油气成因理论及生成模式

1、2 2 天天 然然 气气 的的 成成 分分 及及 性性 质质 一、天然气的化学组成一、天然气的化学组成 烃类（烃类（ C C1 1、 、C C2 2+ +）、非烃类（ ）、非烃类（ ） 二、天然气的物性二、天然气的物性 相对密度、临界温度和临界压力、蒸气压力、溶解性、相对密度、临界温度和临界压力、蒸气压力、溶解性、 粘度、热值。粘度、热值。 三、天然气分类三、天然气分类 油田气、气田气、凝析气、水溶气、煤层气、固态气体油田气、气田气、凝析气、水溶气、煤层气、固态气体 水合物、页岩气水合物、页岩气 3 3 油油 田田 水水 的的 成成 分分 及及 性性 质质 一、油田水的化学组成一、油田水的化学

2、组成 元素组成、有机组分、溶解的气体组分元素组成、有机组分、溶解的气体组分 二、油田水的矿化度二、油田水的矿化度 总矿化度：即水中各种离子、分子和化合物总含量。以水加热至总矿化度：即水中各种离子、分子和化合物总含量。以水加热至 105105，蒸发后所剩残渣质量或离子总量来表示，单位，蒸发后所剩残渣质量或离子总量来表示，单位mg/Lmg/L或或g/Lg/L。 三、地下水产状三、地下水产状 吸附水、毛细管水、自由水吸附水、毛细管水、自由水 四、油田水的物性四、油田水的物性 颜色及透颜色及透度、密度、粘度、嗅觉和味觉、温度、导电性度、密度、粘度、嗅觉和味觉、温度、导电性 五、油田水分类五、油田水分类

3、 一般说一般说NaNa2 2SOSO4 4 、NaHCO NaHCO3 3水型形成于大陆环境，氯化镁水型存在并形成于水型形成于大陆环境，氯化镁水型存在并形成于 海洋环境，而氯化钙水型则是地壳内部深成环境中的主要类型，而且海洋环境，而氯化钙水型则是地壳内部深成环境中的主要类型，而且 认为油田水的化学类型大都属于氯化钙水型和重碳酸钠水型。认为油田水的化学类型大都属于氯化钙水型和重碳酸钠水型。 六、油田水在勘探开发中的作用六、油田水在勘探开发中的作用 授课内容授课内容 石油和天然气的成因问题，是石油地质学界的主要研究对象之一，石油和天然气的成因问题，是石油地质学界的主要研究对象之一， 也是自然科学领

4、域中争论最激烈的一个重大研究课题。多年来，这一问也是自然科学领域中争论最激烈的一个重大研究课题。多年来，这一问 题一直吸引着国内外地质学家、生物化学家和地球化学家。题一直吸引着国内外地质学家、生物化学家和地球化学家。 1 1、化学成分比较复杂：、化学成分比较复杂：由于石油、天然气的由于石油、天然气的化学成分比较复杂化学成分比较复杂。 2 2、找到油气藏的地方往往不是油气生成的地方找到油气藏的地方往往不是油气生成的地方：是流体，现在：是流体，现在找找 到油气藏的地方往往不是油气生成的地方到油气藏的地方往往不是油气生成的地方，这就为研究油气成因问题带，这就为研究油气成因问题带 来了许多复杂性。来了

5、许多复杂性。 3 3、油气成因的争论焦点：、油气成因的争论焦点： （1 1）油气的来源是有机成因的还是无机成因的？）油气的来源是有机成因的还是无机成因的？ （2 2）油气的生成是高温条件还是在低温条件下生成的？）油气的生成是高温条件还是在低温条件下生成的？ （3 3）有机质生成油气的时间，是其演化的早期还是晚期）有机质生成油气的时间，是其演化的早期还是晚期? ? （4 4）陆相沉积盆地能否生油？煤系地层是否能够生油？）陆相沉积盆地能否生油？煤系地层是否能够生油？ 一、石油无机成因假说一、石油无机成因假说 其基本观点是其基本观点是石油是在高温、高压条件下形石油是在高温、高压条件下形 成的，为非生

6、物成因产物。成的，为非生物成因产物。 无机成油学说认为，石油是在地壳深处形成无机成油学说认为，石油是在地壳深处形成 的，后来沿着深大断裂渗透到地壳上部，的，后来沿着深大断裂渗透到地壳上部， 或者在天体形成时形成，当地壳冷凝时聚集或者在天体形成时形成，当地壳冷凝时聚集 成油气藏。成油气藏。 1 1、碳化物说：、碳化物说：由俄国著名化学家门捷列夫于 1876年提出。他认为在地球内部水与重金属碳化物相互作用， 可以产生碳氢化合物： 3FemCn+4mH2OmFe3O4+C3nH8m 地球形成时期，温度很高，使碳和铁变为液态，互相作用而形成碳化铁。 由于它们比重较大，保存在地球深处。 后来，地表水沿地

