石油地球化学基础知识及常用地化指标的地质应用
地球化学第二章 地球化学基础知识
4.绝对含量和相对含量
绝对含量单位 T 吨 Kg 千克 g 克 mg 毫克 g 微克 ng 毫微克 pg 微微克 ％ ‰ 相对含量单位 百分之... x10-2 千分之.... x10-3
ppm、g/T ppb、ng/g ppt、pg/g
百万分之 x10-6 十亿分之 x10-9 万亿分之 x10-12
高场强元素或离子（High field strength cations， HFS）：场强指离子每单位表面的静电荷强度，常 以离子电荷与离子半径的比值，即离子势表示。指 那些形成小的高电荷离子的元素，包括REE、Sc、 Y、Th、U、Pb、Zr、Hf、Ti、Nb、Ta等。 其离 子势>2。 低场强元素或离子（Low field strength cations） ： 形成大半径小电荷的离子的元素 ，离子势<2，它 们又称为大离子亲石元素—LILE（large ion lithophile elements），包括 Cs、Rb、K、Ba、Sr、Eu 和Pb（二价）。
3.分布与分配
分布指的是元素在一个化学体系种中（ 太阳陨石地球地壳某地区）整体总含量。 元素的分配指的是元素在各地球化学体 系内各个区域区段中的含量。 分布是整体，分配是局部，两者是一个 相对的概念，既有联系也有区别。例如， 地球作为整体，元素在地壳中的分布，也 就是元素在地球中的分配的表现，把某岩 石作为一个整体，元素在某组成矿物中的 分布，也就是元素在岩石中分配的表现。
地球化学
第二章 地球化学基础知识 陈远荣
2011 年 11月
桂林理工大学地球科学学院
第一节 地球化学研究的基本问题
地球化学研究的基本问题概括起来有 五个方面: 第一, 元素(同位素)在地球及各子系统 的分布、分配问题：也就是元素和同位 素的含量及含量在空间、时间及不同地 质产状地质体中的变化。这个问题是地 球化学研究的出发点和基础资料,简而言 之为“量”的问题。
油气地球化学
油气地球化学1、油气地球化学的定义应用化学原理，研究地质体（沉积盆地）中生成油气的有机物、石油、天然气及其次生产物的组成、结构、形成、运移、聚集和次生变化的有机地球化学机理及其在勘探中的应用。
2、地球化学的分支学科(1)元素地球化学； (2)同位素地球化学；(3)流体地球化学； (4)地球化学热力学和动力学；(5)各种地质作用地球化学； (6)有机地球化学；(7)环境地球化学； (8)气体地球化学。
（9）海洋地球化学（10）区域地球化学3、油气地球化学的研究对象沉积盆地或地壳中油气、生成油气的有机物及相关物质。
4、油气地球化学研究的主要内容Ø 与沉积作用有关的活性生物有机质及其在沉积、保存和埋藏条件下的演化;Ø 石油成因和演化;v 干酪根地球化学v 可溶有机质地球化学Ø 天然气地球化学;Ø 油气地球化学在油气勘探、开发中的应用;v 盆地的油气勘探远景和资源预测v 油气地球化学勘探v 油田水地球化学v 油田开发地球化学11、有机圈（organosphere）：系指地球上古今生物及其形成的有机物，分布和演变的空间。
有机碳的循环：（1）生物化学亚循环：为较小的亚循环(碳总量约为3×1012吨) ，其循环周期不超过一百年，包括三个次一级循环：（2）地球化学亚循环：为大的亚循环(碳总量约为12×1015吨)，包括沉积圈中有机质的演化途径，其循环周期以百万年计算，其中也包括三个次级循环11、旋光异构当一个碳原子同时和四个不同的原子或原子团键合时，四个基团在碳原子的周围会有两种排列方式，它们互为镜像但不能重合，这种立体异构体叫对映体，它们可使偏振光的偏振面发生反向旋转，因而被称为旋光异构。
11、沉积有机质的概念分布在沉积物或沉积岩中的分散有机质。
它们来源于生物的遗体及其分泌物和排泄物。
直接或间接进入沉积物中；或经过生物降解作用和沉积埋藏作用被掩埋在沉积物中；或经过缩聚作用演化生成新的有机化合物。
石油地质基础知识讲义PPT课件
倾 斜岩岩层层在地厚表度出永露远的小部于分铅叫垂露厚头度。。露头可分为： 天然露头：天然出露在地表的岩层露头。 人工露头：经人工或机械挖掘出来的岩层露头。
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（二）褶皱构造
水平岩层在地壳运动的过程中在构造应力的作用下，形成波状弯曲 但未丧 失其连续完整性的构造称为褶皱构造。褶皱构造是地壳上是最常见的一种 地质 构造形态。
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3）断层分类 根据断层两盘相对位移的方向分为正断层、逆断层和平移断层
三种， 如图1-7所示。
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其中：
• 正断层：上盘相对下降，下盘相对上升的断层。正断层会使地层 产生缺失现象。
• 逆断层：上盘相对上升，下盘相对下降的断层。逆断层会使地层 产生重叠现象。
