有机地球化学
地球化学分析测试项目介绍
勘探开发研究院分析试验中心 2010.6
提 纲
一、生油常规分析项目及流程
二、取样及送样要求
三、主要分析测试项目介绍
一、生油常规分析项目及流程
气样 岩样
氯仿抽提物 气 相 色 谱
有 机 碳 热 解
油样
干酪根
沥青质
非烃
芳烃
饱和烃
碳 同 位 素 分 析
显 微 组 分 鉴 定
岩石热解各分析参数的分析条件
分析温度（℃） 分析参数 起始 终止
恒温时间 （min） 3
1(600 ℃) -
升温速率 （ ℃/min） 25或50 25或50 25或50
S1
S2 Tmax S3
300
300 300 300
300
600 600 390
岩石热解各分析参数的含义
符号 S1 S2 S3 Tmax 含义 岩样加热不超过300℃时挥发出的烃，代表岩石中可抽提吸 附烃含量 干酪根高温（300～600℃）热解生成烃的数量 岩石中干酪根含氧部分热解产生的有机二氧化碳 干酪根的最大热解烃量时的温度，反映干酪根的成熟度 单位 mg/g岩石 mg/g岩石 mg/g岩石 ℃
各组分在总量中的百分含量。
族组份计算公式如下：
W（S,A,N,B)=
(G1-G2)-G3
m
×100％
W(S,A,N,B)－各族组分的质量分数，S为饱和烃、A为芳烃、N为非烃、 B为沥青质； G1－称重瓶加组分加空白值的质量，mg； G2－称重瓶质量，mg； G3－空白值，mg； m－试样质量，mg。
％；Po对应镜煤反射率（Ro％），单位有机碳生气量（m3/t）。
（二）氯仿沥青“A”及族组分分析
地球化学中的有机地球化学
地球化学中的有机地球化学地球化学是一门研究地球化学元素的分布、运移、化学特性及其在地球圈层中的变化规律的科学。
有机地球化学则是研究有机物质在地球中的分布、特性、形成与演化的学科。
它是现代地球化学领域中的一个分支，与矿物地球化学、水文地球化学等有机结合，构成了地球化学研究的核心内容。
本文将从有机地球化学的研究对象、有机质的主要成分、有机地球化学古气候学、有机地球化学与环境科学等几个方面结合实例进行阐述。
一、有机地球化学的研究对象有机地球化学的研究对象包括石油、煤炭、天然气、沉积岩石等。
这些物质均含有不同程度的有机质，是现代人类社会生产生活的重要能源与原料资源。
石油、煤炭、天然气是含碳量极高的有机物，其成分除了含碳之外，还含有氢、氮、硫等元素。
石油和天然气是构成地球深部烃类资源的主要成分，而煤炭则是由大量的植物残骸在地质历史长期压缩和化学反应形成的，是地球上储量最丰富的燃料。
沉积岩石则是指岩石中含有可见的、经过生物化学反应后形成的化石和其他有机标志物的沉积物。
有机质最为集中的地方是深度较浅的沉积岩系。
研究沉积岩石中的有机质，有助于了解岩石的沉积环境、沉积旋回、海水温度、海平面变化等。
有机质通常包括一系列的生物标志物，如芳香烃、脂肪烃等，这些标志物具有结构独特、成分多样、稳定性高的特征，可以用来将岩石的沉积环境重建出来。
二、有机质的主要成分有机质的主成分是有机碳、有机氮、有机硫、有机氧等元素的有机物。
为了更好的理解有机质和岩石成因的关系，我们需要掌握有机质的具体特征。
（1）碳同位素组成燃料油、煤中的有机碳含量可以用碳同位素组成进行表征。
碳同位素组成是指不同样品中碳的不同原子量之间的比例，以表征碳源以及化学分馏过程。
同位素测量得到的结果是以δ13C ‰ (PDB) 的形式表示的。
其中δ13C为样品同位素组成相对于标准物质Pee Dee Belemnite（PDB）的偏移值，计算公式如下：δ13C ‰ (PDB) = [(13C/12C)样品/(13C/12C)PDB - 1] × 1000‰（2）生物标志物分析生物标志物分析是有机地球化学中的重要研究手段之一。
石油勘探中的地球化学方法
石油勘探中的地球化学方法石油是世界上最重要的能源之一，而石油勘探就是为了寻找新的石油资源。