7、壳裂隙向下渗透，与碳化铁作用产生碳氢化合物，后 者又沿着裂隙上升到地壳的冷却部分。 有些碳氢化合物浸透了岩石，形成油页岩、藻煤及其他含沥青岩石； 有些碳氢化合物在地表附近受到氧化，形成地表沥青等产物； 如果碳氢化合物上升到地壳比较冷却的部分，冷凝下来形成石油，并在 孔隙性岩层中聚集便可形成油藏。 2 2、宇宙说：、宇宙说：由俄国学者索可洛夫于1889年10月3 日在莫斯科自然科学研究者协会年会上首次提出。 在地球呈熔融状态时，碳氢化合物就包含在它 的气圈中；随地球冷凝，碳氢化合物被冷凝岩浆吸收，最后凝结 于地壳中而成石油。宇宙说的基本论点为： 1）在天体中碳和氢的储量很大，因此同样可以假设这些

8、元素在地球 上也很丰富； 2）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1000时，甲烷可按下列方式生成： CO+3H2CH4+H2O CO2+4H2CH4+2H2O 3）同其他天体一样，地球上形成的碳氢化合物后来为岩浆所吸收； 4）当岩浆进一步冷却和凝缩时，包含在其中的碳氢化合物就沿断裂 或裂隙分离出来。 3 3、岩浆说：、岩浆说：1949年10月3日，前苏联学者H.A.库得梁采夫在发 表宇宙说六十周年纪念日的同一讲坛上，提出了石油起源岩浆说。 库得梁采夫首先提到在许多天体上存在碳氢化合物、泥火山重复 喷发、在所谓生油岩之下的岩浆岩和变质岩中形成和存在油气 藏、等都是无机

9、生成说的论据。他认为石油的生成是同基性岩浆 冷却时碳氢化合物的合成有关。这个过程是在高压条件下完成的，因 而可以促使不饱和碳氢化合物聚合而成饱和碳氢化合物。 他还指出：因为岩浆中形成石油的过程在不断进行着，古老的油 气通过扩散作用早已逸散消失，所以，所有的油藏，包括寒武系中的 油藏，都是年青的油藏。并且，依靠石油才在地球上产生了生物，石 油中含有生物所需要的一切化学元素，因此，石油不是来自有机物质， 相反，有机物质却是来源于石油。 4、石油高温生成说：、石油高温生成说：切卡留克1971年根据合成金 刚石的实验，用装满矿物混合物（方解石、石英、六水泻 盐等）代替石墨反应器，在高压60007000

10、MPa和高温 1800K下，几分钟后由反应器中分离出易挥发组分，包括 甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷及少许庚烷。 从而认为在深约150公里的上地幔古顿堡层内，在温度 超过1500K、压力5000MPa下，由于有FeO及Fe3O4的参与， H2O与CO2还原而成烃类。在强烈褶皱作用时，深部石油进 入地壳沉积岩，并由低分子烃转化为高分子烃及环状烃。 无机生油理论的主要证据：无机生油理论的主要证据： (1)(1)在实验室，用无机在实验室，用无机C C、H H元素合成了烃类；元素合成了烃类； (2)(2)在岩浆岩内曾发现过石油、沥青；在岩浆岩内曾发现过石油、沥青； (3)(3)在宇宙其它星球大气层

11、中也发现有碳氢化合在宇宙其它星球大气层中也发现有碳氢化合 物存在；物存在； (4)(4)在陨石中发现有碳氢化合物及氨基酸等多达在陨石中发现有碳氢化合物及氨基酸等多达 100100多种；多种； (5)(5)认为用有机观点对世界上有些大的沥青矿认为用有机观点对世界上有些大的沥青矿( (如如 加拿大的阿萨巴斯卡沥青矿，储量达加拿大的阿萨巴斯卡沥青矿，储量达856856亿吨以上亿吨以上) )不能作出不能作出 令人满意的解释。令人满意的解释。 二、石油有机成因假说二、石油有机成因假说 石油、天然气由地质时期生物遗体在适宜条件下生成。石油、天然气由地质时期生物遗体在适宜条件下生成。 1 1、早期生成说、早

12、期生成说 石油烃类是由沉积岩中的分散有机质在地壳浅处，石油烃类是由沉积岩中的分散有机质在地壳浅处， 成岩作用的早期在生物化学作用下生成的。成岩作用的早期在生物化学作用下生成的。 2 2、晚期生成说、晚期生成说 石油是有机物质被埋藏后，在一定深度、温度、热石油是有机物质被埋藏后，在一定深度、温度、热 力和催化剂作用下，由有机物质转化而来。力和催化剂作用下，由有机物质转化而来。 有机成油理论依据：有机成油理论依据： 1 1环境：环境：世界已发现的油气田世界已发现的油气田99.9%99.9%都在沉积岩中，只都在沉积岩中，只 有极少数分布在岩浆岩和变质岩中，且这少数石油也被证明有极少数分布在岩浆岩和变

13、质岩中，且这少数石油也被证明 是从沉积岩中运移而来的，而与沉积岩无关的地盾和巨大结是从沉积岩中运移而来的，而与沉积岩无关的地盾和巨大结 晶岩突起发育区，至今未找到油气聚集。晶岩突起发育区，至今未找到油气聚集。 2 2分布：分布：石油在地层时代的分布上与煤、油页岩及有机石油在地层时代的分布上与煤、油页岩及有机 质的分布状况相吻合的，表明它们在成因上是有联系的。质的分布状况相吻合的，表明它们在成因上是有联系的。 3 3组成：组成：虽然世界上的石油没有成分完全相同的，但所虽然世界上的石油没有成分完全相同的，但所 有石油的元素组成和化合物组成是相近的或相似的，说明它有石油的元素组成和化合物组成是相近的