• 平移断层：两盘沿断层面走向方向相对移动的断层。
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第三节、石油的生成及油气运移
一、石油、天然气的生成
关于油气的成因曾有两种不同的学说，即有机成因学说和无机成因 学说两大派别。
无机成因学派认为：石油和天然气是来自地球内部的无机物质，或 者是来自宇宙中的碳氢元素，经过复杂的化学作用，首先形成了甲烷， 并在地球形成初期就已存在地球内部，后来沿地壳的裂缝向上运移，在 运移过程中聚合成高分子的烃类，并在岩层中聚集形成油气藏。
2、层理类型：根据细层和层系界面的相对关系，将层理分为水平 层理、波状层理、斜层理和交错层理四种类型。（图1-12层理 类型示意图 略）
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（二）沉积岩的分类
根据沉积岩的成分、沉积岩作用的方式和沉积的环境等，可将 沉积 岩分为碎屑岩、粘土岩和碳酸盐岩三大类。
1、碎屑岩：其中碎屑颗粒含量大于50%。碎屑岩是主要储油岩石。 我国
油气地球化学总复习
干酪根的元素组成中，主要以C、H、O元素为主，含 有少量的N、S、P及微量金属元素。C元素含量一般为 70%～85%，H元素一般为3%～10%，O元素一般为3% ～ 20%。由于干酪根是一种高分子聚合物，因此无固定的组成 或分子式
影响干酪根元素组成主要因素包括：有机质母质类型、 有机质的沉积环境、有机质热演化程度
有利于有机质沉积的环境物理参数是：缓慢的水 流或停滞的水体；有机质与粘土颗粒的絮凝、粘 合作用使聚合体获得近似细砂的沉积速度；浪基 面以下静（缓）水低能环境和超过浪基面深度的 中等水深，保存潜势高；沉降速率与沉积速率相 近或前者稍大时，才能持久保持还原环境
有利于有机质沉积的环境化学参数是：水体下部 或沉积物表层保持良好的还原环境。酸碱度影响 伴生沉积物性质。只有pH≥7.8才能出现大量碳酸 盐与有机质同时沉积
S2为300℃以后受热裂解的产物，表示岩石中部分重质烃和胶质、沥青质的裂 解产物，反映干酪根的剩余成烃潜力。
S4为岩石样品在600℃下不能裂解的残余有机碳，燃烧成二氧化碳由热导检测器 测出的值，相当于岩石中不能产烃的死碳。
Tmax（℃）是S2峰最高的裂解峰温度，Tmax反映干酪根成熟度。
3、色谱-质谱法
现代油气成因理论（续）
天然气的生成实际上是一个从有机质沉积后直到其生气潜 力被彻底消耗之前一直在进行的过程
大量生成集中在两个阶段： 一是由干酪根受热生成，但它大量生成所需的热力条件高 于干酪根成油的热力条件 二是浅埋的早期阶段在厌氧微生物作用下可以大量生成。 但多数情况下，由于浅埋时保存条件不佳，所生成的相当部分 生物气都散失殆尽，必需有良好的保存条件配合，才能大规模 成藏 同时，在有机质转化成烃的过程中，可能有无机组分的参 与和加入。对于天然气来说，尤其是非烃气，可能有幔源气的 贡献
油气地球化学知识框架
油气地球化学知识框架(总11页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--油气地球化学第一章生物有机质组成与沉积模式第一节有机质的形成与全球碳循环一、生命的起源与演化二、光合作用三、对地球上有机质有主要贡献的生物1、浮游植物（时间长、水体面积高、繁殖率高）2、细菌（时间长、分布广、适应性极强、繁殖快）3、高等植物（出现晚，分布在陆地保存难、可富集演化为煤层）4、浮游动物（食物消费者产率低、低等浮游动物数量较大）四、有机碳的循环1、有机圈2、有机碳的循环 (1)生物化学亚循环 (2)地球化学亚循环第二节生物有机质的组成和性质一、碳水化合物二、蛋白质和氨基酸（一）蛋白质(二)氨基酸(三)酶三、脂类1．脂肪酸2．腊3.萜类和甾类化合物4.甾族化合物四、木质素和丹宁五、色素第三节有机质沉积模式一、有机质沉积的控制因素1、生物控制因素:微生物降解、原始生产速率2、物理控制因素:有机质沉积速率、沉积环境、有机质的搬运作用二、缺氧环境的类型1、大型缺氧湖泊（1）深水是缺氧湖泊发育的重要条件（2）缺氧湖泊的发育与纬度有关（四季变化明显的湖泊底水含氧量大,热带湖泊含氧量少）2、海相缺氧环境(1)缺氧封闭局限海盆(2)由上升流形成的缺氧沉积第二章沉积有机质组成及成岩演化第一节腐殖质的组成、结构和性质1、腐殖质的概念：是指土壤、天然水和现代沉积物中不能水解的、不溶于有机溶剂的暗色有机质。
2、腐殖质的形成、提取及分类(1)形成有机质受细菌作用后剩余的木质素、氨基酸、脂肪酸、酚、纤维素等在微生物作用下缩合而成（在强还原环境下可以不形成腐殖质）(2)提取与分类富啡酸（FA）、胡敏酸(HA)、胡敏素(3)腐殖酸元素组成主要为C、H、O、S、N，其中C、O两项占90%以上3.腐殖酸的结构A富克斯结构模型 B费尔伯克结构模型 C特拉古诺夫结构模型 D库哈连科结构通式4.腐殖酸的物理化学性质(1)胶体性和可溶性(2)明显的酸性(3)亲水性(4)热解性质5.腐殖质的演化第二节可溶有机质一、可溶有机质的定义凡是被中性有机溶剂从沉积岩（物）中溶解（抽取）出来的有机质称为可溶有机质，或可抽提有机质，也成为沥青。
