石油地质学-第二章

第一节 油气成因理论研究概况
2、宇宙说：索可洛夫，1889年 主张：在地球呈熔融状态时，碳氢化合物就包含在它的气圈中；随着地球冷 凝，碳氢化合物被冷凝岩浆吸收，最后，凝结于地壳中而成石油。
基本论点：1）在天体中碳和氢的储量很大；
2）由碳、氢合成碳氢化合物是出现在天体发展的早期阶段；
3）同其他天体一样，地球上形成的碳氢化合物后来为岩浆所吸收；
＜121℃
121～149℃ 149～177℃ 177～204℃ ＞204℃
• 世界油气分布的温度，又随生油层的年代而变化。
第一节 油气成因理论研究概况
• 晚期成油论的意义
①提出了生油岩“成熟度”的概念；指出石油的生成需 要一定的温度；生油过程有阶段性；从而区分出未成 熟生油层与成熟生油层、过成熟生气层；并且提出了 一套划分成熟度的指标；
•
早期成油论 主张：油气是地质历史时期中生物有机质在还原环境中转化而 来的。 依据：1）实验发现，一些生物组分如脂类、蛋白质等在一定条 件下可以生成烃类； 2 ）在现代沉积物中发现了液态烃。 Zobell（ 1945）和史 密斯（1952）发现里海、黑海和墨西哥湾现代沉积物中不但富含 有机质，且存在自由的液态烃类，用放射性碳同位素 C14测定了 烃的年龄，证明它们是现代生成的，最老的年龄只有1.46万年； 3）某些细菌是有机质加氢、去羧基转化为烃类的媒介， 这一过程完成于沉积物埋藏不深的阶段，说明烃类只能在早期生 成； 难点：1）世界上发现的原生油气藏几乎都在上新世（N2）以前； 2）现代沉积物中烃类的性质与石油不同。
第一节 油气成wk.baidu.com理论研究概况
4、高温生成说：切卡留克，1971
实验发现：一些矿物在高温、高压下可分离出甲烷、乙烷等 烃类，因此认为油气是上地幔中的氧化铁和水反应所得。
5、蛇纹石化生油说：耶兰斯基，1966，1971
但无机成因论者的致命点： • （1）是脱离了地质条件来讨论油气的成因，而且将宇宙中发现 的简单烃与地球上组成复杂的石油等同起来。 • （ 2 ）无法解释世界上已经发现的油气田 99.9% 都分布在沉积岩 中。 • （3）无法解释为什么石油具有只有生物有机质才有的旋光性， 生标物等问题，而且石油的旋光性在 300℃以上就不存在了，若 为无机成因需要高温、高压，石油的旋光性早就消失了。
(1).石油、天然气是流体，其产出地与生成地往往不一致，受多种
因素控制。 (2).化学成分均很复杂 (3).油气水常常伴生 更使油气成因的研究变得复杂和困难。人类在长期寻找、勘 探和研究油气的基础上，提出了各种假说。这些假说又在实践中 不断受到检验、修正和完善，逐步建立起油气生成的理论。今天 的干酪根热降解成油的理论，基本能说明油气生成的众多现象， 并在勘探实践中取得了显著的成果，这说明现代油气成因理论是 基本正确的。
第一节 油气成因理论研究概况
有机质从沉积、埋藏到转化为油气，是一个逐渐转
化的过程，在承认晚期成油论（干酪根热降解成油论）
的同时，不能一概否定早期成油论，只不过在生油气的
数量上可能多少不一，以晚期为主，实际上，有些地区
油气还是早期生成的，如柴达木盆地第四系生物气藏。 现在看来，液态石油的成因主要是晚期的，天然气 的生成条件比较宽松，机制也比较复杂。
第一节 油气成因理论研究概况
• 晚期成油论的主要依据：
• 世界油气的分布有一定的深度范围，太浅、太深都很少。
第一节 油气成因理论研究概况
• 据哈尔布蒂(1970)统计，全世界266个“巨型”油田（可采储量＞5 亿桶）， 其产层深度为： 产层深度（米） 占“巨型”油田总储量的％
<600
600～2400 >2400
④现代沉积物的可溶有机质中非烃馏份多；而在原油中则以饱和烃 及芳烃馏份占优势。
⑤现代沉积物经细菌作用后虽能生成少量烃类，但主要是甲烷，C2 以上的重烃很少。
第一节 油气成因理论研究概况
• 以上这些都说明：现代沉积物中所发现的烃，与石油烃有着
