第2章石油及天然气的成因
石油地质学-2. 油气组成和性质
2）运动粘度：
动力粘度与密度之比称运动粘度 单位为㎡/s，二次方米/每秒，其常用Vt表示
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3)相对粘度：
又称思氏粘度，是在思氏粘度计中200ml原 油与20℃时同体积的蒸馏水流出时间的比，用Et 表示。
实验室测定的Et，通过置换算表，获得运动 粘度，运动粘度与密度之积即得动力粘度。
含硫量
V/Ni
δ13C
海相石油
陆相石油
25-70%
60-90%
25-60%
10-20%
陆相石油大于海相石油含蜡量。普遍大于5%。
一般海相石油大于陆相石油的含硫量，
>1
<1
>-27‰
<-29‰
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第二节 天然气的组成与性质
一、天然气的概念和产出类型
石油天然气地质学中所研究 的主要是狭义的天然气
＞0.90 称为重质石油 ＜0.90 称为轻质石油 世界平均比重的原油，1吨按7.3桶计算。
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3.石油的粘度
粘度值代表石油流动时分子之间 相对运动所引起的内摩擦力大小。
粘度又分为：动力粘度 运动粘度 相对粘度
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1）动力粘度（绝对粘度）：
单位为帕斯卡·秒（Pa·s）。它表示1牛顿力作用下， 两个液层面积各为1平方米，相距1米，彼此间相对移动 速度为1米/S 时，液体流动所产生的阻力。
吸附
轻馏分
烃用
物
类硅
原 蒸馏
油
用 乙
可+
溶胶 的质
胶、 有 机 溶
2.10 有机质演化生烃过程的一般模式
第二章石油和天然气的成因2.10 有机质演化生烃过程的一般模式成烃环境：还原-强还原环境。
主控因素：初期--细菌生物化学作用；中后期--温度。
连续性：随埋深加大，地温增加，有机质逐步地连续地向油气转化。
阶段性：不同温度（深度）范围促使其转化的地质和理化条件不同，产物有明显不同。
油气形成与烃源岩埋藏深度关系一般模式1）生物化学生气阶段（未成熟阶段）深度：沉积物顶面～1500-2500米；温度： 10～60℃。
沉积物成岩作用阶段。
浅层以细菌生物化学作用为主；较深层以纯化学作用为主。
演化过程作为养料，被生物吞食、消耗。
细菌作用→CO 2、H 2O 、CH 4（生物气）。
聚合、缩合→干酪根：黄-浅褐色，Ⅱ型干酪根R o ＜0.5%。
少量液态石油。
水解 微生物酶作用类脂化合物蛋 白 质碳水化合物 木 质 素可溶单体有机质脂肪酸氨基酸 单糖酚1.3烃类组成的特征油气形成与烃源岩埋藏深度关系一般模式高分子量化合物为主，显示萘和四芳烃双峰四环分子显畸峰C22～C34碳数范围内高分子量正构烷烃有明显奇数碳优势2）热催化生油气阶段（成熟阶段）深度： 1500-2500～4000-4500m；温度：60℃～180℃。
沉积物后生作用阶段前期。
促使油气生成的主要因素：热催化作用（黏土矿物）。
干酪根演化达到了成熟（进入生烃门限）。
主要产物：大量液态石油，一定量天然气。
挥发性物质：二氧化碳、水、氮气、硫化氢 等。
大量中低分子量液态烃：进入主生油期（生油窗）。
一定量的气态烃（石油伴生湿气）。
残余Kerogen ：更加紧密，更富C 而少H 、O 及其它杂原子。
干酪根热力+催化剂 进入生烃门限大量化学键开始断裂； 杂原子(O 、N 、S)键破裂演化过程有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）烃类组成的特征R o一般为0.5～1.3%1.3正构烷烃：中低分子量分子为主，奇数碳优势消失。
环烷烃、芳香烃：碳原子数下降，多环及多芳核化合物含量降低。
石油综述第二章石油的组成及性质
第二章油气的组成及性质第一节油气在地层中，油气则是指原油与天然气混合形成的矿藏能源。
油气的组成则是要把原油的组成与天然气的组成分开讲解。
原油即石油，也称黑色金子，是一种粘稠的、深褐色（有时有点绿色的）液体。
习惯上称直接从油井中开采出来未加工的石油为原油，它是一种由各种烃类组成的黑褐色或暗绿色黏稠液态或半固态的可燃物质。
地壳上层部分地区有石油储存。
它由不同的碳氢化合物混合组成，其主要组成成分是烷烃，此外石油中还含硫、氧、氮、磷、钒等元素。
可溶于多种有机溶剂,不溶于水,但可与水形成乳状液。
按密度范围分为轻质原油、中质原油和重质原油。
不过不同油田的石油成分和外貌可以有很大差别。
石油主要被用来作为燃油和汽油，燃料油和汽油组成世界上最重要的一次能源之一。
石油也是许多化学工业产品——如溶剂、化肥、杀虫剂和塑料等的原料。
原油是一种黑褐色的流动或半流动粘稠液，略轻于水，是一种成分十分复杂的混合物；就其化学元素而言，主要是碳元素和氢元素组成的多种碳氢化合物，统称“烃类”。
