油气地球化学知识框架

1、油气地球化学第一章 生物有机质组成与沉积模式 第一节 有机质的形成与全球碳循环 一、生命的起源与演化二、光合作用三、对地球上有机质有主要贡献的生物1、浮游植物（时间长、水体面积高、繁殖率高）2、细菌（时间长、分布广、适应性极强、繁殖快）3、高等植物（出现晚，分布在陆地保存难、可富集演化为煤层） 4、浮游动物（食物消费者产率低、低等浮游动物数量较大）4、 有机碳的循环 1、 有机圈 2、有机碳的循环 (1)生物化学亚循环 (2)地球化学亚循环第二节 生物有机质的组成和性质 一、碳水化合物 二、蛋白质和氨基酸 （一）蛋白质 (二)氨基酸(三)酶三、脂类1脂肪酸2腊3.萜类和甾类化合物4.甾族化合物

2、四、木质素和丹宁 五、色素第三节 有机质沉积模式一、有机质沉积的控制因素1、生物控制因素:微生物降解、原始生产速率2、物理控制因素:有机质沉积速率、沉积环境、有机质的搬运作用二、 缺氧环境的类型1、大型缺氧湖泊（1）深水是缺氧湖泊发育的重要条件（2）缺氧湖泊的发育与纬度有关（四季变化明显的湖泊底水含氧量大,热带湖泊含氧量少）2、海相缺氧环境(1)缺氧封闭局限海盆(2)由上升流形成的缺氧沉积第二章 沉积有机质组成及成岩演化 第一节腐殖质的组成、结构和性质1、腐殖质的概念：是指土壤、天然水和现代沉积物中不能水解的、不溶于有机溶剂的暗色有机质。2、腐殖质的形成、提取及分类(1) 形成有机质受细菌作用

3、后剩余的木质素、氨基酸、脂肪酸、酚、纤维素等在微生物作用下缩合而成（在强还原环境下可以不形成腐殖质）(2) 提取与分类富啡酸（FA）、胡敏酸(HA)、胡敏素(3) 腐殖酸元素组成主要为C、H、O、S、N，其中C、O两项占90%以上3. 腐殖酸的结构A富克斯结构模型 B费尔伯克结构模型 C特拉古诺夫结构模型 D库哈连科结构通式4.腐殖酸的物理化学性质(1)胶体性和可溶性(2)明显的酸性(3)亲水性(4)热解性质5.腐殖质的演化第二节可溶有机质一、可溶有机质的定义 凡是被中性有机溶剂从沉积岩（物）中溶解（抽取）出来的有机质称为可溶有机质，或可抽提有机质，也成为沥青。可溶有机质的分类沥青A：使用有机

4、溶剂从沉积物或岩石中直接抽提出来的可溶有机质。沥青B：有机溶剂抽提后的残渣，经高温热解后再用有机溶剂抽提出来的可溶有机质。沥青C：使用有机溶剂从酸(HCl)处理过的沉积物或岩石中抽提出来的可溶有机质2、 氯仿沥青“A”的族组分 (1)油质：溶于石油醚而不被硅胶吸附的沥青部分主要由烃类组成，在氯仿沥青中约占2050；腐泥型有机质中数较腐殖型有机质多；腐泥型有机质中油质主要是脂肪化程度高的烷烃-环烷烃；腐殖型有机质中油质所含环烷-芳香烃稍多于烷烃-环烷烃。(2)胶质：用苯和乙醇-苯从硅胶解吸的产物含硫、氮、氧的复杂含碳化合物腐泥型有机质中数较腐殖型有机质少胶质又可分为苯胶质和乙醇-苯胶质(酸性较强

5、) (3)沥青质：溶于氯仿但不溶于石油醚的沥青部分高分子化合物含量较胶质增加显微镜下为胶状颗粒，由稠环芳香烃和烷基侧链组成腐泥型有机质中数较腐殖型有机质少四、氯仿沥青元素组成 氯仿沥青主要由C、H、O、S、N元素组成；平均来说，C的含量在84左右，H的含量在10左右，三种杂元素含量在6左右。第三节 有机质的成岩演化（1）沉积物成岩作用沉积物沉积以后在埋藏过程中受温度、压力等外界因素的作用，失水、压实、胶结、溶解等固结成岩的过程。通常指沉积物沉积之后直到变质作用之前的整个过程。 （2）成岩作用阶段的有机质演化有机质成岩演变的主要营力：微生物作用（3） 微生物的分布 整个成岩环境，主要为80摄氏度