质的区别。它们要变到石油中的烃，还有很长一段距离的转 化路程。石油不可能在现代，在浅处，在沉积早期生成。 • 早期成油论的破产说明，在生油研究中精密的分析手段多么 重要。史密斯等人正是没有使用气相色谱等先进技术，尽管
②预测一个盆地能找到油还是能找到气，如是根本没有 成熟生油层，找油希望甚小； ③根据不同演化阶段的生油率，更精确地计算生油量。
第一节 油气成因理论研究概况
• 干酪根热降解成油论 依据：
①现代沉积物中干酪根多；古代岩石中干酪根少，因 为消耗于生成石油。据测定： • 55 个现代沉积物的干酪根含量为 95 ％～ 97 ％；烃类 含量65ppm； • 791 个古代页岩的干酪根含量为 90 ％；烃类含 量 300ppm； • 289个古代碳酸盐岩的干酪根含量为 65％；烃类含量 340ppm；
第一节 油气成因理论研究概况
③在自然剖面上可观察到；随理深增大、温度压力增高，干酪 根逐渐因消耗于生油而减少，MAB抽提物也减少，含O、N、 S化合物略有增多，特别是到了一定深度，烃类明显增多，这 是干酪根生油的自然实例。
第一节 油气成因理论研究概况
④实验室同样模拟出干酪根生成石油的过程。干酪根 在人工加温热降解过程中，先是生成液态烃，然后 液态烃裂解，生成气态烃。
4）当岩浆进一步冷却和紧缩时，包含在其中的碳氢化合物就沿断 裂或裂隙分离出来。
碳化物说和宇宙说所依据的由无机物制成简单碳氢化合物的实验，至今未 找到任何实地证据说明在自然界也发生过这样的过程。
3、岩浆说：库得梁采夫，1949年
认为石油的生成同基性岩浆冷却时碳氢化合物的合成有关。这个过程是在高 压条件下完成的，因而可以促使不饱和碳氢化合物聚合而成饱和碳氢化合物。 并且，依靠石油才在地球上产生了生物，石油中含有生物所需要的一切化学 元素，因此，不是石油来自有机物质，恰好相反，而是有机物质来源于石油。
第一节 油气成因理论研究概况
②从干酪根到可溶沥青到原油，元素组成有规律地递 变，说明它们之间有成因联系。
元素组成 O， % S，% N，% C，% H， % H/C原子比 干酪根 8 5 2 79 6 0.91 沥青 2 4 1 83 10 1.45 原油 0.5 2.0 0.5 84 13 1.86 富集C 特别富集 H 脱去O、N 、S 变化
第二节 生成油气的原始物质
一、沉积有机质的形成和分布
有机质要生成油气，必须： 1）有数量充足的、品质良好的原始生油气母质 2）有利于有机质向油气演化、改造的环境 只有二者兼备，才可能生成油气。
发现了现代沉积物中有液态烃，但却没能找出它们与石油质
的区别。因此，两年后布雷等人一经发现正烷烃的奇碳化势， 早期成油论就破了产。
第一节 油气成因理论研究概况
晚期成油论
早在1964年，苏联人拉尔斯卡娅在研究北高索中新生代生油岩时即 已发现：生油层埋深＞ 1200～1500米、地温超过50～60℃时，烃类才会 大量生成，沥青A/C有的比值才会明显增大。 1965年，美国人菲利皮研究了文图拉和洛杉机两个盆地中新统生油 岩，发现它们分别在3600米和2400米深处出现烃/C有机比值的明显增大； 与此同时，正构、异构和环烷烃的组成也发生了明显变化，逐渐与石油 趋于一致。值得注意的是，两个盆地的地温梯度不同：文图拉盆地为 2.66℃/ 100米，洛杉矾盆地为3.91 ℃/100米，烃/C有比值明显增大的转折 点深度也不同（亦即上覆层的厚度和压力不同），但转折点的温度却都 是115℃左右。这就证明：油气的生成主要取决于温度，而上覆层的压力 作用并不大。 根据两个盆地的研究结果，菲利皮首次提出了“生油层成熟度”的 概念和一套判别成熟度的指标，并因此而获得了国际有机地球化学协会 的第一个“特雷普斯 （ Tribes）奖”（为纪念第一个发现原油中的卟啉 的地球化学家而设）。
法国石油研究院人工加热现代沉积物中的干酪根实验结果 （以产物占干酪根质量分数表示）
加热温度 ℃ 加热时间 h 干酪根固体残余 物，％ 液态烃 ％ 气态产物 ％
150 200 250 310 350 410
5 5 5 5 5 5
92.4 82.4 77.9 65.1 65.3 56.5