在石油勘探中，地球化学方法被广泛应用于地质和地球化学数据的解释和解析。
本文将介绍石油勘探中常用的地球化学方法，包括有机地球化学和无机地球化学，以及它们在石油勘探中的应用。
一、有机地球化学方法有机地球化学方法主要研究含有机物的地层岩石样品。
它通过分析有机质的组成和分布来判断石油资源的潜力。
常用的有机地球化学方法包括有机质含量测试、有机质类型鉴定和成熟度评价。
1. 有机质含量测试有机质含量测试是通过测定地层样品中的有机质含量来判断石油资源的富集程度。
常用的测试方法包括岩心样品中有机碳含量的测试和岩石热解、溶解和提取等方法来确定含量。
2. 有机质类型鉴定有机质类型鉴定是通过分析地层样品中的有机质成分来确定其类型。
常用的鉴定方法包括红外光谱、核磁共振等技术，通过比较样品的吸收峰和信号来推断有机质的类型，如油类、蜡类和杂质等。
3. 成熟度评价成熟度评价是通过分析有机质的成熟程度来评估石油资源的潜力。
常用的评价方法包括岩石中稳定碳同位素、红外光谱等技术来判断有机质的成熟度，以及通过测定岩石中挥发性有机物含量和组成来评估有机质的成熟程度。
二、无机地球化学方法无机地球化学方法主要研究地层岩石中的无机元素的含量和分布。
它通过分析地层岩石中的无机元素来判断地质构造和地层特征，从而识别潜在的石油来源区域。
1. 地层岩石中元素含量的分析地层岩石中元素含量的分析常用的方法包括火花源质谱仪、电感耦合等离子体质谱仪等技术，通过测定地层岩石中元素的含量和分布来判断地层构成和特征。
2. 地质构造特征的解释通过分析地层岩石中的无机元素含量和分布，可以解释地质构造的形成机制，如断层、褶皱等。
同时，还可以通过无机元素的特征来推断石油来源区域的位置和特征。
三、地球化学方法在石油勘探中的应用地球化学方法在石油勘探中广泛应用，为石油勘探提供了重要的数据和信息。
《地球化学》章节笔记
《地球化学》章节笔记第一章：导论一、地球化学概述1. 地球化学的定义：地球化学是应用化学原理和方法，研究地球及其组成部分的化学组成、化学性质、化学作用和化学演化规律的学科。
它是地质学的一个分支，同时与物理学、生物学、大气科学等多个学科有着密切的联系。
2. 地球化学的研究对象：- 地球的固体部分，包括岩石、矿物、土壤等；- 地球的流体部分，包括大气、水体、地下水等；- 地球生物体，包括植物、动物、微生物等；- 地球内部，包括地壳、地幔、地核等。
3. 地球化学的研究内容：- 地球物质的化学组成及其时空变化；- 地球内部和外部的化学过程；- 元素的迁移、富集和分散规律；- 地球化学循环及其与生物圈的相互作用；- 地球化学在资源、环境、生态等领域的应用。
二、地球化学的研究方法与意义1. 地球化学的研究方法：- 野外调查与采样：包括地质填图、钻孔、槽探、岩心采样等；- 实验室分析：包括光学显微镜观察、X射线衍射、电子探针、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）、原子吸收光谱（AAS）等；- 地球化学数据处理：包括统计学分析、多元回归、聚类分析等；- 地球化学模型：建立地球化学过程的理论模型和数值模型；- 同位素示踪：利用稳定同位素和放射性同位素研究地球化学过程。
2. 地球化学研究的意义：- 揭示地球的形成和演化历史；- 了解地球内部结构、成分和动力学过程；- 探索矿产资源的形成机制和分布规律；- 评估和治理环境污染问题；- 理解地球生物圈的化学循环和生态平衡；- 为可持续发展提供科学依据。
三、地球化学的发展历程与现状1. 地球化学的发展历程：- 起源阶段：19世纪初，地质学家开始关注矿物的化学组成；- 形成阶段：19世纪末至20世纪初，维克托·戈尔德施密特等科学家奠定了地球化学的基础；- 发展阶段：20世纪中叶，地球化学在理论、方法、应用等方面取得显著进展；- 现代阶段：20世纪末至今，地球化学与分子生物学、环境科学等学科交叉，形成新的研究领域。