14、或相似的，说明它 们的成因可能大致相同。们的成因可能大致相同。 4 4条件：条件：大量油田测试结果可知，油层温度很少超过大量油田测试结果可知，油层温度很少超过100100，有，有 些深部油层温度可以高达些深部油层温度可以高达141141，而当温度超过，而当温度超过250250时，烃类就会发时，烃类就会发 生急剧而彻底的裂解，生成石墨及生急剧而彻底的裂解，生成石墨及H H2 2，说明石油不可能在高温下形成。，说明石油不可能在高温下形成。 5 5时间：时间：从目前发现的油气藏分析看，石油生成、聚集成藏不从目前发现的油气藏分析看，石油生成、聚集成藏不 需很长的时间，大约需不到一百万年。需很长的时间，

15、大约需不到一百万年。 6 6标志：标志：石油中含的卟啉化合物，异戊间二烯型化合物，甾醇石油中含的卟啉化合物，异戊间二烯型化合物，甾醇 类，石油的旋光性都证明石油是在低温下，由生物有机质生成的。类，石油的旋光性都证明石油是在低温下，由生物有机质生成的。 7 7实验：实验：石油地质工作者对近代沉积的研究成果表明，在近代石油地质工作者对近代沉积的研究成果表明，在近代 沉积中确实存在着油气生成过程，且至今还在进行着，生成的数量也沉积中确实存在着油气生成过程，且至今还在进行着，生成的数量也 很可观。很可观。并且，在实验条件下，用有机质进行地下条件模拟，转化出并且，在实验条件下，用有机质进行地下条件模拟，

16、转化出 了烃类，这为有机成因学说提供了有力的科学依据。了烃类，这为有机成因学说提供了有力的科学依据。 “未熟未熟低熟低熟”油油不断被发现，说明存在相当不断被发现，说明存在相当 数量的各类早期生成的非常规油气资源；使早期成数量的各类早期生成的非常规油气资源；使早期成 油说和晚期成油说也结合起来，视为一个统一的油油说和晚期成油说也结合起来，视为一个统一的油 气演化过程，从而拓宽了油气勘探领域。气演化过程，从而拓宽了油气勘探领域。 煤成烃理论煤成烃理论发展与完善，提出了煤系地层有机发展与完善，提出了煤系地层有机 质生烃机理和演化模式。质生烃机理和演化模式。 近近2020多年来，多年来，无机成因天然气

17、无机成因天然气发现，为无机成发现，为无机成 烃理论提供了依据。烃理论提供了依据。 三、石油成因进展三、石油成因进展 生物体是生成油气的最初来源。生物体是生成油气的最初来源。生物死亡后 残体埋藏生物化学、物理化学石油和天然气。 包括细菌、浮游植物、浮游动物和高等植物、动物包括细菌、浮游植物、浮游动物和高等植物、动物 等，它是生物有机质的主要供应者。等，它是生物有机质的主要供应者。构成生物有机质的构成生物有机质的 组分主要包括以下四种组分主要包括以下四种: : 动物和低等植物脂类含量高，动物和低等植物脂类含量高，是生成液态烃的主是生成液态烃的主 要成分。要成分。如动植物的脂肪如动植物的脂肪_ _动

18、物的皮下组织动物的皮下组织_ _植物的孢植物的孢 子、种子及果实子、种子及果实- -细菌和藻类细菌和藻类- -高等植物的角质、孢粉高等植物的角质、孢粉 等都含有丰富的脂类。等都含有丰富的脂类。 在生物细胞中，除水外，在生物细胞中，除水外，80%80%以上的物质为蛋白以上的物质为蛋白 质，约占动物干重的质，约占动物干重的50%50%。 又称糖类，是自然界分布极广的一种有机质，主要又称糖类，是自然界分布极广的一种有机质，主要 由由C C、H H、O O三种元素组成，三种元素组成，是石油中芳烃和天然气主要来是石油中芳烃和天然气主要来 源之一。源之一。尤以植物含量最高：纤维素、淀粉、树胶，动尤以植物含

19、量最高：纤维素、淀粉、树胶，动 物体内的糖原，昆虫的甲壳等。物体内的糖原，昆虫的甲壳等。 木质素和丹宁都具有芳香结构特征。木质素是植物木质素和丹宁都具有芳香结构特征。木质素是植物 细胞壁的主要成分，丹宁主要出现在高等植物中。细胞壁的主要成分，丹宁主要出现在高等植物中。 它们是有机质中芳香结构的主要来源，也是成煤的它们是有机质中芳香结构的主要来源，也是成煤的 重要有机组分。重要有机组分。 生物有机质并非是生生物有机质并非是生 油的直接母质。油的直接母质。生物死之后生物死之后 ，与沉积物一起沉积下来，与沉积物一起沉积下来， 构成沉积有机质。构成沉积有机质。 指随无指随无 机质点一起沉积并保存下机质

