第二章--石油及天然气的成因
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温度在有机质成油过程中起主要作用。 在形成油气的漫长地质年代过程中，时间具有 不可忽视的作用。 生油岩是一种有机质分散于矿物基质中的岩石， 因此矿物质不可避免地影响有机质的热转化，这 种影响主要表现为催化作用和吸附作用。
3、干酪根裂解成气阶段（过熟阶段）
随着埋藏深度继续增加，干酪根大量转化成石
油之后，热裂解成为主要的转化反应，干酪根不再
具有生成长链液态烃的能力，其结果是轻质液态烃 数量迅速增加，在高温下继续裂化形成甲烷。 干酪根在生油、气的演化过程中实际上是向得 氢和失氢两极方向转化的过程。得氢的方向形成油、
气；失氢的方向形成残余炭。
四、石油的运移与富集
石油和天然气在地壳中的任何移动都称为
一、碳化物说
这是由俄国化学家门捷列夫于1876年 创立的，他认为在地球形成时期，使碳和
铁变成液态，相互作用形成碳化铁，保存
在地球深处，地表水沿着地壳裂缝向下渗
透与碳化铁作用而形成了烃类。
二、宇宙说
这是由俄国学者索科洛夫于1889年 提出的，其理论基础就是在一些天体中 发现了碳氢化合物，认为碳氢化合物是 宇宙中所固有的。
孔隙性更高的储油层的过程 。 二次运移：油气进入储油层后的一切运移 过程。
石油进入储油层后，在相应的环境下受到各种
地球化学作用的影响，会和在储油层中的矿物质发 生相应变化，使其组成和结构发生次生改造，使石 油中组分变轻，杂原子含量降低。 造成石油在储油层中发生次生改造的地球化学
作用有：
热催化作用：储油层中的石油和天然气中的烃类
而可以成为烃类从陆上流到海洋的运载体。 与木质素具有相似结构的物质是丹宁，它们
都是沉积物有机质中芳香结构的重要来源，是成 煤的重要前身物，也可生成天然气。
2、碳水化合物
亦称糖类，几乎所有的动、植物及微生物中都
含有糖，糖的通式可用Cx(H2O)y表示，故称碳水化
合物。糖按分子大小可分为单糖、低聚糖和多糖。 多糖中对形成沉积岩中有机质最有意义的是纤 维素和半纤维素。 纤维素和半纤维素是成煤和成气的主要原始物质 。
第二章 石油的成因
研究石油的成因问题，可以指导石油勘探、
预测石油的储量，更好地了解石油的化学组成上
某些特点。
本章的主要内容为： 石油的无机成因说 石油的有机成因说
石油中各族烃类的形成
关于石油的成因，到目前为止，学术界还 有争论，没有完全弄清楚，主要原因在于： 石油在地下易于流动，现在找到的油、气藏的 地方往往并不是石油生成的地方 。 通过运移，现在的石油组成并不代表其本来面 貌。
二、异构烷烃的形成
来源之一是生物合成，与正构烷烃共生。
在海洋有机物和细菌的类脂化合物中的异
构脂肪酸是异构烷烃的前身。
大部分异构烷烃是干酪根中脂肪结构热 解而生成的。此时既生成饱和烃，也生成 不饱和烃，生成的烷烃经催化作用形成异
构烷烃。
三、环烷烃的形成
环烷烃可由生物直接合成，更重要的是
来源于生物体内的各种环状萜的衍生物。
形成烷基噻吩、硫醇、硫醚 等含硫化合物。
脱沥青作用：当油藏中含有大量的C1～C6的轻 烃时，它们溶解于石油中，使石油中的沥青质沉
淀下来，导致石油的密度降低，轻质组分增加，
重质组分减少。
第三节 石油中各种烃类的形成
石油中烃类的三个来源：
生物体内的原生烃。
类脂化合物中的醇类、醛类、羧酸类以及环
状萜烯类，经微生物降解生成的烃类。 干酪根受热裂解或催化裂解时产生的烃类。