原油中碳元素占83%一87%，氢元素占11%一14%，其它部分则是硫、氮、氧及金属等杂质。
虽然原油的基本元素类似，但从地下开采的天然原油，在不同产区和不同地层，反映出的原油品种则纷繁众多，其物理性质有很大的差别。
原油的分类按组成分类：石蜡基原油、环烷基原油和中间基原油三类；按硫含量分类：超低硫原油、低硫原油、含硫原油和高硫原油四类；按比重分类：轻质原油、中质原油、重质原油以三类。
第二节原油的组成及物理化学性质原油的性质包含物理性质和化学性质两个方面。
物理性质包括颜色、密度、粘度、凝固点、溶解性、发热量、荧光性、旋光性等；化学性质包括化学组成、组分组成和杂质含量等。
密度原油相对密度一般在0.75～0.95之间，少数大于0.95或小于0.75，相对密度在0.9～1.0的称为重质原油，小于0.9的称为轻质原油。
粘度原油粘度是指原油在流动时所引起的内部摩擦阻力，原油粘度大小取决于温度、压力、溶解气量及其化学组成。
天然气成因
腐泥型与腐殖型有机质
• 所有沉积有机质大致可以区分为腐泥型和腐殖 型两大类。 • 腐泥型系指脂肪族有机质在缺氧条件下分解和 聚合作用的产物，来自海洋或湖泊环境水下淤 泥中的孢子及浮游类生物，它们可以形成石油、 油页岩、藻煤。 • 腐殖型系指泥炭形成的产物，来自有氧条件下 沼泽环境的陆生植物，主要可以形成天然气和 腐殖煤，在一定条件下也可以生成液态石油。
成煤物质及其结构特点
• 煤主要由各门类的植物遗 体形成,以陆生高等植物为 主. • 有机组分以碳水化合物和 木质素为主. • 结构中含有较多的芳环和 杂原子.
煤的显微组分
• 镜质组
– 木质素纤维组织凝胶化作用的产物
• 惰质组
– 木质素纤维组织碳化作用的产物
• 壳质组
– 高等植物中富含氢的组织器官(如孢粉质、 角质、木栓质）及植物组织的分泌物
甲烷、二 氧化碳的 死亡温度
常见的无机气类型及其分布
• 来自幔源的岩浆以及变质作用和由此引 起的无机矿物热分解作用所形成， • 由地表水渗入地壳深处而形成的大气成 因气。 • 无机成因气的分布与深大断裂活动有关， 构造活动单元，特别是古老地层更有可 能分布无机成因气。
我国有机与无机成因天然气的二氧化碳碳同位素
伴生凝析油和 轻质油某些组 成特征
来自藻类类和细菌
•
C7轻烃系列三角 图（正庚烷、甲 级环己烷、二甲 基环戊烷）
来自水生生物 （类脂物）
来自高等植物
煤 成 气 与 油 型 气 的 鉴 别
• 生物标记物所 反映的有机质 来源
生 物 标 记 物 结 构
不同类型干酪根不同成熟度条件下形 成天然气的δ 13C1
煤型气组成特点
• 煤型气含有一定量的非烃气，如N2、CO2等，但 其含量很少达到20% • 煤型热解气的重烃含量比煤型裂解气高，但煤 型气的重烃含量也很少超过20%，主要为甲烷。 • 煤型气的甲烷同位素一般在-25～-42‰。 • 凝析油中，常含有较高的苯、甲苯以及甲基环 己烷和二甲基环戊烷。 • 煤型气常含汞蒸气，一般含量超过 700 毫微克/ 米3，多数大于1000毫微克/米3
石油地质基础
（1）生物化学生气阶段
从地表至1500米深处，与沉积物的成岩作 用基本相符，温度介于10~60度，以细菌活动为 主，相当于炭化作用的泥炭-褐煤阶段，以乏氧 的 生物化学降解为生气机制，类似“沼气”，以甲 烷 为主。大部分有机质是以干酪根形式存在于沉积 岩中。
（2）热催化生油气阶段
沉积物埋藏深度达到1500~2500m，有机质经 受的地温达到６０～１８０度，相当于长烟煤－焦 煤阶段，促使有机质转化的最活跃因素是热催化作 用。页岩等粘土岩的催化作用十分关键。粘土矿物 的催化作用可以降解有机质的成熟温度，促进石油 的生成。
– 沉积岩中： 1.1000 1019kg – 煤+泥岩：15 1015kg
– 储集层中的石油：1 1015kg
石油成因
–有机质来源：活的有机体，它们的分泌与排泄，尸体 –烃类来源基础生物分子：脂类，蛋白质，碳水化合物 –C要生成烃要C--H结合； 如果C--O结合，则形成CO2；
H要与O结合，则形成H2O。由此可以看出，有机质要
绪 论
一、油气在国民经济中的地位
• 石油——工业的血液！
• 全球最主要能源：
–70年代：美国油气占一次性能源消耗的70%以上；
–中国：现今能源消耗中，油气不到30%，其中气占的 比例更少（煤占70%以上）
• 润滑油料 • 化工原料---其重要用途：
–染料、农药等 –化肥 –三大合成材料：合成纤维、合成橡胶、合成塑料
• 国内：
–中国有文字记载的开发利用石油有2000多年了： 东汉（32-92）班固著“汉书”中记载：“高奴（今延 长县）有洧（音同伟）水可燃”； –9世纪唐朝《北史· 西域记》中记载“（龟兹国）西北大 山中，有如膏者流出成川。行数里入地，状如醍醐，甚 臭”。新疆库车一带远在1000多年前就发现了如奶酪一 样粘稠的沥青，具有臭味。 –“石油”这一名词，是由我国伟大的科学家沈括在《梦 溪笔谈》中最先提出的：针对高奴一带的“脂水”，记 述：“石油….生于水际沙石，与泉水相杂惘惘而出”， “此物后必大行于世，…盖石油至多，生于地中无穷， 不若松木有时而竭” –我国最早利用天然气煮盐：盐井-四川2000年前自流井 气田
