石油2-2生成油气的原始物质

1、石油天然气地质与勘探石油天然气地质与勘探任课人：逄 雯山东胜利职业学院一、一、油气无机成因说油气无机成因说油气有机成因说油气有机成因说三、两种成因说的主要证据三、两种成因说的主要证据? 回顾上节课内容回顾上节课内容一、一、生物有机质生物有机质二、二、沉积有机质沉积有机质三、三、干酪根干酪根生物有机质生物有机质沉积有机质沉积有机质油气油气一、生物有机质及其化学组成一、生物有机质及其化学组成生物有机体的基本有机组分： 脂类 蛋白质 碳水化合物 木质素、丹宁 通过沉积作用进通过沉积作用进入沉积物中并被埋藏入沉积物中并被埋藏下来的那部分有机质下来的那部分有机质生物种类来源 沉积有机质的生物种类来源首先

2、是浮游植物，其次是细菌、高等植物、浮游动物。生物有机质生物有机质沉积有机质沉积有机质油气油气一、生物有机质及其化学组成一、生物有机质及其化学组成生物有机体的基本有机组分： 脂类 蛋白质 碳水化合物 木质素、丹宁 油气现代有机成因理论指出，油气起源于生物有机质，生物有机质先经水体分解，进入沉积物，形成沉积有机质，然后在适宜的温压等地质条件下向油气转化。 通过沉积作用通过沉积作用进入沉积物中并被进入沉积物中并被埋藏下来的那部分埋藏下来的那部分有机质有机质生物种类来源 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。若干生物化学聚合物若干生物化学聚合物的结构示意图的结构示意图

3、(据A.Y.Huc,1980) （一）脂类（类脂化合物）（一）脂类（类脂化合物）v是生物体在维持其生命活动中不可缺少的物质之一。它包是生物体在维持其生命活动中不可缺少的物质之一。它包括括所有生物合成有机质中，所有生物合成有机质中，不能溶于水，但能溶于有机溶剂不能溶于水，但能溶于有机溶剂的物质的物质，如：脂肪、有机酸、甾萜类化合物、蜡、色素等。，如：脂肪、有机酸、甾萜类化合物、蜡、色素等。v主要赋存于主要赋存于 低等植物低等植物（细菌、藻类）（细菌、藻类）和和 动物动物 中中 蜡主要来自陆生植物蜡主要来自陆生植物。v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

4、近于石油烃，是生成油气的主要原始物质。 最主要的生油母质最主要的生油母质（一）脂类（类脂化合物）（一）脂类（类脂化合物）n是一切生物体的基本组成部分，在动物组织中含量最高，低等植物中含量高于高等植物。n蛋白质是一种羧酸，是由多种氨基酸组成的高度有序的聚合物，是生物体中一切组织的基本组成部分，是生物赖以生存的基础。n在生物体的细胞中，除水外，80%以上的物质为蛋白质，蛋白质约占动物干重的50%。n蛋白质是生物中N的主要载体。n蛋白质的化学性质不稳定，在脱离生物体进入水体、土壤及沉积物之后会很快分解为氨基酸，氨基酸的性质相对较稳定。氨基酸通过脱羧基和氨基可以转化为烃类，也可以通过缩合反应形成化学结

5、构更为复杂的地质聚合物。（二）蛋白质（二）蛋白质氨基酸聚合物氨基酸聚合物v较有利于生油，是石油中低较有利于生油，是石油中低C数烃和含数烃和含N化化合物的主要来源。合物的主要来源。RHNH2CCOOHR1R2NHCHCONHCHCONHCHCO氨基酸肽链（二）蛋白质（二）蛋白质氨基酸聚合物氨基酸聚合物化学性能不稳定，经水解、低温热解等过程可生成低C数烃和含N化合物。n多羧基醛或羧酸基酮及其形成的缩合产物。多羧基醛或羧酸基酮及其形成的缩合产物。n又称醣类，是生物体的重要组成之一，几乎又称醣类，是生物体的重要组成之一，几乎所有动植物、微生物中都含醣类，植物中含所有动植物、微生物中都含醣类，植物中含量

