石油天然气形成

（二）沉积岩(物)中的沉积有机质
1、沉积有机质的保存与分布
来源于生物体的有机质在埋藏之前，多分布在沉积 生物上方的水体中,在地表条件下，有机质不稳 定，动物死亡后，遗体受到化学分解和细菌分解：
● ● ●
大部分成为气态或水溶成分而逸散； 部分受到生物的吞食； 进入沉积物的只是一小部分(0.8%)，但总量巨大。
沉积有机质的分布--不均衡 ⑴ 不同岩性中分布不均匀
享特(1963年)据世界各地1000多块岩样分析得出：
● ● ●
泥质岩有机质平均含量为2.1% 碳酸盐岩为0.29%；
●
砂岩为0.05%
约95%集中在页岩中，绝大部分呈分散状态存在。
⑵ 不同地质时代分布不均衡
● ●
总趋势：年代越老，含量越少。 从世界范围看，在三叠纪和志留纪有两个低峰， --可能与气候变冷或大规模海退有关。
●源自文库
在有机质改造过程中，只有当达到一定温度或埋藏
当超过一定温度时，石油会向气态烃和高分子聚合物 --“液态窗” (65.6℃～149℃)普西(Pusey，1973)。 ”
深度时，有机质才能大量转化成石油；
●
转化----液态烃的生成及存在有一定的深度和温度范围
二 油气生成的原始物质
（一） 沉积有机质的来源及化学组成 （二） 沉积岩(物)中的沉积有机质 （三） 干酪根
年平均温度高、日照时间长、空气湿度大，
都能显著增强生物的繁殖能力。 因此，温暖、湿润的气候有利于生物的繁殖和发 育，是油气生成的有利外界条件之一。
（二）理化条件--动力条件
适宜的地质环境为有机质的大量繁殖、堆积和保存创 造了有利的地质条件，但有机质向石油及天然气演化还 必须具备适当的物理、化学及生物化学条件，如：
（一）沉积有机质的来源及化学组成
沉积有机质--是随无机质一起沉积并保存下来的 生物残留物质，包括：生物遗体、生物排泄物和分泌 物，又称地质有机质。
沉积有机质来自生物圈中种类繁多的动物和植物。 就生成油气而言，主要来自于低等水生动、植物，
如：细菌、藻类、有孔虫、介形虫、叶肢介、珊瑚、软体动 物等，特别以细菌和藻类最佳。
沉积有机质的来源
沉积有机质--从生物物质的发源地来说
⑴ 来源于盆地 本身的所谓原地 有机质，是普遍 存在的部分，也 是最基础的部分 ⑵ 来自被 河流等从周 围陆地携来 的异地有机 质 ⑶ 再沉积的 有机质，来自 经受侵蚀的古 老沉积层中的 化石有机质， 数量少。
1、生物体的基本组成 ⑴ 类脂化合物(脂类)：其化学组成与石油的化学组成
(一) 油气无机成因说 (二) 油气有机成因说
（一）无机成因说
在石油工业发展早期，人们从纯化学角度出发， 认为石油是无机成因的。
无机生成说的主要依据： ① 实验室中，无机物可以合成烃类： ② 火山喷出气体中有甲烷、乙烷等烃类成分； ③ 石油分布常常与深大断裂有关。
无机生成说归纳起来可分2大类：
●
有机溶剂的分散有机质（享特，1979）。
2、干酪根的形成--分为两步
生物有机体--结构规 则的大分子聚合物(类
脂化合物、蛋白质等)
⑴ 有机质转化 为地质聚合物
结构不规则的简 单大分子所构成 的地质聚合物
干酪根的前身
生物化学及化学作用
⑵ 地质聚合物 转化成干酪根
沉积成岩作用过程中 埋藏到数十或数百米 缩合与聚合作用
更大、更复杂、 结构欠规则的高 分子地质聚合物 --干酪根
沉积物和沉积岩中有机质的转化
3、干酪根的数量
干酪根 是地壳中有机碳最重要的存在形式； 是沉积有机质中分布最普遍、最重要的一类。 约占地质体总有机质的95%。 干酪根重量：估计沉积岩中含干酪根0.3%， 推测地壳中干酪根总量约 1016t
(沉积岩总重量约1018t)
主张：在地球呈熔融状态时，碳氢化合物就包含在它
的气圈中；随着地球冷凝，碳氢化合物被冷凝岩浆吸收， 最后，它们凝结于地壳中而成石油。
2、碳化物说 1876年 由俄国著 名化学家 门捷列夫 创立。
碳氢化合物 沿裂隙上升至地壳 沿地壳裂隙 向下渗透 地表水
地球形成时期 高温碳和铁呈液态
C、Fe 互相作用