石油与天然气复习思考题及答案
第一章石油和天然气的成分和性质1、石油与可燃有机矿产的概念石油: 指地下岩石空隙中天然生成的，以液态烃为主要化学组分的可燃有机矿产。
由古代的动物、植物遗体演变而来，属有机成因，又具有燃烧能力，总称为可燃有机矿产或可燃有机岩。
2、石油的主要元素组成和化合物组成？石油的元素组成和化合物组成有什么特点?组成石油的化学元素主要有：C、H、O 、S、N，其中C和H两种元素占绝对优势。
元素组成特点：一般石油中碳的含量占84—87％，氢含量为11一14％，两者在石油中以烃的形态出现，占石油成分的97—99％。
剩下的硫、氮、氧及微量元素的总含量一般只有1—4％。
但是，在个别情况下主要由于硫分增多，这个比例可高达3％－7％。
石油的化合物组成归纳起来，主要可分为烃和非烃两类。
烃类：（1）烷烃（2）环烷烃（3）芳香烃非烃化合物主要包括：含硫、含氮、含氧化合物化合物组成特点：碳、氢、硫、氮、氧五种主要元素在石油中可以构成巨大数量的化合物。
不论其数量如何多，但其化学性质都取决于这些元素构成的官能团；每一种官能团都具有特殊的化学特征，在其所连接的各种有机化合物中起着相同的作用。
3、石油的颜色有那些？为什么有白色石油？石油的颜色变化范围很大，从白色、淡黄色、黄褐色、深褐色、黑绿色至黑色。
石油的颜色与胶质—沥青质含量有关，含量越高颜色越深。
白色石油的形成，可能于运移过程中，带色的胶质和沥青质被岩石吸附有关。
4、索可洛夫根据存在的环境将天然气分为哪八大类？①大气；②表层沉积物中的气体；③沉积岩中的气体；④海洋中的气体；⑤变质岩中的气体；⑥岩浆岩中的气体；⑦地慢排出气；⑧宇宙气。
5、根据产出状态，天然气有哪些类型?何谓气藏气、气顶气、凝析气?① 气藏气② 气顶气③ 溶解气④ 凝析气⑤固态气体水合物气藏气：指基本上不与石油伴生，单独聚集成纯气藏的天然气气顶气：指与石油共存于油气藏中呈游离气顶状态的天然气。
凝析气：当地下温度、压力超过临界条件后，液态烃逆蒸发而形成的气体。
石油天然气的生成
§1油气成因理 论
有机成因论
3、动植物混成说
20世纪以来，石油中找到卟啉以及石油旋光性的发现， 成为油气生物起源的直接证据。波东尼1906年认为，动 植物都是油气生成的原始材料，它们同矿物质点一起形成 腐泥岩，后者经过天然蒸馏即可产生石油。混成说占据主 导后，人们关注更多的是有利生油气的有机组分。古勃金 在1932年认为，各种生物化学组成部分均可参与生油， 它们来自海洋动植物残体，也可来自陆地携入的生物分解 产物，含有这些分散有机质的腐泥就是生油气母岩。
(1)化学成分、元素 组成
主要由C、H、O组成， 并 含 有 少 量 N、S、P 和 其它金属元素。
其中：C，70-90%； H，3-10%；O，319%； H/C(原子比)，一般0.41.67；O/C 0.03-0.30； N，0.4～4%；S， 0.2%～5%；
早期成油说可概括为下列几点：
1.石油天然气是由分散在沉积岩中的分散有机质形成的； 2.脂肪、蛋白质和碳水化合物是主要生油母质。有机质从
沉积作用完结，从埋藏不深、温度不高的成岩作用早期 开始向石油转化。 3.有机质向石油转化中，菌解是必要媒介； 4.形成环境应是还原环境(否则发生氧化)；
5.石油形成是一个由微石油向成熟石油逐渐聚集的过程。 由于这些要求概括的共同之处是强调低温，成岩作
第二节 生成油气的物质基础
有机说的核心是认为石油起源于生物物质，通过 沉积作用保留下来，再转化成油气。
按照油气有机成因理论，生成油气的核心是 生物物质，生物死亡后的残体经沉积作用埋 藏于水下沉积物中，经过一定的生物化学、 物理化学变化形成石油和天然气。通过沉积 作用进入沉积物中并被埋藏下来的那部分有 机质叫沉积有机质。组成沉积有机质的生物 化学组成包括类脂化合物、蛋白质、碳水化 合物以及木质素4类。
中国石油大学(华东)石油天然气地
国家精品课“石油天然气地质与勘探”第一章 石油、天然气及油田水的基本特征第一节 石 油一、石油的化学组成石油是地下岩石空隙中天然生成的、以液态烃为主要化学组分的可燃有机矿产。
这种矿产成分复杂，现已鉴定出上千种有机化合物，主要为烃类，还含有数量不等的非烃化合物和多种微量元素，有时溶有一些烃类气体、非烃气体、不等量固态烃和非烃物质。
所以，石油实际上是多种有机化合物的混合体。
各地的石油成分不一，无确定的化学成分和物理常数。
（一）元素组成不同地区，不同时代的石油元素组成比较接近，但也存在一定的差异（表1-1）。
组成石油的化学元素主要有碳、氢、氧、硫、氮，其中碳和氢两种元素占绝对优势。
1.碳和氢从重量百分比来看，碳一般为84～87%，氢一般为11～14%，这两种元素总量达95～99%，平均为97.5％；碳、氢元素的重量比（C/H ）平均为6.5，原子比约为0.57（或1∶1.8）。