9-油藏地化应用1
烃类包裹体的特征可以通过它们在紫光或紫外光 激发光所具有的荧光性质加以监别。荧光颜色反映石 油生成时的成熟度和热史（Mclimans，1987）。荧光 的产生是由于存在微量的、具有共价键的不饱和化合 物造成的。三环、四环和五环缩合芳烃分别发兰光、 绿光和红光，随着石油成熟度增加，兰色荧光的强度 随之增大。液态烃向储层运移的多期性，可以从包裹 体具有不同的荧光色这一特征加以识别。所以，可以 根据包裹体中石油的组成说明不同时期注入的石油的 特征及可能的油源。
根据Miles（1990）研究，运载层中残留油主要 由沥青质和芳烃—极性化合物组成，沥青质含量高达 58%，与原油相比，饱/芳相对较小。油气运移过程中， 原油中沥青质含量降低，残留油中富集了沥青质。与 源岩相比，聚集石油中倾向于富集饱和烃，而残留油 中饱和烃含量减少。这些组成的变化曾经被归因于初 次运移（Leythaeuser等，1987），但最新资料表明， 油 气 二 次 运 移 过 程 的 作 用 也 是 重 要 的 （ Miles ， 1990）。残留油中缺乏低于C15的正构烷烃，运移距 离 增 大 ， pr/nC17 ， ph/nC18 降 低 。 甾 烷 20Rα β β /α α α 值是一个运移敏感参数，随油气 运移距离的增大而发生系统的变化，运移距离增大， 该比值也增大。
研究表明该油田周围形成了两个烃源灶。东南部被来 自南部烃源灶的油气充满，其余油区则被来源于北部 的油气充满。热模拟和温度测试结果均表明南侧烃源 灶的地温比北侧高10℃左右。因此可以预测，起初油 田东南部比其它部位曾接受了成熟度更高的石油。所 以目前所观察到的油田侧向泡点压力的变化，正是两 个烃源灶注入史的反映，同时也说明油田东南与油田 主体部分之间混合作用缓慢。
甾烷运移参数
石油地球化学基础知识及常用地化指标的地质应用
显微亚组分
化石藻质体 碎屑藻质体 孢粉体(sporopollenin) 角质体(cutinite) 树脂体(resinite) 木栓体(suberinite) 碎屑壳质体 (exinodetrinite)
2.2 研究方法：采用各类精密分析仪器为测试工具，通过地质体中油、 气、水、岩石样品的成分和结构分析，取得多种多样的微观信息，建立相 应的各种地球化学指标，进而综合解释各种地质规律和地质现象。
烃源岩样品地化分析流程
岩样 水冲洗、烘干、磨碎
酸处理
氯仿抽提
超临界抽提
油
有 热 干酪根制备 机 碳解
抽提液残渣 可溶有机质 族组分分离
干酪根类型划分标准
干酪根类型
Ⅰ（腐泥型） Ⅱ1（腐殖-腐泥型） Ⅱ2（腐泥-腐殖型）
Ⅲ（腐殖型）
类型指数
TI≥80 80＞TI≥40 40＞TI≥0
＜0
干酪根镜质体反射率
镜质体反射率是指在波长546nm±5nm（绿光）处，干酪根中镜质组抛 光面反射光强度对垂直入射光强度的百分比，以Ro%表示。干酪根镜质体 反射率（Ro%）随温度升高和埋藏时间增加而增大，而且是不可逆的。用 它作为成熟度指标可信度高，常被其他成熟度指标当作参考，也是划分有机 质成烃演化阶段的基本依据。
干酪根类型划分
截至目前，沉积岩中的干酪根几乎没有完全由单一显微组分组成，只不过某 种干酪根以某些显微组分为主，另一种则以另外的显微组分为主。这种差异显然 与生源母质的不同有关。根据不同显微组分的含量，可以计算出干酪根的类型指 数，进而对其进行分类。
油气地球化学
二、生物标志化合物
• 3．甾萜化合物
• 1）萜类化合物 • 是分布广泛含量丰富的标志物，包括环状和非
环状结构的化合物 • 主要指环状结构的萜类。包括双环倍半萜、三
环双萜、长链三环萜、四环萜和五环三帖。双 环倍半萜和三环双萜来自于高等植物 • 长链三环萜主要分布海相沉积中，藻类成因 • 五环三帖包括藿烷和非藿烷系列 • 藿烷是重要的生物标志物；主要来源于细菌和 蓝绿藻和低等植物。 • 四环萜是无环萜类降解产物
• 1959年在美国匹兹堡成立了第一个国际性的有机地球化 学分会。
• 1962年在意大利米兰召开了第一次国际会议，出版了 《有机地球化学进展》，规定两年召开一届学术会议。
• 1963年布雷格主编《有机地球化学》，论述天然有机物 地球化学。
• 1964年苏联出版《有机质地球化学》，论述沉积金属矿 产的有机地球化学，标志着有机地球化学学科独立。
• 80年代以后对煤成油的机理取得了深刻的认识。
二、油气地球化学的发展史
• 在相当长的一段时间内，油气地球化学仍会为石油形成 与分布的研究作出应有的贡献。
• 对新区勘探和老区深化研究； • 对低成熟油、煤成油以及碳酸盐成烃机制的深入认识； • 运用生物标志物，尤其是非烃化合物来研究油气运移； • 油藏地球化学着重研究孔隙形成无机-有机反映并预测
三、有机质的研究方法