故认为：在深约150km， 温度超过1500K、压力5000MPa下， 由于FeO及Fe3O4的参与，H2O与CO2还原而成烃类。
（二）、油气有机成因说
认为：石油由地质时期中的生物有机质形成； 在油气有机生成学说中，存在两种观点：
●
早期成油说：认为石油烃类是地壳浅处，沉积物成岩作
用早期，由沉积岩中分散有机质在生物化学作用下生成。
●
海相环境中：一般认为浅海区最有利于油气生成；而
滨海区和深海区不利于有机保存和油气的生成。
滨海环境--水体动荡，氧化作用 …… 深海环境--生物数量少，巨厚水体 …… 浅海大陆架--水深≤200m，水体较宁静，阳光、温度适 宜，生物繁盛，死亡后即可堆积下来。
●
深水-半深水湖泊相是陆相烃源岩发育有利区域：
●
晚期成油说：认为石油是有机物质被埋藏后，达到一定
深度和温度，在热力和催化作用下，由有机物质转化而来。
1、油气有机成因的依据
⑴ 岩石类型分布上：世界上已经发现的油气田99.9%都
分布于沉积岩中。岩浆岩、变质岩中的石油来自相邻近富 含有机质的沉积岩(区)； ⑵ 地质时代分布上：从前寒武纪至第四纪各时代岩层中 都找到了石油。石油和天然气在地质时代上的分布很不均 衡，这种不均衡与沉积岩中有机质的分布状况相吻合；
温度与时间、细菌、催化剂、放射性 等
近些年来研究成果证明，温度与时间是在油气生成 全过程中至关重要的一对因素。其它因素，如细菌、 催化剂、放射性物质等也有一定的影响。
1、细菌作用
按生活习性可将细菌分为：
喜氧细菌、厌氧细菌 和 通性细菌 三类。
对油气生成来讲，最有意义的是厌氧细菌，在缺乏 游离氧的还原条件下，有机质可被厌氧细菌分解而产 生CH4、H2、CO2、以及有机酸和其它碳氢化合物。 细菌作用实质：将有机质中的氧、硫、氮、磷等元 素分离出来，使碳、氢，特别是氢富集起来；且细菌 作用时间越长，其作用进行得越彻底。
三
油气生成的条件
沉积有机质要向石油转化必须经历一个碳、氢不断增加 而氧不断减少的过程--即去氧、加氢、富集碳的过程。
原始有机质的堆积、保存和转化过程(生成烃类)，
●
必须处于适宜的地质环境 --沉积盆地(还原条件/环境)；
●
还原环境的形成及其持续时间的长短则 受当时的地质及能源条件所制约。
（一） 地质条件 1、大地构造条件
地球上煤和石油的储量分别为： 煤：占干酪根总量的1/600± …… 1013t 油：占干酪根总量的1/1500± …… 4×1011t 4、干酪根的成分和结构 干酪根是一种高分子聚合物，没有固定的化学成 分，主要由C、H 、O和少量S、N 组分。 据分析，干酪根中 C、H、O 的平均含量为： C：76.4% H：6.3% O：11.1% 三者共占 93.8%
泛宇宙说： 宇宙说（索可洛夫，1889.10） 地幔脱气说（T. Gold，1993） 地球深部无机合成说： 碳化物说（门捷列夫，1876） 岩浆说（库得梁采夫，1949） 高温生成说（切卡留克，1971） 蛇纹石化说（耶兰斯基，1966，1971）
●
1、宇宙说
俄国学者索可洛夫于1889年10月3日在莫斯科自然科学 研究者协会年会上首次提出的。
2、热力作用
●
沉积有机质向油气演化的过程，同任何化学反应一
样，温度是最有效和最持久的作用因素；
●
在反应过程中，温度不足可用延长反应时间来弥补
，即温度与时间似乎可以互为补偿：高温短时作用与 低温长时作用可能产生近乎同样的效果。
⑺ 近代沉积物中观察：对青海湖、墨西哥湾、里海等近
…… 代沉积物研究的成果表明，其中确实存在着油气生成过程
，至今还在进行着，且生成的油气数量也很可观。
2、晚期有机成油说
“干酪根成油说” ”
20世纪70年代初，著名地球化学家Tissot等认为： ⑴ 大量生油时期处于成岩作用晚期或后生作用初期； ⑵ 生油原始物质主要是岩石中的干酪根。
很相近；类脂化合物水解后成脂肪酸，碳数大多在C12-C18 之间，是形成石油的主要有机组分之一