6、以下的成岩环境；沉积物顶层细菌非常多, 主要为喜氧细菌, 深处主要为厌氧细菌；细菌可在淡水和高饱和盐溶液中大量繁殖；在一些极端环境中，如火山热泉、 冰冻极区中都有细菌存在。（4） 微生物的代谢机制分解分子结构由大变小被简化合成分子结构由小变大被复杂化（5）沉积物中细菌对有机质的作用（6）埋藏深度与厌氧细菌活动的强度01-2米，沉积表面向下细菌迅速减少，细菌活动强度的迅速降低主要是由于氧气的减少，使喜氧和兼氧细菌死亡。2150米，已无沉积的初始养料供细菌使用，故细菌活动仍处于低潮，同时沉积有机质不断缩合，腐殖质干酪根不断生成，并代替了沉积有机质。150400米，温度升至2025 ，细菌利用新生成

7、的腐殖酸和干酪根及其分解产物以及死亡的细菌作为养料，细菌活动复苏(其中发酵菌首先复苏)。4001000米，特别是7001000米深度段内，地温升至 3545 ，最有利于甲烷生成菌生存，同时有机酸养料丰富，是细菌活动的又一高潮有大量生物成因甲烷生成。10001800米，温度升至7080 ，甲烷生成菌死亡，生物甲烷不再生成。细菌作用让位于热解作用。第三章 干酪根结构特征与研究方法第一节 干酪根定义及分离方法（1）干酪根的研究历史（2）干酪根的分离方法（3）干酪根研究的常用方法 1、光学类方法（显微镜、SEM、荧光显光镜） 2、化学类方法（元素分析、稳定同位素、热解分析、超临界抽提、氧化分解） 3、

8、物理类方法（IR吸收光谱、X-ray、核磁共振NMR、顺磁共振ESR）第二节 干酪根的光学特性研究 一、干酪根的显微组分和光学特征1)显微组分1、腐泥组2、壳质组3、镜质组4、惰质组2）显微组分应用1、划分干酪跟类型2、生油潜力的预测二 、干酪根的颜色及其变化未成熟干酪根色浅，为淡黄色，随T、P的上升，热降解进行， 干酪根不断降解、缩合、结构紧实，因此颜色加深：黄桔 棕黑色。而且色度是不可逆的。三、镜质体反射率1.概念2.镜质体反射率测定方法3.镜质体反射率的应用成熟度的标尺、古地温预测、剥蚀厚度的恢复4. Ro的局限性(1)、当干酪根类型较好时，即显微组份中壳质组占优时，Ro数值降低，原因是

9、富氢组份在降解生烃中残碳盖 在镜质体之上，使反射光强度降低。(2)、在下古生界、海相碳酸盐岩等缺乏高等植物输入的岩层中镜质体少或无，镜质体反射率测不准或测不到。5、Ro为什么能够反映成熟度镜质体是凝胶体，以芳香结构为主，在T、P作用下，脱水、脱烷基侧链，结构由松散无序向紧实有序转化，芳香片间距缩小，密度增大，从而反射率增大，这个过程是不可逆的，所以可用它反映成熟度。第三节 干酪根研究的化学方法一、干酪根元素组成主要为：C、H、O、N、S,此外还含有少量磷和金属元素1） 什么是造成元素组成的差异？（1）、母质来源 （2）、沉积环境 （3）、演化程度2） 干酪根有机元素分析 （1）、碳、氢分析 （

10、2）、氧分析3）干酪根元素组成及应用二、干酪根的稳定碳同位素组成（一）稳定碳同位素分馏原理和表示法1. 化学反应中的同位素交换作用2. 光合作用的动力效应3.物理化学效应（二）稳定碳同位素分析方法（三）干酪根13C的组成和应用1.干酪根的13C决定于先质的13C2.干酪根13C分析母质组成和沉积环境3.地质历史中干酪根13C的分布4.干酪根13C指示成熟度研究三、干酪根热解分析（一）岩石评价仪（二）应用指标1.确定干酪根类型2. 干酪根演化程度3. 评价烃源岩优劣（三）热解气相色谱-质谱联用技术(四) 干酪根生烃的热模拟实验研究第四节 干酪根研究的物理学方法一、干酪根红外光谱分析及其应用1.红