这两种元素主要以烃类形式存在，是组成石油的主体。
2.氧、硫、氮在石油中，氧、硫、氮也主要以化合物形式存在；这三种元素及微量元素的总含量一般只有1～4％；但有时由于硫分增多，这个比例可高达3～7％。
据Tissot 和Welte （1978）对9347个样品的统计，石油中硫含量平均为0.65%（重量），其频率分布具有双峰的特点（图1-1），在1％处为最小值，以此为界，可将样品分成两部分，多数样品（约7500个）含硫量小于1％，少数样品（约1800个）含硫量大于1％。
依据含硫量通常把开采至地表的石油（简称原油）分为高硫（含硫量大于1％）和低硫（含硫量小于1％）两类；也有人采用三分的方式，将原油分为高硫原油（含硫量大于2％）、含硫原油（含硫量为2～0.5％）和低硫原油（含硫量小于0.5％）。
石油中的硫含量有环境指示意义，通常海相、近海湖盆相、盐湖相等半咸-咸水沉积地层中生成并产出的石油含硫量较高，一般大于1%；内陆淡水湖泊相沉积地层中生成并产出的石油含硫量较低，一般小于1%。
第二章.石油成因理论
第一节 油气成因理论
中间产物 干酪根 沥青
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， 为可溶有机溶剂中的沥青与不溶于有机溶剂中的干酪根 沥青与不溶于有机溶剂中的干酪根两大 为可溶有机溶剂中的沥青与不溶于有机溶剂中的干酪根两大 部分。 部分。 20世纪60年代后期，一些前苏联学者倾向于把沥青视为生 世纪60年代后期， 世纪60年代后期 成石油的直接源泉。 成石油的直接源泉。 20世纪70年代西欧的一些学者认为干酪根为生油的母质， 世纪70年代西欧的一些学者认为干酪根为生油的母质， 世纪70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 油气成因理论
成油时间 早期 晚期
在石油有机形成理论建立之后， 在石油有机形成理论建立之后，争论的焦点转为石油是成 岩早 还是成岩晚期生成的。 晚期生成的 期还是成岩晚期生成的。 20世纪50年代 早期成油主张相当活跃,当时， 20世纪50年代，早期成油主张相当活跃,当时，斯密特在现代沉积 世纪50年代， 物中发现了烃类，包括液态烃， 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,突破了30～40年代特拉斯克关于现代沉积物不存在烃类的著 理论, 突破了30～ 40年代特拉斯克关于现代沉积物不存在烃类的著 30 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。 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。 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、二十年来，菲利比.蒂索、 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 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， 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。
石油天然气形成
●
海陆过渡相区：
三角洲：
陆源有机质源源搬运而来，原地的海相生物， 致使沉积物中的有机质含量特别高； 沉积速率较高，有机质被快速埋藏； 三角洲区域是极为有利的生油区域。
海湾及泻湖：
有半岛、群岛、沙堤或生物礁与大海相隔， 该半闭塞无底流的环境对有机质保存有利。
3、古气候条件 古气候条件也直接影响生物的发育；
故认为：在深约150km， 温度超过1500K、压力5000MPa下， 由于FeO及Fe3O4的参与，H2O与CO2还原而成烃类。
（二）、油气有机成因说
认为：石油由地质时期中的生物有机质形成； 在油气有机生成学说中，存在两种观点：
●
早期成油说：认为石油烃类是地壳浅处，沉积物成岩作
用早期，由沉积岩中分散有机质在生物化学作用下生成。
沉积有机质的来源
沉积有机质--从生物物质的发源地来说
⑴ 来源于盆地 本身的所谓原地 有机质，是普遍 存在的部分，也 是最基础的部分 ⑵ 来自被 河流等从周 围陆地携来 的异地有机 质 ⑶ 再沉积的 有机质，来自 经受侵蚀的古 老沉积层中的 化石有机质， 数量少。
1、生物体的基本组成 ⑴ 类脂化合物(脂类)：其化学组成与石油的化学组成
有机溶剂的分散有机质（享特，1979）。
2、干酪根的形成--分为两步
生物有机体--结构规 则的大分子聚合物(类
脂化合物、蛋白质等)
⑴ 有机质转化 为地质聚合物
结构不规则的简 单大分子所构成 的地质聚合物
干酪根的前身
生物化学及化学作用
⑵ 地质聚合物 转化成干酪根