• 2.分离和纯化 • 根据研究的目的进一步进行组分的分离和纯化。 • 主要采用方法有柱色层、薄层色谱、络合物加成等。 • 3.干酪根的分离 • 抽提后的岩样中还含有大量不溶于有机溶剂的干酪
根。分离的方法有物理的和化学的， • 物理方法不会影响干酪根的成分，但不能完全除去
全部矿物，尤其是黄铁矿，其与干酪根紧密共生。 • 化学方法可以较完全分离干酪根，但多少改变干酪
第十一章 油气地球化学勘探方法——【石油有机地球化学】
此类线性异常见于断裂、裂隙带或发生过 断裂-破裂构造作用的背斜等地表迹线上，异常 包含有C+6烃是由逸散作用或载有大量溶解烃的 盆地深部水的垂向迁移造成的。
断裂带上方的异常与未受断裂的油气藏上 方的异常特征有所区别：
前者由于C+6烃的向上搬运，具有相当大的 C6~C7烃浓度；后者主要由C1~C5烃组成几乎或 根本没有C+6烃。
2. 油气的生成具有分带性
沉积有机质的演化和油气生成具明显的分 带性，这是判别地表烃类属同生烃还是地下油 气藏渗漏的运移烃的基础。 储层气：由干气藏到低压不饱和的油藏，甲烷 的含量明显是降低的。只含干气的盆地，储层 气中重烃不超过5%。油藏气体的重烃，含量 分布范围较广，且比例一般较高。
土壤气：土壤烃气的浓度、组成都较复杂，变 化很大。在浓度上大部分土壤中烃气的含量很 低，但在油气藏上方常出现高含量的异常性。
（2）由于土壤类型，水分含量或者地层的变化 ，是否会存在一个以上的背景水平。
（3）异常是否仅局限于一种类型的地形特征或 地貌特征？如地形高处或低处，如果是这样， 除非有合理地质解释，否则其真实性值得怀疑 ；
（4）数据的数量和质量是否满足圈定异常— 画 等值线的需要；
（5）是否有足够的信息来鉴别潜在产油层的时 代和类型。
传统的化探理论曾将扩散作用看作 油气渗漏的主要机理。因而，备受质疑。
烃类气体通过上覆地层一般认为 存在两种最基本的形式：
渗滤作用；扩散作用
㈠渗滤作用
渗滤作用是存在压差的情况下，流体在孔
隙介质中的运动，当气体单向渗滤时，其容积
速度可表示为：
Q=K×S×(P21-P22)/2μh
式中：Q=渗滤气体的容积速度； h—渗滤距离； K—介质的渗透率； S—渗滤作用的横断面积； μ—渗滤气体的粘度； P1、P2—孔隙介质两端的压力；
地球化学知识点整理
地球化学绪论1、地球化学的定义：地球化学是研究地球（包括部分天体）的化学组成、化学作用和化学演化的科学2、地球化学的基本问题：【填空】（1）质：地球系统中元素的组成（2）量：元素的共生组合和赋存形式（3）动：元素的迁移和循环（4）史：地球的历史和演化3、地球化学研究思路：【简答】在地质作用过程中，在宏观地质体变化和形成的同时，亦伴有大量肉眼难以辨别的化学组成变化的微观踪迹，它们包含着重要的定性和定量的地质作用信息，应用现代化学分析测试手段，剖析这些微观踪迹，从而揭示宏观地质作用的奥秘。
即“见微而知著”。
第一章地球和太阳系的化学组成第一节地球的结构和组成1、地球的圈层结构、主要界面名称：（1）地震波（P波和S波）在地球内部传播速度的变化，反映出地球内部物质的密度和弹性是不均一的。
这种不均一性在地球的一定深度表现为突变性质。
由此得出，地球内部具有壳层结构的概念，即认为地球由表及里分为地壳、地幔和地核三个部分。
界面分别为：莫霍面和古登堡面。
（2）上地壳和下地壳分界面为康拉德面。
上地壳又叫做硅铝层，下地壳又叫做硅镁层。
大陆地壳由上、下地壳，而大洋地壳只有下地壳。
【填空】2、固体地球各圈层的化学成分特点：（分布顺序）地壳：O、Si、Al、Fe、Ca地幔：O、Mg、Si、Fe、Ca地核：Fe-Ni地球：Fe、O、Mg、Si、Ni第二节元素和核素的地壳丰度1、基本概念：【名词解释】（1）地球化学体系：我们把所要研究的对象看作是一个地球化学体系，有一定的空间，处于特定的物理-化学状态，并且有一定时间的连续（2）丰度：研究体系中被研究元素的相对含量（3）克拉克值：地壳中元素的平均含量（4）质量克拉克值：以质量计算表示的克拉克值（5）原子克拉克值：以原子数之比表示的元素相对含量。
它是指某元素在某地质体全部元素的原子总数中所占原子个数的百分数。
（6）浓度克拉克值：某一元素在地质体中的平均含量与克拉克值的比值2、克拉克值的变化规律：（1）递减：元素的克拉克值大体上随原子序数的增大而减小。
8-油藏地球化学描述
一、油藏地球化学的理论基础
1．油藏流体非均质性
多年前人们就已认识到油藏内部流体具有非均质性。 近年来England等（1987,1989和1990）对这一现象进行了 地质解释。
油藏地球化学研究的中心任务就是认识这些非均质性 的分布规律和成因机理，并将其应用于油气藏勘探评价和 油田生产管理。
（Hogg等，1993）。所以利用K/Ar法测定自生伊利石
的年龄就可确定油气藏的形成时间。
利用储层自生伊利石测年法确定油气藏形成期
原始油水界面
石发水 停生层 止变的
长水油 期层气 生伊快
两 期
生化水 长利速
成
长伊介 利质
石充 注
藏
成长 藏期 作缓 用慢
的
无与伊 关油利
气石 充形 注成
假设的自生伊利石K－Ar年龄与深度关系图
