油气地球化学

一、名词解释
1.生物圈: 是指生物生存的地球外圈，包括大气圈、水圈和地壳表层。

2.有机圈: 是以古今生物为来源的有机质的分布、演变空间。

有机圈包括生物圈。

3.地球化学界面：又称地球化学墙，是指Eh或pH值的某种特定值或特定界限，特定的矿物或沉积物只在界限一边存在，不在界限另一边出现。

4.有机物界面：又称有机物墙,位于Eh值为零的面上，在此界面之上为氧化环境，有机质不能保存；在此界面之下为还原环境，有机质才能保存。

5.干酪根：泛指一切不溶于常用有机溶剂的沉积岩中的有机质。

6.沥青“A”:用常用有机溶剂（如氯仿）从烃源岩中直接抽提出的可溶有机质称为沥青“A”
7.沥青“B”有机溶剂抽提后的残渣，经高温热解后再用有机溶剂抽提出来的可溶有机质。

8.沥青“C”：使用有机溶剂从沉积物或岩石中抽提出可溶有机质后，用有机溶剂从酸(HCl)处理过的沉积物或岩石中抽提出来的可溶有机质。

9.原油族组成:是族组分分离过程中得到的组成成分，包括饱和烃、芳香烃、非烃和沥青质。

10.原油馏份组成：石油组分分析中，用某个温度范围内蒸馏出的馏分百分含量(重量或体积)所表示的石油组成
11.有机显微组分：显微组分就是指这些在显微镜下能够认别的有机组分。

12.稳定碳同位素相对丰度：的度量可以用12C/13C比值表示，而习惯上以δ13C表示，即(表达式略)
13.腐泥质：是在滞水盆地条件下（海湾、泻湖、湖泊等）堆积的有机淤泥。

14.腐殖质：是由高等植物的细胞和细胞壁（主要由木质素、纤维素、丹宁组成）在有氧条件下沉积而成的有机物质。

15.有机质成熟度：是指有机质的热演化水平，是沉积有机质在地温升高的条件下有机质化学性质和物理性变化规律的总和。

16.原油的热蚀变作用：是指在油藏条件下经历高温作用原油发生的地球化学作用过程。

17.储层的热蚀变作用：在储层中，石油和天然气中的烃类若处在更高温的地热系统中，会向着分子结构更稳定、自由能降低的方向继续演化，最终形成在该温度、压力下稳定的混合物。

这一过程叫烃类储层的热蚀变作用。

18.有机质的生烃演化模式：是有机质在生烃演化过程中所表现的基本规律的总和。

19.生烃门限：是指沉积盆地中干酪根开始热降解生烃作用的起始成熟度或深度。

20.液态窗：是指烃源岩有机质在生烃演化过程中的生油主带。

21.未熟－低熟油：是在未熟－低成熟阶段，特殊类型的生烃母质经低温生物化学或低温化学作用形成的原油，与正常成熟原油比较，其主要差别是生烃演化机理的差别。

22.生物标志化合物：是指沉积有机质或矿物燃料中那些来源于活的生物体，在有机质的演化过程中具有一定的稳定性、基本保存了原始化学组份的骨架特征、没有或较少发生变化，记录了原始生物母质特殊分子结构信息的有机化合物，具有特殊的标志性意义。

23.质量色谱图：某一质量（或某一质量范围）离子流强度的总和与时间（或扫描次数）的对应关系图叫质量色谱图。

24.质谱图：化合物在电子的轰击后会，根据化合物的结构属性离解成不同质量的碎片。

依据碎片质量大小的相对顺序和每一碎片的相对强度得到的碎片质量的频数分布图叫质谱图。

25.色谱图：是化合物经色谱分离并经检测器对其检测后，得到的一系列化合物相对强度（电信号）与其保留时间之间的二维关系图。

26.类异戊二烯烷烃：由类异戊二烯结构单元形成的链烷烃类。

27.甲基菲指数：甲基菲指数（MPI）是用芳烃馏分是甲基菲表示的成熟度参数。

MPI＝1.5
×[（3-MP）+（2-MP ）]/[（P+(9-MP)+(1-MP)）]式中，P为菲，MP为甲基菲
28.生物气：指有机质在未成熟阶段经厌氧细菌生物化学降解生成的气态产物。

