石油22生成油气的原始物质

石油天然气地质与勘探任课人：逄雯山东胜利职业学院现在是1页\一共有80页\编辑于星期日油气成因概述生成油气的原始物质油气生成的地质环境与物理化学条件有机质成烃演化模式天然气的成因类型及特征烃源岩特征与油源对比第二章石油和天然气的成因

《石油天然气地质与勘探》现在是2页\一共有80页\编辑于星期日第一节油气成因概述一、油气无机成因说二、油气有机成因说三、两种成因说的主要证据???回顾上节课内容现在是3页\一共有80页\编辑于星期日第二节生成油气的原始物质一、生物有机质二、沉积有机质三、干酪根现在是4页\一共有80页\编辑于星期日生物有机质→沉积有机质→油气一、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入沉积物中并被埋藏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是浮游植物，其次是细菌、高等植物、浮游动物。现在是5页\一共有80页\编辑于星期日生物有机质→沉积有机质→油气一、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。通过沉积作用进入沉积物中并被埋藏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是浮游植物，其次是细菌、高等植物、浮游动物。现在是6页\一共有80页\编辑于星期日若干生物化学聚合物的结构示意图(据A.Y.Huc,1980)

现在是7页\一共有80页\编辑于星期日（一）脂类（类脂化合物）是生物体在维持其生命活动中不可缺少的物质之一。它包括所有生物合成有机质中，不能溶于水，但能溶于有机溶剂的物质，如：脂肪、有机酸、甾萜类化合物、蜡、色素等。主要赋存于低等植物（细菌、藻类）和动物中

蜡主要来自陆生植物。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。——最主要的生油母质现在是8页\一共有80页\编辑于星期日（一）脂类（类脂化合物）现在是9页\一共有80页\编辑于星期日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。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。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%。蛋白质是生物中N的主要载体。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构更为复杂的地质聚合物。（二）蛋白质—氨基酸聚合物现在是10页\一共有80页\编辑于星期日——较有利于生油，是石油中低C数烃和含N化合物的主要来源。（二）蛋白质—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。现在是11页\一共有80页\编辑于星期日多羧基醛或羧酸基酮及其形成的缩合产物。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，植物中含量更高。碳水化合物的元素组成为C、H、O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。（三）碳水化合物—醣类现在是12页\一共有80页\编辑于星期日（三）碳水化合物—醣类

易被水解为水溶物或被菌解，难保存。非主成油物质纤维素可成煤，其次可能是芳烃和天然气来源之一主要来源于植物。现在是13页\一共有80页\编辑于星期日（四）木质素、丹宁木质素木质素仅存于高等植物中，为高等植物木质部分的基本组成，是一种芳香簇高分子化合物，抗腐能力强（＞纤维素），是成煤的主要物质，也可生成天然气和芳烃。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腐殖质。现在是14页\一共有80页\编辑于星期日（四）木质素、丹宁木质素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中，此外，还有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。现在是15页\一共有80页\编辑于星期日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。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。现在是16页\一共有80页\编辑于星期日生物体的有机组分对比表现在是17页\一共有80页\编辑于星期日据估算：每年海洋中低等浮游植物繁殖量5000亿吨，若有0.8%保存于沉积物中，即大约有40亿吨埋于沉积物中，若其中有1%转化为石油，即为4000吨油/年。那么从三叠纪至今1.7亿年中，就可生成6800亿吨。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。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，称为沉积有机质，又叫地质有机质。生物体死亡分解（化学，细菌）气态的水溶成分而散失吞食保存于沉积物中（只占0.8%左右）二、沉积有机质现在是18页\一共有80页\编辑于星期日近2000a来黑海中有机质的估算现在是19页\一共有80页\编辑于星期日海洋中的微体生物现在是20页\一共有80页\编辑于星期日

原地有机质——主要来源于盆地自身。

异地有机质——经河流、风等自陆携带入盆。

再沉积有机质——已沉积的有机质由于岩石风化等因素再次沉积。（一）沉积有机质的来源现在是21页\一共有80页\编辑于星期日（二）沉积有机质的分布特点

——总量很大，分布很不均衡。

①不同岩性中分布不均匀。泥质岩多：2.1%±；砂岩0.05%；碳酸盐岩0.29%。②不同地质时代不均衡。总趋势：地层越老，保存的沉积有机质越少。现在是22页\一共有80页\编辑于星期日（三）影响沉积有机质丰度的因素①生物产率高，有足够数量的原始有机质；②有利于有机质保存的低能还原性环境；③适合的沉积（堆积）速率；现在是23页\一共有80页\编辑于星期日（二）沉积有机质的沉积保存条件①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

