第2章 油气成因

第二节
生成油气的原始物质
一、生物有机质及其化学组成
二、沉积物（岩）中的沉积有机质
三、干酪根的组成、分类及演化
四、沥青的组成与演化
一、生物有机质及其化学组成
碳水化合物(Carbohydrate) 生 物 有 机 质
脂类(Lipids)
蛋白质(Protein)
木质素(Lignin)和丹宁(Tannin)
用而形成碳化铁。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，沿着裂隙上升冷凝形成石油。 3FemCn+4mH2O→mFe3O4+C3nH8m ——无法证实地球的深部存在金属碳化物
高温生成说—切卡留克（1971）
矿物混合物 （方解石、石英、六水泻盐等） 6000～7000MPa高压 1800oK高温 甲烷、乙烷、丙烷、 丁烷、戊烷、己烷及 少许庚烷
这是从煤岩学（ Coal-Petrology ）引进的一种在显微镜下直
接测干酪根组成的方法。将干酪根粉末洒在涂有甘油的载玻璃上，
在显微镜下观察。 直接认识干酪根的原始生物组成，细菌和埋藏后改造情况。
直接对干酪根进行分类和生油气性判断。
以透射光为基础的干酪根显微组分分类
显微组分 亚组分 原始有机质 生油 潜力 ↓ 生 油 潜 力 降 低 ↓ 反射 率 ↓ 反 射 率 增 高 ↓
2.沉积有机质的分布特点
总量很大，多数呈分散状态存在；
常与细粒成分共生；
分布很不均衡，其中近95%集中在泥页岩和碳酸盐岩中；
地层越老，保存的沉积有机质越少。
3.沉积有机质数量的影响因素
•富集沉积有机质的环境条件： ①生物物质的产量 ---------生物产率高
②原始有机质保存条件 ---------低能静水还原环境
类型
Ⅱ2 Ⅲ
25 ～ 65
＜25
35 ～ 75
＞ 75
0 ～ 40
＜0
T=
腐泥组含量×100+壳质组含量×50－镜质组含量×75 －惰质组含量×100 100
（3）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
助范氏图解，将干酪根 分为三种类型： Ⅰ 型、
在深约 150 公里的上地幔古登堡层内 ，温度超过 1500oK 、压力 5000MPa 条件下，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。
橄榄石蛇纹石化生烃说—耶兰斯基 （1971）
富含类脂的孢子和 水生浮游生物 富含木质素、纤维 素的陆生高等植物
石油、油页岩、 腐泥煤 甲烷气、 腐殖煤
——这种分类方法过于简单
（2）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。
指标 相对含量（%） 腐泥组+壳质组 Ⅰ Ⅱ1 ＞90 65 ～ 90 镜质组 ＜10 10 ～ 35 T 值法 （%） ＞80 40 ～ 80
Ⅱ型、Ⅲ型干酪根。
干酪根类型范氏图 （据Tissot和 Welte，1984简化）
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。 主要源自藻类等水生低等生物和细菌遗体；主显微组分为腐泥组。 生油潜能大，最主要生油母质。 通常形成于静而缺氧的浅水富有机质淤泥中 。
实例：南阳油田核桃园组（古近系）
松辽盆地青山口组一段（白垩系）
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。
主要来自浮游生物、植物、微生物，混合有机质。 生烃潜能中等。
实例：东营凹陷ES3烃源岩。
“地幔柱”并有深大断裂（裂谷）时，这些气体便可通过断 裂、火山活动或在地壳运动中释放。地幔脱气作用释放的气 体，大部分逸散到了大气中，仅有部分形成了天然气藏。
证据：火山岩气藏，如东太平洋海隆、红海、冰岛、中国五大连池。
2.地球深部的无机合成说
碳化物说—1876年，俄国 门捷列夫
地球形成时期，温度很高，使碳和铁变为液态，互相作
第二章
第一节
第二节
石油和天然气的成因
油气成因概述
生成油气的原始物质
第三节
第四节 第五节 第六节
有机质演化生烃的影响因素与模式
天然气的成因类型及特征 烃源岩评价 油源对比简介
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
一、油气无机成因说
