油气的生成
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•这一理论目前已经成为石油生成的主流学说。
总结： ▲ 应该看到，原始有机质从沉积、埋藏到转化为石油 和天然气，是一个逐渐演化的过程，在承认晚期成油 起主要作用的同时，也不能一概否定早期成油的影响， 如未/低熟油。 ▲ 现在看来，液态石油的成因主要是晚期成因，而天 然气的成因条件较为宽松，成因机制也多种多样。
• 通过电子衍射和X射线、红外吸收光谱、核磁共振 （NMR）、波谱分析等物理分析方法，发现：干酪根 在结构上是一种复杂的三维大分子，它有很多结构单 元(核)，多个核通过桥键相联结，在桥和核上都可能 具有官能团。
干酪根的结构模式
随 着 温 度 升 高 ， 干 酪 根 瘦 身 ？
生 烃
——
2.干酪根的数量
•46亿年前宇宙大爆 炸与地球的形成、烃 类冷却、聚集之间 •应有某种联系
二．早期有机成油说
•主张：石油是地质时期生物有机质在还原环境中转化而 成的，且形成于沉积物成岩作用的早期。
•依据：
•（1）实验发现，一些生物组分如类脂物、蛋白质、碳 水化合物在一定条件下都可生成烃类；
•（2）在现/近代沉积物中，观察到有机质向烃类的转 化，如墨西哥湾（P. V. Smith,1952）、黑海和谢万湖 （B B Zobell, 1945）；
源自文库
主要学（假）说：
•碳化说 （门捷列夫，1876）
地壳深处 3FemOn+4H2O（炽热）
•宇宙成因说（索科洛夫，1889）
mFe3O4+C3nH8m
宇宙的碳氢化合物随地球冷却吸附、凝结
•岩浆说（库德梁采夫，1950s）
活性基团+氢
各种碳氢化合物
•高温生油说（切卡留克，1971）
矿物分离：上地幔中的氧化铁与水反应
1．干酪根的成分和结构 •没有固定的化学成分，主要由C、H、O及少量S、N 组成，其重量平均百分比：C-76.4%，H-6.3%，O11.1%，S-3.65%，N-2.02%（440个样品）。 •分子通式可用[C12H12ON0.16S0.43]x近似表示。
•通过对干酪根进行高温热解/低温降解，使它成为低分 子量产物，揭示出其含有活有机体的全套有机结构， 包括萜类、甾族、卟啉、氨基酸、羧酸、酮、醇、烯 烃和醚桥等→说明：干酪根由生物转变而成。
•沉积岩中的有 机质：不溶的干 酪根与可溶的沥 青，后者包括烃 类、胶质和沥青 质等。
•随深度增加，干酪根 含量的减少与烃类、 胶质+沥青质等可溶 烃含量增加间具有很 强的对应性，揭示了 二者间的内在联系。
*MAB抽提物：methanol-acetone-benzene extract。经过氯仿抽提后 的岩样再次用甲醇-丙酮-苯三元溶剂(15%:15%:70%)抽提所得的抽提物。 是一些含N、S、O等成分的重质杂原子化合物，属可溶性沥青的一部分。
石油与天然气地质学
第五章 石油和天然气的成因与烃源岩
Origin of hydrocarbon and source rock
•石油和天然气的成因概述 •石油成因的现代理论 •天然气的成因 •烃源岩 •油气的地球化学对比
§1 石油和天然气的成因概述
一．无机成因说
主张：石油是由自然界中的无机物化合而成的， 与有机物质无关。
大陆,陆棚,陆坡 粘土和页岩 碳酸盐岩 砂岩
大洋 粘土和页岩 碳酸盐岩 硅质沉积
平均值 重量 (质量%) (1016t)
0.99
0.82
0.33
0.08
0.28
0.09
0.22
0.07
0.28
0.10
0.26
0.04
(二) 干酪根
•kerogen：沉积岩中不溶于碱、非氧化型酸和有机溶剂 的分散有机质。
•（3）某些细菌是有机物质加氢、去羧基转化为类石油 物质的媒介，该过程完成于沉积物埋藏不深的阶段，说 明烃类能在成岩早期生成。
•难点—— •（1）世界上发现的原生油气藏几乎都在上新世(N2) 以前（5Ma以前）； •（2）现代沉积中的烃类性质毕竟与真正的石油不同： 以甲烷为主，缺乏C2-8重烃；正烷烃分布曲线上具奇 数碳优势，而石油中奇偶碳几乎相等。