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海大陆架地区都有利于生物发育。现在是24页\一共有80页\编辑于星期日②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存的必要条件。生物有机质进入沉积物的主要途径：

1.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较大颗粒才能沉降。（二）沉积有机质的沉积保存条件现在是25页\一共有80页\编辑于星期日③及时的埋藏保存条件④适合的沉积（堆积）速率1、沉积速度>沉降速度，水体急剧变浅，有机质不利保存2、沉积速度<沉降速度，水体急剧变深，生物有机质的下沉过程很漫长，容易被各种因素所破坏3、沉积速度等于沉降速度，一定深度的稳定水体利于保存。盆地持续下沉（二）沉积有机质的沉积保存条件现在是26页\一共有80页\编辑于星期日

油气起源于生物物质，而其主要组成要经历深刻的转化才能成为油气，这个转化就是从生物有机质进入沉积有机质开始的。生物死后其遗体将受到化学分解和细菌分解，大部分成为气态或水溶液而逸散掉，部分还遭受生物吞食，真正进入到沉积物中去的只是一些生物物质中稳定成分，如几丁质、孢粉、树脂等，以及一些新生成的复杂分子。也就是说石油天然气的原始物质仍以沉积岩中的分散有机质为主，沉积有机质经历了复杂的生物化学及化学反应，通过腐泥化及腐殖化形成干酪根（Kerogen），成为石油天然气的先驱。三、干酪根Kerogen

现在是27页\一共有80页\编辑于星期日三、干酪根Kerogen

可溶性有机质（可溶性沥青）：烃，含N.S.O化合物不溶性有机质：干酪根（占总量的70~90%或更多）干酪根：指沉积岩中不溶于非氧化性酸、碱和常用有机溶剂的分散有机质。原始OM沉积有机质28现在是28页\一共有80页\编辑于星期日三、干酪根Kerogen

可溶性有机质（可溶性沥青）：烃，含N.S.O化合物不溶性有机质：干酪根

（占总量的70~90%或更多）生物有机质沉积有机质29现在是29页\一共有80页\编辑于星期日三、干酪根Kerogen

★干酪根：指沉积岩中不溶于非氧化性的酸、碱和常用有机溶剂的分散有机质。Kerogen在沉积岩中呈分散状态存在，是一种分散有机质，主要存在于粘土岩、泥晶碳酸盐岩中。通常，用氢氟酸处理岩样，即可分离出Kerogen。棕色到黑色粉末，镜下观察可以呈球状、棒状、无定形等。30现在是30页\一共有80页\编辑于星期日三、干酪根Kerogen

★干酪根(2006)：指沉积岩中不溶于非氧化性的酸、碱和常用有机溶剂的分散有机质。形成：干酪根的形成从生物体衰老期间有机组织开始发生化学和生物降解转化，大分子聚合物部分或完全被分解，形成单体分子，它们构成新的地质聚合物，形成干酪根前驱，在成岩作用过程中，地质聚合物变得更大，更复杂形成干酪根（主要由C、H、O和少量S、N组成）。干酪根在沉积有机质中含量可介于70-90%或更高。31现在是31页\一共有80页\编辑于星期日干酪根的形成可分为两步：①有机质转化为地质聚合物：②地质聚合物转化成干酪根：（一）干酪根的形成现在是32页\一共有80页\编辑于星期日干酪根的形成可分为两步：①有机质转化为地质聚合物：

在生物体衰老期间，有机组织发生化学及生物降解和转化，结构规则的大分子生物聚合物部分或完全被拆散，形成一些单体分子，它们或遭破坏或通过腐殖化作用构成一些新的结构不规则的大分子，即地质聚合物。（一）干酪根的形成现在是33页\一共有80页\编辑于星期日干酪根的形成可分为两步：②地质聚合物转化成干酪根：

