石油成因理论

1、石油成因问题是石油地质学中研究的重要问题之一，石油成因问题是石油地质学中研究的重要问题之一， 对待这个问题的研究已争论了一个世纪，其原因主要有对待这个问题的研究已争论了一个世纪，其原因主要有 四个：四个： l 石油是可以流动的物体，产出地点非同生成地点。石油是可以流动的物体，产出地点非同生成地点。 l 石油是成分复杂的有机化合物，对外界途径的变化石油是成分复杂的有机化合物，对外界途径的变化 较为敏感，它的不同组份可能有不同的生成经历。较为敏感，它的不同组份可能有不同的生成经历。 l 对石油与原始母质之间的过渡形式缺乏明确的认识。对石油与原始母质之间的过渡形式缺乏明确的认识。 l 解决石油成因问

2、题涉及广泛的地质学科和化学学科。解决石油成因问题涉及广泛的地质学科和化学学科。 第一节第一节油气成因理论油气成因理论 一石油的无机成因学说一石油的无机成因学说 石油的有机成因说盛行于石油的有机成因说盛行于1919世纪中叶，较为有代表性的世纪中叶，较为有代表性的 学说有三个：学说有三个： l 碳化说（门捷列夫的学说影响最大碳化说（门捷列夫的学说影响最大1919世纪中期）世纪中期） 石油是在地下深处的重金属碳化物与下渗的水相互作石油是在地下深处的重金属碳化物与下渗的水相互作 用所形成的，经化学反应生成的蒸汽在冲向地壳的过程中用所形成的，经化学反应生成的蒸汽在冲向地壳的过程中 冷凝在地层孔隙里，在有

3、一上覆的非渗透层遮挡时，可集冷凝在地层孔隙里，在有一上覆的非渗透层遮挡时，可集 中形成油气藏。中形成油气藏。 第一节第一节油气成因理论油气成因理论 石油成因石油成因 无机无机 有机有机 l宇宙成因说（索柯洛夫宇宙成因说（索柯洛夫19世纪晚期）世纪晚期） 某些天体中发现有碳氢化合物，它们是宇宙中所固有的，在地某些天体中发现有碳氢化合物，它们是宇宙中所固有的，在地 球球处于熔融状态时，气圈中就存有碳氢化合物，后来随着地球的处于熔融状态时，气圈中就存有碳氢化合物，后来随着地球的 冷却，而被吸附并凝结在地壳的上部，在沿着裂缝溢向地表的过冷却，而被吸附并凝结在地壳的上部，在沿着裂缝溢向地表的过 程中，便

4、可以形成油气藏。程中，便可以形成油气藏。 l 岩浆说（库德梁采夫岩浆说（库德梁采夫20世纪世纪5070年代）年代） 地壳深处的岩浆中，存在碳、氢、氧、硫及石油中的其它灰分地壳深处的岩浆中，存在碳、氢、氧、硫及石油中的其它灰分 元素。在温度高达元素。在温度高达600060001200012000C C中，碳和氢形成甲炔基；在中，碳和氢形成甲炔基；在 3000300040004000C C时，可形成亚甲基；温度依次降低，可分别形成时，可形成亚甲基；温度依次降低，可分别形成 甲基化合物和甲烷。同时，一氧化碳与氢可直接合成烃类化合物。甲基化合物和甲烷。同时，一氧化碳与氢可直接合成烃类化合物。 当地球深

5、处的高温岩浆（基性岩浆）离开岩浆源侵入到地壳以致当地球深处的高温岩浆（基性岩浆）离开岩浆源侵入到地壳以致 于喷出地表的过程中，岩浆的温度逐渐降低，上述化学反应依次于喷出地表的过程中，岩浆的温度逐渐降低，上述化学反应依次 发生，在温度和压力适宜的地带，生成石油烃类。但并不否认石发生，在温度和压力适宜的地带，生成石油烃类。但并不否认石 油在运移的过程中可以掺入一些生物成因化合物的可能性。油在运移的过程中可以掺入一些生物成因化合物的可能性。 第一节第一节油气成因理论油气成因理论 斯密特在斯密特在现代沉积物现代沉积物中发中发 现了现了烃类烃类，包括液态烃，包括液态烃， 得出了石油是在沉积的早得出了石油

6、是在沉积的早 期形成的理论，突破了期形成的理论，突破了 3040年代特拉斯克关于年代特拉斯克关于 现代沉积物不存在烃类的现代沉积物不存在烃类的 著名研究，这是一个飞跃著名研究，这是一个飞跃 的突破。为此，斯密特曾的突破。为此，斯密特曾 获得了诺贝尔奖。获得了诺贝尔奖。 19世纪，有机学派提出了一些新的世纪，有机学派提出了一些新的 方案，如以低等动物为主的方案，如以低等动物为主的动物说动物说 和以藻类为主的和以藻类为主的植物说植物说。也有人主。也有人主 张石油与煤同源于高等植物，只是张石油与煤同源于高等植物，只是 沉积环境不同而已。沉积环境不同而已。 有机学说的最早提出人是有机学说的最早提出人是

7、18世纪苏世纪苏 联的罗蒙诺索夫，他认为石油是煤联的罗蒙诺索夫，他认为石油是煤 在地下经受在地下经受高温蒸馏的产物高温蒸馏的产物。 20世纪的世纪的5060年代，年代， 有人提出了有人提出了原生说原生说， 认为石油起源于生物认为石油起源于生物 体中固有的烃类。据体中固有的烃类。据 估计海洋植物每年可估计海洋植物每年可 以产生以产生12106t烃，如烃，如 有有0.01%被保存下来，被保存下来， 一亿年即可满足世界一亿年即可满足世界 石油储量。但生物体石油储量。但生物体 中的原生烃含量太少，中的原生烃含量太少， 更难以富集，不宜作更难以富集，不宜作 为生油的主要原料。为生油的主要原料。 19世纪