3、蛋白质
蛋白质是生物体内一切组织的基本组成部分，细
胞中除水外，其余80%都是蛋白质。
它是20多种氨基酸分子通过肽键连接而成的复
杂的高分子化合物。在酸、碱、酶的作用下，蛋白
质发生水解形成氨基酸。有机体死亡之后，氨基酸 仍保存在遗骸中。
4、类脂
指所有不溶于水而易溶于乙醚、氯仿、苯
等低极性有机溶剂的脂状物质，其中包括： 油脂、蜡、萜类、烃类和色素等。 其元素组成和分子结构与石油烃类最接 近，因而被认为是生油的主要原始物质。
二、生油环境
温暖、潮湿的气候环境有利于生物的大量 繁殖和发育，从而具备了丰富的生油原始物质。 在海洋或湖泊中，不仅有丰富的水生生物，还
因水体起到了隔绝空气的作用，阻止了有机残体的
腐烂分解，于是与矿物质一起被沉积埋藏起来。 因此海洋、湖泊、三角洲等古地理区域都是生 油的有利地区。
随着沉积盆地的不断下沉，沉积物不断加
1. 石油的成因为什么会有争论？ 2. 石油的无机成因说包括哪几个学说，各 自有何特点，它们有何缺陷？ 3. 石油的有机成因说的原始生油物质包括 哪些，最主要的生油物质是什么？为什 么？
4. 有机质在怎样的生油环境下才能形成石 油？ 5. 简述干酪根裂解成油的三个阶段。 6.干酪根可分为哪几种类型？每种类型各 有何特点？ 7. 简述影响干酪根裂解生油的主要影响因 素。 8. 生成的石油是如何从生油层运移到油气 藏中去的？
种：浮游植物、浮游动物、高等植物和细菌。 其中的一小部分由于沉积在缺氧的环境中，被 泥沙埋藏而保存下来，最后转化成石油。
生物有机质的主要生化组成是：木质素、
碳水化合物wk.baidu.com蛋白质、类脂。
与石油组成最相近的类脂在成油过程中
的作用最大，而木质素和纤维素在成气和成
煤过程中最重要。
1、木质素
木质素是高等植物的主要组成部分，不易水解， 但可被氧化成芳香酸和脂肪酸。在缺氧的水体中， 在水和微生物的作用下，木质素分解，与其它化合 物生成腐植酸。腐植酸又能与烃类形成络合物，从
在更高温度的地热系统中向着分子结构更加稳定
的方向继续演化，形成最稳定的混合物。
氧化作用和生物降解作用：生物降解和氧化作用的 综合效应就是形成密度大，粘度高的重质原油，强 烈的次生改造可以使原油转化成天然沥青。
硫化作用：硫酸盐还原细菌作用下，硫酸盐可以氧
化烃类，而其自身还原成H2S和S，元素S与烃反应
确反映客观规律的有机成因学说。
第二节 石油的有机成因说
生成石油及天然气的原始物质：既有动 物又有植物，而以低等生物为主； 生成石油及天然气的环境：既有陆相生 油，又有海相生油。
一、生油的原始物质
现代有机学说认为，石油是地质时期中
生物遗体(或有机残体)在适当条件下生成的。
形成沉积物中有机质的最重要的生物有四
最早的一种方法是把干酪根分为腐泥型和腐殖型。
腐泥型：H/C为1.3～1.7，呈富集状态时形成油 页岩，而呈分散状态时形成生油岩。
干酪根 腐殖型：H/C小于1.0；呈富集状态时形成煤， 而呈分散状态时分布于沉积岩中，最终形成天 然气。
2、干酪根裂解成油阶段（成熟阶 段）
当有机质埋藏深度达1500～2500米时，温
烷气阶段；
成熟阶段：干酪根裂解成油阶段 ；
过熟阶段：干酪根裂解成气阶段 。
1、干酪根形成及生成甲烷气阶段（未熟阶段） （1）干酪根的形成
蛋白质 碳水化合物 木质素 类脂
分解
氨基酸、糖、 酚、脂肪酸
腐殖物质：来源于高等植 物，以酚结构为主，脂肪 氨基酸 糖、酚 脂肪酸
结构较少。 缩聚