沉积成岩作用过程中 埋藏到数十或数百米 缩合与聚合作用
2、生物体的元素组成
有机质基本成分和石油的元素组成对比表
2.2 油气有机成因理论概述
第二章石油和天然气的成因2.2 油气有机成因理论概述《油气地质与勘探》2.2 油气有机成因理论概述油气有机成因说：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。
1）蒸馏说18 世纪中叶米哈伊尔·瓦西里耶维奇·罗蒙诺索夫 石油是煤在地下高温蒸馏的产物。
2）有机质地质作用的研究维尔纳茨基20世纪20年代初期系统研究了有机质的地质作用：《地球化学概论》、《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）石油中卟啉化合物和旋光性的发现20世纪30年代①特雷布斯（Treibs，1933）：发现并证实了卟啉化合物广泛存在于不同时代、不同成因的石油、沥青中，认为这些卟啉化合物来源于植物叶绿素。
②发现石油有旋光性。
——石油有机成因说的重要依据和有力支持。
4）混成说1932年古勃金含有各种类型的分散有机质的淤泥，在成岩早期产生分散状态的石油（微石油），在压实过程中和水一起进入储层，形成油气藏。
5）油气有机成因早期说的建立P.V.Smith（美国）、B.B.维尔别（前苏联）1952-1954年20世纪40年代，怀特莫尔等：生油过程仅仅是生物体中烃类物质的分离和聚集。
20世纪50年代，美国学者史密斯和前苏联维尔别等：石油是有机质在沉积物（埋藏成岩）早期生成的，是许多海相生物遗留下来的天然烃的混合物。
——早期生油说。
6）油气有机成因晚期说的建立①Bray 等（1961）发现：现代沉积物和生物体中的正烷烃碳数分布具奇偶优势，正脂肪酸碳数分布具偶奇优势，古老沉积岩和原油（或油田水）中不具此优势。
揭开了有机质成岩演化机理及其与石油形成关系研究的序幕。
6）油气有机成因晚期说的建立②阿贝尔松（P. H. Abelson，1963）：石油是沉积岩中占有机质70～90%的不溶部分（干酪根Kerogen）经过一定的埋藏演化，在成岩作用晚期，经热解产生的。
第02章 石油和天然气的成因
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。
沉积有机质的来源： 原地有机质、 异地有机质 、再沉积有机质
1.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%。
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
藻类体（腐泥组） 800 ×
孢子体1（来自菌类）， 反射荧光下观察，600×
角质体（壳质组） 800×
木栓体（壳质 组） 60×
结构镜质体1 （多无荧光）
胶质镜质体
丝质体（惰质组） （亮点：无机矿物）
5．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 腐泥型有机质 腐殖型有机质 原始生物 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 主要成矿方向 石油、油页岩、 腐泥煤 甲烷气、 腐殖煤
4.干酪根的显微组成
组
以透射 光为基 础的干 酪根显 微组分 分类
分
亚 组 分 无定形—絮状，团粒状，薄膜状有机质 藻质体 孢粉体—孢子、花粉、菌孢 树脂体
腐泥组
壳质组
角质体 木栓质体 表皮体
镜质组 惰质组
结构镜质体 无结构镜质体 丝质体
各显微组分的来源及生油潜力
石油天然气地质 2-4油气成因模式
（二） 热催化生油气阶段
❖6.烃类组成的特征
正 烷 烃 环 烷 烃 芳 烃
1 52 53 50246 1 32 0 3 0 3 3
产生的烃类：正烷烃碳数及分子量递减，中 、低分子量的分子是正构烷烃中的主要组分，奇 数碳优势消失；环烷烃及芳香烃碳原子数也递减 ，多环及多芳核化合物显著减少。
有机质成熟的早晚及生烃能力的强弱，与有机质本 身性质有关。
凝析气和湿气的大量生成，主要是与高温下石油裂解有 关；石油焦化及干酪根残渣热解生成的气体量有限。
石油裂解与石油焦 化的模拟试验
(据A.K.Burnham等，1986)
(a)油、气正常生成率与温 度的关系； (b)油、气累计生成率与温 度的关系
湿气指数随温度变化的模拟试验(据A.K.Burnhan等，1986)
（三）热裂解生凝析阶段
❖5.演化过程及其产物
残余干酪根继续断开杂原子官能团和侧链，生成少量 水、二氧化碳、氮和低分子量烃类。同时由于地温超过了 液态烃存在的临界温度，已不再有液态烃生成，前期已生 成的液态烃类开始裂解，主要反应是大量C-C键断裂，包 括环烷的开环和破裂， C数烃→低C数烃，液→气。干酪根 残渣结构更紧密，暗褐色。
（一） 生物化学生气阶段
❖ 6. 烃类组成的特征——在有机质中所占的比重很小
正 烷 烃 环 烷 烃 芳 烃
0246 13203033