•沉积物中有机质的 含量：取决于生物 物质的产量、原始 有机质的保存条件、 堆积速度以及沉积 物的粒度等众多因 素。
•90%以上的沉积有机质呈分散状态存在于沉积物之中， 一般＜10%，在暗色泥岩中为0.8－2%。
•优质烃源岩：有机质富集分布（油页岩、煤层…）
不同沉积物中的有机碳分布
沉积环境 与岩性
三．晚期有机成因说
•1960s以来，由于化学分析手段的提高和认识水平的飞 跃，晚期有机成油学说逐渐占了上风。 •通过对生油剖面的详细研究，发现只有当含有丰富有 机质的沉积物(称为母岩/源岩)被埋藏到一定温度和深 度时，有机质才会显著地产生大量石油烃。 •Abelson(1963)提出，石油是沉积物(岩)中的不溶有机 质(干酪根Kerogon)在成岩作用晚期，经热解生成的。
• 致命要害： ①解释不了为什么世界上90%以上的石油都埋藏在
沉积岩中，为什么石油具有只有生物有机质才有 的旋光性、生物标志化合物等问题； ②实验室合成生成的仅是一些烃分子，远不是代表 油、气本身的复杂混合物。
•发展动态：发现更多证据。如根据对塔里木、准噶尔 盆地干酪根、沥青的Pb、Sr、Nd（铌）同位素地化研 究，有人认为干酪根为壳源，沥青则为幔源。
§2 石油成因的现代理论
一、成油的原始物质—干酪根
(一)沉积有机质的形成和分布 •生物体的生物化学组成：类脂物、碳水化合物、蛋白
质、木质素。 •活的有机体死亡后，其分解过程可有三种途径——分
解、再循环、埋藏。
•沉积有机质由两部分组成：一部分是保留原先活 的有机体化学结构的继承性物质，如地球化学化石 或生物标记化合物；另一部分是非继承性物质，即 原有机体分解成简单低分子，再聚合成结构复杂的 高分子物质。
•根据杜朗(1980)估算，沉积岩中干酪根总量1016t， 而化石燃料最大资源量分别是：石油4×1011t、气 2×1011t、页岩油5×1011t、油页岩1012t、地沥青 3×1011t，煤和富有机页岩分别为1013t和1014t。 •干酪根总量约比化石燃料总量大1000倍，非常充足
3.干酪根的类型
总结： ▲ 应该看到，原始有机质从沉积、埋藏到转化为石油 和天然气，是一个逐渐演化的过程，在承认晚期成油 起主要作用的同时，也不能一概否定早期成油的影响， 如未/低熟油。 ▲ 现在看来，液态石油的成因主要是晚期成因，而天 然气的成因条件较为宽松，成因机制也多种多样。
• 通过电子衍射和X射线、红外吸收光谱、核磁共振 （NMR）、波谱分析等物理分析方法，发现：干酪根 在结构上是一种复杂的三维大分子，它有很多结构单 元(核)，多个核通过桥键相联结，在桥和核上都可能 具有官能团。
干酪根的结构模式
随 着 温 度 升 高 ， 干 酪 根 瘦 身 ？
生 烃
——
2.干酪根的数量
•46亿年前宇宙大爆 炸与地球的形成、烃 类冷却、聚集之间 •应有某种联系
二．早期有机成油说
•主张：石油是地质时期生物有机质在还原环境中转化而 成的，且形成于沉积物成岩作用的早期。
•依据：
•（1）实验发现，一些生物组分如类脂物、蛋白质、碳 水化合物在一定条件下都可生成烃类；
•（2）在现/近代沉积物中，观察到有机质向烃类的转 化，如墨西哥湾（P. V. Smith,1952）、黑海和谢万湖 （B B Zobell, 1945）；
源自文库
主要学（假）说：
•碳化说 （门捷列夫，1876）
地壳深处 3FemOn+4H2O（炽热）
•宇宙成因说（索科洛夫，1889）
mFe3O4+C3nH8m
宇宙的碳氢化合物随地球冷却吸附、凝结
•岩浆说（库德梁采夫，1950s）
活性基团+氢
各种碳氢化合物
•高温生油说（切卡留克，1971）
矿物分离：上地幔中的氧化铁与水反应
1．干酪根的成分和结构 •没有固定的化学成分，主要由C、H、O及少量S、N 组成，其重量平均百分比：C-76.4%，H-6.3%，O11.1%，S-3.65%，N-2.02%（440个样品）。 •分子通式可用[C12H12ON0.16S0.43]x近似表示。