6、更高。碳水化合物的元素组成为量更高。碳水化合物的元素组成为C、H、On碳水化合物被氢还原后可以得到烃类，另一碳水化合物被氢还原后可以得到烃类，另一方面碳水化合物易被各种微生物分解利用而方面碳水化合物易被各种微生物分解利用而转化为微生物有机体，或被微生物利用直接转化为微生物有机体，或被微生物利用直接转化为甲烷气体，而参与油气的生成。转化为甲烷气体，而参与油气的生成。（三）碳水化合物（三）碳水化合物醣类醣类（三）碳水化合物（三）碳水化合物醣类醣类HHHOHOOHHOOHHOOHHOCH OH2OHHOCH OH2OHHOCH OH2OHHOOCH OH2OHHHHHHHHOHHHH纤维素v 易被水

7、解为水溶物或被菌解，易被水解为水溶物或被菌解，难保存难保存。非主成油非主成油物质物质v纤维素纤维素可可成煤成煤，其次可能是其次可能是芳烃和天然气来源之芳烃和天然气来源之一一v主要来源于主要来源于植物。植物。 （四）木质素、丹宁（四）木质素、丹宁OOHOOOHOCHCHH C2HCH CO3CHCH O3H COH2HCOHOCH3HC-O-HCCH O3OCH3CHH COH2CH2木质素木质素v木质素木质素仅存于仅存于高等植物高等植物中，为中，为高等植物木质部分的基本组成，高等植物木质部分的基本组成，是一种是一种芳香簇高分子化合物芳香簇高分子化合物，抗抗腐能力强腐能力强（纤维素），是（纤维素

8、），是成煤成煤的主要物质，的主要物质，也可生成也可生成天然气天然气和和芳烃芳烃。v性质稳定，不易水解，可被氧化性质稳定，不易水解，可被氧化成芳香酸和脂肪酸，在缺氧水体成芳香酸和脂肪酸，在缺氧水体中，在水和微生物的作用下，木中，在水和微生物的作用下，木质素分解，可与其他化合物生成质素分解，可与其他化合物生成腐殖质。腐殖质。 （四）木质素、丹宁（四）木质素、丹宁OOHOOOHOCHCHH C2HCH CO3CHCH O3H COH2HCOHOCH3HC-O-HCCH O3OCH3CHH COH2CH2木质素木质素v丹宁丹宁的组织和特征介于木质素与纤维素之间，主要出现在高等植物高等植物中，此外，还有

9、一系列酚类和芳香酸及其衍生物广泛分布在植物中。它们是沉积有机质中芳香结构的主要来源，也是成煤的重要有机组分。n 植物富含碳水化合物，动物富含蛋白质，高等植物富含木质素和纤维素，低等动植物、高等植物某些组织富含脂类。n 不同类型生物提供生油母质的地位不同：浮游生物细菌高等植物浮游动物；大型水生动物、陆生动物忽略不计。生物体的有机组分生物体的有机组分对比表对比表0.51.50.51384.5石石油油芳芳香香族族化化合合物物，抗抗腐腐能能力力强强，来来自自高高等等植植物物。主主成成煤煤。另另：天天然然气气、芳芳烃烃。0.30.131.6563木木质质素素糖糖类类（葡葡萄萄糖糖、麦麦芽芽糖糖、淀淀粉粉

10、、纤纤维维素素）。易易水水解解难难保保存存，非非主主成成油油物物质质。可可成成煤煤、气气、芳芳烃烃。/50644碳碳水水化化合合物物氨氨基基酸酸聚聚合合物物，较较利利于于生生油油。低低C数数烃烃和和含含N化化合合物物主主要要来来源源。17122753蛋蛋白白质质包包括括：脂脂肪肪、有有机机酸酸、甾甾萜萜类类、蜡蜡、色色素素等等。主主要要来来自自：低低等等植植物物（菌菌藻藻）、动动物物中中。主主生生油油母母质质。/21276类类脂脂化化合合物物0.51.50.51384.5石石油油芳芳香香族族化化合合物物，抗抗腐腐能能力力强强，来来自自高高等等植植物物。主主成成煤煤。另另：天天然然气气、芳芳烃烃

11、。0.30.131.6563木木质质素素糖糖类类（葡葡萄萄糖糖、麦麦芽芽糖糖、淀淀粉粉、纤纤维维素素）。易易水水解解难难保保存存，非非主主成成油油物物质质。可可成成煤煤、气气、芳芳烃烃。/50644碳碳水水化化合合物物氨氨基基酸酸聚聚合合物物，较较利利于于生生油油。低低C数数烃烃和和含含N化化合合物物主主要要来来源源。17122753蛋蛋白白质质包包括括：脂脂肪肪、有有机机酸酸、甾甾萜萜类类、蜡蜡、色色素素等等。主主要要来来自自：低低等等植植物物（菌菌藻藻）、动动物物中中。主主生生油油母母质质。/21276类类脂脂化化合合物物主主要要特特征征NSOHC元元素素%主主要要特特征征NSOHC元元素