•冷热台测定的均一温度需要校正(温度－压力校正、盐度校正)
•精确的储层埋藏史分析
•地温梯度及其分布
地质时代(Ma)
50
40
30
20
10
必必均均 须须一一 埋考考温温 藏虑虑度度 史油包是的 的藏裹油校 变形体藏正 化成的形很 等后代成重 。的表的要 热性最， 史，低 、温
度 ，
均一温度55度(第一充注期)
3 2
二、油藏地球化学研究
1．研究内容
油藏地球化学研究包括三方面内容： 油藏流体地球化学剖析，建立油藏地球化学三维 结构模型； 油藏流体非均质性特征和分布规律分析，界定流 体流动屏障，划分流体分隔单元； 确定流体非均质性成因类型，探讨其成因机理。 具体研究内容包括以下方面：
2.油藏地球化学的研究程序：
2．油藏充注与混合模式
油源对比及运移的地化指标.概要
油源对比及运移地化指标参考1.1气相色谱（GC）气相色谱广泛用于油与沥青的筛选和对比研究。
气相色谱对于有机质输入，生物降解、热熟化等次生作用是很敏感的。
1.1.1老鲛烷／植烷（Pr/Ph）Powell和Mckirdy（1973）指出，非海相源岩生成的高蜡原油和凝析油，Pr/Ph比的范围为5到11，而海相源岩生成的低蜡原油，Pr/Ph的范围只有1到3。
Pr/Ph比值会随成熟作用增加而象征性地增加(Alexander 等，1981)有些老鲛烷和植烷在成岩作用期间还可能来自除植醇以外的一些母源（ten Haven ,1987）1.1.2类异戊二烯烷烃类／正石蜡烃类在开阔水体条件下沉积岩石生成的石油，Pr／nC17 小于0.5，而源于内陆泥炭－沼泽相沉积的石油，该比值小于1。
Pr／nC17和Ph／nC18都随石油热成熟度而增加。
这比值也容易受生物降解等次生作用的影响。
通常正构石蜡烃类要先于类异戊二烯烷烃类受到喜氧菌的吞食。
1.1.3气相色谱“指纹”正构烷烃的双峰群分布，以及偏nC23至nC30的正构烷烃分布，通常与陆生高等植物腊有关。
与碳酸盐岩生油岩有关的沥青和油，通常表现为偶碳数正构烷烃优势；而与泥岩（页岩）相关的沥青和油一般表现为低于nC20的奇数碳正构烷烃优势。
正构烷烃的奇数碳优势通常见于许多源于页岩类生油岩的湖相油和海相油。
包括生物降解作用、熟化作用和运移作用在内的一些次生过程很容易改变这些化合物。
正构烷烃的双峰群分布以及偶碳数或奇碳数优势，会随着热成熟度的增加而消失。
1.1.4稳定同位素（1）相关的石油之间，成熟度差异引起同位素的变化可达2-3‰（2）碳同位素差值大于约2-3％的油，一般来说是不同油源的（3）一般来说，沥青的13C含量要比源岩干酪根低0.5-1.5‰，同理，石油要比相应的沥青低0-1.5％。
一种元素由重同位素形成的键发生断裂所需要的能量要比轻同位素形成的键要多。
这是同位素动力学效应的基础。
地球化学知识点整理
地球化学绪论1、地球化学的定义：地球化学是研究地球（包括部分天体）的化学组成、化学作用和化学演化的科学2、地球化学的基本问题：【填空】（1）质：地球系统中元素的组成（2）量：元素的共生组合和赋存形式（3）动：元素的迁移和循环（4）史：地球的历史和演化3、地球化学研究思路：【简答】在地质作用过程中，在宏观地质体变化和形成的同时，亦伴有大量肉眼难以辨别的化学组成变化的微观踪迹，它们包含着重要的定性和定量的地质作用信息，应用现代化学分析测试手段，剖析这些微观踪迹，从而揭示宏观地质作用的奥秘。
即“见微而知著”。
第一章地球和太阳系的化学组成第一节地球的结构和组成1、地球的圈层结构、主要界面名称：（1）地震波（P波和S波）在地球内部传播速度的变化，反映出地球内部物质的密度和弹性是不均一的。
这种不均一性在地球的一定深度表现为突变性质。
由此得出，地球内部具有壳层结构的概念，即认为地球由表及里分为地壳、地幔和地核三个部分。
界面分别为：莫霍面和古登堡面。
（2）上地壳和下地壳分界面为康拉德面。
上地壳又叫做硅铝层，下地壳又叫做硅镁层。
大陆地壳由上、下地壳，而大洋地壳只有下地壳。
【填空】2、固体地球各圈层的化学成分特点：（分布顺序）地壳：O、Si、Al、Fe、Ca地幔：O、Mg、Si、Fe、Ca地核：Fe-Ni地球：Fe、O、Mg、Si、Ni第二节元素和核素的地壳丰度1、基本概念：【名词解释】（1）地球化学体系：我们把所要研究的对象看作是一个地球化学体系，有一定的空间，处于特定的物理-化学状态，并且有一定时间的连续（2）丰度：研究体系中被研究元素的相对含量（3）克拉克值：地壳中元素的平均含量（4）质量克拉克值：以质量计算表示的克拉克值（5）原子克拉克值：以原子数之比表示的元素相对含量。
它是指某元素在某地质体全部元素的原子总数中所占原子个数的百分数。
（6）浓度克拉克值：某一元素在地质体中的平均含量与克拉克值的比值2、克拉克值的变化规律：（1）递减：元素的克拉克值大体上随原子序数的增大而减小。
油气地球化学