29.油型气又称为腐泥型天然气，简称腐泥气或油型气，是由I、Ⅱ型干酪根生成的天然气。

30.煤型气又称之为腐殖型天然气，简称腐殖气或煤型气，是由Ⅱ2、Ⅲ型干酪根生成的天然气。

31.煤成气：是指腐殖型为主的有机质(包括煤层和分散的Ⅱ和Ⅲ型有机质)在热力条件下煤化作用过程中生成的气态物质(主要是烃类气体)。

32.煤层气：指以吸附状态存在于煤层中的煤型气。

33.生物降解作用：指微生物对某些类型烃类化合物的选择性消耗。

34.原油伴生气：在原油热降解生成过程中伴随生成的烃类气体。

35.原油裂解气：主要是指形成的油藏在高温条件下发生裂解作用形成的天然气。

广义上讲，岩石中的残留烃类裂解形成的天然气也叫原油裂解气。

36.焦油席：是指具有明显界定范围的富沥青质的石油带，是在不同地质、地球化学条件下石油中沥青质相对富集的结果。

37.硫化作用：在硫酸盐还原细菌作用下，硫酸盐可以氧化烃类，还原形成H2S、S。

38.热降解作用和热裂解作用：沉积有机质在形成干酪根后经热力条件的作用发生化学和地球化学作用。

其中，在有机质成熟作用阶段的作用称之为热降解作用，而在高成熟-过成熟作用阶段发生的作用称之为热裂解作用。

39.运移分馏效应：油气在运移过程中，存在被矿物颗粒选择性吸咐的现象，这势必造成油气化学成分和物理性质的变化。

运移过程造成的烃类流体成份变化的现象叫运移分馏效应。

40.初次运移：是指烃类从烃源岩到储集岩（储层）的运移过程。

41.二次运移：则指油气在储集层中的一切运移过程。

42.沥青质：氯仿沥青“A”的族组分之一，溶于氯仿但不溶于石油醚的沥青部分。

43.煤成气：是指腐殖型为主的有机质(包括煤层和分散的Ⅱ和Ⅲ型有机质)在热力条件下煤化作用过程中生成的气态物质(主要是烃类气体)。

44.煤层气：指以吸附状态存在于煤层中的煤型气。

45.生物降解作用：指对某些类型烃类化合物的选择性消耗。

简答题：
1．简述有机质沉积的一般地质特征。

1)地球上大多数沉积有机质以分散的形式存在，只有少部分以煤和油气藏的富集方式存在;2)有机质的沉积分布特征随地质时代而变；3)有机质的数量和性质随岩性而变;4)有机质的数量和性质随沉积环境（相）而变。

2.海洋环境有机质的沉积特征
1)滨岸带不利于有机质沉积保存;2)浅海陆棚是海洋内有机质的主要沉积区 ;3)大陆斜坡及其邻近的深海盆地是有机质沉积较为丰富的地区，仅次于浅海带 ;4)远洋盆地（半深海－深海）是有机质沉积的贫瘠区
3.湖泊环境有机质的特征
1)有机质来源的二元多方向性；2)营养湖浪基面以下的还原环境，是有机质的富集区;3)湖泊环境的差异较大，沉积有机质的差异也较大;4)深湖-半深湖是富有机质泥岩的的要沉积环境;5)盐湖环境利于有机质的保存，泥质岩有机质丰度高;6)单断式“箕状”断陷湖盆，有机质也呈不对称分布
4.造成沉积盆地干酪根类型差异的主要原因。