地质聚合物变得更大、更复杂、结构欠规则；至埋藏到数十或数百米后，具很大分子量的干酪根才真正发育起来。（一）干酪根的形成现在是34页\一共有80页\编辑于星期日

干酪根的形成及演化

现在是35页\一共有80页\编辑于星期日

干酪根在沉积岩中分布广泛，是地球上有机碳最普遍的一种存在形式。

据测定：沉积岩中干酪根的平均含量为：0.3%；地球上的干酪根含量约为：1016吨而地球上煤和石油的储量分别为：煤：5×1012吨占干酪根总量的1/600油：0.2×1012吨占干酪根总量的1/1500（二）干酪根的数量和分布现在是36页\一共有80页\编辑于星期日干酪根是地球上有机质分布最广泛的形式，是煤和液态石油的1,000倍和非储集岩岩石中分散天然沥青的50倍（Hunt，1972；Tissot＆Welte，1978）。应该承认，干酪根是最主要的原始成烃物质，但并非原始成烃物质的全部。应该说形成油气的原始物质是沉积有机质，而不仅是干酪根。干酪根数量与化工燃料最大资源的比较现在是37页\一共有80页\编辑于星期日

在古代生油岩有机质中，干酪根含量一般在90%～70%。干酪根是沉积有机质的主体，约占总有机质的80～90%。

干酪根在地层中的数量是很充足的，足以生成大量石油和天然气。但不同沉积盆地中干酪根含量有较大的差别，而不同类型的干酪根的生油潜力也不同。（二）干酪根的数量和分布现在是38页\一共有80页\编辑于星期日复杂高分子聚合物，无固定化学成分。［C12H12ON0.16S0.43］X（三）干酪根结构和化学组成

主要由C、H、O和少量S、N元素组成，平均重量百分数分别为76.4%、6.3%、11.1%、3.65%、2.02%，即C、H含量比石油低，O、S、N含量比石油高得多。1.干酪根的化学成分现在是39页\一共有80页\编辑于星期日干酪根的元素含量分布(据B.Durand&J.C.Monin,1980，修改)

横座标：元素含量/样品重量，%；纵座标：频率，%。N-样品数；m-平均值；a-碳；b-氢；c-氧；d-有机硫；e-氮现在是40页\一共有80页\编辑于星期日

1）干酪根由核和链桥交联而成。链桥一般为脂肪链、含硫、或含氧官能键，核和链桥表面可有些官能团。2）核由2~4个基本砌块组成。3）基本砌块一般包含两层芳香族片状体。2.干酪根结构（三）干酪根结构和化学组成现在是41页\一共有80页\编辑于星期日①核，可以是单环、或缩合环、芳香环或脂族环，含硫或含氮的杂环(核间由不同类型桥键连接成三维主体结构，核表面再连结各种基团)；②桥键，有脂肪族碳键-(CH)n-；含氧或含硫的官能键，-C-（酮），-C-O-（酯），-O-（醚键），-S-（硫键），-S-S-（二硫键）；③官能团，有羟基（-OH），羧基（-COOH），氧甲基（-OCH3）等；④结构间隙中，可截获的各种类型的游离分子。2.干酪根结构（三）干酪根结构和化学组成现在是42页\一共有80页\编辑于星期日(据法B.P.Tissot等，1978)A-微弱演化；B-强烈演化干酪根的结构呈三维网状系统，由多个核被桥键和各种官能团联接而成。（三）干酪根结构和化学组成现在是43页\一共有80页\编辑于星期日（四）干酪根的显微组成