8、初波东尼认为动植世纪初波东尼认为动植 物都能生成石油，也称物都能生成石油，也称动动 植物混成说植物混成说。 石油有石油有 机成因机成因 第一节第一节油气成因理论油气成因理论 二石油的有机成因说二石油的有机成因说 在动植物混成说之后，人们又注意到有利于生油的生物化在动植物混成说之后，人们又注意到有利于生油的生物化 学组份，学组份，1932年前苏联的古勃金认为，各种生物化学组份都年前苏联的古勃金认为，各种生物化学组份都 可参与生油。它们来自海洋的动植物残体，也可以是从陆地可参与生油。它们来自海洋的动植物残体，也可以是从陆地 携带入的生物分解产物，含有这些有机物质的淤泥，就是将携带入的生物分解产物，

9、含有这些有机物质的淤泥，就是将 来生成石油的母质。母岩在早期由于细菌作用而产生分散态来生成石油的母质。母岩在早期由于细菌作用而产生分散态 石油，晚期由于负荷加大，将油水一起挤入多孔的地层中，石油，晚期由于负荷加大，将油水一起挤入多孔的地层中， 而油水按比重分开，形成了油藏和气藏。而油水按比重分开，形成了油藏和气藏。 第一节第一节油气成因理论油气成因理论 沉积物中的有机质在成岩作用的过程中，逐渐地转化成沉积物中的有机质在成岩作用的过程中，逐渐地转化成 为可溶有机溶剂中的为可溶有机溶剂中的沥青沥青与不溶于有机溶剂中的与不溶于有机溶剂中的干酪根干酪根两大两大 部分。部分。 l 20世纪世纪6060年

10、代后期，一些前苏联学者倾向于把沥青视为生年代后期，一些前苏联学者倾向于把沥青视为生 成石油的直接源泉。成石油的直接源泉。 l20世纪世纪7070年代西欧的一些学者认为干酪根为生油的母质，年代西欧的一些学者认为干酪根为生油的母质， 而沥青为干酪根热解过程的中间产物。而沥青为干酪根热解过程的中间产物。 第一节第一节油气成因理论油气成因理论 中间产物中间产物 干酪根干酪根沥青沥青 生油相的问题生油相的问题，在，在20世纪世纪40年代后，我国老一代石年代后，我国老一代石 油地质工作者潘钟祥、黄汲青等力排众议，以中国油油地质工作者潘钟祥、黄汲青等力排众议，以中国油 田的实例，雄辩地论证了陆相生油的现实性

11、。从此，田的实例，雄辩地论证了陆相生油的现实性。从此， 使唯海相生油论发生了动摇。目前，已很少有人反对使唯海相生油论发生了动摇。目前，已很少有人反对 陆相生油了。但还有一种错误的倾向，认为陆相环境陆相生油了。但还有一种错误的倾向，认为陆相环境 是腐植型有机质堆积，海相环境是腐泥型有机质堆积。是腐植型有机质堆积，海相环境是腐泥型有机质堆积。 第一节第一节油气成因理论油气成因理论 生油相生油相 海相海相陆相陆相 在石油有机形成理论建立之后，争论的焦点转为石油是成在石油有机形成理论建立之后，争论的焦点转为石油是成 岩岩早早 期期还是成岩还是成岩晚期晚期生成的。生成的。 l20世纪世纪5050年代，早

12、期成油主张相当活跃年代，早期成油主张相当活跃, ,当时，斯密特在现代沉积当时，斯密特在现代沉积 物中发现了烃类，包括液态烃，得出了石油是在沉积的早期形成的物中发现了烃类，包括液态烃，得出了石油是在沉积的早期形成的 理论理论, ,突破了突破了30304040年代特拉斯克关于现代沉积物不存在烃类的著年代特拉斯克关于现代沉积物不存在烃类的著 名研究名研究, ,这是一个飞跃的突破。为此，斯密特曾获得了诺贝尔奖。这是一个飞跃的突破。为此，斯密特曾获得了诺贝尔奖。 l 因为早期生成的烃与晚期生成的烃无论在数量上或是在质量上均因为早期生成的烃与晚期生成的烃无论在数量上或是在质量上均 有较大的差别。最近的一、

13、二十年来，菲利比有较大的差别。最近的一、二十年来，菲利比. .蒂索、阿尔伯莱切特蒂索、阿尔伯莱切特 等对生油剖面的详细研究表明，当母岩埋深到一定的温度和深度时，等对生油剖面的详细研究表明，当母岩埋深到一定的温度和深度时， 有机质才能产生成熟的石油烃。同时也承认，在成岩作用的晚期是有机质才能产生成熟的石油烃。同时也承认，在成岩作用的晚期是 石油的主要生成期，但不排除早期转换所做的准备。石油的主要生成期，但不排除早期转换所做的准备。 第一节第一节油气成因理论油气成因理论 成油时间成油时间 早期早期晚期晚期 三三.早期成油说与晚期成油说理论早期成油说与晚期成油说理论 1早期成油说早期成油说 认为石油

14、烃类是沉积岩中分散有机质在成岩作用早期转变而成认为石油烃类是沉积岩中分散有机质在成岩作用早期转变而成 的，是沉积物中的烃经过初步生物化学改造烃简单聚集而成的，这的，是沉积物中的烃经过初步生物化学改造烃简单聚集而成的，这 些烃的聚集所需热力、动力条件微弱，时间也不是很长。该学说的些烃的聚集所需热力、动力条件微弱，时间也不是很长。该学说的 证据是现代沉积物中发现了烃，证据是现代沉积物中发现了烃，C14分析这些烃与现代沉积同时生分析这些烃与现代沉积同时生 成，主要论点是生油过程是生物体中烃类物质的聚集和分离。成，主要论点是生油过程是生物体中烃类物质的聚集和分离。 2 2晚期成油学说晚期成油学说 20

15、世纪世纪6060年代以后年代以后, ,一些学者研究表明现代沉积中的烃和古代岩一些学者研究表明现代沉积中的烃和古代岩 石中的烃在分布和化学结构上有着本质上的差别。岩石、原油中烃石中的烃在分布和化学结构上有着本质上的差别。岩石、原油中烃 的含量比生物沉积中烃的含量高很多的含量比生物沉积中烃的含量高很多, ,岩石、原油中高碳数烃具明显岩石、原油中高碳数烃具明显 奇数碳优势消失的特征；而生物沉积中高碳数正烷烃则存在明显的奇数碳优势消失的特征；而生物沉积中高碳数正烷烃则存在明显的 奇数碳优势。因此，认为石油是有机质在奇数碳优势。因此，认为石油是有机质在成岩作用的晚期生成的成岩作用的晚期生成的。 无机成油