1)原始有机质的输入特征;2)沉积环境；3)有机质成熟度。

原始有机质的输入特征决定了进入沉积地层有机质的物质基础；沉识环境影响有机质的保存
条件和元素组成特征；成熟度则改变有机质的化学组成。

5.有机质生烃演化的主要阶段及特点
有机质的演化过程大体可分为三个主要阶段，即未熟阶段、成熟阶段和过成熟阶段。

○1未熟阶段：相当于有机质的成岩作用阶段，也就是干酪根的形成阶段，该阶段有机质经历的温度较低，对应的干酪根镜质组反射率（Ro）小于0.5%。

该阶段形成的产物主要是生物成因气；○2成熟阶段：相当于深成作用阶段，对应的干酪根镜质组反射率（Ro）范围较大，为0.5-2.0%。

有机质的生烃演化跨越沉积有机质生成液态烃（包括凝析油）的全过程，也是烃源岩生成油气的主要阶段。

其中，Ro为0.5-0.7%的阶段为成熟作用早期阶段，形成未熟-低熟油气。

Ro0.7-1.3%为成熟作用中期阶段，是有机质的主要生油阶段，即生油主带。

Ro1.3-2.0%为高成熟作用阶段，生成的产物为凝析油和湿气。

○3过成熟阶段：相当于变质作用阶段，Ro大于2.0%，生成产物以甲烷气为主，生烃潜力逐步枯竭。

6.烃源岩生烃潜力评价的主要研究内容及评价指标。

烃源岩生烃潜力评价的主要研究内容包括三个方面：即有机质丰度、有机质类型和有机质成熟度。

○1有机质丰度指标如有机碳（Corg）、可溶烃量、热解生烃潜量等；○2有机质类型指标较多，如烃源岩C、H、O元开素组成，有机显微组成、热解类型指数、降解率等；○3成熟度参数主要有：镜质组反射率（Ro）、热解最高峰温（Tmax）、可溶有机质中的生物标志化合物参数等。

7.有机成因气的主要类型。

有机成因气是指在沉积岩中由分散状或富集状有机质形成的天然气。

按母质来源有机成因气可分为油型气和煤型气；按有机质演化程度可分为生物成因气、生物-热催化过渡带气、热解气和高温裂解气。

8.简述有机质晚期热降解生烃理论的主要观点及证据。

晚期有机成因说认为，进入沉积物中的生物聚合体首先在生物化学和化学的作用下，经分解、聚合、缩聚、不溶等作用，在埋深较大的成岩作用晚期成为地质大分子－干酪根，之后，随着埋深的进一步增大，在不断升高的热应力作用下，干酪根才逐步发生催化裂解和热裂解形成大量的石油。

主要证据：○199％以上的石油产自于与有机质密切有关的沉积岩，产油的储层岩系与富含有机质的细粒岩石有密切的关系。

○2许多生物标记化合物，如卟啉、异戊二烯型烷烃、甾烷、萜烷，在原油中的普遍存在及石油的旋光性强烈支持其有机成因。

○3石油和动植物残体之间的组成及碳同位素组成的相近性提供了两者之间成因联系的进一步证据。

○4于沉积物和生物体中发现的烃类和原油中的烃类存在非常大的差别。

○5大量的实验室内的热模拟实验已经证实，干酪根在实验室受热时，的确可以产生大量类似于油的烃类和非烃类产物，其为物组成与勘探实践中发现的石油的化学组成特征基本一致。

○6自然地质剖面的实际资料显示，富含有机质的沉积岩中的烃类含量在达到一定的深度后开始大量升高。

9.不同类型干酪根的生烃演化模式有哪些主要差异？
(1)不同类型干酪根或烃源岩生油门限存在较大差别；对应于Ⅰ、Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅲ型干酪根，随着有机质类型的变差，生烃模式中的生油门限深度（或成熟度）逐渐增加；而生油主峰由早而晚的出现的顺序是：Ⅱ2类、Ⅲ类、Ⅱ1 类和Ⅰ类；(2) 各类干酪根的最大产烃率不同；(3)不同类型干酪根在不同演化阶段的产物中的气油比（GOR）不同。