1.5 3.2 3.8 6.0 6.6 2.7
第一节 油气成因理论研究概况
• 有机成因论 随着油气勘探和生油研究不断深入，无机成因论逐步为有机 成因论所代替。有机成因论的主要论据： • ①世界上99.9%以上的石油产于沉积岩区；而与沉积岩无关的大 片岩浆岩、变质岩区没有产出石油；少量工业油流的岩浆岩、变 质岩都与沉积岩毗邻； • ②油气中先后鉴定出很多与活生物体有关的生物标志化合物； • ③ 油气中烃类与生物体中类脂物、沉积有机质在元素组成、化 学成分及结构上都存在着相似性和连续性。 • ④实验室中模拟地下条件，从多种有机质中获得了烃类。
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• 根据兰迪斯(1967) 统计，在1949 ～ 1965 年期间发现的产层深度＞ 4570 米的油 气田，其中4/5是凝析气田和干气田。 • 世界油气分布与地温的关系更加密切。据统计，世界上99％的油田，油藏温 度＜148.9℃，其中
油藏温度
湿气、凝析油藏温度 干气藏温度 工业性气藏很少 无工业性气藏
石油地质学
第二章 石油的成因及生油气岩
第二章 石油的成因及生油气岩
• 油气成因理论研究概况 • 生成油气的原始物质 • 有机质向油气转化的条件 • 油气生成的热演化模式 • 油气生成的地质环境
• 天然气的成因类型
• 生油气岩
第一节 油气成因理论研究概况
油气的成因是一个长相争论的基本理论问题。 由于:
第一节 油气成因理论研究概况
现代沉积物中的烃，在性质上与石油中的烃差异太大。这表现在： ①现代沉积物中缺少 C4～ C7 的轻烃， C8～ C13也极少；现代沉积物 C2～C7为0.005ppm，C8～C13为1ppm，古代沉积物分别为30ppm 和50ppm。 ②现代沉积物中的正烷烃有明显的奇碳数优势，正脂肪酸具有偶碳 数优势，而古代生油岩和原油无此优势。 ③现代沉积物中很难找到苯、二甲苯等轻芳烃，而它们在石油中则 是重要分子。
• 总之，油气的有机成因说，由于充分考虑了油气的生成和产出的地质、地球 化学条件。深入对比了油气及有机质的组成特征，因此，更能说明油气的成 因。为绝大多数石油地质，地球化学工作者所接受。现代研究证明，部分天
然气则很可能是无机成因的。
• 在油气生成的机理和时间上，亦有早期生成论和晚期生成论之争。
第一节 油气成因理论研究概况
第一节 油气成因理论研究概况
• 无机成因论
石油工业发展早期，从纯化学角度出发，认为油气是无机成因的。 无机成因说大致可归纳为： 1、碳化物说（门捷列夫， 1876 年）：认为在地球内部水与重金属 碳化物作用，可以产生碳氢化合物： 3FemCn+4mH2O一mFe3O4+C3nH8m 地球形成时期，温度很高，使碳和铁变为液态，互相作用而形成 碳化铁。由于它们密度较大，保存在地球深处。后来，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 升到地壳。有些碳氢化合物浸透了岩石，形成油页岩、藻煤及其 他含沥青岩石；有些碳氢化合物在地表附近受到氧化，形成地沥 青等产物；如果碳氢化合物上升到地壳比较冷却的部分，冷凝下 来形成石油，并在孔隙性岩层中聚集便可形成油藏。
6.1 14.1 18.3 28.9 28.1 40.8
第一节 油气成因理论研究概况
干酪根热降解成油理论
①成岩作用阶段早期（在生物化学作用阶段）：各种生物有机碎 片结合成不同类型的不溶“干酪根”； ②在成岩作用阶段晚期和深成作用阶段早期：随着温度升高，干 酪根核与核之间或核外的桥键，先沿“薄弱环节”即 O － N 一 S 等极性键断开，然后是脂链发生断裂；沥青和烃类脱离干酪根 核的束缚，从不溶转入可溶状态，“游离”在生油岩中成为 “原始”的石油烃和“游离”沥青组份； ③深成作用阶段后期和变质阶段：在更高温度下，游离沥青继续 脱去 O—N － S 等杂原子，烃类则从长链断裂成短键，最终变成 CH4气体；与此同时，干酪根的核则不断缩合，最后只剩下碳原 子，变成石墨—两极分化。