16、说学派无机成油说学派20世纪世纪5050年代曾发起一次反攻，但没有动摇有年代曾发起一次反攻，但没有动摇有 机说理论在这一学说中的地位，有机起源说不仅有着充分的论据，机说理论在这一学说中的地位，有机起源说不仅有着充分的论据， 而且形成了相当完整的体系，被大多数人所接受。而且形成了相当完整的体系，被大多数人所接受。 第一节第一节油气成因理论油气成因理论 四四.石油有机成因的证据石油有机成因的证据 l世界上已经发现的油气田世界上已经发现的油气田99.9%都分布在沉积岩中。都分布在沉积岩中。 l各个时代的地层中都发现了石油（前寒武各个时代的地层中都发现了石油（前寒武第三纪）。第三纪）。 l世界上石油的

17、化学成分相似，说明他们的成因可能相同。世界上石油的化学成分相似，说明他们的成因可能相同。 l石油中富集的微量元素与岩石圈的相比相差很大。石油中富集的微量元素与岩石圈的相比相差很大。 l油藏所在的地层温度较低（油藏所在的地层温度较低（6005020 腐殖腐泥型腐殖腐泥型II12506002050520 腐泥腐殖型腐泥腐殖型II2120250102025 腐殖型腐殖型III120102 第二节第二节 生成油气的物质基础生成油气的物质基础 应用应用IH与与Tmax的关系的关系 确定生油岩中的有机物类型确定生油岩中的有机物类型 l氢指数（氢指数（IH=S2/COT）: 表示每克有机碳热解所产表示每克有

18、机碳热解所产 生毫克热解烃的量。生毫克热解烃的量。 l氧指数（氧指数（IO=S3/COT） lTmax()裂解烃最高峰裂解烃最高峰 值温度：值温度：是干酪根的最高是干酪根的最高 裂解温度，反映干酪根的裂解温度，反映干酪根的 成熟度。成熟度。 干酪根干酪根是沉积岩中的生油气是沉积岩中的生油气母质母质 第二节第二节 生成油气的物质基础生成油气的物质基础 MAB抽提物是抽提物是 甲醇甲醇丙酮丙酮 苯混合溶剂。苯混合溶剂。 一、有利于油气生成的地质环境一、有利于油气生成的地质环境 1. 1.大地构造环境大地构造环境 地壳上油气资源分布的主要沉积盆地地壳上油气资源分布的主要沉积盆地 l 板块边缘活动板块

19、边缘活动 l 板块内部裂谷、坳陷板块内部裂谷、坳陷 l 造山带的前陆盆地、山间盆地造山带的前陆盆地、山间盆地 利于大量油气生成的盆地特征：利于大量油气生成的盆地特征： l沉降速率沉降速率 沉积数率沉积数率 第三节第三节 油气生成的地质环境及动力条件油气生成的地质环境及动力条件 保持沉积物处于还原环境保持沉积物处于还原环境 保持水深不变，利于生物的大量繁殖和死亡后的保存。保持水深不变，利于生物的大量繁殖和死亡后的保存。 沉积厚度大，埋藏深度大沉积厚度大，埋藏深度大，地温梯度大。，地温梯度大。 生、储、盖组合互层接触，利于有机质的转化与排烃。生、储、盖组合互层接触，利于有机质的转化与排烃。 l下降

20、速度快，持续时间长的盆地下降速度快，持续时间长的盆地 一、有利于油气生成的地质环境一、有利于油气生成的地质环境 2 2古地理环境古地理环境 l 陆相陆相 半深湖深湖区半深湖深湖区 三角洲相三角洲相 l海相海相 浅海区的泻湖浅海区的泻湖 海湾海湾 三角洲地带三角洲地带 第三节第三节 油气生成的地质环境及动力条件油气生成的地质环境及动力条件 一、有利于油气生成的地质环境一、有利于油气生成的地质环境（古地理环境）（古地理环境） 陆相：陆相：半深湖深湖区、三角洲相。半深湖深湖区、三角洲相。 深水深水半半深水湖相是陆相生油岩相发育的有利环境，这里具备深水湖相是陆相生油岩相发育的有利环境，这里具备 有机物

21、质含量丰富，水流弱，波浪小的静水沉积，水底是还原的良有机物质含量丰富，水流弱，波浪小的静水沉积，水底是还原的良 好环境，因此，具备良好的生油条件。但处于近海地带的深水湖盆好环境，因此，具备良好的生油条件。但处于近海地带的深水湖盆 地带泥岩沉积物对生油更为有利。地带泥岩沉积物对生油更为有利。 l 深水湖盆的共同特征深水湖盆的共同特征: :是长期稳定沉降的沉积岩系厚度达数千是长期稳定沉降的沉积岩系厚度达数千 米。米。 l 生油气层系发育：在湖盆长期大幅度沉降过程中，往往伴随着生油气层系发育：在湖盆长期大幅度沉降过程中，往往伴随着 震荡运动，形成多旋回特点。震荡运动，形成多旋回特点。 l 湖盆的发育

22、过程湖盆的发育过程 旋回初期，是山麓河流相砂泥岩沉积，伴随盆地下沉，水体旋回初期，是山麓河流相砂泥岩沉积，伴随盆地下沉，水体 加深，湖盆扩大，使得半深水和深水湖相泥岩沉积成为主要生加深，湖盆扩大，使得半深水和深水湖相泥岩沉积成为主要生 油岩系。后期，湖盆沉积速度变小，湖盆变浅，沉积了不利于油岩系。后期，湖盆沉积速度变小，湖盆变浅，沉积了不利于 生油的岩系，最后，为湖滨沼泽相的炭质页岩沉积，一次旋回生油的岩系，最后，为湖滨沼泽相的炭质页岩沉积，一次旋回 结束。之后，有可能开始一次新的沉积旋回，造成又一次有利结束。之后，有可能开始一次新的沉积旋回，造成又一次有利 生油的深水湖相沉积。生油的深水湖相

