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。
生 物 化 学 组 成
§1油气成因理 论
有机成因论
1、蒸馏说
俄国学者罗蒙诺索夫 在18世纪中叶提出， 认为石油是由煤（植 物遗体演变的产物） 在地下经受高温蒸馏 的产物。
2、动物说、植物说
18世纪60年代以后，研究者 根据自己观察和实验分析， 提出以等动物为主的动物说， 以藻类为主的植物说。如植 物说认为可能成为生油气母 质的藻类有蓝藻、甲藻、绿 藻和硅藻。
§2生成油气的 物质基础
一、生油气母质及其化学组成
1.脂类化合物
狭义地说主要指动植物中的油脂（分布于动物皮下 组织、植物中的孢子、种子和果实）、细菌和藻类也 含有脂类，还有高等植物中的角质、孢粉质等。广义 上讲还包括固醇类、萜类和色素等，故又称类脂 （Lipoid）。它不溶于水，但易溶于低极性的有机溶 剂。脂类化学成分与结构都与石油最接近，只要去掉 氧即可转化为石油。
二元成因论
尽管有机成因说被大多数人接受并占绝对优势，但有机 成因说也有其不能解决的矛盾，如油气母岩干酪根组成中 严重缺氢，难以生成含量极为丰富的烃类；大量生物的突 然死亡而又奇妙地聚在一起难以理解；另一方面，实验室 采用无机合成法确实生成了石油中的碳氢化合物；天然中 观察发现一些无生命的星球中确实也有碳氢化合物的存在； 近年来科学技术的发展，在已开发的油气田中确实也找到 了无机成因的石油和天然气。这一切都促使人们重新考虑 油气的成因理论，于是便诞生油气成因的二元论。
§2生成油气的 物质基础
1、干酪根：形成
干酪根源于古希腊，意为生出来的蜡质。目前的理解是指沉积岩中 所有不溶于非氧化性酸、碱和非极性有机溶剂（如氯仿、苯、甲醇） 的分散有机质。未固结沉积物的有机质中以腐植酸为主的腐植类物质 是岩石干酪根的前身。与干酪根对应，岩石中可溶于有机溶剂的部分 称沥青（Bitumen）它包括烃类以及含N、O、S的非烃化合物。
用早期开始。因此，称为“石油有机成因早期成油 说”。
随着先进手段引进，发现早期成油说在许 多问题上解释遇到困难：
1.世界上最年轻的原生油藏，几乎都不晚于上新世；
2.现代沉积的烃类组分与石油组份有显著差别，相反与现代生 物更为接近；
3.现代沉积中正烷烃具明显奇数碳优势，而石油中正烷烃奇、 偶数碳原子差不多相等；
2.蛋白质
是一切生物体的基本组成部分，在动物组织中含量 最高，低等植物中含量高于高等植物，蛋白质是一种 羧酸，但其一个氢原子被NH4+取代，可见只要去掉羧 基和氨基后就可成为烃类。容易被水解，易被喜氧细 菌破坏，不利保存。
3.碳水化合物
又称糖类，是生物体的重要组成之一，几乎所有动植 物、微生物中都含糖类，植物中含量更高。碳水化合 物被氢还原后可以得到烃类，另一方面碳水化合物易 被喜氧细菌分解消耗，难以保存下来。
§2生成油气的 物质基础
4.木质素
是植物细胞壁的主要成分，是一种贫氢、富碳、富 氧、富含芳环结构的高分子聚合物，易于保存。
丹宁主要见于高等植物中，特征介于木质素和纤维 素之间。
§2生成油气的 物质基础
二、干酪根
1、干酪根：形成
油气起源于生物物质，而其主要组成要经历深刻的转化才能成 为油气，这个转化就是从生物有机质进入沉积有机质开始的。生 物死后其遗体将受到化学分解和细菌分解，大部分成为气态或水 溶液而逸散掉，部分还遭受生物吞食，真正进入到沉积物中去的 只是一些生物物质中稳定成分，如几丁质、孢粉、树脂等，以及 一些新生成的复杂分子。也就是说石油天然气的原始物质仍以沉 积岩中的分散有机质为主，这此沉积有机质经历了复杂的生物化 学及化学反应，通过腐泥化及腐殖化形成干酪根（Kerogen）， 成为石油天然气的先驱。
2.难以说明实验室和深部无机合成的简单烃与石油组成 复杂性之间关系。
3.石油中普遍存在生物成因信息，如姥鲛烷、植烷、甾 烷等，石油也不能在高温下保存等。
§1油气成因理 论
有机成因论
