干酪根的介绍

摘录：干酪根的介绍一、干酪根的定义及制备干酪根(Kerogen，曾译为油母)一词来源于希腊语Keros，指能生成油或蜡状物的有机质。

1912年Brown第一次提出该术语，表示苏格兰油页岩中有机物质，这些有机物质干馏时可产生类似石油的物质。

以后这一术语多用于代表油页岩和藻煤中有机物质，直到1960年以后才开始明确规定为代表不溶于有机溶剂的沉积有机质。

但不同学者的定义还是有着一定的差别。

Tissot 和Welte (1978)将干酪根定义为沉积岩中既不溶于含水的碱性溶剂，也不溶于普通有机溶剂的沉积岩中的有机组分，它泛指一切成油型、成煤型的有机物质，但不包括现代沉积物中的有机质（腐殖质）。

Hunt（1979）将干酪根定义为不溶于非氧化的酸、碱溶剂和有机溶剂的沉积岩中的分散有机质。

Durand（1980）认为，干酪根系指一切不溶于常用有机溶剂的沉积有机质，它既包括沉积物、也包括沉积岩中的有机质，既包括分散有机质，也包括富集有机质。

王启军（1984）的定义中去掉了Hunt定义中的“分散有机质”，但认为实际应用时，重点还是在古代沉积物和沉积岩中的分散有机质。

比较可以看出，关于干酪根定义的差别体现在以下三方面：（1）是否包括富集状态的有机质（如煤）（2）是否包括沉积物中的不溶有机质（3）是否限定为“不溶于非氧化的酸、碱溶剂”的有机质？关于第一点，由于富集状态的有机质也是生油气母质，而从后面的讨论中将可以看到，干酪根被视为是主要的产油气母质。

因此，本书认为，干酪根的定义中应该包括像煤这样的富集状态的有机质。

关于第二点，尽管沉积物中的腐殖质和沉积岩中的不溶有机质并没有一个严格的界线，沉积岩中也存在溶于酸碱的腐殖酸，表明腐殖质在演化过程中事实上延伸入沉积岩中，但由于油气基本上是由沉积岩中的有机质转化而成的，因而油气地球化学更为关注的对象是沉积岩而不是沉积物中的有机质。

因此，作为生油气母质的干酪根的定义应该反映这一点，即不包括沉积物中的有机质。

关于第三点，由于在干酪根的制备过程中，需要用非氧化的酸、碱来除去无机矿物，因此，部分学者在干酪根的定义中加上了“不溶于非氧化的酸、碱溶剂”的限定。

事实上，沉积岩中的有机质要么归入可溶有机质（沥青），要么归入不溶有机质，不应该有第三种归宿。

否则的话，我们应该为溶于“非氧化的酸、碱”，但既不属于可溶有机质，也不属于不溶有机质的沉积有机质准备一个新的概念和定义。

也就是说，制备干酪根的操作流程，不应该被反映到干酪根v1.0 可编辑可修改定义的内涵当中。

因此，本书给出的干酪根定义是：泛指一切不溶于常用有机溶剂的沉积岩中的有机质。

干酪根是地球上有机碳的最重要形式，是沉积有机质中分布最广泛、数量最多的一类。

Tissot 等（1978）认为，在古代非储集岩中，例如页岩或细粒的石灰岩，干酪根占有机质的80～99%（图6-3-1）。

不过，我们认为，对生烃能力高（如氢指数>600mgHC/gC，氢指数的概念将在后面介绍）的有机质，这一估计比例可能偏高。

沉积岩中分散状态的干酪根，比富集状态的煤和储集层中的石油含量丰富1000倍，比非储集层中沥青和其它分散的石油丰富50倍。

图6-3-1 古代沉积岩中分散有机质的组成（据Tissot 和Welte，1978、1984）二、干酪根的组成及研究方法１、干酪根的显微组分组成从岩石中分离出来的干酪根一般是很细的粉末，颜色从灰褐到黑色，肉眼看不出形状、结构和组成。