23、沉积。 第三节第三节 油气生成的地质环境及动力条件油气生成的地质环境及动力条件 烃源岩在湖盆中的分布特征烃源岩在湖盆中的分布特征 l 烃源岩在地区分布上烃源岩在地区分布上 深水湖相是最有利的生油岩相区深水湖相是最有利的生油岩相区 l 烃源岩烃源岩在空间上在空间上 湖盆中央的深水地区是生油的最有利地区湖盆中央的深水地区是生油的最有利地区 l 在时间上在时间上 生油最生油最有利的时期是沉积旋回中持续沉降阶段有利的时期是沉积旋回中持续沉降阶段 第三节第三节 油气生成的地质环境及动力条件油气生成的地质环境及动力条件 海相：海相：浅海区的泻湖、海湾和三角洲地带。浅海区的泻湖、海湾和三角洲地带。 浅海相浅

24、海相: :浅海相的碳酸盐岩和泥质岩具备很好的生油浅海相的碳酸盐岩和泥质岩具备很好的生油 条件，它们多处于广海大陆架和潮下带，处于持续的低条件，它们多处于广海大陆架和潮下带，处于持续的低 能环境，盆地长期稳定沉降，气候温暖湿润，生物繁盛，能环境，盆地长期稳定沉降，气候温暖湿润，生物繁盛， 水体安静，氧化还原电位是负值，水介质属弱碱性，水体安静，氧化还原电位是负值，水介质属弱碱性， 长期的还原环境使丰富的有机物质得以顺利保存，并向长期的还原环境使丰富的有机物质得以顺利保存，并向 油气转化。国外许多碳酸盐岩含油气盆地常出现碳酸盐油气转化。国外许多碳酸盐岩含油气盆地常出现碳酸盐 岩蒸发岩沉降旋回，开始

25、是深水泥灰岩，然后过渡到岩蒸发岩沉降旋回，开始是深水泥灰岩，然后过渡到 石灰岩，局部遭受重结晶和白云岩化作用；有时出现生石灰岩，局部遭受重结晶和白云岩化作用；有时出现生 物礁沉积，最后，为原生白云岩、硬石膏及盐岩等蒸发物礁沉积，最后，为原生白云岩、硬石膏及盐岩等蒸发 岩。在旋回的初、中期为有利的生油时期。岩。在旋回的初、中期为有利的生油时期。 第三节第三节 油气生成的地质环境及动力条件油气生成的地质环境及动力条件 二、有机质演化成油的作用因素二、有机质演化成油的作用因素 促使有机质演化和生成石油过程主要是生物化学和化学过程，涉及的主促使有机质演化和生成石油过程主要是生物化学和化学过程，涉及的主

26、 要因素有要因素有细菌、温度、时间和催化剂细菌、温度、时间和催化剂。 l细菌细菌 由于细菌生存条件的限制，细菌作用主要出现在有机质改造的早由于细菌生存条件的限制，细菌作用主要出现在有机质改造的早期。主要期。主要 起到以下作用：起到以下作用： 细菌本身是良好的生油原始材料，有的细菌可在自身细胞中合成细菌本身是良好的生油原始材料，有的细菌可在自身细胞中合成 少许固态的高分子烃类。少许固态的高分子烃类。 它的作用实质是将有机物中的它的作用实质是将有机物中的OO、NN、S S、P P等元素分离出来，使等元素分离出来，使C C、 H H元素富集起来。元素富集起来。 它可加速石油烃的转化，因它的存在增加了

27、石油烃的化学活性，它可加速石油烃的转化，因它的存在增加了石油烃的化学活性， 促进油气运移。促进油气运移。 通过酵素可使原始生物体中的许多组份被氧化和消化。当游离氧通过酵素可使原始生物体中的许多组份被氧化和消化。当游离氧 耗尽，在有机质附近造成还原环境，这时厌氧细菌继续和它发生作耗尽，在有机质附近造成还原环境，这时厌氧细菌继续和它发生作 用。在通氧的条件下游离产物为用。在通氧的条件下游离产物为H2O、CO2、硫酸盐、铵和磷酸盐离、硫酸盐、铵和磷酸盐离 子；在厌氧条件下主要游离产物为子；在厌氧条件下主要游离产物为CH4、CO2、H2S、H2O、铵和磷、铵和磷 酸盐离子。细菌作用是以气态和溶解态移走

28、酸盐离子。细菌作用是以气态和溶解态移走N、S、O和和P等原始的有等原始的有 机质，在此过程中，机质，在此过程中，C、H相对富集。相对富集。 第三节第三节 油气生成的地质环境及动力条件油气生成的地质环境及动力条件 l 温度温度 地温梯度：地温梯度：深度每增加深度每增加100m100m所增加的温度值，所增加的温度值， 单位：单位： /100m/100m， /km /km 。 人们曾对天然的有机质（脂肪酸、氨基酸）进行加热人们曾对天然的有机质（脂肪酸、氨基酸）进行加热 实验，得到了烃的产物，并对沉积物中的实验，得到了烃的产物，并对沉积物中的不溶有机质不溶有机质做实做实 验，也得到了烃类产物。证实了随

29、温度的增高，产物在数验，也得到了烃类产物。证实了随温度的增高，产物在数 量上相应地增加，产物中的低分子量上相应地增加，产物中的低分子成分也在逐渐地增多。成分也在逐渐地增多。 在有机质向烃类转化的过程中，温度起到如下作用：在有机质向烃类转化的过程中，温度起到如下作用： 促进不溶有机质热降解，生成石油烃。促进不溶有机质热降解，生成石油烃。 加速化学反应，增加反应速率，它的大小决定了加速化学反应，增加反应速率，它的大小决定了 生烃的数量。实验表明，低温时烃的增长速度是缓生烃的数量。实验表明，低温时烃的增长速度是缓 慢的，当达到慢的，当达到某一温度某一温度时，烃开始大量的增长，生时，烃开始大量的增长，

30、生 油数量开始显著增加。油数量开始显著增加。 第三节第三节 油气生成的地质环境及动力条件油气生成的地质环境及动力条件 门限温度门限温度（成熟温度、熟化温度）：生油母质开始大量向石（成熟温度、熟化温度）：生油母质开始大量向石 油烃类转化时的温度。油烃类转化时的温度。 门限深度：门限深度：生油母质开始大量向石油烃类转化时的深度。生油母质开始大量向石油烃类转化时的深度。 生油主要阶段的起始温度不低于生油主要阶段的起始温度不低于5050C C，终止温度古高于，终止温度古高于 175175C C，也可以说地壳中的生油过程仅出现在有限的温度或深，也可以说地壳中的生油过程仅出现在有限的温度或深 度范围。温度

