的化合物，包括正构烷烃、支链烷烃、环烷烃和芳香烃。4. 杂原子化合物heteroatomcom
2、pound：在组成石油、沥青和干酪根的有机化合物中，除C、H原子外的其他原子均称为杂原子，含杂原子的化合物称为杂原子化合物。最常见的杂原子是N、S、O，故杂原子化合物又称NSO化合物。5. 烷烃saturated group：只有碳氢单键的稳定分子称为烷烃或饱和烃6. 立体化学stereochemistry：在分子中，原子之间的立体的或三维的关系。7. 同分异构体isomeride：分子式相同而其结构基团排列不同的化合物。1) 构造异构：具有相同的分子式，但由于分子中原子结合的顺序不同而产生的异构。a) 碳架异构carbon skeleton isomerism：由于碳架中原子结合的顺序不同而
3、产生的异构。b) 取代位置异构coordination isomerism：由于取代基在碳链或环上位置不同而产生的异构。c) 官能团异构functional group isomerism：官能团的不同而形成的异构。d) 互变异构tautomerism：活泼氢改变在分子内的位置产生的异构，该反应是可逆的。2) 立体异构stereo isomerism：具有相同的分子式和相同的原子连接顺序，但是由于分子内的原子在空间排布的位置不同而产生的异构。a) 顺反异构geometric Isomerism：共价键的旋转受到阻碍而产生原子在空间排布的位置不同的异构。b) 构象异构conformational
4、 isomerism：分子内单键旋转位置不同而产生的异构。c) 对映异构optical isomerism：分子式、构造式相同，构型不同，互呈镜像对映关系的立体异构。产生的条件是分子中存在手性碳原子。8. 异构化反应：从一个同分异构体转变为另一个同分异构体的化学反应。包括结构异构化和差向异构化。9. 手征性chirality碳原子：与四个不相同的原子或基团相连的碳原子。含有一个手征性碳原子的化合物可以有两种构型。10. 手征性碳原子命名法a) 链上手征性碳原子R、S标记法：将四个不同按原子序数排大小，编号；对含多原子的基团，第一个原子相同，看第二个大小，依次类推；将最小基团放在最远处，依照原子
5、或基团大小看，顺时针为R，逆时针为S。b) 环系上手征性碳原子、命名法：位于环平面下方，键指向纸内，以虚线或空心圆表示；位于环平面上方，键指向纸外，以实线或实心圆表示。11. 同位素isotope：具有相同质子数和不同中子数的元素的原子。1) 放射性同位素radio isotope：能自发衰变或裂变的同位素。2) 稳定同位素stable isotope：未发现有放射性衰变或裂变的同位素。12. 同位素组成isotope composition：样品中*一种元素的各种同位素的含量。可用丰度、比值和值描述。1) 同位素丰度isotope abundance：每一种元素的各种同位素所占的百分含量。2
6、) 同位素比值：*一元素的两种同位素含量之比。用R表示。3) =（R样品/R标准1）10000，表示样品比标准富含重同位素，0，样品比标准富含轻同位素。13. 同位素分馏isotope fractionation：同位素以不同比例在不同物质之间的分配。14. 稳定同位素的分馏机理1) 交换分馏效应e*change fractionation：由于能量差异，不同化合物之间会发生同位素交换反应/交换平衡。不发生化学反应，只是同位素分配比例变化。a) 大气中CO2与水中溶解的HCO3-、CO32-的同位素交换分馏作用13CO2+H12CO3-12CO2+H13CO3-b) 甲烷与二氧化碳的同位素交换
7、分馏作用12CO2+13CH4=13CO2+12CH42) 动力分馏效应dynamic fractionation：由两种同位素反应速度的差异引起。轻同位素形成的化学键键能较弱，反应速度较快。所有反应产物富集轻同位素，反应残留物富集重同位素。a) 光合作用伴随发生碳同位素分馏作用，导致呼出的CO2富集13C，合成的有机化合物富集12C，因此生物体中的13C比无机碳化物的要低。b) 油气生成过程中的同位素动力分馏效应：有机质生成烃类物质的过程中，受温度的影响，由于12C取代分子的化学活性较13C高，且不同同位素的化学键能也有差异，其稳定性顺序为：13C13C13C12C12C12C，因此在相同温
8、度条件下，12C12C键断裂速度较大，致使在较低温度下形成的烃类产物中富集12C，而在较高温度条件下形成的烃类产物中13C含量较高。c) 蒸发和扩散作用所造成的同位素分馏效应：由于蒸发作用，使气相物质中富集轻同位素，而液相物质中则富集重同位素，如相同来源的天然气碳同位素通常较原油同位素轻。气体分子通过多孔介质的扩散速度与分子质量有关，一般情况下轻同位素的扩散速度较重同位素扩散速度高，因此在气藏形成过程中，由扩散聚集而造成天然气的同位素较轻，相反扩散损失将导致气藏中天然气的碳同位素变重。第二章 生物的化学组成及沉积有机质15. 生物圈biosphere：生物活动的地球外圈，包括大气圈、地壳表面薄