在各种显微镜下观察干酪根可以发现，干酪根是由颜色、形态和结构各异的显微组分组成的。以透射光为基础的干酪根显微组分分类

现在是44页\一共有80页\编辑于星期日显微组分原始有机质生油潜力反射率腐泥组藻类和其它低等水生生物及细菌。腐泥化产物，相对富氢↓生油潜力降低↓↓反射率增高↓壳质组陆生植物的孢子、花粉、角质层、树脂、蜡和木栓层等，相对富氢镜质组植物的结构和无结构木质纤维，来自高等植物惰质组丝炭化的木质纤维，来源于森林火灾、再沉积有机质，相对富氧1、显微组分的来源及生油潜力现在是45页\一共有80页\编辑于星期日主要存在于Ⅱ、Ⅲ型干酪根中，其反射率（Ro）可以反映成岩作用强度，烃源岩经历的时间—温度史及有机质演化成熟程度。最初煤岩学家将Ro用于煤的研究，以确定煤演化阶段：泥炭————褐煤————烟煤————无烟煤Ro：＜0.5%——＞0.5%——1.0-1.5%————＞2.5%后来将Ro引入烃源岩研究中，用以反映有机质向油气转化程度。例如：Ⅱ型干酪根——Ro：＜0.5%——0.5-1.3%——1.3-2.0%———＞2.5%有机质未熟———成熟————高熟————过熟☆镜质组现在是46页\一共有80页\编辑于星期日藻质体(Alginite)：具有一定结构的藻类遗体。有较完整的形态，轮廓清晰。透射光下黄色、黄褐色、淡绿黄色。在反射光下呈深灰色，有微突起。有强烈荧光性。

2、各显微亚组分的特征无定形体(Amorphous)：水生生物(如藻类)彻底分解的产物，在镜下无一定形状，多呈不规则的团块、絮状或云雾状结构，透射光下颜色为鲜黄、褐黄、褐色，透明至不透明。成因有多种解释现在是47页\一共有80页\编辑于星期日藻类体1（腐泥组）800×藻类体2（腐泥组）80×现在是48页\一共有80页\编辑于星期日孢粉体(Sporo-pollinite)：草本、木本、水生和陆生的孢子花粉体。常呈圆形、椭圆形、三角形、多角形等单体，有时呈结合体，表面具有各种纹饰或突起，颜色从黄绿色至棕褐色。角质体(Gutinite)：来源于植物表皮组织，通常由一层细胞构成，包裹着叶、草木茎、芽和幼根。镜下多呈细长带状，外缘平滑，内缘呈锯齿状、波纹状。2、各显微亚组分的特征现在是49页\一共有80页\编辑于星期日树脂体(Resinite)：形状很多，常呈椭圆形、纺锤状，轮廓清晰，没有结构，镜下多呈柠檬色。木栓质体(Suberinite)：具有明显的细胞壁和细胞腔结构。细胞似板状、大网格状，排列规则，细胞之间无间隙。轮廓线一般较平直。颜色为黄色、褐黄色。壳质组的显微组分虽多，但在干酪根总量中仅占2-10%。

2、各显微亚组分的特征现在是50页\一共有80页\编辑于星期日孢子体1（来自菌类），反射荧光下观察，600×小孢子体1，160×现在是51页\一共有80页\编辑于星期日角质体（壳质组）

800×木栓体（壳质组）60×现在是52页\一共有80页\编辑于星期日结构镜质体(Telinite)：具较清晰的木质结构，即使经强烈分解后仍可用颜色区分出细胞痕迹的凝胶化组分。2、各显微亚组分的特征无结构镜质体(Colinite)：经强烈分解后，细胞结构完全消失的凝胶化组分通称无结构镜质体。在透射光下常呈均匀长条板块状、小块段、不规则或规则的条带状，颜色大多为橙红色至褐红色，透明至半透明。因这种显微组分是典型的腐殖质，结构比较均一，故常用来测定反射率值。现在是53页\一共有80页\编辑于星期日丝质体(Fusinite)：高等植物木质部分经强烈炭化而成。形状有断块状、碎片状、条带状、卵圆状。在透射光下为黑色，不透明。

2、各显微亚组分的特征现在是54页\一共有80页\编辑于星期日结构镜质体1（多无荧光）胶质镜质体现在是55页\一共有80页\编辑于星期日丝质体（惰质组）（亮点：无机矿物）现在是56页\一共有80页\编辑于星期日由于干酪根的组成受形成环境和原始有机质来源的控制，所以在客观上存在着不同的类型。干酪根的类型问题是生油母质的质量问题，它既控制了干酪根的演化方向，又控制了烃类的生成速度和数量。★（五）干酪根的分类根据原始生物和成矿方向的不同，有机质分：有机质类型原始生物主要成矿方向腐泥型有机质富含类脂的孢子和水生浮游生物石油、油页岩、腐泥煤腐殖型有机质富含木质素、纤维素的陆生高等植物甲烷气、腐殖煤——这种分类方法过于简单(考研可能考)现在是57页\一共有80页\编辑于星期日★