31、在导致有机质发生热降解生成石油烃过程中起决度范围。温度在导致有机质发生热降解生成石油烃过程中起决 定性的因素。定性的因素。 第三节第三节 油气生成的地质环境及动力条件油气生成的地质环境及动力条件 l 门限温度门限温度 l 门限深度门限深度 第三节第三节 油气生成的地质环境及动力条件油气生成的地质环境及动力条件 （3 3）时间）时间 时间本身对有机质向石油转化不能单独起作用，但与其它时间本身对有机质向石油转化不能单独起作用，但与其它 因素相配合，却是不可忽视的因素。因素相配合，却是不可忽视的因素。时间与温度时间与温度是可以互补的，是可以互补的， 有机质向石油转化作用符合化学动力学的一级反应，即反

32、应速有机质向石油转化作用符合化学动力学的一级反应，即反应速 度只同反应物浓度的一次方成正比。据此得出了时温指数度只同反应物浓度的一次方成正比。据此得出了时温指数 （TTITTI），），它是计算有机质成熟效应值的方法之一。它是计算有机质成熟效应值的方法之一。 反应时间与地层的绝对温度呈直线关系，即反应时间的自反应时间与地层的绝对温度呈直线关系，即反应时间的自 然对数与绝对温度成然对数与绝对温度成反比直线关系反比直线关系。 A R E T A RT E t 1 lnA R E T A RT E t 1 ln A R E T A RT E t 1 ln A R E T A RT E t 1 ln 第

33、三节第三节 油气生成的地质环境及动力条件油气生成的地质环境及动力条件 （4 4）催化剂）催化剂 自然条件下的催化剂主要是粘土，其中蒙脱石的催化能力最自然条件下的催化剂主要是粘土，其中蒙脱石的催化能力最 强，高岭土的催化能力最弱。催化剂的作用主要是一种复杂的强，高岭土的催化能力最弱。催化剂的作用主要是一种复杂的 自然表面能现象。被催化剂吸附的各种原子在催化剂原子的激自然表面能现象。被催化剂吸附的各种原子在催化剂原子的激 发下变得活跃起来，而有利于结合成新的化合物。在有机质生发下变得活跃起来，而有利于结合成新的化合物。在有机质生 油过程中催化剂可以改变生物体原有的化学结构，断开油过程中催化剂可以改

34、变生物体原有的化学结构，断开C CC C键键 和和C CH H键，从而分裂出轻的烃。键，从而分裂出轻的烃。 l 蒙脱石的催化能力最强蒙脱石的催化能力最强 l 高岭土的催化能力最弱高岭土的催化能力最弱 总之，在有机质生油转化中，有催化剂的参与可以加快成烃总之，在有机质生油转化中，有催化剂的参与可以加快成烃 的反应速度，降低反应所需的活化能，改造烃的性质。随着埋的反应速度，降低反应所需的活化能，改造烃的性质。随着埋 藏的加深，有机质受逐渐增大的温度作用，同时也受到增大压藏的加深，有机质受逐渐增大的温度作用，同时也受到增大压 力的作用，对压力的作用目前尚缺乏明确的认识，但普遍认为力的作用，对压力的作

35、用目前尚缺乏明确的认识，但普遍认为 有机质生油转化中压力无明显和直接的作用，但压力影响反应有机质生油转化中压力无明显和直接的作用，但压力影响反应 系统中的物质相态，可以说系统中的物质相态，可以说温度决定了生油气的数量，温度决定了生油气的数量，压力决压力决 定了生成烃的相态。定了生成烃的相态。 第三节第三节 油气生成的地质环境及动力条件油气生成的地质环境及动力条件 生油原始物质有机质是沉积物的一部分，有机质经干酪根生油原始物质有机质是沉积物的一部分，有机质经干酪根 演变成石油和天然气是有机质成岩演化过程中附带的自然产物，演变成石油和天然气是有机质成岩演化过程中附带的自然产物， 有机质向油气演化的

36、过程受埋藏深度、温度、压力的作用，即有机质向油气演化的过程受埋藏深度、温度、压力的作用，即 在有机质演化进程的同时，所得到的烃类产物也是不同的。由在有机质演化进程的同时，所得到的烃类产物也是不同的。由 此，可按石油地质的观点将此，可按石油地质的观点将岩石的岩石的成岩和油气生成划分出阶段成岩和油气生成划分出阶段 来。岩石的成岩作用分为三个阶段，对应的油气生成阶段分为来。岩石的成岩作用分为三个阶段，对应的油气生成阶段分为 四个阶段。四个阶段。 第四节第四节 有机质的演化和油气生成的阶段性有机质的演化和油气生成的阶段性 生物化学生气阶段生物化学生气阶段 热催化生油气阶段热催化生油气阶段 热裂解生凝析

37、气阶段热裂解生凝析气阶段 高温、高压生气阶段高温、高压生气阶段 准变质作用阶段准变质作用阶段 成岩作用阶段成岩作用阶段 深层作用阶段深层作用阶段 未成熟阶段未成熟阶段 低成熟阶段低成熟阶段 高成熟阶段高成熟阶段 过成熟阶段过成熟阶段 1. 1.成岩作用阶段（生物化学生气阶段未成熟阶段）成岩作用阶段（生物化学生气阶段未成熟阶段） 有机质经沉积作用进入了埋藏状态，是沉积物固结成岩的有机质经沉积作用进入了埋藏状态，是沉积物固结成岩的 过程，生物残体有机质受细菌作用和水解作用，使原来的脂肪、过程，生物残体有机质受细菌作用和水解作用，使原来的脂肪、 蛋白质、碳水化合物、木质素、核酸等生物化学聚合物转化成