Ⅰ类和Ⅱ1类生成的产物中油多气少, Ⅱ2类和Ⅲ类气多油少；(4)不同类型有机质的演化阶段的划分也存在差异。

10.综述造成油藏流体非均质性的主要原因有哪些。

1）油藏储集岩的孔隙空间和孔结构存在非均质性；2）油藏的充注作用过程造成油藏流体的继承性非均质性。

油藏的充注作用过程与烃源岩的生烃演化过程是联系在一起的。

烃源岩在不同时生成的烃类组成的差异是油藏充注作用过程造成流体非均质性的基础；3）流体在储层的扩散混合作用不合完全消除油藏充注过程造成的非均质性。

流体在储层的扩散和混合作用在纵向上可能是快速完成的，而横向上的是缓慢进行的。

11．描述水体环境的参数有哪些？对有机质的沉积和保存有何影响？
描述水体环境的参数分为三大类，即描述水体环境的物理参数、化学参数和环境的参物参数。

水体环境的物理参数包括：水流流速、水体深度与浪基面深度、沉积速率（vd）与沉降速率（vs）等。

一般而言，水流速度较小、水体深度稍大于浪基面深度、相对较快的沉降和沉积速率有利于有机质的沉积和保存。

水体环境的化学参数主要包括：氧化－还原电位（Eh）、酸碱度（pH值）和盐度。

○1氧化－还原电位是环境氧化还原能力的量度，主要受含氧量控制，是对有机质沉积保存最重要的环境要素。

当Eh等于零时，为中性；Eh为正值时，表明环境富氧，为氧化环境。

有机物界面（或有机物墙）就位于Eh值为零的界面，在此界面之上为氧化环境，有机质不能保存；在此界面之下为还原环境，有机质才能保存。

因此，一般来说，有机质主要保存在强还原至弱还原环境中。

○2酸碱度（pH）是水中氢离子浓度的负对数。

酸性介质pH<7，中性介质pH=7，碱性介质pH>7。

酸性条件不利于有机质的保存。

弱碱性条件利于微生物的活动，同时有利有机质的保存。

○3水体含盐度对生物的影响极大，直接影响着生物群落的发育和沉积物的性质。

但盐度增加导致的盐类沉积有利于有机质沉积后的保存，这可能与微生物的发育受到抑制有关。

另外，盐跃层的形成可使水体对流停滞，导致下部水体缺氧而有利于有机质的保存。

在对有机质沉积有影响的生物因素中，最重要的是微生物（细菌）的作用。

细菌的作用主要体现在以下三方面：○1将沉积物中的有机质分解和转化为较小的单体。

○2加速还原环境的形成。

○3死亡的微生物直接作为沉积有机质的来源。

3、简述造成陆相沉积盆地干酪根类型较为复杂的主要原因。

1）有机质来源的复杂性。

陆相盆地有机质来源具有二元性，高等植物来源和低等水生生物来源比例的差异，使有机质组成面貌差异较大；2）沉积环境的复杂性。

沉积环境不难影响有机质的保存条件，微生物在不同环境条件的生存状况及其对有机质的改造作用同样可以改变有机组成；3）有机质成熟度的差异。

成熟度并不影响有机质的原始组成。

但不同成熟条件下的生烃作用会改变干酪的组成，使现今的评价过程中的相关参数发生改变。

16.影响正构烷烃组成和分布的主要因素有哪些？
1)有机质来源的影响:不同来源的有机质，形成的原油的正构烷烃存在明显差异。

如以高等植物为主的有机质，形成的原油以nC22+正构烷烃为主，并常呈现碳优势分布现象，低等生源有机质，正构烷烃以低碳数化合物为主。

2)沉积环境的影响：沉积环境不仅影响生物有机质的来源，而且影响有机质的成岩作用过程。

不同环境条件下生物有机质的成岩作用过程存在明显差异。

氧化脱官能团作用和加氢还原作用会导致正构烷烃碳数的差异。

强还原条件下形成的正构烷烃常呈现偶碳优势，而氧化或弱还原条件下形成的正构烷烃具有奇碳优势分布特征。

3)成熟度的影响：在有机质的整个演化过程中，早期生成的正构烷烃碳数相对较大，晚期形成的正构烷烃碳数相对较小。

在高成熟至过成熟阶段生成的正构烷烃主要以气态烃类主为。

4)运移分馏作用的影响：随着运移分馏作用的加强，高碳数正构烷烃的相对丰度降低，而低碳数化合物相对增加。

5)次生蚀变作用的影响：原油成藏后的次生蚀变作用会在很大程度上改变原油中正构烷烃的组成和分布特征。

如热蚀变作用、生物降解作用、气浸和气洗作用等、蒸发分馏作用等。

16.影响甾烷类化合物组成和分布的主要因素有哪些？（或其地球化学意义）
1）生源意义：C29规则甾烷和C29重排甾烷可能来源于高等植物外，其它类型的甾烷主要来自菌藻类生源。

