石油和天然气的成因

四、油气有机成因说
早期有机成因论
晚期有机成因论
1. 十八世纪中叶，罗蒙诺索夫：蒸馏说 “石油是煤在地下高温蒸馏的产物。 2.二十世纪二十年代初期，维尔纳茨 《地球化学概论》和《生物圈》 ——详细论述了石油的有机组成和石油有 机成因的主要依据，提出了碳循环的模式。
3. Treibs（1933）：卟啉化合物的发现和证 实——石油有机成因重要依据。 4.1932年古勃金提出“混成说” ： ——早期有机成因说 5. 20世纪50年代，美国P.V.Smith ；前苏 联B.B.维尔别：现代海洋沉积物中类原油烃类 化合物的分离鉴定—有机成因早期生油说—
84.5 13
（二）沉积物（岩）中的沉积有机质
——随无机质点一起沉积并保存下来的那部分生
物有机质，称沉积有机质，又叫地质有机质。
生物体死亡后： —分解（化学分解，细菌分解）→气态的水溶成分而散失 —吞食 —保存于沉积物中：0.8%
1.沉积有机质来源
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。
烃源岩特征与油源对比
第六节
天然气的成因类型及特征
油气成因概述
油气成因、油气藏形成、油气分布规律， 是石油地质学的三大研究课题，而油气生成 是其中的根本性问题。要进行油气勘探工作， 需要选择有利的勘探区和有利层位，首先必 须解决盆地的油气生成问题。
油气成因问题，在原始物质、客观环境及转化 条件等方面，长期存在争论。
6. Bray等(1961)：正烷烃的奇偶优势研究 ——批判了沉积有机质直接成油说 7. 阿贝尔松（P.H.Abelson） (1963) ： 干酪根热解成油说（有机成因晚期成油说） 8. Phillippi等(1965) ：生油门限
8. 70年代初，法国著名地球化学家 Tissot 等 建立了干酪根热降解生烃演化模式，提出 并完善了干酪根晚期生烃学说，总结了油气 形成、演化与分布规律。
-C-OH -OH O
羟基 甲氧基
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。
每个芳香簇片状体中含＜10个的缩合芳香簇的环状化合物和 少量的含N、S、O杂环化合物。片状体直径＜10A°，两层片状 体层间距为3.4-8A°。
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。
——浅海、半深、深湖，前三角洲
滨海
浅海（陆棚）
半深海（陆坡） 深海（深海平原）
高能环境海水 进退频繁 沉积物粗 不利于繁殖、 堆积和保存
水体营养丰富， 阳光充足 水体营养不足 水体较安静 生物不发育 生物大量繁殖 生物遗体下沉经历巨厚水体 最有利 大部分遭到破坏， 陆源有机质很少
我国主要大型陆相湖盆的发育特征
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。
2.沉积有机质分布特点
——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。
3、沉积有机质数量的影响因素：
生物物质的产量、原始有机质保存条件、 沉积物堆积速度、沉积物粒度 沉积物中富含有机质的环境条件是： ①生物产率高，有机质来源充足； ②低能还原环境，有机质分解少，有机质保存条件好； ③沉积物堆积速度较大，粒度细。
有机成因说：油气是在地球上生物起源 之后，在地质历史发展过程中，由保存在 沉积岩中的生物有机质逐步转化而成。 生物有机质→油气
三、油气无机成因说
（一）泛宇宙说
（二）地球深部的无机合成说
（一）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，在地球形成时就包 含有有机物。
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。
31.6 0.1 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 1.5 0.5
横座标：元素含量/样品重量，%； 纵 座标：频率，% C H O
S
N
N-样品数；m-平均值
干酪根的元素含量分布
（2）干酪根的结构 （2）干酪根结构
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。
-O醚
-S硫化物
-C- -C-O-O-CH3 O O
酮 酯 羧基
木质素和丹宁
29 37 17 0 0 0
动物
Zooplankton （ mixed ）
Copepodes
60
65
22
25
18
10
0
0
Oysters
Higher invertebrates
55
70
33
20
12
10
0
0
生物体是有机质沉积保存的物质来源之一。
1、类脂化合物
①包括：脂肪、有机酸、甾萜类化合物、蜡、色素等。 ②主要赋存于低等植物（细菌、藻类）和动物中。
有机物 主要组份的重量百分数
植物
Spruce wood Oak leaves Scots-pine needles Phytoplankton Diatoms Lycopodium spores
蛋白质
1 6 8 23 29 8
碳水化合物
66 52 47 66 63 42
类脂化合物
4 5 28 11 8 50
原子比 H/C 1.68 1.66 1.39 1.44 1.37 1.32 1.34 1.43 1.25 1.33 1.34 1.30 0.96 0.84 0.79 0.93 0.92 0.99 O/C 0.16 0.14 0.03 0.12 0.13 0.08 0.08 0.12 0.20 0.17 0.14 0.13 0.14 0.09 0.15 0.23 0.22 0.19
一、油气成因有争议的原因
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1.油气是流体，可运移，非原地矿藏， 即产油气地≠生油气地。 2.化学成分复杂。 3.原始母质→油气？ 4.涉及学科多。
二、两大成因学派
根据在生油气原始物质问题上观点的差异，分：
无机成因说 有机成因说
无机成因说：石油及天然气是在地下 深处高温、高压条件下由无机物通过化 学反应形成的 。 无机物（C、H 、 O、Fe）→油气