20、点一起沉积并保存下 来的生物残留物质。来的生物残留物质。 1)原地有机质：自身有机质； 2)异地有机质：河流带入； 3)再沉积有机质 1)生物死后，被吞食； 2)生物化学作用分解逸散； 3)沉积保存0.8%. 1)生物物质产量； 2)保存条件氧化或还原； 3)堆积速度； 4)沉积物颗粒大小； 1)不同岩性分布不均匀：泥质多2.1%，碳酸岩盐 0.29%，砂岩0.05%； 2)不同地质时代不均衡：地层老则含量少。 1、来源 2、形成过程 3、丰度影响因素 4、分布 三、干酪根三、干酪根 干酪根：干酪根：沉积岩中所有不溶于非氧化性的酸、碱和沉积岩中所有不溶于非氧化性的酸、碱和 非极性有机质溶剂的分

21、散有机质。非极性有机质溶剂的分散有机质。 沉积有机质经历了复杂的生物化学及化学变化，通过腐沉积有机质经历了复杂的生物化学及化学变化，通过腐 泥化及腐殖化过程才形成一种结构非常复杂的生油母质泥化及腐殖化过程才形成一种结构非常复杂的生油母质干干 酪根，成为生成油气的直接先驱。酪根，成为生成油气的直接先驱。 干酪根是沉积有机质的主干酪根是沉积有机质的主 体体（约占（约占8080- -90%90%）。石油主要是干石油主要是干 酪根转化而成酪根转化而成（80-95%）。）。 沉积岩中干酪根的成分和结沉积岩中干酪根的成分和结 构十分复杂，构十分复杂，无固定的成分和结无固定的成分和结 构，不能用分子式来表达

22、，主要构，不能用分子式来表达，主要 成分为成分为C C、H H、O O。 C C：76.4%76.4%、H H：6.3%6.3%、O O： 11.1%11.1%、三者共占、三者共占93.8%93.8%。此外。此外 还包括少量还包括少量S S、N N等其它元素。等其它元素。 在显微镜反射光下观测干酪根的显微组分，可划分为 三组。 壳质组（又称脂质组）：呈暗灰色，富含氢，包括孢 粉体、角质体、藻质体、树脂体、木栓质体等； 镜质组：呈灰白色，富含氧，具镜煤(Vitrain)特征，由 同泥炭成因有关的腐殖质组成； 惰质组：呈黄白色，富含碳。 以上三组的反射率依次增大，生油潜能依次降低。 1 1、两分法

23、、两分法 腐泥型干酪根：腐泥型干酪根：指脂肪族有机质在缺氧条件下 分解和聚合的产物，它们来自海洋和湖泊环境水下 淤泥中的孢子及浮游类生物，它们主要生成石油、 油页岩、藻煤（腐泥煤）和烛煤（腐植腐泥煤）； 腐殖型干酪根：腐殖型干酪根：泥炭形成的产物，来自有氧条 件下沼泽环境的陆生植物，主要可以形成天然气和 腐殖煤，在一定条件下也可以生成液态石油。 根据各显微组分的相对含量，干酪根分成四种类型 类型 壳(脂)质组 （%） 镜质组 （%） 腐泥型（I）9010 腐殖腐泥型（1）50901050 腐泥腐殖型（2）10505090 腐殖型（）1090 干酪根镜鉴分类标准干酪根镜鉴分类标准 27 1、2：

24、I型干酪根，松辽盆地白垩系；3、4：IIA型干酪根，济阳坳陷沙三段 12 34 28 5、6、7：IIB型干酪根；8、9：III型干酪根 567 89 2 2光学分类方法光学分类方法 (1)(1)孢粉学家的分类：透射光孢粉学家的分类：透射光 藻质和无定形：藻质和无定形：来源于海、湖水浮游生物，前者可识别出藻来源于海、湖水浮游生物，前者可识别出藻 类形态，后者呈云雾状，没有清晰的轮廓；类形态，后者呈云雾状，没有清晰的轮廓； 草质组分：草质组分：孢子、花粉、角质层、叶子表皮和植物细胞构造孢子、花粉、角质层、叶子表皮和植物细胞构造 所组成，大部分来源于陆地；所组成，大部分来源于陆地； 木质组分：木质

25、组分：易辩认的长形木质构造纤维状物质，来源于陆地易辩认的长形木质构造纤维状物质，来源于陆地 高等植物；高等植物； 煤质组分：煤质组分：是陆地天然碳化植物物质和再沉积的碳化物质。是陆地天然碳化植物物质和再沉积的碳化物质。 生油气潜能：藻质生油气潜能：藻质无定形无定形草质草质木质木质煤质的顺序依次煤质的顺序依次 减少。减少。 (2)(2)煤岩学家分类：反射光煤岩学家分类：反射光 腐泥组：腐泥组：包括了藻质体和无定形体；包括了藻质体和无定形体； 壳质组：壳质组：呈暗灰色，由孢子、角质、树脂、蜡组成；呈暗灰色，由孢子、角质、树脂、蜡组成； 镜质组：镜质组：呈灰白色，具镜煤特征，由泥炭成因腐殖质组成。呈