但从显微镜下来看，它由两部分组成，一部分为具有一定的形态和结构特点的、能识别出其原始组分和来源的有机碎屑，如藻类、孢子、花粉和植物组织等，通常这只占干酪根的一小部分，而主要部分为多孔状、非晶质、无结构、无定形的基质，镜下多呈云雾状、无清晰的轮廓，是有机质经受较明显的改造后的产物。

显微组分就是指这些在显微镜下能够认别的有机组分。

干酪根显微检验技术，包括自然光的反射光和透射光测定，紫外荧光和电子显微镜鉴定。

用显微检验技术，可以直接观察干酪根的有机显微组成，从而了解其生物来源。

显微镜透射光主要鉴定干酪根的透光色、形态和结构；反射光主要鉴定干酪根的反光色、形态、结构和突起；荧光主要鉴定干酪根在近紫外光激发下发射的荧光；电子显微镜用于研究干酪根的细微结构及其晶格成像。

将它们综合利用，可取得良好效果。

煤岩学者对煤的有机显微组成进行了长期深入的研究。

沉积岩中干酪根的有机显微组分研究是煤岩学中有机显微组分鉴定技术在干酪根鉴定中的应用。

表6-3-1为干酪根显微组分的分类方案。

其中，壳质组又称脂质组或类脂组，为化学稳定性强的部分组成，我国将其分为稳定组和腐泥组。

镜质组是由植物的茎、叶和木质纤维经凝胶化作用形成。

惰质组是由木质纤维经丝炭化作用形成。

表6-3-2为各种显微组分的光性特征。

表6-3-1干酪根的显微组分组成（涂建琪，1998）表6-3-2 干酪根显微组分的光学特征我国原石油工业部(1986)也提出了一个类似的分类（表6-3-3），该分类在石油地质中应用很广。

由于生产的需要，近年来干酪根显微组分的划分越来越详细，并试图与煤岩显微组分对比。

表6-3-3 干酪根显微组分分类（据原石油工业部，1986）目前，有机岩石学的发展趋势是综合采用各种观察方式，对全岩光片（不富集干酪根，直接将无机、有机部分一起制成光片）、干酪根光片及干酪根薄片对沉积岩中分散有机质进行详细研究．将干酪根与全岩显微组分的分类统一起来，采用同一分类术语，而且在分类中还考虑成熟度的影响。

需要注意的是，沉积岩中的干酪根几乎没有完全由单一的显微组分组成，常为多种显微组分的混合，只不过某种干酪根以某组显微组分为主。

在一般沉积岩中，紫外荧光和电子探针的结合应用中表明，大多数无定形有机物质埋藏浅时具有荧光。

在成熟度大体一致条件下，各显微组分的荧光强度近似反映了其生油潜能：藻质体和以藻和细菌为主形成的富氢无定形生油潜能最大；壳质体及部分富氢无定形次之；镜质组及贫氢无定形生油潜能差，以生气为主；惰质组生油气潜能极低。