12、素% 据估算：每年海洋中低等浮游植物繁殖量据估算：每年海洋中低等浮游植物繁殖量50005000亿吨，亿吨，若有若有0.8%0.8%保存于沉积物中，即大约有保存于沉积物中，即大约有4040亿吨埋于沉积物中，亿吨埋于沉积物中，若其中有若其中有1%1%转化为石油，即为转化为石油，即为40004000吨油吨油/ /年。那么从三叠纪年。那么从三叠纪至今至今1.71.7亿年中，就可生成亿年中，就可生成68006800亿吨。这个估算很粗略，但亿吨。这个估算很粗略，但用它来说明成油所需的生物量是足够的。用它来说明成油所需的生物量是足够的。 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，称为

13、沉积有机质沉积有机质，又叫地质有机质地质有机质。生物体生物体 死亡死亡 分解（化学，细菌）分解（化学，细菌） 气态的水溶成分气态的水溶成分 而散失而散失 吞食吞食 保存于沉积物中（只占保存于沉积物中（只占0.8%左右）左右）二、沉积有机质二、沉积有机质近近2000a2000a来黑海中有机质的估算来黑海中有机质的估算海洋中的微体生物海洋中的微体生物 原地有机质原地有机质主要来源于盆地自身。主要来源于盆地自身。 异地有机质异地有机质经河流、风等自陆携带入盆。经河流、风等自陆携带入盆。 再沉积有机质再沉积有机质已沉积的有机质由于岩石风已沉积的有机质由于岩石风 化等因素再次沉积。化等因素再次沉积。 （

14、一）沉积有机质的来源（一）沉积有机质的来源（二）沉积有机质的分布特点（二）沉积有机质的分布特点 总量很大，分布很不均衡总量很大，分布很不均衡。 不同岩性中分布不均匀。不同岩性中分布不均匀。 泥质岩多：泥质岩多：2.1%；砂岩；砂岩0.05%；碳酸盐岩；碳酸盐岩0.29%。 不同地质时代不均衡。不同地质时代不均衡。 总趋势：总趋势：地层越老地层越老，保存的沉积有机质，保存的沉积有机质越少越少。（三）影响沉积有机质丰度的因素（三）影响沉积有机质丰度的因素生物产率高，有足够数量的原始有机质；生物产率高，有足够数量的原始有机质；有利于有机质保存的低能还原性环境；有利于有机质保存的低能还原性环境；适合的

15、沉积（堆积）速率；适合的沉积（堆积）速率；（二）沉积有机质的沉积保存条件（二）沉积有机质的沉积保存条件生物产率高，有足够数量的原始有机质生物产率高，有足够数量的原始有机质 丰富的生物是沉积有机质富集的物质基础丰富的生物是沉积有机质富集的物质基础 沉积环境中生物有机质的供应，主要取决于生物的发育沉积环境中生物有机质的供应，主要取决于生物的发育程度，而适宜的的温度、充足的光照、湿润的气候和丰富程度，而适宜的的温度、充足的光照、湿润的气候和丰富的营养物质的供应又是生物发育的先觉条件。的营养物质的供应又是生物发育的先觉条件。 内陆沼泽、大型富营养湖泊、相对封闭的小洋盆地和浅内陆沼泽、大型富营养湖泊、相

16、对封闭的小洋盆地和浅海大陆架地区都有利于生物发育。海大陆架地区都有利于生物发育。有利于生物生存和有机质保存的低能还原性环境，有利于生物生存和有机质保存的低能还原性环境，水体底部的缺氧环境和适时的埋藏掩盖是有机质保水体底部的缺氧环境和适时的埋藏掩盖是有机质保存的必要条件。存的必要条件。生物有机质进入沉积物的主要途径：生物有机质进入沉积物的主要途径： 1. 1.直接通过自由沉降方式沉积到水底，颗粒和密度大的有直接通过自由沉降方式沉积到水底，颗粒和密度大的有机碎屑机碎屑 2.2.分散装的小颗粒有机质只有通过与粘土矿物吸附结合成分散装的小颗粒有机质只有通过与粘土矿物吸附结合成较大颗粒才能沉降。较大颗粒