有机地球化学
有机地球化学有机地球化学是一门关于地球化学有机物质的学科，它研究的是地球表面的有机物质的形态、组成、动力学特征和地球内部的有机物质的结构、演化及其影响。
它是现代地球化学的重要组成部分，也是地球的历史演化过程的重要研究领域。
首先，有机地球化学涉及对地球表面有机物质的形态、组成以及地球内部有机物质演化过程的研究。
首先，地球表面的有机物质是经过漫长的地质演化而形成的，它们构成了地球表面的环境，也是人类文明发展的重要物质基础。
地表的有机物质主要来源于植物和动物的分解，以及含有有机物质的火山熔岩、流体以及冰盖等物质的运移、输送和混合。
研究地表有机物质大量分布状态、动力学特性和变化规律，有助于我们了解地表物质流动的动态特征，从而更好地把握环境变化，保护生物地球系统。
其次，有机地球化学研究的是地球内部有机物质的结构、演化及其影响。
地球内部温度、压力和化学环境的综合作用使得有机物质的构成发生了微妙的变化。
地球内部的有机物质把外部的地表有机物质转化成生命所需的物质，这正是生命可以存在于地球表面的原因。
有机地球化学研究地球内部有机物质的结构、演化和环境的影响，会有助于更好地理解深部有机物质形成的历史过程，从而有助于地球科学的发展。
再次，有机地球化学是现代地球化学中重要的组成部分。
地球化学是一门综合性的学科，它研究的是地球表面物质和地球内部物质运动和演变的机理，涉及到包括物理、化学和生物学等多学科的知识和方法。
有机地球化学作为地球化学涉及的一个分支，它以研究有机物质的形态和演化为目标，依赖形态学、有机物化学和地球化学等多学科的知识，它拓宽了地球化学的研究领域，对研究地球内部有机物质演化而言，有着重要的意义。
最后，有机地球化学是地球历史演化过程的重要研究领域。
地球是一个复杂的系统，从宇宙大爆炸到当前，地球表面和内部的物质都在发生变化，这是地球历史演化的过程。
而有机物质是地球表面和内部的重要物质，对地球历史演化至关重要。
第六章 地壳的有机组成
概述
地壳中的有机物：自然作用形成的，多与生
物体有关的物质，主要指的是有机矿产和化 石生物。 意义： 地壳的重要组成部分； 生物化石，阐明地壳演化、环境变迁(古生物 学、地史学)； 有机矿产，煤、石油、天然气等，与人类的 生存和发展息息相关(生物化石能源)。
概述 地壳有机地球化学特征
66.1 8 21.7 3.1 1.1
1.地壳有机物的元素组成
地壳中C的平均克拉克值～0.04%，有机碳仅占～ 18％，大部分固定在沉积物中，如碳酸盐类。 化石能源：煤约占地壳的1/500；石油约占地壳的 1/1600。
有机碳
有机碳 无机碳
无机碳
18 82
2. 地壳中的主要有机化合物
根据广义有机地球化学的观点，自然界中组 成植物和动物的有机质主要划分为6类：
石油(Oil)
(1) 石油的元素的组成
碳(83% ~ 87%)、氢(11% ~ 14%)，其余为硫(0.06% ~ 0.8%)、氮(0.02% ~ 1.7%)、氧(0.08% ~ 1.82%) 及微量金属元素(镍、钒、铁等)。 由碳和氢化合形成的烃类构成石油的主要组成部 分，约占95% ~ 99%，表明石油的形成有一个 “脱氧、加氢、富集碳”的过程。
含硫化合物，有机硫化合物约250中，主要出现在 <200℃的分馏中，是石油的有害杂质。
石油(Oil)
(3) 石油物理性质 颜色，一般为黑褐色，淡黄、墨绿、褐红等； 比重，一般0.75-1.0。>0.9为重质原油，<0.9为轻质原油； 粘度，因产地而异，范围很宽，与化学成分、温度和压力有关； 密度，0.8 ~ 1.0 g/cm3，凝固点差别很大30 ~ -60℃，沸点范围为 常温到500℃以上； 荧光性，在紫外线照射下产生荧光，发光强度与物质浓度有关， 是找油的重要标志之一； 旋光性，当偏振光通过石油时，偏光面会旋转一定角度，(0.1~几 度)，由于有机化合物分子存在不对称结构分子； 导电性，具极高的电阻率，可视为非导体，是电法找油的理论依 据。