青山口组灰色泥岩和页岩，平均厚度530m，最厚地区达1150m；有机碳平均含量 为0.5％～1.7％。62年，正式提出围绕生油坳陷找油的观点，并取得良好勘探效益。 60年代末以来，国外也相继出现了与“源控论”相近的观点，并在勘探实践中得到 广泛验证。71年，B．P．蒂索在研究巴黎盆地侏罗系生油问题时，发现所有油田及 孤立油流井均位于生油层最好地区，而生油潜力小于500g/t的地区只钻出了干井。 前苏联学家罗诺夫研究表明，伏尔加—乌拉尔含油气区附近泥盆系地层含碳量比俄罗 斯其他地区高得多，产油区平均有机碳含量为1.6％，无油区仅为0.51％。可见“源 控论“不仅适用于陆相盆地，也适用于海相盆地。所以烃源条件研究已成为现代资源 评价和油气勘探的基础，特别是在区域勘探阶段，是必须首先遵循的一条重要原则。
高，这是涉及到“稳定东部、发展西部”的战略实施能否取得成功，这就要求
我们必须从盆地评价、烃源岩评价、油气藏形成与分布规律多角度去研究、去 认识、去总结。
油气地球化学在勘探
开发中的作用主要表现
在:
在区域勘探中，确定有效烃 源岩的分布区域，进行远景资 源评价，降低勘探风险，提高 油气井的钻探成功率。统计表 明，使用包括地球化学参数和
长5%，约1000×104t油气当量），主产油区含水很高，勘探难度加
大，后备资源不足，油气工业发展面临相当严峻的形势。
因此，二十一世纪我国油气地球化学发展具有如下特征：
我国西北区将是油气地球化学研究的主战场
1989年，总公司提出“稳定东部，发展西部，油气并举”的战略方针，“西气 东输”工程也于2001年全面启动，西北区油气勘探得到进一步发展，但在油气 地球化学研究方面，无论深度或广度上都还有不少重要的油气地球化学问题需要 探索、解决，如：西北地区油气资源潜力（以往对塔里木盆地下古生界石油资源 期望过大，而对侏罗系和天然气资源量的评价偏低）、已知油气田的充注、成藏 史等油藏地球化学研究、天然气的多期、多阶混源问题以及昆仑山前侏罗系坳陷 的油源评价、煤系地层中煤及煤系泥岩对成烃的贡献大小等都是值得深入研究的 课题。
8第八章油气地球化学勘查 地球化学勘探 教学课件
• 二、油气藏的一般知识
• 1．烃的一般知识
• 油气田本身是烃类的工业聚集体，烃 类是指只包含C、H两种元素的化合物。 由于烃分子中碳原子数目和连接方式不 同，已知烃类化合物在3000种以上，油 气化探中只涉及最简单的几种烃类。
• 脂环烃是碳原子相连成环的碳氢化合物。 环丙烷和环丁烷在常温下是气体，从环戊烷 开始是液体，高级环烷烃是固体。含有5个或 6个碳原子的环烷烃是石油中最普遍的分子结 构，占原油的50％以上。
• 芳烃是由6个碳原子和6个氢原子组合而 成的特殊碳环，即苯环化合物。它们也是原 油的组成部分，但比例较小，不超过15％。 由于其中某些芳烃在水中有一定溶解度，可 能作为油气化探的指标。
盐无异，加热并不能形成CO2。但在Fe3+还原 为Fe2+后，Fe2+可替代Ca2+，形成铁白玉石类 矿物。据美国地球化学勘探公司研究，这种 含铁方解石在500～600℃条件下通过晶格转 换，释放出CO2，即△C，即
（Ca1-x,xFe）C03→xFe0＋（1一x）CaC03＋xC02↑
• 甲烷菌：油气的形成和降解，微生物都起 着重大的作用，烃类氧化菌以烃类为食物， 烃类最终被分解形成CO2、H20及有机酸。以 甲烷为食物的称为甲烷菌，以乙烷为食物的 称为乙烷菌，此外还有多种其他细菌如丁烯 菌、戊烷菌等。菌数繁生程度与物源成正比， 因此，以烃类为食物的他养型细菌可作为油 气化探的指标，其中甲烷菌应用最为广泛。
• 放射性α、γ测量：是由于油气田上方后生富集 铀衰变产生的α、β、γ粒子。由于β粒子射程短，
故常用α、γ测量。铀本身并不富集于油田中，铀
油气地球化学实验报告(全)
实验一：有机碳含量测定一、实验目的通过实验，加强对反映烃源岩各种地球化学特征的相关指标的认识，掌握基本分析方法和操作步骤及其地质应用。
二、实验原理有机碳含量是指岩石中所有有机质含有的碳元素的总和占岩石总重量的百分比。
有机质含量=有机碳含量×K将去除无机碳的样品，在1300℃~1500℃高温充分氧气存在的条件下进行灼烧45~90秒。
有机碳被氧化为CO2、二价硫被氧化为SO2。
生成SO2、CO2和CO气体，流经各种吸收管除去杂质。
SO2进入硫红外池，检测出样品中硫元素的百分含量。
CO2和CO进入催化炉，将CO转化为CO2，然后进入硫红外池，检测出样品中碳的百分含量。
三、实验步骤1.样品的前处理(1)碎样：将要分析的岩样洗去表面污物，在40~60℃的烘干箱内烘干后粉碎；(2)过筛：过100目标准筛，装入样品袋，放入干燥器待用；(3)称样：在万分之一天平称取0.5~1.0克岩样，放入透水瓷坩埚中；(4)酸化：（去除无机碳）将坩埚放入50ml烧杯中，加25ml 10%的盐酸溶液，浸泡3~4小时后，将烧杯放在水浴锅上加热，温度控制在70℃，使烧杯中的液体慢慢蒸发40分钟；(5)水洗：取出冷却到室温，将坩埚放在抽滤器上，用蒸馏水洗至中性；(6)烘干：取出盛样坩埚放在烘箱内60~80℃烘干，时间为6~8小时。
取出放入干燥器内准备分析测定。