2、干酪根的元素组成干酪根是一种复杂的高分子缩聚物，它不同于一般纯的有机化合物，因此没有固定的化学组成，只有一定的组成范围。

干酪根元素分析表明，它主要由C、H、O和少量的S、N五种元素组成，其中含碳量为70～85％，氢3～11％，氧3～24％，氮<2%，硫含量较少。

但不同来源的干酪根元素组成有所不同，源于水生生物、富含类脂组的干酪根相对富氢贫氧。

与原油的平均元素组成（C、H、O分别约为84％、13％、2％）相比，干酪根明显贫氢富氧。

由此不难理解，相对富氢贫氧的干酪根将会生成更多的石油。

因此，干酪根的元素组成成为后面划分干酪根类型，判断其生油气能力的重要指标。

大量实际分析资料表明，干酪根中各元素含量的变化既与干酪根的来源v1.0 可编辑可修改和成因有关，也与干酪根的演化（向油气的转化）程度密切相关。

这将在以后详述。

3、干酪根的基团组成物质分子中的基团在连续红外光照射下，可吸收振动频率相同的红外光，形成该分子特有的红外光谱（参见第三章）。

用红外光谱仪测定的干酪根红外光谱可用来研究其基团组成及含量。

用红外光谱参数（谱带强度或吸光度比）可方便地用以确定不同干酪根的性质和类型。

图6-3-2为干酪根典型红外光谱图。

表6-3-4为各基团的红外光谱主要吸收频率及所反映的振动特征。

红外吸收带的位置和相对强度，是干酪根中化学基团组成、相对丰度和键合性质的反映。

可以看出，干酪根中主要由脂族结构、芳香结构和杂原子（主要是O）结构三类基团组成。

不同类型干酪根的红外光谱图，它们的谱带非常类似。

其中，以脂族基团含量高的干酪根产烃能力较高。

这三类基团相对含量的多少既受干酪根来源和成因的影响，也受干酪根演化程度的影响，也是以后判别干酪根类型和演化程度的重要指标之一。

图6-3-2 干酪根（Ⅱ型）的典型红外图谱（据Tissot和Welte，1979、1984）显然，Ⅰ型和Ⅱ型干酪根的红外光谱图与Ⅲ型相比，反映饱和烃结构的谱带将较强，而后者的芳烃结构谱带较强。

虽然不同类型干酪根的红外光谱相似，但有关吸收性却存在明显差异。

生油潜能大的富氢富脂肪链的干酪根在红外光谱上烷基吸收峰高，而含氧基团峰低；生油潜能小的干酪根则含氧基团吸收峰高芳基高，而烷基峰低。

因此，应用不同红外参数来表征这些差异，可划分干酪根类型。

不同类型和成熟度的干酪根，其生油、生气能力是不同的。

红外光谱参数不仅能反映干酪根的组成和类型，也能表征其演化及成熟度。

同一类型干酪根的红外光谱随成熟度增高，首先含氧基团及其吸收峰减少，接着烷基及其吸收峰减少。

4、干酪根的碳同位素组成干酪根的碳同位素组成，取决于它的生物先质的同位素组成以及发生在干酪根形成和演化过程中的同位素分馏。

碳有三个同位素，即12C、13C和14C，其中前两个是稳定碳同位素，14C为放射性同位素，其半衰期短，可用于测定第四纪年龄，通常用于考古学而较少用于解决石油地质中的问题。

12C、13C在石油地质中的应用日益广泛，主要用于研究油气成因和油气源。

稳定碳同位素12C和13C的相对丰度平均为：12C－，13C－。

它们的相对丰度是变化的，其原因在于同位素之间化学和物理性质的微小差异而发生同位素效应，进而产生同位素分馏作用。

表6-3-4 有机官能团的红外光谱特征v1.0 可编辑可修改含氧、氮、硫杂原子基团类型（反映杂原子含量）3600～3200-OH的伸缩振动KOH 3500～3100-NH2、-NH伸缩振动2600～2500-SH伸缩振动1710羰基、羧基的C=O的伸缩振动K1710 1650～1560-NH2的变形振动1600～1500-NO2的不对称伸缩振动1300～1250-NO2的对称伸缩振动1220～1040S=O的对称伸缩振动1100～1000芳基、烷基中醚C-O、-C-O-C-伸缩振动K1100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：式中（13C/12C）样品——待测样品的13C与12C比值；（13C/12C）标准——标准样品的13C与12C比值。

为便于对比，国际上通用的标准是美国南卡罗莱纳州白垩系Peedee建造中的箭石（Peedee Belemnites），简称PDB标准。

其13C/12C=×8-5。

我国目前普遍使用北京周口店奥陶系石灰岩为标准，其13C/12C=×8-5，与PDB标准相近。

有关碳同位素分布的研究成果表明，由于生物分馏作用（生物对轻碳同位素的选择性优先利用），生物中的碳同位素明显较其利用的CO2偏轻；由于陆相生物所用大气碳源(δ13C=－7‰)轻于海相生物所用海洋水中的碳源(δ13C=0‰)，陆生植物与海洋水生生物的碳同位素值差异明显，陆生植物的δ13C分布范围为-10‰~-37‰(王大锐，2002)，典型值-24~-34‰(郑永飞，2000)；水生生物（海洋）为-4~-28%，湖生生物比海洋生物的δ13C偏负10‰左右。