腐泥物质：来源于水生生 物，富含脂链、脂环、肽 链。
三、岩浆说
这是前苏联学者库德梁采夫在1949年 提出来的，他认为碳和氢不仅存在于太阳 和星球中，而且也存在于地球的岩浆中， 在高温高压下它们形成各种烃类。
无机成因的致命弱点：脱离了地质条件 来讨论石油的形成，而且将宇宙中发现的简 单烃类与复杂的石油烃类等同起来。 目前大家比较公认是能够指导生产并正
厚，随着地层压力的增加，温度的不断升高，
沉积物经历一系列的物理化学变化而变成了沉 积岩。而含有分散有机质的沉积岩称为生油岩。
除了浅海外，内陆湖泊也有丰富的有机残
体，并具备还原条件，是良好的生油区 。
在我国除塔里木属于海相生油外，绝大多
数油田都是在陆相条件下形成的。
三、有机残体的演化和油气生成的阶段性 通过对生油剖面的详细研究表明，只
有当生油岩埋藏到一定深度并具备一定温 度时，生油岩中的原始有机质才能转化成 石油烃。
沥青：溶于有机溶剂 沉积岩 中分散 的 有机质
干酪根：不溶于常用的有机溶剂， 是高分子聚合物，呈暗棕色细软粉 末，分散在沉积岩中，占80～99%， 是由有机残体演化而成的。
干酪根演化生成石油烃的三个阶段：
未成熟阶段：干酪根形成及生成甲
石油的形成过程发生几亿年前的地层深处。
研究石油的成因必须解决三个问题： 生成石油的原始物质 。 原始物质变成石油的原因和过程 。
石油的运移和富集 。
关于石油生成的原始物质，有两大学派： 无机成因学派 有机成因学派
第一节 石油的无机成因学说
无机成因学派的论据主要有以下几点： 通过无机途径(例如：金属碳化物和水) 可以形成一定量的烃类。 许多天体上存在烃类。 火山喷出的气体和熔岩中含有烃类。
腐殖(泥) 物质
溶于NaOH水溶液的腐植酸 不溶于NaOH水溶液的胡敏素
随着埋藏深度的增加，腐殖(泥)物质最终
完全转化成胡敏素，与周围矿物质络合，稳定
保存下来，它们就是干酪根的前身物。随着埋
藏深度的进一步增加，胡敏素缩合，官能团损 失，演变成干酪根。
（2）干酪根的类型
干酪根是一种大分子的缩聚物，由于其分子量高而 具有较高的不溶解性；由于它不是均一的分子，而是由 相似的而又不同的结构单元所组成的杂乱聚合物。
度升高至60～180℃，干酪根便在热催化作用
下大量裂解形成液态烃以及一定量的气体，这
一阶段被称之为生油的主要阶段。
这一阶段生成的石油，按其组成可分为：
低成熟原油：非烃组分较多，重质烃比 例高，生物标志物多，密度较大。 成熟原油：形成更多的轻质烃，非烃组 分大大减少，密度较低。
影响干酪根等有机质热解生油的主要因素：
一、正构烷烃的形成
一部分来源于活的生物体以及脂肪酸、脂肪醛、 蜡等类脂化合物。 一部分正构烷烃是由沉积物中的脂肪醇、脂肪 酸、脂肪醛等经生物化学发酵而生成的。
大部分是在生油主带、在较高温度下由高分子的
一元脂肪酸脱除羧基后而生成的。
一部分是高级脂肪酸转化成两倍碳链的脂肪酮，
而酮随之还原成烃类。
环烷烃的另一重要来源是不饱和脂肪酸 脱水环化，进一步转化成环烷烃。
四、芳香烃的形成
在细菌作用下，生物体内的环状物质发生 芳构化反应转化成芳香烃和环烷芳香烃。 不饱和脂肪酸在催化剂作用下经环化、脱 水转化成芳香烃和环烷芳香烃 。 干酪根在较高温度下裂解、环化、脱氢而 生成芳香烃。
本章思考题
油气的运移。通过运移，分散的油气由生油层 进入储油层，又通过储油层进入阻碍油气继续 运移的闭圈，聚集起来成为油气藏。所以油气 运移是油气由分散到集中的必要条件。