38、蛋白质、碳水化合物、木质素、核酸等生物化学聚合物转化成 为分子量较低的脂肪酸、氨基酸、糖、酚等生物化学单体物质为分子量较低的脂肪酸、氨基酸、糖、酚等生物化学单体物质, , 同时，部分有机物质被完全分解成同时，部分有机物质被完全分解成COCO2 2、CHCH4 4、NHNH3 3、H H2 2S S、H H2 2O O等等 简单分子。这些单体物质有些不再反应或成为沥青，而大部分简单分子。这些单体物质有些不再反应或成为沥青，而大部分 重新聚合成为一种新的产物，成为腐植酸、富啡酸、腐植素之重新聚合成为一种新的产物，成为腐植酸、富啡酸、腐植素之 类的腐植质类的腐植质。这种。这种高分子聚合物高分子聚合物

39、大多不再被细菌用做食物，而大多不再被细菌用做食物，而 与周围的矿物质络合，稳定的保存下来，这些物质就是生油的与周围的矿物质络合，稳定的保存下来，这些物质就是生油的 母质母质干酪根干酪根。 第四节第四节 有机质的演化和油气生成的阶段性有机质的演化和油气生成的阶段性 生物化学生气阶段生物化学生气阶段 成岩作用阶段成岩作用阶段 未成熟阶段未成熟阶段 作用深度作用深度1000m1000m，不足以使分子发生有意义的热降解。，不足以使分子发生有意义的热降解。 温度温度6000m6000m，温度温度200200，以高温、高压为特征，有，以高温、高压为特征，有 机物和已生成的石油发生强烈的裂解，由于机物和已生

40、成的石油发生强烈的裂解，由于H H的消耗，干酪根的消耗，干酪根 H/CH/C原子比很低，生油潜力枯竭，当原子比很低，生油潜力枯竭，当H/C0.45H/C0.45时，无液态烃时，无液态烃 生成；当生成；当H/C0.3H/C0.3时，接近于甲烷生成的最低限。该阶段上部时，接近于甲烷生成的最低限。该阶段上部 可含甲烷族气态同系物；下部是干气甲烷。有机质释放出甲烷可含甲烷族气态同系物；下部是干气甲烷。有机质释放出甲烷 后，本身进一步聚缩，最终将成为石墨。后，本身进一步聚缩，最终将成为石墨。 第四节第四节 有机质的演化和油气生成的阶段性有机质的演化和油气生成的阶段性 高温、高压生气阶段高温、高压生气阶段

41、 准变质作用阶段准变质作用阶段过成熟阶段过成熟阶段 第四节第四节 有机质的演化和油气生成的阶段性有机质的演化和油气生成的阶段性 第四节第四节 有机质的演化和油气生成的阶段性有机质的演化和油气生成的阶段性 以上各阶段是连续过渡的，相应的反应和产物是可以叠置交错以上各阶段是连续过渡的，相应的反应和产物是可以叠置交错 的，况且生成烃类的有机质类型不同，实际上不可能用统一的指标的，况且生成烃类的有机质类型不同，实际上不可能用统一的指标 作出截然的划分。作出截然的划分。 第四节第四节 有机质的演化和油气生成的阶段性有机质的演化和油气生成的阶段性 总之，石油烃的绝大部分总之，石油烃的绝大部分 是在有机质成

42、熟阶段产生的，是在有机质成熟阶段产生的， 液 态 烃 相 始 终 存 在 于液 态 烃 相 始 终 存 在 于 6 56 5 150150之间，之间，晚期成油说和晚期成油说和 干酪根生油说指的就是这干酪根生油说指的就是这 个阶段个阶段。蒂索曾指出，最适。蒂索曾指出，最适 合于石油生成的深度为合于石油生成的深度为20002000 3000m3000m，但并不是说，但并不是说2000m2000m以前以前 及及3000m3000m以后就不能形成石油。以后就不能形成石油。 最适合生成天然气的深度是最适合生成天然气的深度是 300030004000m4000m，虽然在较浅的，虽然在较浅的 地方也有相当多

43、的天然气形成。地方也有相当多的天然气形成。 第五节第五节 天然气成因类型及特征天然气成因类型及特征 一一.天然气的成因类型天然气的成因类型 烃类天然气的形成具有广泛性、多源性和多阶段性。烃类天然气的形成具有广泛性、多源性和多阶段性。 l无机成因无机成因 l有机成因有机成因 按有机质类型分：腐泥型按有机质类型分：腐泥型( (油型气油型气) )、腐殖型、腐殖型( (煤型气煤型气) ) 按热演化阶段分：生物气、热解气、裂解气按热演化阶段分：生物气、热解气、裂解气 按气藏位置分：气顶气、气藏气、按气藏位置分：气顶气、气藏气、溶解气、凝析气溶解气、凝析气 按重烃含量分：干气、湿气按重烃含量分：干气、湿气

44、 l混合成因混合成因 一一.烃类天然气特征烃类天然气特征 生物气生物气、油型气、油型气( (热解气、裂解气热解气、裂解气) )、煤型气、煤型气 l生物气生物气 厌氧细菌对沉积有机质进行生物化学降解所形成的富含甲烷厌氧细菌对沉积有机质进行生物化学降解所形成的富含甲烷 气体。气体。 生物气形成条件生物气形成条件 u 源岩中含有丰富的腐殖型和混合型有机质源岩中含有丰富的腐殖型和混合型有机质 u T75T97%。 u干燥系数（干燥系数（C1/C2+）在数百以上。）在数百以上。 u13C为为10055。 第五节第五节 天然气成因类型及特征天然气成因类型及特征 一一.烃类天然气特征烃类天然气特征 生物气生

45、物气、油型气、油型气( (热解气、裂解气热解气、裂解气) )、煤型气、煤型气 l油型气油型气 指腐泥型指腐泥型（I I、IIIIA A）干酪根进入成熟阶段以后所形成的天然气，干酪根进入成熟阶段以后所形成的天然气， 包括伴随生油过程形成的包括伴随生油过程形成的湿气湿气、高成熟和过成熟阶段由于干酪、高成熟和过成熟阶段由于干酪 根和液态烃裂解形成的根和液态烃裂解形成的凝析油凝析油伴生气和裂解干气。伴生气和裂解干气。 油型油型气类型气类型 u 原油伴生气（低、中成熟阶段形成的烃类气）原油伴生气（低、中成熟阶段形成的烃类气） u为凝析油伴生气（高成熟阶段形成的烃类气）为凝析油伴生气（高成熟阶段形成的烃类