高分子量 正烷烃 C22～C34 范围内有 明显的奇 数碳优势
四环 分子 显畸 峰
高分子量 化合物为 主，显示 萘和四芳 烃双峰
（一） 生物化学生气阶段
在这个阶段生成的生物气，或称生物化学气，甲 烷含量在95%以上，属干气；甲烷稳定碳同位素值异 常低，介于-55～-85‰。
石油天然气地质与勘探
第一章
石油、天然气、油田水的成分与性质第一节石油沥青类概述
第二节石油的成分与性质
第一章
石油、天然气、油田水的成分与性质第三节天然气的成分与性质
第四节油田水的成分与性质
第五节重质油与固体沥青
第六节石油沥青类中的碳、氢等同位素
第二章石油与天然气的形成第一节油气成因假说概述
第二章石油与天然气的形成
第二节油气有机成因有关问题一、生成油气的原始物质
二、促使油气生成的因素
三、有机质成烃演化过程
第二章石油与天然气的形成第三节烃源岩研究
第二章石油与天然气的形成第四节天然气成因及其特征
第三章储集层与盖层
第一节储集层(储集岩体)
第三章储集层与盖层第二节盖层与生储盖组合
第四章石油与天然气的运移第一节概述
第二节油气初次运移。
石油天然气
1. 油气成因两大学派的根本分歧，两大学派的代表性观点，油气有机成因早期说和晚期说的根本分歧？ 答：（1）根据在生油气原始物质问题上观点的差异，分为无机成因说: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。
（2）无机成因说：泛宇宙说，地球深部的无机合成说。
有机成因说：早期有机成因论，晚期有机合成论。
（3）早期说（浅成说）：油气是沉积物中的分散有机质在地壳浅部，沉积物成岩早期，在细菌生物化学作用下生成的。
晚期说（深成说）：油气是有机质被埋藏到一定程度，达到一定温度，在热力和催化剂作用下转化成的。
2. 生物有机质的类型及其成烃潜力，干罗根类型划分及各类型相关特征？答：（1）生物有机质类型－生物体的有机组分（2）I型干酪根：一般为细纹层状或无定形粉末状，颜色为发暗的深色，具有较高的生油潜力。
热解产物主要是直链和支链烷烃。
Ⅱ型干酪根：具有较高的H/C 原子比和较低的O/C 原子比，生油潜能中等，热解时比I型干酪根产生的烃类要少。
Ⅲ型干酪根：具有较低的原始H/C 原子比（<1.0），而O/C 原子比高（0.2-0.3）热解产物很少，生油能力差，但在高成熟阶段也可形成可观的甲烷气体。
3. 有利于油气生成的大地构造条件，岩相古地理古气候环境，理化环境？答：（1）有利于有机质堆积、保存、转化的地质环境必须要有： ① 期稳定下沉大地构造背景（V 沉积≈V 沉降） ； ②较快的沉积（堆积）速度； ③足够数量和一定质量的原始有机质； ④低能、还原性岩相古地理环境 ——浅海封闭环境，半深－深湖、前三角洲 ⑤适当的受热和埋藏史。
（2）（3）促使有机质转化为油气的理化条件（物理、化学、生物化学条件）主要有： 细菌、催化剂、温度和时间 放射性、压力 4. 有机质向油气转化的过程，各阶段的主要特征？0.51.50.51384.5石油芳香族化合物，抗腐能力强，来自高等植物。
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碳水化合物
蛋白质 类脂
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第二章 石油及天然气的成因
1、木质素 木质素的特点： 不易水解，但可被氧化成芳香酸和脂肪酸。
在缺氧的水体中，在水和微生物的作用下，木质素分
解，与其它化合物生成腐植酸，腐植酸又与烃类形成 络合物，从而成为烃类从陆上流到海洋的运载体。 与木质素具有相似结构的物质是丹宁，它们都是沉积有 机质中芳香结构的重要来源，是成煤的重要前身物，也 可生成天然气。
从而具备了丰富的生油原始物质。 在海洋或湖泊中，不仅有丰富的水生生物，还因水体起
到了隔绝空气的作用，阻止了有机残体的腐烂分解，于
是与矿物质一起被沉积埋藏起来。因此海洋、湖泊、三 角洲等古地理区域都是生油的有利地区。
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第二章 石油及天然气的成因
随着沉积盆地的不断下沉，沉积物不断加厚，地层的压力 与温度也不断增加，沉积物经历一系列的物理化学变化而
现在的分类方法，根据H/C和O/C原子比分类： Ⅰ型干酪根：H/C原子比较高（1.25~1.75），O/C原子比
较低（0.026~0.12），富含类脂物质，主要是由脂肪链组
成，多环芳烃和含氧官能团较少，是生油潜能最高的一 种干酪根。
Ⅱ型干酪根：常见类型，较高的氢含量，H/C原子比为
0.65~1.25，O/C原子比在0.04～0.13之间；属高度饱和的 多环碳骨架，含较多中等长度的直链烷烃和环烷烃，也 含多环芳烃和杂原子官能团，是良好的生油母质。
石油的热催化转化和脱沥青过程使石油的相对密度减小，