两大类无机成因论： 泛宇宙说 ：包含烃类在内的有机化合物是在宇宙天体的无机演 化过程中形成的，地球在形成时就包含有机物。 宇宙说、岩浆说、地幔脱气说 地球深部的无机合成说 ：油气是在地球深处，由于高温、高压 和催化剂的作用下由H2O、CO2、H2等简单无机物反应形成的。 碳化物说、高温生成说、橄榄石蛇纹石化生油说、费-托地质合成说
1.干酪根的形成
2.干酪根的数量和分布
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。干酪根是沉积有机质的主体，约占总有机质
的80～90% 。
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
3.干酪根结构和化学组成 （1）干酪根的化学组成
干酪根的元素组成 复杂高分子聚合物，无固定化学成分。
岩区无石油产出。 ②从前寒武到第四纪的各时代沉积岩中，都找到了石油 ，但在各时代地层中分布不均匀，且正比于各时代沉积岩中 有机物的总量。 ③在近代海湖相沉积中发现了有机质向石油、天然气转 化的过程。
④各地、各时期，石油既有相似性又有区别。 ⑤石油具有旋光性。 ⑥石油烃类中，有一些组分的结构与生物某些组分的结 构具有相似性。——生物标志化合物 ⑦石油主要分布于地温小于150℃的中浅层，说明其是 在相对低温的条件下形成的。
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，只含有少数脂肪族结构 ，且主要为甲基和短链，常被结合在含氧基团上。
53 44
7 6
22 50
1 /
17 氨基酸聚合物，较利于生油。 ——低C数烃和含N化合物主要来源。 / 糖类（葡萄糖、麦芽糖、淀粉、纤维素…）。 ——易水解难保存，非主成油物质。 可成煤、气、芳烃。
0.3 芳香族化合物，抗腐能力强，来自高等植物。 ——主成煤。另：天然气、芳烃。 0.5
84.5 13
［C12H12ON0.16S0.43］X
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）干酪根的化学组成
干酪根的显微组成
证据：某些油田分布于蛇纹岩区及强烈蛇纹岩化的橄榄岩中。
费-托地质合成说—化学家 R．Robinson（1963，1966）
CO2 H 2 Fe, Co, Ni, V CnHm H 2O Q（热） 300 ~ 400 ℃
证据：原油中正烷烃的分布与费-托合成油中的相同。 地球上原始的石油可能是20亿年前通过费-托反应生成的。 费-托反应最适宜的部位：俯冲板块的接触带、蛇绿岩推覆体中、 裂谷作用所薄化的地壳中。 费 -托反应合成的烃类伴随着断裂、岩浆活动上升，并运移到储 集层中形成油气藏。世界一半以上的油气与板块俯冲及其相联系的 各种断裂有关。
在埋深22～40km的地壳玄武岩层底橄榄岩发育带，若上覆地壳 深坳陷发生张裂，水沿断裂渗入下部橄榄岩发育带，从而发生橄 榄石蛇纹石化作用；生成的烃类又沿着断裂而进入沉积岩。
3( Fe,Mg ) 2· SiO4+7H2O+SiO2+3CO2==2Mg3( OH ) 4· Si2O5+3Fe2O3+C3H6+Q(热)
腐泥组 壳质组
藻类和其它低等水生生物及细菌。 无定形体、藻质体 腐泥化产物，相对富 H 孢粉体、树脂体、 角质体、木栓质体 陆生植物孢子、花粉、角质层、 树脂、蜡和木栓层等，相对富H
镜质组
结构镜质体 无结构镜质体
丝质体
植物的结构和无结构木质纤维， 来自高等植物
丝炭化的木质纤维，来源于森林 火灾、再沉积有机质，相对富O
的干酪根，再抽提干酪根仍可释放出烃类分子。
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。
绿河页岩干酪根结构图解 (据法B.P.Tissot等，1978) A-微弱演化；B-强烈演化
4.干酪根的分类
（1）根据原始生物和成矿方向分类
有机质类型 原始生物 主要成矿方向
腐泥型有机质 腐殖型有机质
4.木质素、丹宁
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。 丹宁主要出现在高等植物中，芳香结构，特征介于木质素和纤 维素之间。
生物体的有机组分对比表
元素% 类脂 化合物 蛋白质 碳水 化合物 木质素 石油 63 5 31.6 0.5 0.1 1.5 C 76 H 12 O 2 S / N / 主要特征 包括：脂肪、有机酸、甾萜类、蜡、色素等。 主要来自：低等植物（菌藻）、动物中。 ——主生油母质。
1.脂类（类脂化合物）
以碳氢元素为主，以酸、酯、烯等形式存在，包括脂肪、 有机酸、甾萜类化合物、蜡、色素等。