第二章地球化学有机质类型与研究方法
1、岩石（土壤）样品索氏抽提法 利用加热有机溶剂在抽提器中反复回流，通过干净溶剂不断与样品接触，使有机质逐渐溶解出来，直至全部溶解于有机溶剂中，达到与矿物质相分离的目的。 溶剂：二（三）氯甲烷 碎样：粉碎至100目 脱硫：加活性铜片 过程：连续抽提72小时
二、地质体中有机质类型 地质体中的有机质是生物体有机组分，在成岩作用过程中的残留物及演化产物。残留物是动植物中稳定的化合物，其碳骨架不变，只是发生脱官能团、氢化等作用，如色素（如卟啉等）；而新产生的有机物则破坏了原始碳骨架，形成了不同结构的有机化合物。 在有机地球化学中将地质体中有机质划分为五类： 1、类脂化合物 在生物化学中中指能溶于醚、苯、氯仿等有机溶剂而不溶于水的一类有机合物，包括烃类、醇类、脂肪酸等及其衍生物。 烃类：主要有烷烃、烯烃、炔烃、萜烯、芳香烃、环烷烃及类异戊二烯等； 醇：自然界产出的醇主要C14~C34脂肪醇； 脂肪酸：C10~C35脂肪酸
岩样
抽提
沥青A族组分分离
沉淀沥青质
芳烃组分
可溶部分
饱和烃组分
非烃组分
络合
正构烷烃
异构/环烷烃
不同环数芳烃分离
有机酸、醇分离
粉碎至100目
氯仿索氏抽提
岩石残渣
干酪根分离
原油分离
沥青质
柱层析、薄板层析
正已烷或石油醚
氯仿/乙醇
二氯甲烷
石油醚
GC、同位素
GC、GC/MS
GC、GC/MS
GC、GC/MS
岩石、原油样品具体分析流程：
2、油砂、沥青样品的冷泡法 将油砂、沥青样品破碎后，在玻璃器具中，用有机溶剂（如二氯甲烷）浸泡，一定时间后用过滤法分离有机萃取物。
第十四届有机地球化学学术会议 专题6 生物有机地球化学
Powers, L., Werne, J.P., Vanderwoude, A.J., Hopmans, E.C., Sinninghe Damsté , J.S., Schouten, S., 2010. Applicability and calibration of the TEX86 paleothermometer in lakes. Organic Geochemistry, 41: 403–414. Weijers, J.W.H., Schouten, S., van den Donker, J.C., Hopmans, E.C., Sinninghe Damsté , J.S., 2007. Environmental controls on bacterial tetraether membrane lipid distribution in soils. Geochimica et Cosmochimica Acta, 71: 703–713. Woltering, M., Johnson, T.C., Werne, J.P., Schouten, S., Sinninghe Damsté , J.S., 2011. Late Pleistocene temperature history of Southeast Africa: a TEX86 temperaturer ecord from Lake Malawi. Palaeogeography Palaeoclimatology Palaeoecology, 303:93–102. Schouten, S., Hopmans E.C., Sinninghe Damsté , J.S, 2013. The organic geochemistry of glycerol dialkyl glycerol tetraether lipids: A review. Organic Geochemistry, 54:19-61.