46、气） 油型油型气组成特点气组成特点 u重烃含量高，重烃含量高，C2+5%，凝析油，凝析油C2+达达2025%，原油伴生，原油伴生 气可高达气可高达4050%。 uiC4/nC4比值明显小于比值明显小于1。 u13C为为5537。 原油伴生气原油伴生气13C为为5545 凝析油凝析油13C为为4537 第五节第五节 天然气成因类型及特征天然气成因类型及特征 一一.烃类天然气特征烃类天然气特征 生物气生物气、油型气、油型气( (热解气、裂解气热解气、裂解气) )、煤型气、煤型气 l煤型气煤型气 指煤系有机质指煤系有机质（IIIIB B 、 、 IIIIII ）热演化形成的天然气。热演化形成的天然气

47、。 煤型煤型气组成特点气组成特点 u重烃含量重烃含量C2+20%。 u13C为为4225。 第五节第五节 天然气成因类型及特征天然气成因类型及特征 一概述一概述 1 1概念概念 l 生油岩生油岩: :产生并足以形成工业性油、气聚集烃类的细粒沉积。产生并足以形成工业性油、气聚集烃类的细粒沉积。 l 生油岩系生油岩系: :相同的地质背景下和一定的地史时期中，形成的生相同的地质背景下和一定的地史时期中，形成的生 油岩与非生油岩的岩性组合。油岩与非生油岩的岩性组合。 l 含油岩系含油岩系: :生油岩系中储集层含油。生油岩系中储集层含油。 生油岩系生油岩系形成的油藏称原生油藏。有的含油岩系并非生油岩形成

48、的油藏称原生油藏。有的含油岩系并非生油岩 系，而形成的油藏称为次生油藏。系，而形成的油藏称为次生油藏。 2 2生油岩类型生油岩类型 生油岩主要是低能带形成的生油岩主要是低能带形成的粘土岩和碳酸盐岩粘土岩和碳酸盐岩淤泥沉积物质，淤泥沉积物质， 它们一般粒细、色暗，富含有机质和微体生物化石，常含原生分散它们一般粒细、色暗，富含有机质和微体生物化石，常含原生分散 状黄铁矿。状黄铁矿。 l 泥质岩泥质岩 泥岩、页岩泥岩、页岩和粘土岩是在一定深度稳定水体中形成的，沉积环和粘土岩是在一定深度稳定水体中形成的，沉积环 境安静乏氧，浮游生物和陆源有机胶体随粘土矿物大量堆积，得以境安静乏氧，浮游生物和陆源有机胶

49、体随粘土矿物大量堆积，得以 保存并向油气转化。所以，这些细粒的粘土岩类富含有机质及低铁保存并向油气转化。所以，这些细粒的粘土岩类富含有机质及低铁 化合物，颜色多为暗色。化合物，颜色多为暗色。 第六节第六节 生油岩研究与油源对比生油岩研究与油源对比 l碳酸盐岩碳酸盐岩 以低能环境下形成的富含有机质的以低能环境下形成的富含有机质的石灰岩、生物灰岩和泥石灰岩、生物灰岩和泥 灰岩灰岩为主。它们多呈厚层块状，水平层理或波状层理发育，为主。它们多呈厚层块状，水平层理或波状层理发育， 含黄铁矿及生物化石，偶见原生油苗，锤击可闻到沥青臭味。含黄铁矿及生物化石，偶见原生油苗，锤击可闻到沥青臭味。 我国四川盆地丰

50、富的天然气资源就是二叠系、三叠系的石灰岩我国四川盆地丰富的天然气资源就是二叠系、三叠系的石灰岩 生成的；华南地台广泛发育的古生代碳酸盐岩和华北地台震旦生成的；华南地台广泛发育的古生代碳酸盐岩和华北地台震旦 亚界、下古生界的许多碳酸盐岩都具有良好的生油条件。亚界、下古生界的许多碳酸盐岩都具有良好的生油条件。 二二. .生油岩的地球化学指标鉴定生油岩的地球化学指标鉴定 沉积岩是否能成为生油岩，鉴别生油岩的好坏要有一个标沉积岩是否能成为生油岩，鉴别生油岩的好坏要有一个标 准，这些标准包括沉积岩中有机物质的准，这些标准包括沉积岩中有机物质的如下地球化学指标：如下地球化学指标： l 有机质丰富程度有机质

51、丰富程度 l 有机质类型有机质类型 l 有机质演化程度有机质演化程度 第六节第六节 生油岩研究与油源对比生油岩研究与油源对比 l有机质的数量（有机质丰度指标）有机质的数量（有机质丰度指标） 有机碳（有机碳（TOC/%TOC/%） 指岩石种指岩石种残留的有机碳的含量残留的有机碳的含量，以单位重量岩石中有机碳，以单位重量岩石中有机碳 的重量百分数表示。的重量百分数表示。剩余有机碳剩余有机碳是生油层内油气逸散后，岩石是生油层内油气逸散后，岩石 中残留下来的有机物中碳的含量。是从实验室所侧得的数值，中残留下来的有机物中碳的含量。是从实验室所侧得的数值， 固而得名。因生油层内只有很少一部分残留下来的有机

52、物质转固而得名。因生油层内只有很少一部分残留下来的有机物质转 化成油气离去，大部分仍残留在生油层中，并且，碳又是有机化成油气离去，大部分仍残留在生油层中，并且，碳又是有机 物质中所占比例最大、最稳定的元素，所以，残余有机碳的含物质中所占比例最大、最稳定的元素，所以，残余有机碳的含 量，能够近似地代表生油岩中有机质的数量。量，能够近似地代表生油岩中有机质的数量。 列为生油岩的下限：泥质岩列为生油岩的下限：泥质岩0.40.4 碳酸盐岩碳酸盐岩0.080.080.20.2 剩余有机质数量剩余有机质数量1.221.22（1.331.33）剩余有机碳含量剩余有机碳含量 第六节第六节 生油岩研究与油源对比