26、灰白色，具镜煤特征，由泥炭成因腐殖质组成。 惰质组：惰质组：呈黄白色，包括了碎质体、菌质体、丝质体、半丝质体。呈黄白色，包括了碎质体、菌质体、丝质体、半丝质体。 反射率依次增大，生油潜能依次降低。 3 3、化学分类：、化学分类： 根据干酪根中C、H、O元素： 型：型：H/CH/C原子原子(1.25-1.75)(1.25-1.75)，O/CO/C 原子原子(0.026-0.12)(0.026-0.12) 以含类脂化合物为主，主要来自藻类 、细菌类等低等生物，生油潜能大。 型：型：H/CH/C原子原子(0.65-1.25)(0.65-1.25)，O/CO/C 原子原子(0.04-0.13)(0.0

27、4-0.13) 来源于浮游生物(以浮游植物为主)和微 生物的混合有机质。生油潜能中等。 型：型：H/CH/C原子原子(0.46-0.93)(0.46-0.93)，O/CO/C 原子原子(0.05-0.30)(0.05-0.30) 来源于陆地高等植物。可利于生气。 生物有机质 干酪根 沉积有机质 油气 条件条件 条件：条件： 一、构造条件一、构造条件 二、古地理条件二、古地理条件 三、气候条件三、气候条件 四、理化条件四、理化条件 1 1、发生过持续下沉的盆地、发生过持续下沉的盆地 一、大地构造条件一、大地构造条件 2 2、沉积盆地的分割性对有机质的堆积与保存有利、沉积盆地的分割性对有机质的堆积

28、与保存有利 3 3、板块的边缘活动带、板块内部的裂谷、坳陷以及造山、板块的边缘活动带、板块内部的裂谷、坳陷以及造山 带的前陆盆地、山间盆地等大地构造单元带的前陆盆地、山间盆地等大地构造单元 离散板块分离处，地壳变薄下沉、弯曲，出现了张性环境离散板块分离处，地壳变薄下沉、弯曲，出现了张性环境 的各种沉积盆地；聚敛板块接合处，伴随洋壳消亡、陆壳增厚的各种沉积盆地；聚敛板块接合处，伴随洋壳消亡、陆壳增厚 和碰撞造山带上升，沿造山带的翼部出现许多沉积盆地。和碰撞造山带上升，沿造山带的翼部出现许多沉积盆地。 岩相古地理条件岩相古地理条件 1 1、海相：、海相：浅海区及三角洲、海湾及泻湖区最有利浅海区及三

29、角洲、海湾及泻湖区最有利 大陆架内浅海区：大陆架内浅海区：水深不超过水深不超过200200米，水体较宁静，阳米，水体较宁静，阳 光、温度适宜，生物繁盛，尤其各种浮游生物异常发育，光、温度适宜，生物繁盛，尤其各种浮游生物异常发育， 死亡后不需经过太厚的水体即可堆积下来；死亡后不需经过太厚的水体即可堆积下来； 在三角洲地区：在三角洲地区：陆源有机质源源不断地搬运而来，加陆源有机质源源不断地搬运而来，加 上原地繁殖的海相生物，致使沉积物中的有机质含量特别上原地繁殖的海相生物，致使沉积物中的有机质含量特别 高，是极为有利的生油区域；高，是极为有利的生油区域； 海湾及泻湖：海湾及泻湖：属于半闭塞无底流的

30、环境，也对保存有属于半闭塞无底流的环境，也对保存有 机质有利。机质有利。 滨海区：滨海区：海进、海退频繁海进、海退频繁 ，浪潮作用强烈，不利于生物，浪潮作用强烈，不利于生物 繁殖和有机质堆积和保存。繁殖和有机质堆积和保存。 深海区：深海区：生物少，生物死生物少，生物死 亡后还要下沉至海底需经历巨亡后还要下沉至海底需经历巨 厚水体易遭氧化破坏；加上离厚水体易遭氧化破坏；加上离 岸又远，陆源有机质需经长途岸又远，陆源有机质需经长途 搬运，易被淘汰氧化，不利于搬运，易被淘汰氧化，不利于 有机质的堆积和保存。有机质的堆积和保存。 2 2、大陆：、大陆：深水、半深水湖泊是陆相生油岩发育区域。深水、半深水

31、湖泊是陆相生油岩发育区域。 反应时间自然对数与绝对温度成反比直线反应时间自然对数与绝对温度成反比直线 关系。这说明在石油形成过程中关系。这说明在石油形成过程中: :1)1) 温度温度 是最有效、最持久的因素是最有效、最持久的因素 。 A RT E tln 式中：温度绝对温度(K)； t时间；T温度；A频率 常数； R气体常数；E活化能。 四、油气生成的理化条件四、油气生成的理化条件 1 1、温度与时间、温度与时间 温暖潮湿的气候、日照时间长，能增加生物的繁殖力。温暖潮湿的气候、日照时间长，能增加生物的繁殖力。 综上所述，综上所述，在温度与时间的综合作用下，有利于在温度与时间的综合作用下，有利于

32、 油气生成并保存的盆地应该是年轻的热盆地油气生成并保存的盆地应该是年轻的热盆地(地温梯地温梯 度高度高)和古老的冷盆地；和古老的冷盆地；否则，或未达成熟阶段，或否则，或未达成熟阶段，或 已达破坏阶段，对油气勘探均不利。已达破坏阶段，对油气勘探均不利。 例如，例如， ， 2 2、细菌活动、细菌活动 细菌是地球上分布最广、繁殖最快，对环境适应能力最细菌是地球上分布最广、繁殖最快，对环境适应能力最 强的一种生物。按其生活习性，可分为三类：强的一种生物。按其生活习性，可分为三类： 喜氧细菌：只有在游离氧存在的条件下才能生存； 厌氧细菌：在没有游离氧而有化合氧的条件下才能生存； 通性细菌：在有、无游离氧