11、外光谱分析原理2.分子振动形式3.干酪根中各基团的振动及红外特征吸收位置二、X-ray衍射研究干酪根1. X-ray衍射分析原理2. X-ray衍射分析及谱图3.干酪根X-ray衍射指标与应用三、干酪根的ESR研究1.基本原理2.地球化学意义四 干酪根的NMR研究1 .基本原理2 .干酪根1H NMR谱图及应用第五节 干酪根的结构模型与成烃模式一、 干酪根的结构模型I型干酪根型干酪根结构 型干酪根结构 二、 干酪根的成烃模式1.有机质演化的阶段性2.干酪根成烃演化规律3.影响干酪根成烃演化的因素第四章 生物标志化合物第一节 基本概念与分析方法一、概念二、生物标志物的研究意义三、生物标志化合物的

12、分析 1.岩石中可溶有机质抽提2、族组分分离测定3、色谱技术4. 色谱-质谱联用技术第二节 正烷烃和无环异构烷烃地球化学特征一、立体异构的若干概念1.分子的手性和构型2.构型的表示法二 正构烷烃1.正烷烃的物理和化学性质2.烃源岩、原油中正烷烃的主要来源3.正烷烃反映的沉积环境4.正烷烃反映有机质或原油成熟度 5. 油源对比6. 生物降解三、无环类异戊二烯烷烃第三节 二环五环异戊二烯烷烃一、二环倍半萜烷地化意义：1、反映陆源有机质的输入 2、油源对比 3、成熟度研究2、 三环二萜烷 地化意义：1、三环二萜烷的碳数分布可反映有机质成熟度 2、三环二萜的相对分布可用于油源对比4、 四环萜烷五、五环

13、三萜烷第四节 藿烷系列物的组成和地球化学意义一、藿烷的结构和命名二、藿烷来源与转化目前绝大多数学者认为藿烷类系列化合物主要来源于原核生物或细菌。普遍认为藿烷类大多来源于一个30的里白烯或一个35的细菌藿烷四醇。三、藿烷类化合物的鉴定四、藿烷的地球化学意义 第五节 甾烷的组成和地球化学意义一、 甾烷系列物二、规则甾烷1. 结构2. 来源3. 规则甾烷的异构体4. 规则甾烷的鉴定5. 规则甾烷的应用1、应用于成熟度的研究 2、应用于有机母源特征的研究 3、应用于油源对比的研究三、重排甾烷三、4-甲基甾烷四、低分子量甾烷五、芳香甾族化合物1.芳香甾族化合物的形成2.芳香甾烷的地球化学意义A. 反映有

14、机质和原油的成熟度B.原油单芳甾的分布反映烃源岩岩性和海陆相第六节 芳烃化合物及其地球化学意义1、单环芳烃2、多环芳烃1)萘系列化合物2)菲系列化合物3)三芴系列化合物4)其他多环芳烃3、环烷芳烃第七节 含氮化合物组成和研究意义一、 卟啉(一)结构和分布地质体中的卟啉是植物叶绿素和动物血红素的衍生物.（2） 卟啉的分析和鉴定 卟啉含N 、含金属元素,属杂环复杂化合,它存在于原油或沥青A中的胶质和沥青质中.（3） 卟啉的石油地化意义1、成熟度研究2、沉积环境分析3、油源对比和运移方向分析二、其它含氮化合物第五章 天然气成因类型和评价第一节 天然气成因及其分布一、生物成因气(一)生物气的形成在还原

15、环境下，有机质在厌氧细菌的作用下发酵形成CH4,甲烷气的形成一般分两个阶段：1、产酸阶段 2、产甲烷阶段(2) 生物气的标志干：干燥系数大(C1/C1-C5)轻：同位素组成13C1 -55.(3) 生物气的分布1、生物气成因类型和生成机理乙酸发酵生成甲烷二氧化碳还原生成甲烷烃源岩生物降解生成甲烷原油生物降解生成甲烷低温热催化生成低熟气2、稠油降解气的成因机理与成藏条件3、生物热催化过渡带气的概念与判识指标过渡带气的甲烷碳同位素13 C1主要为6045 源岩演化程度Ro在0.30.6范围过渡带氢同位素主要在280180，主体小于200说明源岩以淡水沉积环境为主二、热解成因气 （一）控制生气的因素