•通过对干酪根进行高温热解/低温降解，使它成为低分 子量产物，揭示出其含有活有机体的全套有机结构， 包括萜类、甾族、卟啉、氨基酸、羧酸、酮、醇、烯 烃和醚桥等→说明：干酪根由生物转变而成。
•沉积岩中的有 机质：不溶的干 酪根与可溶的沥 青，后者包括烃 类、胶质和沥青 质等。
•随深度增加，干酪根 含量的减少与烃类、 胶质+沥青质等可溶 烃含量增加间具有很 强的对应性，揭示了 二者间的内在联系。
*MAB抽提物：methanol-acetone-benzene extract。经过氯仿抽提后 的岩样再次用甲醇-丙酮-苯三元溶剂(15%:15%:70%)抽提所得的抽提物。 是一些含N、S、O等成分的重质杂原子化合物，属可溶性沥青的一部分。
石油与天然气地质学
第五章 石油和天然气的成因与烃源岩
Origin of hydrocarbon and source rock
•石油和天然气的成因概述 •石油成因的现代理论 •天然气的成因 •烃源岩 •油气的地球化学对比
§1 石油和天然气的成因概述
一．无机成因说
主张：石油是由自然界中的无机物化合而成的， 与有机物质无关。
大陆,陆棚,陆坡 粘土和页岩 碳酸盐岩 砂岩
大洋 粘土和页岩 碳酸盐岩 硅质沉积
平均值 重量 (质量%) (1016t)
0.99
0.82
0.33
0.08
0.28
0.09
0.22
0.07
0.28
0.10
0.26
0.04
(二) 干酪根
•kerogen：沉积岩中不溶于碱、非氧化型酸和有机溶剂 的分散有机质。
•（3）某些细菌是有机物质加氢、去羧基转化为类石油 物质的媒介，该过程完成于沉积物埋藏不深的阶段，说 明烃类能在成岩早期生成。
•难点—— •（1）世界上发现的原生油气藏几乎都在上新世(N2) 以前（5Ma以前）； •（2）现代沉积中的烃类性质毕竟与真正的石油不同： 以甲烷为主，缺乏C2-8重烃；正烷烃分布曲线上具奇 数碳优势，而石油中奇偶碳几乎相等。
•沉积物中有机质的 含量：取决于生物 物质的产量、原始 有机质的保存条件、 堆积速度以及沉积 物的粒度等众多因 素。
•90%以上的沉积有机质呈分散状态存在于沉积物之中， 一般＜10%，在暗色泥岩中为0.8－2%。
•优质烃源岩：有机质富集分布（油页岩、煤层…）
不同沉积物中的有机碳分布
沉积环境 与岩性
三．晚期有机成因说
•1960s以来，由于化学分析手段的提高和认识水平的飞 跃，晚期有机成油学说逐渐占了上风。 •通过对生油剖面的详细研究，发现只有当含有丰富有 机质的沉积物(称为母岩/源岩)被埋藏到一定温度和深 度时，有机质才会显著地产生大量石油烃。 •Abelson(1963)提出，石油是沉积物(岩)中的不溶有机 质(干酪根Kerogon)在成岩作用晚期，经热解生成的。
• 致命要害： ①解释不了为什么世界上90%以上的石油都埋藏在
沉积岩中，为什么石油具有只有生物有机质才有 的旋光性、生物标志化合物等问题； ②实验室合成生成的仅是一些烃分子，远不是代表 油、气本身的复杂混合物。
•发展动态：发现更多证据。如根据对塔里木、准噶尔 盆地干酪根、沥青的Pb、Sr、Nd（铌）同位素地化研 究，有人认为干酪根为壳源，沥青则为幔源。
§2 石油成因的现代理论
一、成油的原始物质—干酪根
(一)沉积有机质的形成和分布 •生物体的生物化学组成：类脂物、碳水化合物、蛋白
质、木质素。 •活的有机体死亡后，其分解过程可有三种途径——分
解、再循环、埋藏。
•沉积有机质由两部分组成：一部分是保留原先活 的有机体化学结构的继承性物质，如地球化学化石 或生物标记化合物；另一部分是非继承性物质，即 原有机体分解成简单低分子，再聚合成结构复杂的 高分子物质。
•根据杜朗(1980)估算，沉积岩中干酪根总量1016t， 而化石燃料最大资源量分别是：石油4×1011t、气 2×1011t、页岩油5×1011t、油页岩1012t、地沥青 3×1011t，煤和富有机页岩分别为1013t和1014t。 •干酪根总量约比化石燃料总量大1000倍，非常充足
3.干酪根的类型