油气运移的两个过程：
初次运移：由于干酪根裂解生成的油气混
合物因体积增大而产生的压力使生油层发
生裂隙，使混合油气从生油岩通过裂隙向
外排出并从生油层驱出进入渗透性更强，
3、干酪根裂解成气阶段（过熟阶段）
随着埋藏深度继续增加，干酪根大量转化成石
油之后，热裂解成为主要的转化反应，干酪根不再
具有生成长链液态烃的能力，其结果是轻质液态烃 数量迅速增加，在高温下继续裂化形成甲烷。 干酪根在生油、气的演化过程中实际上是向得 氢和失氢两极方向转化的过程。得氢的方向形成油、
气；失氢的方向形成残余炭。
四、石油的运移与富集
石油和天然气在地壳中的任何移动都称为
一、碳化物说
这是由俄国化学家门捷列夫于1876年 创立的，他认为在地球形成时期，使碳和
铁变成液态，相互作用形成碳化铁，保存
在地球深处，地表水沿着地壳裂缝向下渗
透与碳化铁作用而形成了烃类。
二、宇宙说
这是由俄国学者索科洛夫于1889年 提出的，其理论基础就是在一些天体中 发现了碳氢化合物，认为碳氢化合物是 宇宙中所固有的。
孔隙性更高的储油层的过程 。 二次运移：油气进入储油层后的一切运移 过程。
石油进入储油层后，在相应的环境下受到各种
地球化学作用的影响，会和在储油层中的矿物质发 生相应变化，使其组成和结构发生次生改造，使石 油中组分变轻，杂原子含量降低。 造成石油在储油层中发生次生改造的地球化学
作用有：
热催化作用：储油层中的石油和天然气中的烃类
而可以成为烃类从陆上流到海洋的运载体。 与木质素具有相似结构的物质是丹宁，它们
都是沉积物有机质中芳香结构的重要来源，是成 煤的重要前身物，也可生成天然气。
2、碳水化合物
亦称糖类，几乎所有的动、植物及微生物中都
含有糖，糖的通式可用Cx(H2O)y表示，故称碳水化
合物。糖按分子大小可分为单糖、低聚糖和多糖。 多糖中对形成沉积岩中有机质最有意义的是纤 维素和半纤维素。 纤维素和半纤维素是成煤和成气的主要原始物质 。
第二章 石油的成因
研究石油的成因问题，可以指导石油勘探、
预测石油的储量，更好地了解石油的化学组成上
某些特点。
本章的主要内容为： 石油的无机成因说 石油的有机成因说
石油中各族烃类的形成
关于石油的成因，到目前为止，学术界还 有争论，没有完全弄清楚，主要原因在于： 石油在地下易于流动，现在找到的油、气藏的 地方往往并不是石油生成的地方 。 通过运移，现在的石油组成并不代表其本来面 貌。
二、异构烷烃的形成
来源之一是生物合成，与正构烷烃共生。
在海洋有机物和细菌的类脂化合物中的异
构脂肪酸是异构烷烃的前身。
大部分异构烷烃是干酪根中脂肪结构热 解而生成的。此时既生成饱和烃，也生成 不饱和烃，生成的烷烃经催化作用形成异
构烷烃。
三、环烷烃的形成
环烷烃可由生物直接合成，更重要的是
来源于生物体内的各种环状萜的衍生物。
形成烷基噻吩、硫醇、硫醚 等含硫化合物。
脱沥青作用：当油藏中含有大量的C1～C6的轻 烃时，它们溶解于石油中，使石油中的沥青质沉
淀下来，导致石油的密度降低，轻质组分增加，
重质组分减少。
第三节 石油中各种烃类的形成
石油中烃类的三个来源：
生物体内的原生烃。
类脂化合物中的醇类、醛类、羧酸类以及环
状萜烯类，经微生物降解生成的烃类。 干酪根受热裂解或催化裂解时产生的烃类。
3、蛋白质
蛋白质是生物体内一切组织的基本组成部分，细
胞中除水外，其余80%都是蛋白质。
它是20多种氨基酸分子通过肽键连接而成的复
杂的高分子化合物。在酸、碱、酶的作用下，蛋白