9、层、水圈。16. 有机圈organic environment：是指生物及其产生的有机质分布的空间，包括生物圈、沉积岩石圈。17. 沉积有机质sedimentary organic matter：活体生物遗体及其分泌物和排泄物直接或间接进入沉积物；或经过生物降解作用和沉积埋藏作用被掩埋在沉积物中；或经过缩聚作用演化生成新的有机化合物及其衍生物的那部分有机质。18. 有机碳的地球化学循环1) 流体型地球化学循环/生物圈中的小循环a) CO2、光合作用、植物和自养细菌、动物、呼吸、CO2b) CO2、光合作用、植物和自养细菌、动物、死亡有机体、菌解和氧化、CO2c) CO2、光合作用、植物和自养细
10、菌、动物、死亡有机体、水中分散有机质、菌解和氧化、CO22) 沉积岩石圈的大循环a) 水中分散有机质、沉积物中有机质、沉积岩中有机质（褐煤和干酪根）、CO2b) 沉积物中有机质、沉积岩中有机质、石油天然气和中牌号煤、CO2c) 沉积物中有机质、沉积岩中有机质、石油天然气和煤变质岩中有机质（甲烷、无烟煤和石墨）、CO219. 生物有机质的化学组成与成油关系1) 脂类：维持正常生命活动不可缺少的物质，不溶于水，易溶于乙醚、氯仿、苯等低极性有机溶剂；包括脂肪酸、蜡、甾类及萜类化合物a) 脂肪酸：复合脂类的基本结构成分。化学性质不稳定，极易发生水解形成脂肪酸。脂肪酸可与碱作用生成盐，脱羧基可形成奇碳数
11、的脂链烃，强还原环境下加氢脱水生成偶碳数烃类。b) 蜡：不溶于水的固体，它是高级脂肪酸与高级一元醇或甾醇形成的酯。它是原油中高碳数正烷烃的主要来源之一。c) 萜ti类和甾zi类化合物是以异戊二烯为单元而形成的一系列化合物。萜类在石油和沉积岩中表现为饱和的萜类，如藿烷类等。甾类化合物，在生命活动中起重要作用，广泛存在于近代的生物体中。2) 碳水化合物：含多羟基的醛类或酮类以及由它们聚合而成的高分子化合物。组成单元为-D型葡萄糖。极易溶于水，在地质体中保存甚微。多糖中对形成有机质最有意义的是纤维素和半纤维素。3) 蛋白质：动物组织中的蛋白质含量高于植物组织，低等水生生物中的蛋白质又高于高等植物。4
12、) 木质素：植物细胞壁的主要成分，可视为高分子量聚酚，性质十分稳定，不易水解，但可被氧化成芳香酸或脂肪酸。在缺氧水体中，在水和微生物的作用下，木质素分解，可与其它化合物形成腐殖质。5) 色素：卟啉、绿素、叶绿素和血红素类的化合物广泛分布于原油、沥青、煤、沉积岩和其他许多地质体中。20. 沉积有机质丰度的控制因素1) 水体环境的物理参数：沉积物和有机质从中降落的沉积介质的动态和静态的物理性质，包括水流速度、粘土矿物与有机质的絮凝作用、水体深度与浪基面的深度、沉积速度与沉降速度，较深的平静水体环境以及适宜的沉积速度和沉降速度对有机质的保存有利。2) 水体环境的化学参数：包括氧化还原电位（Eh值、p
13、H值）、盐度和温度，对沉积有机质最重要的是氧化、还原条件，氧化环境不利于有机质的保存。3) 水体环境的生物参数：主要表现在提供有机质和沉积物来源；改变沉积环境；加速沉积过程；消耗、改变有机质。21. 海洋环境的有机质沉积特征1) 积场所大；2) 远洋水域有机质来源是单一的，近陆水域是混合的；3) 有利沉积条件：表层生物高产、下层缺氧还原，持续较快沉积、絮凝作用加速沉积；4) 高能滨岸带不利于有机质沉积和保存；5) 大陆架是海洋内有机质的主要沉积区；6) 远洋盆地是生物钙质、硅质丰富沉积区和有机质贫乏沉积区沉积场所巨大。22. 过渡环境的有机质沉积特征1) 有机质来源具有二元性或多重性；2) 低
14、能缓流的还原环境有利于有机质沉积；3) 干旱泻湖环境，富含有机质的泥岩常与蒸发岩组成旋回；4) 过渡带以陆相淡水与海相咸水环境交替为特征，使有机质生物来源更复杂。23. 湖泊环境的有机质沉积特征1) 有机质来源具有二元和多方向性；2) 营养型湖的浪基面以下的还原环境是有机质的富集区；3) 湖泊环境差异大，沉积有机质也有较大差异；4) 营养型淡水湖泊的较深、深湖及前三角洲亚环境沉积富有有机质泥岩，可形成碎屑粘土岩旋回；5) 盐湖中富含有机质的油页岩、泥岩可与蒸发岩形成旋回；6) 单断式“箕状”断陷不对称盆地，有机质的分布亦成不对称展布。24. 沼泽环境的有机质沉积特征1) 有机质来源具有原地单一
15、性；2) 温和潮湿气候和长期停滞的水体有利于沼泽发育和沼泽泥炭沉积；3) 沼泽沉积的有机质丰度高，但类型单一；4) 沼泽煤系可与湖泊、泻湖生油层系在剖面上交替出现。25. 沉积有机质的演化特征（生物有机质如何转变为沉积有机质.）在成岩作用阶段，有机质基本实现了从生物聚合体向地质聚合体干酪根的转化，生物聚合物（脂类、蛋白质、碳水化合物、木质素）通过沉积、埋藏演化，其最终产物干酪根成为沉积岩中的主要有机质。总的特点：以低温、低压和生物化学及化学作用为主。演化结果：形成干酪根；出现生物标志化合物；生成甲烷气。第三章 干酪根26. 干酪根kerogen：不溶于有机溶剂和含水碱性溶剂的有机质。27. 影响干酪根元素组成主要因素包括：有机质母质类型、有机质的沉积环境、有机质热演化程度。28. 沥青bitumen：是用常用的有机溶剂从沉积物或沉积岩中抽提的有机质。29. 显微组分maceral：岩样光片在反射光、透射光与荧光下可识别的有机成分。30. 干酪根的显微组分1) 腐泥组sapropelinite proup/类脂组：包括藻质体、无定形体，生烃潜力最大的有机显微组分，源