53、生油岩研究与油源对比 l有机质的数量（有机质丰度指标）有机质的数量（有机质丰度指标） 氯仿沥青氯仿沥青“A A”含量（含量（%） 氯仿沥青氯仿沥青“A A”含指岩石中可含指岩石中可 抽提有机质的含量，是常有抽提有机质的含量，是常有 的有机质丰度指标之一。的有机质丰度指标之一。 好的生油岩好的生油岩“A”含量为含量为0.10.2% 非生油岩非生油岩“A”含量含量0.01% 总烃含量（总烃含量（HC/%） 生烃潜量（生烃潜量（PgS1+S2） 第六节第六节 生油岩研究与油源对比生油岩研究与油源对比 干酪根类型干酪根类型 l 有机质原始类型有机质原始类型 腐泥型腐泥型 腐殖腐殖腐泥型腐泥型 腐泥腐泥

54、腐殖型腐殖型 腐殖型腐殖型 l 光学分类光学分类 透射光透射光 反射光反射光 l 化学分类化学分类 I I型型 IIIIA A型型 IIIIB B型型 IIIIII型型 烃源岩中的干酪根分类烃源岩中的干酪根分类(据陈荣书，据陈荣书，1989，补充，补充) 孢粉学分类孢粉学分类藻藻质质絮絮质质草草质质木木质质煤煤质质 煤煤 岩岩 学学 分分 类类 显微组分显微组分壳壳质质组组镜质组镜质组情质组情质组 显微组分细分显微组分细分藻质体藻质体无定形无定形 孢孢粉粉 角质体角质体 树脂体树脂体 木栓体木栓体 结构镜质体结构镜质体 无结构镜质体无结构镜质体 丝质体丝质体 微粒体微粒体 巩膜体巩膜体 元元

55、素素 分分 析析 Tissot分类分类 藻质型藻质型 （） 腐泥型（腐泥型（）腐植型（腐植型（）残余型（残余型（） 中国分类中国分类腐腐泥泥型（型（）腐植型（腐植型（）煤质型（煤质型（） 原始原始H/C原子比原子比1.70-1.501.501.301.00.700.600.50 原始原始O/C原子比原子比0.10.20.10.30.20.30.25 岩岩 石石 热热 解解 分分 析析 生烃潜力生烃潜力S1+S2 （kg/t岩石）岩石） 66422 降解率（降解率（%）50105010 IH（mg/g有机碳）有机碳）800800500150 IO（mg/g有机碳）有机碳）40604015050

56、红红 外外 光光 谱谱 分分 析析 2930(cm-1)/1600(cm- 1) 3.03.00.4 1460(cm-1)/1600(cm-1)1.201.200.450.25 有机质来源有机质来源海生、湖生海生、湖生陆生陆生陆生陆生 陆生强氧化陆生强氧化 或再循环或再循环 化石燃料化石燃料 以油、油页岩、藻以油、油页岩、藻 煤和残植煤为主煤和残植煤为主 油气油气 以气和腐植以气和腐植 煤为主煤为主 无油、少量气无油、少量气 l有机质的类型有机质的类型 第六节第六节 生油岩研究与油源对比生油岩研究与油源对比 l 有机质成熟度指标有机质成熟度指标 1. 1.镜煤反射率（镜煤反射率（R RO O）

57、 ） 镜煤反射率（镜煤反射率（RoRo）被认为是研究干酪根演化和成熟度的最佳参）被认为是研究干酪根演化和成熟度的最佳参 数之一。该值是一个数之一。该值是一个不可逆的数据不可逆的数据，是一项衡量生油岩经历的时，是一项衡量生油岩经历的时 间间古地温史、有机质热成熟的良好指标。古地温史、有机质热成熟的良好指标。 成岩作用阶段：成岩作用阶段：R RO O0.5 0.50.7%0.7%，生油岩未成熟。，生油岩未成熟。 深层作用阶段：深层作用阶段： 0.50.50.7%R0.7%RO O1.3 1.3，生油岩低成熟，进入主生油期；，生油岩低成熟，进入主生油期； 1.3% R1.3% RO O2.0 2.0

58、 2.0，生油岩过成熟，进入干气、甲，生油岩过成熟，进入干气、甲 烷气带。烷气带。 目前，在应用目前，在应用R RO O值鉴定生油岩成熟度中应用的最为广泛，但 值鉴定生油岩成熟度中应用的最为广泛，但 存在着存在着局限性局限性，因为，镜煤广泛分布于煤中，在，因为，镜煤广泛分布于煤中，在I I、IIII、IIIIII型干酪型干酪 根中的含量是不同的，所以，应用根中的含量是不同的，所以，应用R RO O确定成熟度要与其它生油岩成 确定成熟度要与其它生油岩成 熟度参数对比，并与已知油气田对比，可以区分油、气形成的阶段。熟度参数对比，并与已知油气田对比，可以区分油、气形成的阶段。 第六节第六节 生油岩研

59、究与油源对比生油岩研究与油源对比 （1）正烷烃分布特征和奇偶优势）正烷烃分布特征和奇偶优势 岩石抽提物中奇、偶原子正烷烃的相对丰度，称为正烷烃岩石抽提物中奇、偶原子正烷烃的相对丰度，称为正烷烃 奇偶优势比。奇偶优势比。 CPICPI值值 上式是以上式是以C C29 29为中心 为中心, ,将将C C24 24 C C34 34正烷烃的百分含量代入公式 正烷烃的百分含量代入公式 中计算中计算。 近代沉积物的近代沉积物的CPICPI值分布在值分布在2.42.45.55.5之间，因生物体内最丰之间，因生物体内最丰 富的正烷烃一般是富的正烷烃一般是C C27 27、 、C C29 29、 、C C31

60、 31、 、C C33 33， ，由于生物体中的正烷烃由于生物体中的正烷烃 存在明显的奇数碳优势，随着埋深的加大，至热催化生油气阶存在明显的奇数碳优势，随着埋深的加大，至热催化生油气阶 段，段，干酪根干酪根热分解产生没有奇数、偶数优势的新正烷烃，使热分解产生没有奇数、偶数优势的新正烷烃，使CPICPI 值降低。到主生油带该值在值降低。到主生油带该值在1 1附近。原油的附近。原油的CPICPI值在值在0.90.91.51.5 之间，因此，认为只要沉积岩的之间，因此，认为只要沉积岩的CPICPI值接近这个值范围，就是生值接近这个值范围，就是生 油岩，该值越接近于油岩，该值越接近于1 1附近，生油岩