33、的条件下均能生存。 对油气生成来讲，最有意义的是厌氧细菌，在缺乏游离氧的还 原条件下，有机质可被厌氧细菌分解而产生甲烷、氢、二氧化碳以 及有机酸和其他碳氢化合物。这是细菌对油气生成有利的一面。 细菌在油气生成过程中的作用实质是将有机质中的氧、硫、氮、磷等 元素分离出来，使碳、氢，特别是氢富集起来，并且细菌作用时间愈长， 这种作用进行得愈彻底。 （1）细菌的催化：CO2+4H2CH4+2H2O （2）某些细菌使氢气将硫酸盐还原为硫化氢： SO4+5H2H2S+4H2O （3）细菌使不饱和有机化合物加氢产生饱和烃。 另外细菌也可在特定条件下将石油氧化破坏，例如分布在盆地或凹陷 斜坡的一些重质稠油藏

34、，就是遭细菌生物降解所致。 细菌一般在低温条件下生存，超过90-100，大量死亡。例如甲烷菌 超过75，大量死亡。所以，一般在低温、较浅层情况下影响油气生成。 3、催化作用、催化作用 催化剂使分散有机质的原始结构破坏，促使分子重新分布， 形成结构稳定的烃类。主要有无机盐类和有机酵母两大类。 粘土矿物：粘土矿物：是自然界分布最广的无机盐类催化剂。在实验室用粘 土矿物做催化剂在150250下，可以使酒精和酮脱去水或使脂肪酸去羧 (suo一声)基，都可以产生类似石油的物质。 粘土矿物质的催化能力同其吸附性有关，催化剂表面吸附两种或两种 以上物质的原子时，它们便会互相作用而形成新的化合物。蒙脱石粘土

35、催化能力最强，高岭石粘土最弱。 有机酵母：有机酵母：能加速有机质的分解。当有酵母存在时，有机质的分 解比在细菌活动时还要快很多。实践证明，在富含植物残余的岩石中， 酵母的活动性最大。它几乎不需外部能量来源。 4 4、放射性、放射性 放射性作用是促使有机质向油气转化的能源之一。主要放射性作用是促使有机质向油气转化的能源之一。主要 放射性元素有铀、钍和钾。放射性元素有铀、钍和钾。 在砂岩和砾岩中的重矿物组分中，这些放射性元素含量 高；钾K40在化学盐类含量高；铀和钍在页岩、粘土岩、泥灰 岩及其它含大量胶体团块的岩石中含量最大。 索可夫认为，放射元素释放出的射线作用于水可以产 生氢和氧2H2O2H2

36、+O2，O2+CCO2，4H2+CO2CH4+2H2O。甲烷 在射线轰击下发生聚合作用产生长链烃类。 5 5、压力、压力 压力可以促进烃类生成，高压对于使体积增大压力可以促进烃类生成，高压对于使体积增大 的裂解反应是不利的，它可以阻止液态烃裂解为气的裂解反应是不利的，它可以阻止液态烃裂解为气 态烃。态烃。 如华盛顿油田、巴尔湖油田地层温度均超过200，仍为 油藏。可见压力对油气的形成及转化可以起到某些作用。 A B C D 生生 物气 化阶 学段 热油 催气 化阶 生段 热析 裂气 解阶 生段 凝 深生 部气 高阶 温段 腐殖质 干酷根 1 5 6 2 01001030405060708090

37、 a b c 残碳 腐殖酸富非酸碳水化合物氨基酸类脂化合物 1生物化学甲烷2原有沥青、烃、非烃化合物3石油 4湿气、凝析气5天然气6未低熟油（注：还应包括2） A b c 4 3 沉积有机质重量,% 一、生物化学生气阶段一、生物化学生气阶段 反应条件：反应条件：H H：0-1500m0-1500m，温度：，温度：10-6010-60，Ro0.5,Ro1500-2500m1500-2500m，温度：，温度：60-18060-180，RoRo： 0.5-1.0, 0.5-1.0, 进入后生作用阶段，相当于长焰煤进入后生作用阶段，相当于长焰煤- -焦煤阶段。焦煤阶段。 反应性质：反应性质：有机质转化

38、最活跃的因素是热催化作用，催化剂 为粘土矿物。热催化、热降解热催化、热降解 主要产物：主要产物：湿气、大量石油及残余的干酪根湿气、大量石油及残余的干酪根 粘土矿物的催化作用可能使长链烃类裂解成小分子烃。在进入此阶段 ，干酪根发生热降解，杂原子(O、H、S)键破裂产生二氧化碳、水、氨、 硫化氢等挥发性物质逸散，同时获得大量低分子液态烃和气烃，是主要生 油时期。其中，有机质成熟早晚跟有机质的类型有关。 三、热裂解生凝析气阶段三、热裂解生凝析气阶段 反应条件：反应条件：H:3500-4000mH:3500-4000m，温度，温度:180-250:180-250， Ro:1.0-2.0, Ro:1.0