轻组分增加，饱和烃尤其是正构烷烃含量增加。 石油的氧化、生物降解作用使石油的相对密度和粘度增 加，胶状沥青状物质含量增加致使原油质量变差。
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第二章 石油及天然气的成因
本 章 思 考 题
1. 石油的成因为什么会有争论？
2. 石油的无机成因说包括哪几个学说，各自有何特点，
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第二章 石油及天然气的成因
2、碳水化合物
亦称糖类，几乎所有的动、植物及微生物中都含有糖，
糖的通式可用Cx(H2O)y表示，故称碳水化合物。糖按分 子大小可分为单糖、低聚糖和多糖，多糖中对形成沉积 岩中有机质最有意义的是纤维素和半纤维素。 纤维素和半纤维素是成煤和气的主要原始物质 。
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第二章 石油及天然气的成因
影响干酪根等有机质热解生油的主要因素： 温度在有机质成油过程中起主要作用。 在形成油气的漫长地质年代过程中，时间具有不可
忽视的作用。
生油岩的催化作用和吸附作用，生油岩是一种有机质 分散于矿物黏土中的岩石，矿物质不可避免地影响有 机质的热转化。 黏土矿物中的放射性物质的作用，是促使有机质向油 气转化的能源之一。
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第二章 石油及天然气的成因
无机成因的致命弱点： 脱离了地质条件来讨论石油的形成 将宇宙中发现的简单烃类与复杂的石油烃类等同起来。
目前比较公认石油成因：
有机成因学说－－能够指导生产并正确反映客观规律
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第二章 石油及天然气的成因 第二节 石油的有机成因说
有机成因学说的主要观点： 生成石油及天然气的原始物质：
第二章 石油及天然气的成因
本章的主要内容：
一、石油的无机成因说
二、石油的有机成因说
三、石油中各族烃类的形成过程
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第二章 石油及天然气的成因
研究石油的成因的主要目的：
指导石油勘探、预测石油的储量 了解石油的化学组成上的某些特点与石油成因的关系。 关于石油的成因，到目前为止，学术界还有争论，主要
其相对分子质量高，不溶于有机溶剂与水；
不是均一的分子，而是由相似的而又不同的结构单 元所组成的杂乱聚合物； 由于原始物质和生油环境的不同，在组成和结构上 各有差异。
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第二章 石油及天然气的成因
2、干酪根裂解成油阶段（成熟阶段） 当有机质埋藏深度达1500～2500米时，温度升高至60～ 180℃，干酪根便在热催化作用下大量裂解形成液态烃以 及一定量的气体，这一阶段被称之为生油的主要阶段。 这一阶段生成的石油，按其组成可分为： 低成熟原油：非烃组分较多，重质烃比例高，生物标 志物多，密度较大。 成熟原油：含有更多的轻质烃，非烃组分含量显著降 低，密度较低。
过熟的干酪根
原 油
石
墨
甲
烷
H/C降低的过程
H/C增加的过程
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第二章 石油及天然气的成因
五、石油的运移与富集
石油和天然气在地壳中的任何移动都称为油气的运移。通
过运移，分散的油气由生油层进入储油层，又通过储油层 进入阻碍油气继续运移的闭圈，聚集起来成为油气藏，所 以油气运移是油气由分散到集中的必要条件。
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第二章 石油及天然气的成因
氧化作用和生物降解作用：生物降解和氧化作用的综 合效应就是形成密度大，粘度高的重质原油，强烈的 次生改造可以使原油转化成天然沥青。 硫化作用：在硫酸盐还原细菌作用下，硫酸盐可以氧 化烃类，而其自身还原成H2S和S，元素S与烃反应形成
烷基噻吩、硫醇、硫醚等含硫化合物。
4、类脂 指所有不溶于水而易溶于乙醚、氯仿、苯等低极性有机 溶剂的脂状物质，其中包括：油脂、蜡、萜类、烃类和
色素等。 类脂的特点：
能在各种地质条件下保存下来； 其元素组成和分子结构与石油烃类最接近，因而被 认为是生油的主要原始物质。
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第二章 石油及天然气的成因
二、生油环境
温暖、潮湿的气候环境有利于生物的大量繁殖和发育，
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第二章 石油及天然气的成因
腐殖物质：来源于高等植物，以
酚结构为主，脂肪结构较少。