质发生水解形成氨基酸。有机体死亡之后，氨基酸 仍保存在遗骸中。
4、类脂
指所有不溶于水而易溶于乙醚、氯仿、苯
等低极性有机溶剂的脂状物质，其中包括： 油脂、蜡、萜类、烃类和色素等。 其元素组成和分子结构与石油烃类最接 近，因而被认为是生油的主要原始物质。
二、生油环境
温暖、潮湿的气候环境有利于生物的大量 繁殖和发育，从而具备了丰富的生油原始物质。 在海洋或湖泊中，不仅有丰富的水生生物，还
因水体起到了隔绝空气的作用，阻止了有机残体的
腐烂分解，于是与矿物质一起被沉积埋藏起来。 因此海洋、湖泊、三角洲等古地理区域都是生 油的有利地区。
随着沉积盆地的不断下沉，沉积物不断加
1. 石油的成因为什么会有争论？ 2. 石油的无机成因说包括哪几个学说，各 自有何特点，它们有何缺陷？ 3. 石油的有机成因说的原始生油物质包括 哪些，最主要的生油物质是什么？为什 么？
4. 有机质在怎样的生油环境下才能形成石 油？ 5. 简述干酪根裂解成油的三个阶段。 6.干酪根可分为哪几种类型？每种类型各 有何特点？ 7. 简述影响干酪根裂解生油的主要影响因 素。 8. 生成的石油是如何从生油层运移到油气 藏中去的？
种：浮游植物、浮游动物、高等植物和细菌。 其中的一小部分由于沉积在缺氧的环境中，被 泥沙埋藏而保存下来，最后转化成石油。
生物有机质的主要生化组成是：木质素、
碳水化合物wk.baidu.com蛋白质、类脂。
与石油组成最相近的类脂在成油过程中
的作用最大，而木质素和纤维素在成气和成
煤过程中最重要。
1、木质素
木质素是高等植物的主要组成部分，不易水解， 但可被氧化成芳香酸和脂肪酸。在缺氧的水体中， 在水和微生物的作用下，木质素分解，与其它化合 物生成腐植酸。腐植酸又能与烃类形成络合物，从
在更高温度的地热系统中向着分子结构更加稳定
的方向继续演化，形成最稳定的混合物。
氧化作用和生物降解作用：生物降解和氧化作用的 综合效应就是形成密度大，粘度高的重质原油，强 烈的次生改造可以使原油转化成天然沥青。
硫化作用：硫酸盐还原细菌作用下，硫酸盐可以氧
化烃类，而其自身还原成H2S和S，元素S与烃反应
确反映客观规律的有机成因学说。
第二节 石油的有机成因说
生成石油及天然气的原始物质：既有动 物又有植物，而以低等生物为主； 生成石油及天然气的环境：既有陆相生 油，又有海相生油。
一、生油的原始物质
现代有机学说认为，石油是地质时期中
生物遗体(或有机残体)在适当条件下生成的。
形成沉积物中有机质的最重要的生物有四
最早的一种方法是把干酪根分为腐泥型和腐殖型。
腐泥型：H/C为1.3～1.7，呈富集状态时形成油 页岩，而呈分散状态时形成生油岩。
干酪根 腐殖型：H/C小于1.0；呈富集状态时形成煤， 而呈分散状态时分布于沉积岩中，最终形成天 然气。
2、干酪根裂解成油阶段（成熟阶 段）
当有机质埋藏深度达1500～2500米时，温
烷气阶段；
成熟阶段：干酪根裂解成油阶段 ；
过熟阶段：干酪根裂解成气阶段 。
1、干酪根形成及生成甲烷气阶段（未熟阶段） （1）干酪根的形成
蛋白质 碳水化合物 木质素 类脂
分解
氨基酸、糖、 酚、脂肪酸
腐殖物质：来源于高等植 物，以酚结构为主，脂肪 氨基酸 糖、酚 脂肪酸
结构较少。 缩聚
腐泥物质：来源于水生生 物，富含脂链、脂环、肽 链。
三、岩浆说
这是前苏联学者库德梁采夫在1949年 提出来的，他认为碳和氢不仅存在于太阳 和星球中，而且也存在于地球的岩浆中， 在高温高压下它们形成各种烃类。