2）环境和指相意义：①重排甾烷的发育情况可能粘土矿物的含量和环境的还原程度有关。

环境的还原性越强，粘土矿物含量高，重排甾烷的相对丰度可能较高。

②C26甾烷常与海相或咸化环境有关。

③还原环境中的甾烷的芳构化程度较低。

3）化合物的组成和分布与成熟度的关系：ααα甾烷20R构型的甾烷为生物构型甾烷，随成熟度增高向ααα甾烷20S和αββ甾烷转化。

因此，随成熟度的增加，ααα甾烷20S/（S+R）增加，αββ/（ααα+ αββ）增加，并在Ro约0.9%左右达到平衡，，平衡值约0.6。

4)运移分馏作用的影响:随着运移分馏作用的加强，三芳甾烷/(三芳甾烷+单芳甾烷)随运移距离的增大而增大，ββ比αα构型的甾烷运移的快。

5)次生蚀变作用的影响：原油成藏后的次生蚀变作用会改变原油中甾烷类化合物的组成和分布特征。

如热蚀变作用、生物降解作用、气浸和气洗作用等、蒸发分馏作用等。

35.生物标志物在油气勘探中有哪些主要的应用研究领域？
1)研究有机质的来源：不同来源的生物有机质，由于其生物化学成份的差异，其生成的烃类具有不同的生物标志物分布。

如低碳数正构烷类、C27、C28甾烷主要与藻类生源有类，补身烷系列、藿烷类化合物等主要与细菌生源有关，而二萜类等主要与高等植物有关。

2）研究有机质的沉积环境：环境特征是生物有机质演化和成岩的介质条件因素。

如Pr/Ph、伽马蜡烷等的分布明显与沉积环境有关。

3）研究有机质的成熟度：不同生物标志化合物的热稳定性决定了它们在不同成熟度条件的分布特点。

如甾烷异构化参数、不同构型三环萜类的分布等均与成熟度有关。

4)研究油气的运移：不同生物标志化合物运移的难易程度决定了决定了他们在运移过程中的运移分异效应，如：三环组分比五环组分易运移，极性小的化合物通常容易运移，故远距离运移的有富含三环组分和极性小的化合物，此外，ββ比αα构型的甾烷运移的快。

5）研究原油的次生蚀变作用：不同的生物标志化合物，在经历次生蚀变作用时所表现出的变化特征是不同的。

如正构烷烃的抗降解作用能力差，环状化合物抗降解能力相对较强。

此外，还存在部分蚀生蚀变过程中形成的标志性化合物，如25-降藿烷系列等。

6）用于油气源对比研究：生物标志化合物的地球化学意义，决了了不同的烃源岩具有不同的生物标志化合物组合和分布特点。

这是油气源研究的基础。

37.简述油气源研究的基本思路及存在的主要问题。

油源对比的依据是：虽然石油经过运移、聚集以及继续演化，由于经受的物理化学条件的差别，或受到水洗和生物降解等影响，而引起原油性质上有较大的差别，但同源的石油、石油与源岩之间，总保持某些亲缘关系，其中某些成分，特别是一些所谓的“指纹指标”如生物标志物及其含量，或某些成分之间的比值将保持不变或少变。

油气源研究的基本思路是：同源的石油、石油与源岩之间，化学组成具有某些相似性，这种相似是说明它们存在“亲缘”关系的基本依据。

存在的主要问题：1)石油代表了烃源岩体生成和运移出的烃类流体，选择作油源分析的烃源岩仅代表潜在烃源岩体中一个小个体，如果它不能代表整个烃源岩体，甚至所选样品根本就不是有效烃源岩，则肯定导致不正确的结论;2)成熟度存在较大影响；3)油源对比中正相关不一定是样品相关的“必要证据”，负相关才是样品之间缺乏相关性的“有力证据”；4)次生蚀变作用对烃类总体组成和分子参数及同位素组成有重大影响，这会导致油源对比结果的失真。