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一、天然气类型
二、无机成因天然气
三、有机成因气
生物-热催化过渡带
概念：在未成熟-低成熟阶段，可溶有机 质极性分子通过脱羧基和脱官能团作用、 不溶有机质芳环结构的缩合作用形成小分 子烃类。 标志：甲烷含量变化很大，多数为湿气； δ13C1一般为-60～-50‰
第六节 烃源岩研究与油源对比
岩相古地理条件： 深水-半深水湖泊是陆相生油岩发育的有利区域 近海地带的深水湖盆是最有利区
古气候条件： 直接影响生物的发育，温暖湿润的气候有利于生 物的繁殖和发育，是油气生成的有利条件。
二、物理化学条件
1.细菌作用
第四节 有机质演化与成烃模式
二. 现代油气生成理论进展
第一节 油气成因理论发展概述
一、油气成因有争议的原因
二、两大成因学派
根据在生油气原始物质问题上观点的差异，分：
两种有机成因论：
三、油气成因假说综述
四、有机说主要证据
五、无机说主要证据
第二节 生成油气的物质基础
二、沉积有机质
三、干酪根 Kerogen
1、干酪根的形成
低熟油的形成的地质模型
2.腐殖煤的成烃机理及生烃模式 煤和煤系地层中集中和分散的陆源有机质，在煤化作用的同 时所生成的烃类被称为煤成烃。 Oil from coal ； Oil derived from coal 煤的生烃模式
第五节 天然气的成因类型及特征
天然气： 广义上，自然形成的、在标准状态 下呈气态的单质和化合物。 狭义的天然气：一种以烃类气体为主 体,常伴有一定数量非烃的元素和化合 物的混合物
第四节 油田水的成分与性质
一、油田水的含义
二、油田水的来源
三、油田水产状
上层水：在含油气层系之上的含水层中的水； 夹层水：位于两个油气层之间的含水层中的水； 下层水：在含油气层系之下的含水
四、油田水矿化度
五、油田水化学组成
第五节 重油和沥青砂
固体沥青
第六节 石油沥青类中的碳氢等同位素
硫化氢
硫化氢：无色有毒气体，具有强烈的臭鸡蛋气味； 当空气中的硫化氢含量达到1.54毫克／升时，人就 会中毒死亡。 硫化氢经粘膜吸收快，皮肤吸收甚慢。人吸入70 至150毫克/立方米硫化氢1至2小时出现呼吸道及眼 刺激症状，2至5分钟后嗅觉疲劳闻不到臭味。吸入 760毫克/立方米数秒钟后很快出现急性中毒，呼吸 加快后呼吸麻痹而死亡。
（1） 镜质体反射率(R0)法
根据沉积岩中镜质体的反射率可以估算在地质历史上经 受的最高古地温。 lnR0=0.0078Tpeak－1.2
（2） 孢子颜色和热变指数法
——有机质所经受的最高古地温。 用碳酸盐岩牙形石色变指数，也可探求古地温。
（3） 自生矿物法
（4） 流体包裹体均一温度(Th)法
（5） 磷灰石裂变径迹法
第七节 固态气水合物
——在特定的压力与温度条件下（高压低温），甲烷 等气体分子天然地被封闭冻结在水分子的扩大晶格中 所形成的固态结晶物。 形成条件：高压、低温、液态水 分布：极地、冻土带、深海沉积物分布区
3、地化特征
甲烷主要是微生物成因，即生物气。 甲烷含量大于99%，13C小于-60‰。 天然气水合物形成所需的甲烷数量应大大 超过甲烷在水中的溶解度，需要的有机质数量 大。
低熟油形成机理
（1）树脂体早期生烃 （2）木栓质体早期生烃 （3）细菌改造陆源有机质早期生烃 （4）高等植物蜡质早期生烃 （5）藻类类脂物早期生烃 （6）富硫大分子有机质早期降解生烃
低熟油的地球化学特征
一般相对密度较重，也有低熟凝析 油和轻质油。 饱和烃含量较低，非烃和沥青质相 对含量较高，饱/芳比低。 甾烷的立体异构化程度低，如C29 20S/(20S+20R) 小于0.4为低熟油,小 于0.2为未熟油
2.干酪根结构
3、干酪根的类型
4.Kerogen演化
第三节 油气生成的地质环境与物 理化学条件
一、地质条件
长期持续下沉，伴随适当的升降， 沉降速度与沉积速度相近或稍大， 可长期保持适于生物大量繁殖和有 机质沉积保存的环境，形成巨厚的 生油岩系，有利于有机质迅速向油 气转化。
一、 烃源岩的地质特征
二、烃源岩的有机地球化学特征
三、油源对比
油源对比的前提和原则
常用的油源对比指标
地温场与油气成藏关系
◇ 古地温的矿物法 （4）流体包裹体法 （5）磷灰石裂变径迹法
有机地球化学
河北工程大学
孙玉壮
第一章 石油、天然气、油田水的成分和 性质
第一节 石油沥青概述
1.组分组成
2.族分组成
3.馏分组成
第二节 石油的成分与性质
一、石油的化学成分
二、原油的物理性质
三、石油地球化学分类
四、海陆相石油的基本区别
第三节 天然气的成分和性质
1、碳稳定同位素
（2）碳同位素丰度表示法
（3）油气中碳同位素分布特点
二、氢同位素
第二章 现代油气成因理论
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 油气成因理论发展概述 生成油气的物质基础 油气生成的地质环境与物理化学条件 有机质演化与成烃模式 天然气的成因类型及特征 烃源岩研究与油源对比