39、-2.0, 进入后生成岩阶段后期，相当于碳化作用的进入后生成岩阶段后期，相当于碳化作用的 瘦煤瘦煤- -贫煤阶段。贫煤阶段。 反应性质：反应性质：石油热裂解、热焦化；石油热裂解、热焦化； 主要产物：主要产物：凝析气、湿气、干酪根残渣；凝析气、湿气、干酪根残渣； 此时温度超过了烃类物质的临界温度，除继续断开杂原子官 能团和侧链生烃外，主要反应是大量CC链断裂及环烷烃的开环 和破裂，长链烃急剧减少，C25以上趋于零，低分子的正烷烃剧增 ，加少量低碳原子数的环烷烃和芳烃。在地下呈气态，采到地上 反凝结为液态轻质油，并伴有湿气，这时进入了高成熟期。 四、深部高温生气阶段四、深部高温生气阶段 反应条件反

40、应条件：H6000-7000mH6000-7000m时，温度时，温度250,Ro2.0,250,Ro2.0,进进 入变生作用阶段，相当于半无烟入变生作用阶段，相当于半无烟- -无烟煤高度碳化阶段；无烟煤高度碳化阶段； 反应性质反应性质：热变质热变质 主要产物：主要产物：干气、碳沥青或次石墨干气、碳沥青或次石墨 已形成的液态烃和重质气态烃强烈裂解，变成最稳定的甲烷，干 酪根残渣释出甲烷后，进一步缩聚形成碳沥青或石墨。 生油门限：生油门限：有机质进入大量生成油气的 界限。对应的温度为门限温度，对应的深度 称为门限深度。 成熟点：成熟点：这个成熟温度所在的深度，即 称为成熟点。 生油窗：生油窗：在热

41、催化作用下，有机质能够 大量转化为石油和湿气的主要生油时期，这 一时期叫生油窗。 二次生油二次生油: :在一些地质发展演化史较复 杂的盆地，由于某种原因历经多次大构造运 动，生油岩中有机质先期在埋藏较浅尚未成 熟就被抬升，后来再度沉降埋藏到相当深度 后方达到成熟温度，有机质才可以大量生成 石油，即所谓“二次生油”。 不同地区不同层系中，由于地质条件的差异，生 油门限温度和深度会有所区别。 哈西一迈萨乌德油田志留系生油岩埋 藏历史和烃类生成随地质时代的变化 北非阿尔及利亚哈西-迈萨乌 德油田。该油田的油源来自其西北40公里凹 陷内的志留系黑色页岩。该区于古生代末期 上升，长期遭受剥蚀，此时志留系

42、生油岩尚 未成熟。直至三叠纪才开始下沉接受沉积， 志留系生油岩埋深加大，经受的地温不断升 高，达到生烃门限，具备了二次生油的条件， 所生成的石油沿不整合面运移到哈西-迈萨 乌德潜伏剥蚀构造圈闭中聚集起来，形成了 目前的大油田。 哈西-迈萨乌德油田 O-S 1 1 油油 气气 成成 因因 理理 论论 一、石油无机成因假说一、石油无机成因假说 其基本观点是石油是在高温、高压条件下形成的，其基本观点是石油是在高温、高压条件下形成的， 为非生物成因产物。证据为非生物成因产物。证据5 5点。点。 二、石油有机成因假说二、石油有机成因假说 其基本观点是石油、天然气由地质时期生物遗体在其基本观点是石油、天然

43、气由地质时期生物遗体在 适宜条件下生成。适宜条件下生成。 证据证据7 7点（环境、分布、组成、条件、时间、标志化点（环境、分布、组成、条件、时间、标志化 合物、实验）合物、实验） 三、石油成因新进展三、石油成因新进展 2 2 石石 油油 生生 成成 的的 物物 质质 基基 础础 一、生物有机质一、生物有机质 了解了解 二、沉积有机质二、沉积有机质 了解了解 三、干酪根三、干酪根 干酪根：沉积岩中所有不溶于非氧化性的酸、碱和非极性有机干酪根：沉积岩中所有不溶于非氧化性的酸、碱和非极性有机 质溶剂的分散有机质质溶剂的分散有机质。与其相对应的可溶部分称为沥青。与其相对应的可溶部分称为沥青。 类型（光

44、学和化学）（类型（光学和化学）（1 1）孢粉学家根据透射光分为藻质和无定）孢粉学家根据透射光分为藻质和无定 形，草质组分，木质组分，煤质组分（形，草质组分，木质组分，煤质组分（2 2）煤岩学家根据反射光分为）煤岩学家根据反射光分为 腐泥组，壳质组，镜质组，惰质组；腐泥组，壳质组，镜质组，惰质组； 化学分类：化学分类：型：型：H/CH/C原子（原子（1.251.751.251.75），），O/CO/C原子（原子（0.0260.120.0260.12） 型：型：H/CH/C原子（原子（0.651.250.651.25），），O/CO/C原子（原子（0.040.130.040.13）型：型：H/CH