17、才能沉降。（二）沉积有机质的沉积保存条件（二）沉积有机质的沉积保存条件及时的埋藏保存条件及时的埋藏保存条件适合的沉积（堆积）速率适合的沉积（堆积）速率1、沉积速度、沉积速度沉降速度，水体急剧变浅，有机质不沉降速度，水体急剧变浅，有机质不利保存利保存2、沉积速度、沉积速度90 65-90 25-65 25 75 80 40-80 0-40 0 100)100()75()50()100(惰质组含量镜质组含量壳质组含量腐泥组含量T 1、显微组分分类、显微组分分类根据干酪根中各显微组分的相对含量来划分干酪根的类型 100) 100() 75() 50 () 100 ( 惰质组含量镜质组含量壳质组含量腐

18、泥组含量T2、元素组成分类、元素组成分类蒂索等人以干酪根的蒂索等人以干酪根的元素组成为依据，利用元素组成为依据，利用C、H、O三个主元素的三个主元素的H/C、O/C原子比，借助原子比，借助范氏范氏(D.W.Van Krevelan)图解，将干酪根分为三图解，将干酪根分为三种类型：种类型：型、型、型、型、型干酪根型干酪根。图中图中红红粗线代表同一粗线代表同一干酪根随埋深增加，它干酪根随埋深增加，它的演化路径。的演化路径。干酪根类型范氏图干酪根类型范氏图（据（据TissotTissot和和 WelteWelte，19841984简化）简化） 2100.10.20.3H/C 原子比O /C 原子比I

19、型II型III型蒂索（蒂索（1974）用）用Van Krevalen图解，根据干图解，根据干酪根中碳、氢、氧元素分析可分为三类：酪根中碳、氢、氧元素分析可分为三类：I型（也称腐泥型）型（也称腐泥型）：原始氢含量高，氧含量：原始氢含量高，氧含量低，低，H/C介于介于1.25-1.75，O/C介于介于0.026-0.12，含类脂化合物为主，直链烷烃含量多，多环含类脂化合物为主，直链烷烃含量多，多环芳烃及含氧官能团很少，可以来自藻类堆积，芳烃及含氧官能团很少，可以来自藻类堆积，也可来自细菌强烈改造的有机质，生油潜能也可来自细菌强烈改造的有机质，生油潜能大，相当于藻质体；大，相当于藻质体；II型：型：

20、原始氢含量较高，但低于原始氢含量较高，但低于I型，型，H/C介于介于0.65-1.25，O/C介于介于0.04-0.13，以高度饱和，以高度饱和的多环碳骨架为主，中等长度直链烷烃和环的多环碳骨架为主，中等长度直链烷烃和环烷烃居多，源于海相浮植物和微生物的混合烷烃居多，源于海相浮植物和微生物的混合有机质，生油潜能中等，相当于壳质体、角有机质，生油潜能中等，相当于壳质体、角质体、树脂体、脂质体。质体、树脂体、脂质体。III型（也称腐殖型）型（也称腐殖型）：原始氢含量低和氧含量：原始氢含量低和氧含量高，高，H/C介于介于0.46-0.93，O/C介于介于0.05-0.30，以多环芳烃及含氧官能团为主

21、，主要源于高以多环芳烃及含氧官能团为主，主要源于高等植物，生油不利但利于生气，相当于镜质等植物，生油不利但利于生气，相当于镜质体、惰质体。体、惰质体。 2、元素组成分类、元素组成分类I型干酪根：型干酪根：v 原始原始H/CH/C原子比高原子比高1.251.75，O/CO/C低低0.0260.12v 链状结构多链状结构多，富含类脂和蛋白质分解产物。，富含类脂和蛋白质分解产物。芳香芳香结构和杂原子键含量低。结构和杂原子键含量低。v 主要来源于主要来源于藻类等藻类等水生低等生物水生低等生物和细菌遗体和细菌遗体，富，富C12；显微组分主要是腐泥组。显微组分主要是腐泥组。 。v 生油潜能大，生油潜能大，

22、最主要生油母质最主要生油母质。v 通常形成于静而少氧的浅水环境中沉积的富有机质通常形成于静而少氧的浅水环境中沉积的富有机质淤泥淤泥中中如如泌阳凹陷核桃园组（第三系）；松辽青山口组一段（白垩系泌阳凹陷核桃园组（第三系）；松辽青山口组一段（白垩系）型干酪根：型干酪根：v 原始原始H/C原子比原子比0.651.25，O/C原子比原子比0.040.13v 含含大量中等长度直链烷烃和环烷烃大量中等长度直链烷烃和环烷烃，也含，也含多环多环芳香烃芳香烃及及杂原子官能团杂原子官能团。v 主要来自主要来自海相海相浮游生物、植物和微生物浮游生物、植物和微生物混合混合有机质有机质v 生油潜能中等生油潜能中等。v例：