无机成因的致命弱点：脱离了地质条件 来讨论石油的形成，而且将宇宙中发现的简 单烃类与复杂的石油烃类等同起来。 目前大家比较公认是能够指导生产并正
厚，随着地层压力的增加，温度的不断升高，
沉积物经历一系列的物理化学变化而变成了沉 积岩。而含有分散有机质的沉积岩称为生油岩。
除了浅海外，内陆湖泊也有丰富的有机残
体，并具备还原条件，是良好的生油区 。
在我国除塔里木属于海相生油外，绝大多
数油田都是在陆相条件下形成的。
三、有机残体的演化和油气生成的阶段性 通过对生油剖面的详细研究表明，只
有当生油岩埋藏到一定深度并具备一定温 度时，生油岩中的原始有机质才能转化成 石油烃。
沥青：溶于有机溶剂 沉积岩 中分散 的 有机质
干酪根：不溶于常用的有机溶剂， 是高分子聚合物，呈暗棕色细软粉 末，分散在沉积岩中，占80～99%， 是由有机残体演化而成的。
干酪根演化生成石油烃的三个阶段：
未成熟阶段：干酪根形成及生成甲
石油的形成过程发生几亿年前的地层深处。
研究石油的成因必须解决三个问题： 生成石油的原始物质 。 原始物质变成石油的原因和过程 。
石油的运移和富集 。
关于石油生成的原始物质，有两大学派： 无机成因学派 有机成因学派
第一节 石油的无机成因学说
无机成因学派的论据主要有以下几点： 通过无机途径(例如：金属碳化物和水) 可以形成一定量的烃类。 许多天体上存在烃类。 火山喷出的气体和熔岩中含有烃类。
腐殖(泥) 物质
溶于NaOH水溶液的腐植酸 不溶于NaOH水溶液的胡敏素
随着埋藏深度的增加，腐殖(泥)物质最终
完全转化成胡敏素，与周围矿物质络合，稳定
保存下来，它们就是干酪根的前身物。随着埋
藏深度的进一步增加，胡敏素缩合，官能团损 失，演变成干酪根。
（2）干酪根的类型
干酪根是一种大分子的缩聚物，由于其分子量高而 具有较高的不溶解性；由于它不是均一的分子，而是由 相似的而又不同的结构单元所组成的杂乱聚合物。
度升高至60～180℃，干酪根便在热催化作用
下大量裂解形成液态烃以及一定量的气体，这
一阶段被称之为生油的主要阶段。
这一阶段生成的石油，按其组成可分为：
低成熟原油：非烃组分较多，重质烃比 例高，生物标志物多，密度较大。 成熟原油：形成更多的轻质烃，非烃组 分大大减少，密度较低。
影响干酪根等有机质热解生油的主要因素：
一、正构烷烃的形成
一部分来源于活的生物体以及脂肪酸、脂肪醛、 蜡等类脂化合物。 一部分正构烷烃是由沉积物中的脂肪醇、脂肪 酸、脂肪醛等经生物化学发酵而生成的。
大部分是在生油主带、在较高温度下由高分子的
一元脂肪酸脱除羧基后而生成的。
一部分是高级脂肪酸转化成两倍碳链的脂肪酮，
而酮随之还原成烃类。
环烷烃的另一重要来源是不饱和脂肪酸 脱水环化，进一步转化成环烷烃。
四、芳香烃的形成
在细菌作用下，生物体内的环状物质发生 芳构化反应转化成芳香烃和环烷芳香烃。 不饱和脂肪酸在催化剂作用下经环化、脱 水转化成芳香烃和环烷芳香烃 。 干酪根在较高温度下裂解、环化、脱氢而 生成芳香烃。
本章思考题
油气的运移。通过运移，分散的油气由生油层 进入储油层，又通过储油层进入阻碍油气继续 运移的闭圈，聚集起来成为油气藏。所以油气 运移是油气由分散到集中的必要条件。
油气运移的两个过程：
初次运移：由于干酪根裂解生成的油气混
合物因体积增大而产生的压力使生油层发
生裂隙，使混合油气从生油岩通过裂隙向
外排出并从生油层驱出进入渗透性更强，