1、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现在是58页\一共有80页\编辑于星期日★

1、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

现在是59页\一共有80页\编辑于星期日★2、元素组成分类蒂索等人以干酪根的元素组成为依据，利用C、H、O三个主元素的H/C、O/C原子比，借助范氏(D.W.VanKrevelan)图解，将干酪根分为三种类型：Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型干酪根。图中红粗线代表同一干酪根随埋深增加，它的演化路径。干酪根类型范氏图（据Tissot和Welte，1984简化）

现在是60页\一共有80页\编辑于星期日蒂索（1974）用VanKrevalen图解，根据干酪根中碳、氢、氧元素分析可分为三类：I型（也称腐泥型）：原始氢含量高，氧含量低，H/C介于1.25-1.75，O/C介于0.026-0.12，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，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；II型：原始氢含量较高，但低于I型，H/C介于0.65-1.25，O/C介于0.04-0.13，以高度饱和的多环碳骨架为主，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有机质，生油潜能中等，相当于壳质体、角质体、树脂体、脂质体。III型（也称腐殖型）：原始氢含量低和氧含量高，H/C介于0.46-0.93，O/C介于0.05-0.30，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，相当于镜质体、惰质体。★2、元素组成分类现在是61页\一共有80页\编辑于星期日I型干酪根：

原始H/C原子比高1.25~1.75，O/C低0.026~0.12

链状结构多，富含类脂和蛋白质分解产物。芳香结构和杂原子键含量低。

主要来源于藻类等水生低等生物和细菌遗体，富C12；显微组分主要是腐泥组。。

生油潜能大，最主要生油母质。通常形成于静而少氧的浅水环境中沉积的富有机质淤泥中如泌阳凹陷核桃园组（第三系）；松辽青山口组一段（白垩系）现在是62页\一共有80页\编辑于星期日I型干酪根现在是63页\一共有80页\编辑于星期日Ⅱ型干酪根：

原始H/C原子比0.65~1.25，O/C原子比0.04~0.13

含大量中等长度直链烷烃和环烷烃，也含多环芳香烃及杂原子官能团。

主要来自海相浮游生物、植物和微生物混合有机质

生油潜能中等。例：东营凹陷ES3烃源岩现在是64页\一共有80页\编辑于星期日Ⅱ型干酪根现在是65页\一共有80页\编辑于星期日Ⅲ型干酪根

原始H/C原子比低0.46~0.93，O/C高0.05~0.30

芳香结构及含氧官能团多；饱和烃很少，只含有少数的脂族结构，且主要为甲基和短链，常被结合在含氧基团上。

主要来源于陆地高等植物，富C13。

生烃潜力低，主要可形成煤、芳烃、天然气。

如陕甘宁侏罗系延安组烃源岩现在是66页\一共有80页\编辑于星期日Ⅲ型干酪根现在是67页\一共有80页\编辑于星期日一般将有机质分为四种类型:腐泥型（Ⅰ）腐殖腐泥型（Ⅱ1）腐泥腐殖型（Ⅱ2）腐殖型（Ⅲ）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Ⅱ型再细分为两个亚类，将更接近Ⅰ型者划为ⅡA型，而更接近Ⅲ型者为ⅡB型；也有的将Ⅰ、Ⅲ型范围扩大，再细分为ⅠA、ⅠB型和ⅢA、ⅢB型，同时也就将Ⅱ型局限在较小的范围。

现在是68页\一共有80页\编辑于星期日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

现在是69页\一共有80页\编辑于星期日炭质泥岩腐泥型（Ⅰ型）干酪根

羌塘盆地T3炭质泥岩混合型（Ⅱ2型）干酪根

羌塘盆地T3炭质泥岩混合型（Ⅱ2型）干酪根

羌塘盆地T3炭质泥岩腐植型（III型）干酪根

羌塘盆地T3

现在是70页\一共有80页\编辑于星期日——根据氢指数IH和氧指数IO的关系确定有机质类型参数。4、应用岩石热解参数划分干酪根类型游离烃（S1）、热解烃（S2）、CO2（S3）、最大热解峰温（Tmax）氢指数IH：IH=S2/有机碳含量氧指数IO：IO=S3/有机碳含量现在是71页\一共有80页\编辑于星期日岩样加热分解：S1：吸附烃，自然条件下