23、东营凹陷例：东营凹陷ES3烃源岩烃源岩型干酪根型干酪根v 原始原始H/CH/C原子比低原子比低0.460.93，O/CO/C高高 0.050.30v 芳香结构及含氧官能团多芳香结构及含氧官能团多；饱和烃很少，只含有；饱和烃很少，只含有少数的脂族结构，且主要为甲基和短链，常被结合少数的脂族结构，且主要为甲基和短链，常被结合在含氧基团上。在含氧基团上。v 主要来源于主要来源于陆地高等植物陆地高等植物，富，富C13 。v 生烃潜力低生烃潜力低，主要可形成，主要可形成煤、芳烃、天然气煤、芳烃、天然气。 如陕甘宁侏罗系延安组烃源岩如陕甘宁侏罗系延安组烃源岩型型干干酪酪根根一般将有机质分为四种类型一般将有

24、机质分为四种类型: :腐泥型（腐泥型（）腐殖腐泥型（腐殖腐泥型（1 1 ）腐泥腐殖型（腐泥腐殖型（ 2 2）腐殖型（腐殖型（） 在实际应用中真对不同的研究对象有过一些变通处在实际应用中真对不同的研究对象有过一些变通处理。如有的将理。如有的将型再细分为两个亚类型再细分为两个亚类，将更接近，将更接近型者型者划为划为A型，而更接近型，而更接近型者为型者为B型；也有的将型；也有的将、型范围扩大，再细分为型范围扩大，再细分为A、B型和型和A、B型，型，同时也就将同时也就将型局限在较小的范围。型局限在较小的范围。 北大西洋白垩系黑色页岩中的4种类型干酪根化学组成的明显差别 炭质泥岩炭质泥岩 腐泥型（腐泥型

25、（型）干酪根型）干酪根羌塘盆地羌塘盆地T T3 3炭质泥岩炭质泥岩 混合型（混合型（2 2型）干酪根型）干酪根羌塘盆地羌塘盆地T T3 3炭质泥岩炭质泥岩 混合型（混合型（2 2型）干酪根型）干酪根羌塘盆地羌塘盆地T T3 3炭质泥岩炭质泥岩 腐植型（腐植型（IIIIII型）干酪根型）干酪根羌塘盆地羌塘盆地T T3 3 根据根据氢指数氢指数IH和氧指数和氧指数IO的关系确定有机的关系确定有机质类型参数。质类型参数。4、应用岩石热解参数划分干酪根类型、应用岩石热解参数划分干酪根类型游离烃游离烃（S1）、）、热解烃热解烃（S2）、）、CO2（S3）、）、最大热解峰温最大热解峰温（Tmax）氢指数氢

26、指数IH ：IH=S2/有机碳含量有机碳含量氧指数氧指数IO ：IO=S3/有机碳含量有机碳含量岩样加热分解：岩样加热分解：S S1 1：吸附烃，自然条件下：吸附烃，自然条件下干酪根热解产生干酪根热解产生S S2 2：干酪根热解烃：干酪根热解烃S S3 3：二氧化碳及其它含氧：二氧化碳及其它含氧化合物化合物T Tmaxmax：最高热解峰温：最高热解峰温氢指数氢指数I IH H ： S S2 2 / /有机碳有机碳氧指数氧指数I Io o ： S S3 3 / /有机碳有机碳生油岩热解分类生油岩热解分类应用氢指数和氧指数对生油岩有机质类型的分类 随埋深随埋深，干酪干酪根根演化成熟程度增演化成熟程度增强，它们的强，它们的H/CH/C，O/CO/C，元素组成向，元素组成向富富C C方向收缩。同时方向收缩。同时，C C1212相对含量相对含量；C C1313相对含量相对含量 。（六）（六）Kerogen演化演化O/CO/C急剧急剧,（杂原子（杂原子链破裂）链破裂）COCO2 2、H H2 2O O 杂杂原子化合物。原子化合物。H/CH/C快快, ,（C CC C键破键破裂）裂）石油、湿气石油、湿气O/CO/C、H/CH/C继续继续，天然气（天然气（CHCH4 4、COCO、COCO2 2、H H2 2O O）次石墨次石