氨基酸、糖、 酚、脂肪酸 的缩聚产物
腐泥物质：来源于水生生物，富 含脂链、脂环、肽链。
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第二章 石油及天然气的成因
腐殖(泥)物 质 溶于NaOH水溶液的腐植酸
不溶于NaOH水溶液的胡敏素 随着埋藏深度的增加，最终完全转化成胡敏素，与周 围矿物质络合，稳定保存下来，它们就是干酪根的前 身物。随着埋藏深度的进一步增加，胡敏素缩合，官 能团损失，演变成干酪根。
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第二章 石油及天然气的成因
Ⅲ型干酪根：H/C原子比较低（0.46~0.93），O/C原 子比较高（0.05~0.3）；含大量的芳香结构和含氧基 团，脂族链只占很少部分，被连接在多环网络结构上， 其生油能力差，是生成天然气的主要来源。
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第二章 石油及天然气的成因
（3）干酪根的结构 干酪根的结构特征： 干酪根是一种大分子的缩聚物；
它们有何缺陷？ 3. 石油的有机成因说的原始生油物质包括哪些，最主要 的生油物质是什么？为什么？ 4. 有机质在怎样的生油环境下才能形成石油？ 5. 简述干酪根裂解成油的三个阶段。
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第二章 石油及天然气的成因
6.干酪根可分为哪几种类型？每种类型各有何特点？
7. 简述影响干酪根裂解生油的主要影响因素。 8. 生成的石油是如何从生油层运移到油气藏中去的？ 9. 石油进入储油层后为什么会发生次生改造，发生的主 要地球化学作用包括哪几个方面。 10. 简述石油中各族烃类的形成过程？
原因在于：
石油在地下易于流动，现在找到的油、气藏的地方往 往并不是石油生成的地方。 通过运移，现在的石油组成并不代表其本来面貌 。
石油形成过程发生几亿年前的地层深处。
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第二章 石油及天然气的成因
研究石油的成因必须解决三个问题：
生成石油的原始物质 原始物质变成石油的原因和过程 石油的运移和富集 关于石油生成的原始物质，有两大学派： 无机成因学派 有机成因学派
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第二章 石油及天然气的成因
油气运移的两个过程： 初次运移：在生油层中由于干酪根裂解产生的油气混 合物因体积增大而产生的压力和裂隙，使混合油气从
生油岩通过裂隙向外排出并从生油层驱出进入渗透性
更强，孔隙性更高的储油层的过程 。
二次运移：油气进入储油层后的一切运移过程。
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第二章 石油及天然气的成因
脱沥青作用：当油藏中含有大量的C1～C6的轻烃时， 它们溶解于石油中，使石油中的沥青质沉淀下来，导致 石油的密度降低，轻质组分增加，重质组分减少。
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第二章 石油及天然气的成因
石油的化学组成与性质是多种因素综合作用的结果，除了
原始有机质及其成熟度外，石油的运移尤其是在储层中发 生的次生改造也会大大影响石油的性质。 石油在储油层中的次生改造可归纳为两种性质不同方向 相反的过程：
既有动物又有植物，而以低等生物为主。
石油及天然气的生成环境：
既有陆相生油，又有海相生油。
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第二章 石油及天然气的成因
一、生油的原始物质
石油是地质时期中生物遗体（或有机残体）在适当条件 下生成的。形成沉积物中有机质最重要的生物有四种： 浮游植物 浮游动物
高等植物
细菌
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第二章 石油及天然气的成因
保存在地球深处，地表水沿着地壳裂缝向下渗透与碳化 铁作用而形成了烃类。
宇宙说，俄国学者索科洛夫创立，理论基础是在一些天
体中发现了碳氢化合物，认为这是宇宙中所固有的。 岩浆说，前苏联学者库德梁采夫提出，主要观点是碳和
氢不仅存在于太阳和星球中，而且也存在于地球的岩浆
中，在高温高压下它们形成各种烃类。
石油进入储油层后，在相应的环境下受到各种地球化学
作用的影响，会和在储油层中的物质发生相应变化，使
其组成和结构发生次生改造，使石油中组分变轻，杂原 子含量降低。 造成石油在储油层中发生次生改造的地球化学作用有： 热催化作用：储油层中的石油和天然气中的烃类在更 高温度的地热系统中向着分子结构更加稳定的方向继 续演化，形成最稳定的混合物。