早在无机成因说提出的同时，有机成因说也相继提出一些观 点和证据。有机成因的主要证据：（1）世界上已经发现的油田 99.9%都分布在沉积岩中；（2）从前寒武纪至第四纪更新世的 各时代岩层中均发现了石油；（3）世界上既没有化学成分完全 相同的两种石油，也没有成分完全不同的石油；（4）油气剖面 中含油气层位与富含有机质的层位有依存关系；（5）油气元素 组成中包括的微量元素与有机质和有机矿产相近；（6）石油中 检测到的生物标记化合物中的碳骨架仅为生物所特有；（7）模 拟实验可以从多种有机质中得到油气中的烃类产物；（8）大量 测试表明油层温度很少超过100℃；（9）石油普遍具有旋光性。
§1油气成因理 论
无机成因论
3、岩浆说
4、高温生成说 5、蛇纹石化生油说
原苏联库得梁采夫提出，他 认为在许多天体上发现碳氢 化合物，火山喷发岩中也发 现有沥青，甚至于在岩浆岩 中也找到有为数极少的石油， 这些石油的形成同基性岩浆 冷却时碳氢化合物的合成有 关，正是因为这是在高温高 压下形成，才会使许多不饱 和碳氢化合物被聚合成饱和 的碳氢化合物。
5.从干酪根转化为石油的过程中，可溶性抽提物MAB是中间产 物；
6.随埋深加大，有机质(干酪根)由成熟过渡到过成熟阶段，已 生成的石油发生裂解；
7.由于地壳运动等影响，埋藏深度变浅，达不到油气生成所需 温度，成油作用可中断；当埋深再度加大，只要原始干酪根 尚未“枯竭”，仍可多次生成大量石油。
§1油气成因理 论
§1油气成因理 论
有机成因论
4、早期成油说
早期成油说认为沉积物所含原始有机质在成岩过程 中逐渐转化为石油和天然气，并运移到邻近的储集 层中去。理由主要有）：
1.在近代海洋湖泊沉积物中发现了有机物质的烃类转化的过程； 2.在实验室用细菌作用于有机质(脂肪、蛋白质、碳水化合物等)
得到了比甲烷重的烃类；
§1油气成因理 论
无机成因论
1、碳化说：
俄国门捷列夫1876年提出，他认为把石油起源同煤相联系的 提法与实际观察到的剖面有矛盾，根据实验室可以通过无机合 成途径得到碳氢化合物的实验结果，提出石油是地下深处的重 金属碳化物与下渗的地下水相互作用生成的。反应方程可以表 示为：
重金属碳化物+水→金属氧化物+石油蒸汽 反应生成的石油蒸汽在地壳中上升过程中冷凝在地层孔隙中， 并在孔隙性岩层中聚集成藏。但这种观点的一大弱点是地下究 竟有无重金属碳化物，同时地面的水能否穿过软流圈渗到地下 深处，尚未有明确证据。
石油天然气的生成
目录
§1 油气成因理论 §2 生成油气的物质基础 §3 天然气成因类型简介 §4 烃源岩地球化学
§1油气成因理 论
一、两种成因论之争
世界上任何一种事物的形成都有一个过程，都有一定的成 因和演化条件，对于石油天然气的成因，无机成因说和有 机成因说两大学派对垒由来已久，其争议的核心是围绕油 气起源物质和油气的生成过程，无机成因说认为石油和天 然气是在地下深处高温、高压条件下由无机物转变而来的， 而有机成因说则主张油气是在地质历史上由分散在沉积岩 中的动物、植物有机体转化而成的，这种争论自其产生以 持续至今。
§1油气成因理 论
无机成因论
2、宇宙说：
俄国索可洛夫在19世纪晚期提出，其理论依据是在一些天体 中发现有碳氢化合物，如土星、水星、天王星、海王星等气圈 中，以及慧星的头部均有发现。故认为碳氢化合物是宇宙固有 的，早在地球呈熔融状态时，碳氢化合物就包含在它的大气圈 中，随着地球冷凝，碳氢化合物被冷凝岩浆吸收，当这些碳氢 化合物沿裂隙向地表运移的过程中聚集起来便可形成油气藏。 但这种观点也有其不能解释的地方，即使地球早期存在碳氢化 合物，也应是分子量小，结构简单，然而石油的分子量大且分 子结构非常复杂。
俄国切卡留克 根据金刚石合 成实验，认为 石油的形成是 在上地幔古顿 堡层内，在高 温高压下，铁 的氧化物被还 原而成烃类。
俄国耶兰斯基根据某些 油田发现于蛇纹岩或蛇 在地壳深 部坳陷，生成的烃类沿 断裂上升到沉积岩中成 藏
主要依据是：
1.实验室中，从无机物中合成得到了烃类； 2.天体光谱分析有碳、氢和烃类； 3.火山喷出气体、岩浆岩的包裹体中含烃； 4.陨石中鉴定出烃类； 5.石油的旋光性，可由非旋光物质合成，卟啉