2.样品上机测定(1)开机稳定1个小时；(2)打开氧气、空气分压表，压力控制在36磅/平方英尺；(3)所有最初启动程序必须全部完成，正常操作为自动形式；(4)样品上机测定：从干燥机内将样品取出，在每一个样品中加铁助熔剂0.5克，加铜助熔剂0.2克。
输入样品编号和样品质量，然后将坩埚放入感应炉，按一下分析开关，分析自动进行，结果显示于计算机上；(5)取出废坩埚，放入第二块样品，按上述步骤分析，依次进行下去；(6)空白实验：从某一分析结果中选取标准值，它的差异平均值是新的空白值。
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烃源岩样品地化分析流程
岩样 水冲洗、烘干、磨碎 酸处理 有 机 碳 热 解 氯仿抽提
抽提液残渣
超临界抽提
可溶有机质 族组分分离
干酪根制备
色谱
全 岩
固体有机质 “干酪根”
镜 质 体 反 射 率
非+沥青质
同 位 素 分 析
芳烃
饱和烃
镜 鉴
元 素 分 析
色 谱 分 析
色 质 分 析
油 气 生 成 运 移 模 拟 实 验
The big molecule structure in kerogen 1- 芳香族环；2- 杂环； 3- 饱和烃；4- 脂肪族链 A- 微弱演化；B- 强烈演化
2.3
石油地球化学部分名词、术语及概念
干酪根的显微组分分类
显微组分组 显微组分
藻质体(alginate)
干酪根显微组分的分类及来源：与原 始有机质的类型有关，不同来源的干酪 根，其组成和结构差别很大。采用显微 镜的透射光、反射光、荧光，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。借鉴煤岩学对显微组分的 分类结果（右、下表），列出了干酪根 有机显微组分的分类。
生物来源
藻类 陆生植物孢子、花粉、角质层、树脂、 蜡、木栓层等 水生生物、藻、细菌、陆源植物壳质体 陆生植物的木质素、纤维素等 植物结构和无结构木质纤维部分 炭化的木质纤维部分，菌核
无定形
济阳坳陷烃源岩中各类显微组分的分类图版
腐泥组分—藻类体 （生油能力最佳）
济阳坳陷烃源岩中各类显微组分的分类图版 济阳坳陷烃源岩中各类显微组分的分类图版
2 3 4 5 6 7 8 9 10
孢 粉 颜 色 指 数
Tmax
450 石油底界 470 500
（ ％ ）
（ ℃ ）
（
RO
SCI
）
湿气底界
3.0 4.0 5.0
干气保存极限
济阳坳陷E s 3 下段 烃源岩成熟度图
我国部分含油盆地成熟度随深度变化对比图
0.5 1.0 1.5
鹭洲(E)
深度(m)
2.0
1
地球化学概述
随着科学和技术的发展，随着研究的深入以及工业生产发展的需 求，地球化学的研究内容和领域也在不断扩展。1973年，美国全国地 球化学委员会以美国国家科学院的名义编写的《地球化学发展方向》 （Orientation in Geochemistry ）一书中对地球化学作了如下描述： 地球化学是关于地球与太阳系的化学成分及化学演变的一门科学，它 包括了与它有关的一切学科的化学方面。 地球化学包括： （1）宇宙尘埃化学； （2）地球、月球、行星化学； （3）地壳、地幔和地核化学； （4）岩石循环（包括风化剥蚀、搬运、沉积和抬升）化学； （5）海洋与大气化学； （6）岩石中的有机质化学（烃和石油的化学）。
似性进行油/岩对比,确立亲缘关系。
指示生物输入和环境的生物标志物
化合物
C15， C17， C19 （正烷烃）
C15～C23 奇数 （正烷烃） C27， C29， C31 （正烷烃） 丛粒藻烷 （异构烷烃）
生物来源
藻类
粘球藻 高等植物 丛粒藻（葡萄藻） 绿硫菌 自养光合古细菌 细菌
沉积环境
湖相，海相
石油地球化学基础知识 及常用地化指标的地质应用
报告提纲
1 2 3 地球化学概述 石油地球化学基础知识 石油地球化学指标在油气勘探中的应用
3.1 烃源岩评价
3.2 油源对比
3.3 天然气类型识别 3.4 油气源研究实例
4
石油地球化学指标在油田开发中的应用
5
结束语
1
地球化学概述
什么是地球化学？顾名思义，地球化学就是地球的化学。它是研 究地球（广义的也包括部分天体）的化学组成、化学作用及化学演化 的学科，它是地学和化学的边缘学科。早先的地球化学着重研究化学 元素和其同位素在地球演化历史过程中的分布、迁移、聚集规律，并 运用这些规律来解决有关地球起源、矿物岩石成因、地壳地幔演化及 太阳系元素起因等理论问题和指导找矿实践。 上世纪20年代，苏联的地球化学鼻祖维尔纳茨基曾给地球化学下 过定义：“地球化学科学地研究地壳中的化学元素，即地壳的原子， 在可能的范围内也研究整个地球的原子，地球化学研究原子的历史， 它们在时间和空间上的分配和运动，以及它们在地球上的成因关系”。
2.5
3.0 Ro%
1000
宝月(E) 小塘(E) 下辽河(Mz)
2000
潍北(E) 沾化(E) 东营(E) 临邑(E)
大庆(Mz)
3000
4000
车镇(E)
解释沉积构造史
深度(m)
0 1500
深度(m)
1500 2000
第三系