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
干 酪 根 盆地或地区 类型
重量百分比 层位 C 63.14 62.96 79.95 78.4 76.55 77.85 72.40 75.65 74.47 71.82 73.74 72.7 68.28 79.47 77.56 69.62 70.54 72.8 H 8.68 8.71 9.21 9.6 8.85 8.49 8.06 9.04 7.78 7.94 8.22 7.9 5.47 5.55 5.08 5.39 5.45 6.01 O 13.54 11.33 3.61 8.6 12.91 7.86 7.65 11.56 19.86 15.95 13.30 12.5 13.01 9.23 15.04 21.03 20.21 18.9 3.43 2.83 2.28 0.53 1.01 2.40 1.89 2.73 2.69 2.1 1.56 2.05 4.8 1.35 0.7 2.03 1.54 2.7 N 1.36 0.86 S
况且，这些成分还可以是石油运移中从外界捕集的。
⑤生命起源于烃类。已知甲烷和氨可以合成氨基酸，后者经热缩合又 可成为蛋白质——生命的基础物质。也就是说，远在生物出现之前， 石油就已存在了。
六、油气无机成因说主要证据
⑥石油的分布常受断达上地幔的深断裂控制。深断裂正是烃类向上运 移最好的途径。 ⑦有机说难以解释储量巨大的石油聚集。例如：加瓦尔油田的石油储量 有107×108t，加拿大西部沥青砂岩中的重质石油储量竟达一千亿吨。 如果折算成液体还得加倍。可是沉积岩中有机质含量很低，烃含量更 低，无法满足诺大的需要量。 ⑧有机生油研究中使用溶剂抽提出来的烃类是Kerogen的破坏产物，在 抽提前本不存在。 ⑨有机方案中的生油门限温度，石油析出机制，石油聚集发生时间等方
③——最主要的生油母质。
2、蛋白质——氨基酸聚合物。
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。
3、碳水化合物——糖类
• 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的来源之一。 • 主要来源于植物。
4、木质素、丹宁
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
石油地质学
•绪论 •石油、天然气、油田水的成分和性质
•石油与天然气的形成
•储集层和盖层 •油气运移 •油气聚集和油气藏的形成 •圈闭和油气藏类型
•油气聚集单元与油气分布
•油气田勘探
石油与天然气的形成
第一节 油气成因假说概述
第二节
第三节
生成油气的原始物质
油气生成的地质环境和理化环境
第四节
第五节
有机质成烃演化模式
1973年，Pusey： “地温窗”和“液态窗” 20世纪80年代以来：“未—低成熟”石油； 煤成烃理论
五、油气有机成因说主要证据
①90%以上的石油产于沉积岩中，而大片岩浆岩、变质岩区无石油产出。 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。
面，也都有不合逻辑之处。
本 节 要 点
1、重点掌握油气成因两大学派的根本分歧；
2、了解几种重要的油气成因假说；
3、掌握油气有机成因早期说和晚期说的含义； 4、掌握液态烃的定义； 5、了解油气有机成因和无机成因的证据。
石油与天然气的形成
第一节 油气成因假说概述
第二节
第三节 第四节 第五节
生成油气的原始物质
能力强（＞纤维素），
是成煤的主要物质，也 可生成天然气和芳烃。
生物体的有机组分
元素% 类脂 化合物 蛋白质 碳水 化合物 木质素 石油 63 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。
53 44
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石油烃类中有些组分结构与某些生物组分结构有相似性，为生物标志化合物。 ⑦石油主要分布于地温小于150℃的中浅层，说明形成于相对低温条件下。
六、油气无机成因说主要证据
①实验表明，可由无机物合成烃。 nCO+2nH2→(CH)n+NH2O ——费－托反应。 ②火山喷出的气体和熔岩流中含有烃类。 ③许多天体上存有烃类（甚至植烷、姥鲛烷、卟啉、旋光性）。 ④石油的旋光性可由非旋光物质合成。石油中的卟啉也可无机合成，
1．索可洛夫（1889）：宇宙说 前苏联，库德梁采夫（1949）：岩浆说 2. T.Gold（1993）：地幔脱气说
（二）地球深部的无机合成说
——油气是在地球的深处，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。
门捷列夫（1876）：碳化物说 切卡留克（1971）：高温生成说 耶兰斯基（1971）：橄榄石蛇纹石化生油说 R．Robinson（1963，1966）：费-托地质合成说
（三）干酪根
Kerogen
埋藏，并经一系列改造 新生沉积有机质（A） 原始OM 于成岩过程中
A：
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A总量的70~90%或更多）
干酪根：
是指沉积岩中不溶于碱、非氧化性酸（ HF、HCI）、非 极性有机溶剂（CCl4、CHCl3、苯、酒精）的分散有机质。
1. 干 酪 根 的 形 成 及 演 化
２、干酪根结构和化学组成
（1）干酪根的化学成分 复杂高分子聚合物，无固定化学成分。 ［C12H12ON0.16S0.43］
☆ 干酪根的元素含量分布
复杂高分子聚合物，无固定的分子式和结构模型。
[C12H12ON0.16S0.43]X
根据对世界各地440个干酪根 样品的元素分析结果，五种元素 的重量百分比平均为： C—76.4% H—6.3% O—11.1% S—3.65% N—2.02%
油气生成的地质环境和理化环境 有机质成烃演化模式 烃源岩特征与油源对比
第六节
天然气的成因类型及特征
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
（一）生物有机质类型－生物体的有机组分 生物有机质→沉积有机质→油气 类脂化合物、蛋白质、 碳水化合物 木质素和丹宁、生物烃
活体生物的组份（据Hunt, 1996）