38、什么是运移分馏效应？对原油物理性质和化学组成有何影响？
运移过程造成的烃类流体成份变化的现象叫运移分馏效应。

主要表现：①族组成发生变化，非烃、沥青质和芳烃含量下降，烃类相对含量增加。

②低分子量、半径小的化合物相对丰度增加、高分子量、半径大的化合物相对丰度降低。

例如，甾烷化合物中，5α,14β,17β异构体比5a,14a,17a异构体运移得快，重排甾烷13α,17β比规则甾烷15a,14a,17a跑得快；重排补身烷比补身烷运移快；气态烃类比液态烃跑得快；③碳稳定同位素组成中，13C/12C 相对降低。

36. 有哪几种类型油藏原油的次生蚀变作用？对原油化学组成有何影响?
次生蚀变作用主要类型包括：热蚀变作用、脱沥青作用、生物降解作用和水洗作用、硫化作用、气侵和气洗作用等。

储集石油的热烛变作用如同干酪根因成熟作用而产生的蚀变一样，是在地下在热的作用下进行的。

在储层中，石油和天然气中的烃类若处在更高温的地热系统中，会向着分子结构更稳定、自由能降低的方向继续演化，最终形成在该温度、压力下稳定的混合物。

不同类型的烃类和不同异构体的自由能有很大差异。

脱沥青作用，就是通过溶解大量的气体和(或)C1～C6范围的其他轻质烃到原油中，使得重质到中等的原油中的沥青质沉淀下来。

脱沥青作用经常会导致储层中沥青质的沉淀和焦油席（Tar mat）的形成。

原油的微生物蚀变作用，即生物降解作用，和由于水洗的蚀变作用，即水溶化合物的去除，在被来自地表雨水的地层水浸渍的区域中的油藏里是经常可以观察到的。

两种蚀变过程不一定相伴发生，但实质上它们经常被同时发现。

这并不奇怪，因为两个过程都是通过流动的地下水的作用而引起的。

在一般储层中，硫化物可以氧化烃类形成各种有机硫化物。

此外，硫酸盐、元素硫等还可将甲烷氧化成CO2，这也是造成某些天然气藏破坏的原因。

当储层中的石油存在外来气态烃类的加入时则会发生气侵和气洗作用。

作用的结果同相会使原油的化学组成发生变化
26．综述天然气的主要成因类型及特征。

根据生成天然气的原始物质来源，可将其划分为无机成因气、有机成因气及混合成因气三大类。

无机成因气泛指在任何环境下由无机物质形成的天然气。

包括宇宙气、幔源气、岩浆岩气、变质岩气及无机盐类分解气。

无机成因气绝大部分属于干气，或以CH4为主，或以CO2或N2为主，视来源不同而异。

有机成因气是指在沉积岩中由分散状或集中状的有机质或有机可燃矿产形成的天然气。

按母质类型有机成因气分为油型气和煤成气，按有机质演化程度分为生物成因气、生物-热催化过渡带气、热解气和高温裂解气等。

油型气亦称腐泥型天然气，主要指由腐泥型母质(I型)和腐殖-腐泥型母质(ⅡI型)形成的天然气。

煤成气是指腐殖型为主的有机质(包括煤层和分散的Ⅱ和Ⅲ型有机质)在热力条件下煤化作用过程中生成的气态物质(主要是烃类气体)
天然气的来源特征决定了天然气的化学成份特点。

一般而言，油型气的干燥系数相对较低，重烃含量较高，碳稳定同位素值相对略轻。

有机成因气随演化程度的增加，其化学组成也发生有规律的变化。

17.与海相烃源岩比较，湖相烃源岩的生烃演化有何特点？其生成产物的组成有何主要差异？
与海相原油比较，陆相原油具有下述特点：
（1）含蜡量较高，主要为石蜡型原油，其实为石蜡－环烷型原油。