3000 4500
500m 不整合面 中生界
4500
6000 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 2.0 3.0
干酪根显微组分的生物来源
显微组分
藻质体 壳质体 富氢 贫氢 镜质组 惰质组
显微亚组分
化石藻质体 碎屑藻质体 孢粉体(sporopollenin) 角质体(cutinite) 树脂体(resinite) 木栓体(suberinite) 碎屑壳质体 (exinodetrinite)
稳定组 (liptinite)
壳质体(exinite)
富氢无定形 (rich-hydrogen amophous matter) 结构镜质体(telinite) 镜质组 (vitrinite) 无结构镜质体(collinite) 碎屑镜质体(vitrodetrinite) 贫氢无定形 (poor-hydrogen amorphous matter) 丝质体(fusinite) 惰质组 (inertinite) 半丝质体(semifusinite) 微粒体(micrinite) 粗粒体(macrinite) 菌类体(sclerotinite) 碎屑惰性体(inertodet.8 1.0
2.0
Ro %
Ro%
3.0
连续沉降和有侵蚀不整合存在的盆地成熟度剖面图
确定古地温
镜质体反射率与温度、时间的关系图
确定古地温
渤南洼陷古地温随深度的变化图（图版法）
2.3.2 生物标志化合物
生物标志化合物（biomarker）是指沉积有机质中的那些来源于活的生物体的生
类型指数TI值计算公式： TI＝100×a＋80×b1＋50×b2＋(-75)×c＋(-100)×d 注解：TI＝类型指数；a＝腐泥组；b1＝树脂体；b2＝壳质组；c＝镜质组； d＝惰质组。 干酪根类型划分标准
干酪根类型
Ⅰ（腐泥型） Ⅱ1（腐殖-腐泥型） Ⅱ2（腐泥-腐殖型） Ⅲ（腐殖型）
类型指数
TI≥80
奥陶纪，海相 湖相 湖相／微咸水
中等链长甲基烷烃（异构烷烃） 蓝细菌
芳基类异戊二烯烃 姥／植比 （低） 苯并藿烷
温泉，海相
高盐环境 还原至缺氧，高盐度 缺氧碳酸盐岩－石膏环境
γ-蜡烷
β-胡萝卜烷 4-甲基甾烷 甲藻甾烷
原生动物
胡萝卜素或细菌 沟鞭藻 沟鞭藻，硅藻类
高盐环境
干旱环境，强还原湖相 湖相或海相 海相，咸化湖相
Ro＝0.8～1.0 石油大量形成的顶峰
Ro＝3.5
甲烷气形成终止
胜利油田烃源岩很少 达到该成熟带
镜质体反射率与石油生成和演化关系图
0.2
1 425
0.3
镜 质 体 反 射 率
0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.20 1.35 2.0
腐泥组
混合型
腐植组
石油 湿气 干气
最 大 热 解 435 峰 组
咸水强还原环境
＜1 C18、C22或C24 0.10～0.45 0.8～2.5 发育iC21～iC25、 丰富、系列完整 C35＞C34＞C33 ≥0.60 倒“V”字型分布 丰富 无 ＞65% 4-、3+2-、1-MSF 呈“V”型分布 富C28和5β(H)系列 ＞甲基三芳甾烷 丰富 -28.4～-29.5‰
壳质组分
—孢粉体、角质体 （生油、生气能力居中）
济阳坳陷烃源岩中各类显微组分的分类图版 济阳坳陷烃源岩中各类显微组分的分类图版
镜质组和惰质组分 （生油能力较差、有生气能力）
干酪根类型划分
截至目前，沉积岩中的干酪根几乎没有完全由单一显微组分组成，只不过某 种干酪根以某些显微组分为主，另一种则以另外的显微组分为主。这种差异显然 与生源母质的不同有关。根据不同显微组分的含量，可以计算出干酪根的类型指 数，进而对其进行分类。
2
石油地球化学基础知识
石油有机地球化学是由地球化学派生出来的一个新的分支。它是石油 地质学、有机化学和生物学相互渗透而迅速发展起来的一门边缘学科。 2.1 定义：石油有机地球化学是应用化学原理研究沉积盆地有机质生 成石油、天然气的反应机理及其演化过程产物的质量、数量变化和空间分 布，进而预测盆地油气资源潜力的科学。 石油地球化学的深入研究，不仅有力地促进了石油有机成因理论的的 极大发展，而且对指导油气勘探发挥出越来越重要的作用。有人甚至认为， 石油地球化学可以与地球物理学、石油地质学并列构成石油勘探的三大理 论基础。 2.2 研究方法：采用各类精密分析仪器为测试工具，通过地质体中油、 气、水、岩石样品的成分和结构分析，取得多种多样的微观信息，建立相 应的各种地球化学指标，进而综合解释各种地质规律和地质现象。
80＞TI≥40 40＞TI≥0 ＜0
干酪根镜质体反射率
镜质体反射率是指在波长546nm±5nm（绿光）处，干酪根中镜质组抛 光面反射光强度对垂直入射光强度的百分比，以Ro%表示。干酪根镜质体 反射率（Ro%）随温度升高和埋藏时间增加而增大，而且是不可逆的。用 它作为成熟度指标可信度高，常被其他成熟度指标当作参考，也是划分有机 质成烃演化阶段的基本依据。 Ro(%)的地质意义 (中国标准)