16、温度和时间原始母质的类型和结构氢的来源催化作用与矿物质的结合程度 （二）有机质的演化规律（三）有机质的类型和结构型：脂链多、含氧链少、脂链长、主要生油，芳香结构少、生成湿气、H2不足。 型(包括煤)：含氧链多、脂链短、主要生气芳香结构多、生成干气、可产生游离H2。（4） 生气阶段和两个生气高峰 第一个高峰期，主要是 型有机质的生气高峰第二个生气高峰，发生在油裂解为气的阶段三、深源气四、特种天然气的成因（一）氮气1、第一阶段和第二阶段的蛋白质氨基酸烃+NH3N2在生物气场合下，N2多，则CH4少，因为环境的还原程度不够。2、在第四阶段，杂环化合物在高温下分解出N2。3、大多数浅层N2的来源：有机

17、质分解出的NH3与含铁的氧化物发生氧化还原反应（二）H2S1 生物成因1、微生物同化还原作用和植物的吸收作用形成含硫有机化合物，如含硫的维生素或蛋白质等，尔后在一定的条件下分解而产生硫化氢。2、硫酸盐还原菌对硫酸盐的异化还原代谢而实现硫酸盐还原菌利用各种有机质(以C 代表) 或烃类(或油气)作为给氢体来还原硫酸盐, 在异化作用下直接形成硫化氢2. H2S的热化学成因（1）热化学分解成因是指含硫有机化合物在热力作用下，含硫杂环断裂形成硫化氢, 又称为裂解型硫化氢。这种方式形成的硫化氢丰度一般2%。（2）硫酸盐的热化学还原作用3 火山喷发成因地球内部硫元素的丰度远高于地壳，岩浆活动使地壳深部的岩石

18、熔融并产生含硫化氢的挥发成份，所以火山喷发物中常常含有硫化氢(如火山喷溢形成的包裹体中多数富含硫化氢)。而硫化氢的含量主要取决于岩浆的成分、气体运移条件等，因此火山喷发气体中硫化氢的含量极不稳定，而且也只有在特定的运移和储集条件下才能保存下来。（三）CO21.有机成因（1）腐植型有机质富含含氧官能团。在演化过程中，这些官能团便 会脱落形成CO2。（2）有机质或储层中的石油可以通过细菌作用，或被地下水中的氧 和硫酸盐、围岩中的硫酸盐氧化生成CO2.2. 无机成因 （1）由于碳酸盐岩中Al、Mg、Fe和Mn等杂质的存在，大大加快了碳酸盐岩的分解速度，降低了它的分解温度。因此地层中碳酸盐岩的高温分解

19、，被认为是CO2大量聚集的主要原因。 （2）火山喷发和岩浆活动也是CO2气体的一个重要来源 （3）CO2气占火山气体组成的第二位，在火山喷发衰弱及以后的热液阶段，都会有大量CO2沿裂缝进入地层。第二节 天然气成因类型的识别及评价一、用天然气组分识别天然气成因干燥系数重烃苯指数湿度2、 碳同位素组成用于天然气成因识别一）13C在石油中的分布 二）碳同位素组成在识别不同成因天然气中的应用三、稀有气体及其同位素 第三节 煤层气与页岩气简介一、煤层气（一）、煤层气地化特征1、组分特征2、碳同位素特征（二）、煤层气吸附特征及影响因素（三）、控制煤层气成藏的两大关键因素二、页岩气1.概念2.发展3.技术关键第六章 烃源岩评价及资源量估算第一节 有效烃源岩的分布与评价问题(一) 国外典型有效烃源岩1. 绿河页岩2. 西西伯利亚白垩系烃源岩3. 中东地区侏罗系烃源岩 (二) 有效烃源岩的特征 岩性特征：泥岩、页岩、细粒碳酸盐岩，单层厚度不大，多层或韵律层发育，有机质富集纹层与矿物富集层交互的页岩有机质丰度高：TOC在1%以上、2%以上，甚至在5%以上有机质性质：丰度高、类型好，煤系有机质类型差但丰度高。(三)有效烃源岩形成的控制因素层序的控制沉积相的控制热演化成熟度控制岩石性质和岩石组合对排烃的控制温度和压力等外界条件的控制作用(4) 优质烃源岩的沉积环境(五)有效烃源岩的