45、/C原子原子 （0.460.930.460.93），），O/CO/C原子（原子（0.050.300.050.30） 3 3 油油 气气 生生 成成 的的 外外 在在 条条 件件 一、大地构造条件：一、大地构造条件： 1 1、发生过持续下沉的沉积盆地、发生过持续下沉的沉积盆地 2 2、沉积盆地的分割性对有机质的堆积与保存有利、沉积盆地的分割性对有机质的堆积与保存有利 3 3、板块的边缘活动带、板块内部的裂谷、坳陷以及造山、板块的边缘活动带、板块内部的裂谷、坳陷以及造山 带的前陆盆地、山间盆地等大地构造单元带的前陆盆地、山间盆地等大地构造单元 二、岩相古地理条件：二、岩相古地理条件： 1 1、海相

46、：浅海区及三角洲、海湾及泻湖区是最有利。、海相：浅海区及三角洲、海湾及泻湖区是最有利。 2 2、大陆：深水、半深水湖泊是陆相生油岩发育区域。、大陆：深水、半深水湖泊是陆相生油岩发育区域。 三、古气候条件：三、古气候条件： 温暖潮湿的气候、日照时间长，能增加生物的繁殖力。温暖潮湿的气候、日照时间长，能增加生物的繁殖力。 四、理化条件：四、理化条件： 1 1、温度与时间；、温度与时间； 2 2、细菌活动；、细菌活动； 3 3、催化作用；、催化作用； 4 4、放射性；、放射性； 5 5、压力、压力 4 4 油油 气气 生生 成成 模模 式式 一、生物化学生气阶段一、生物化学生气阶段 反应条件：反应条

47、件：H H：01500m01500m，温度：，温度：10601060，Ro0.5,Ro15002500m15002500m，温度：，温度：6018060180，RoRo：0.51.0, 0.51.0, 进入进入 后生作用阶段，相当于长焰煤后生作用阶段，相当于长焰煤焦煤阶段。焦煤阶段。 反应性质：有机质转化最活反应性质：有机质转化最活 跃的因素是热催化作用，催化剂为粘土矿物。跃的因素是热催化作用，催化剂为粘土矿物。 主要产物：湿气、大量石主要产物：湿气、大量石 油及残余的干酪根油及残余的干酪根 三、热裂解生凝析气阶段三、热裂解生凝析气阶段 反应条件：反应条件：H H：35004000m35004

48、000m，温度：，温度：180250180250， RoRo：1.02.0, 1.02.0, 进进 入后生成岩阶段后期，相当于碳化作用的瘦煤入后生成岩阶段后期，相当于碳化作用的瘦煤贫煤阶段。反应性质：石贫煤阶段。反应性质：石 油热裂解、热焦化；主要产物：凝析气、湿气、干酪根残渣；油热裂解、热焦化；主要产物：凝析气、湿气、干酪根残渣； 四、深部高温生气阶段四、深部高温生气阶段 反应条件：反应条件：H60007000mH60007000m时，温度时，温度250,Ro2.0,250,Ro2.0,进入变生作用阶段，进入变生作用阶段， 相当于半无烟相当于半无烟- -无烟煤高度碳化阶段；无烟煤高度碳化阶段

49、； 反应性质：热变质；主要产物：干反应性质：热变质；主要产物：干 气、碳沥青或次石墨；气、碳沥青或次石墨； 其中，有机质大量转化形成石油的最低温度称为门限温度。 授课内容授课内容 一、石油无机成因假说一、石油无机成因假说 其基本观点是其基本观点是石油是在高温、高压条件下形石油是在高温、高压条件下形 成的，为非生物成因产物。成的，为非生物成因产物。 无机成油学说认为，石油是在地壳深处形成无机成油学说认为，石油是在地壳深处形成 的，后来沿着深大断裂渗透到地壳上部，的，后来沿着深大断裂渗透到地壳上部， 或者在天体形成时形成，当地壳冷凝时聚集或者在天体形成时形成，当地壳冷凝时聚集 成油气藏。成油气藏。

50、 1 1、碳化物说：、碳化物说：由俄国著名化学家门捷列夫于 1876年提出。他认为在地球内部水与重金属碳化物相互作用， 可以产生碳氢化合物： 3FemCn+4mH2OmFe3O4+C3nH8m 地球形成时期，温度很高，使碳和铁变为液态，互相作用而形成碳化铁。 由于它们比重较大，保存在地球深处。 后来，地表水沿地壳裂隙向下渗透，与碳化铁作用产生碳氢化合物，后 者又沿着裂隙上升到地壳的冷却部分。 有些碳氢化合物浸透了岩石，形成油页岩、藻煤及其他含沥青岩石； 有些碳氢化合物在地表附近受到氧化，形成地表沥青等产物； 如果碳氢化合物上升到地壳比较冷却的部分，冷凝下来形成石油，并在 孔隙性岩层中聚集便可形成油藏。 1)原地有机质：自身有机质； 2)异地有机质：河流带入； 3)再沉积有机质 1)生物死后，被吞食； 2)生物化学作用分解逸散； 3)沉积保存0.8%. 1)生物物质产量； 2)保存条件氧化或还原； 3)堆积速度； 4)沉积物颗粒大小； 1)不同岩性分布不均匀：泥质多2.1%，碳酸岩盐 0.29%，砂岩0.05%； 2)不同地质时代不均衡：地层老则