⑵ 蛋白质：可能是油气中低碳烃的来源之一 ⑶ 碳水化合物：可能是石油中芳烃和天然气母质之一 ⑷ 木质素和丹宁：木质素不易水解，在缺氧水体中，
分解，可与其它化合物生成腐殖质；丹宁的组织及特 征介于木质素与纤维素之间。
板块内部的裂谷、坳陷，以及造山带的前陆盆地、山间 盆地等大地构造单位，是在地质历史上曾经发生长期持续 下沉的区域，是地壳上油气资源分布的主要沉积盆地类型。
只有在长期持续下沉过程中伴随适当上升，沉降速度与 沉积速度相近或沉降速度稍大时，才能持久保持还原环境
2、岩相古地理条件
无论海相或者陆相，均可具备油气生成的岩相古地理 条件--关键在于： 是否有利于生物繁殖，有机质埋藏、保存、转化。
石油和天然气的形成
一、 油气成因理论发展概述 二、 油气生成的原始物质 三、 油气生成的条件 四、 有机质演化与成烃模式 五 、 烃源岩研究
一
油气成因理论发展概述
根据生油原始物质的不同，石油成因假说可以分为无机 生成和有机生成两大学派。 无机成因认为：石油由自然界中的无机物质形成； 有机成因认为：石油由地质时期中的生物有机质形成。
2、影响沉积有机质丰度的因素 --沉积物中富含有机质的地质条件： ① 长期稳定下沉大地构造背景； ② 较快的沉积(堆积)速度； ③ 足够数量和一定质量的原始有机质； ④ 温暖湿润、低能还原性岩相古地理环境 --浅海封闭环境，半深－深湖、前三角洲
（三）干酪根
1、干酪根的定义
干酪根最初是用来描述苏格兰油页岩中的有机质， 经蒸馏后能产出似蜡质的粘稠石油。 后来泛指现代沉积物和古代沉积岩中不溶于一般有 机溶剂的沉积有机质。 --指沉积岩中所有不溶于非氧化型酸、碱和非极性
为水生生物的大量繁殖发育提供了有利条件；
① 有一定深度、一定面积的的稳定水体， ② 能够汇聚周围河流带来的大量陆源有机质， 增加了湖泊营养和有机质数量； ③ 深水-半深水湖区水体底部具备还原环境， 有利于有机质的保存及向油气的转化。
特别近海深水湖盆，由于地势低洼、沉降较快，是 陆表水的汇集地区，容易长期积水而形成深水湖泊， 保安静的还原环境，更是最有利的生油坳陷。
⑶ 成分特征：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。
⑷ 某些稀有金属特征：光谱分析证明， 中、新生代的石油灰分以氧化铁为主(低于70%)，
古生代的石油灰分主要含氧化钒和氧化镍(低于60～80%)。
将石油灰分与岩石圈比较，大大富集了几种元素：
钒2000倍 镍1000倍 铜50倍 钴30倍 ⑸ 油层温度特征：大量油田测试结果证明石油是在低 温条件下生成的(油层温度很少超过100℃)。 ⑹ 形成时间上：生成石油并聚集成油藏所需的时间， 大约不到一百万年。
2、生物体的元素组成
有机质基本成分和石油的元素组成对比表
元 素 组 成（ 重 量 % ） C H O N 碳水化合物 44 木质素 63 蛋白质 53 类脂化合物 80 石 油 6 5 7 10 50 31 22 10 0.3 16 S 0.1 2
82～87 12～15 0.1～2 0.1～5 0.1～5
碳化铁(重金属碳化物) 由于密度大 保存在地球深处
3FemCn + 4mH 2O
mFe3O4 + C3n H 8 m
3、岩浆说--前苏联学者库得梁采夫于1949年10月3日提出
认为：石油的生成同基性岩浆(SiO2含量45%～52%)冷却时碳 氢化合物的合成有关。该过程在高压条件下完成，可促 使不饱和碳氢化合物聚合而成饱和碳氢化合物。
●
海陆过渡相区：
三角洲：
陆源有机质源源搬运而来，原地的海相生物， 致使沉积物中的有机质含量特别高； 沉积速率较高，有机质被快速埋藏； 三角洲区域是极为有利的生油区域。
海湾及泻湖：
有半岛、群岛、沙堤或生物礁与大海相隔， 该半闭塞无底流的环境对有机质保存有利。
3、古气候条件 古气候条件也直接影响生物的发育；
还指出： ① 岩浆中形成石油的过程在不断进行，古老的油气 通过扩散作用而逸散，所有的油藏都是年青的油藏； ② 石油中含有生物所需要的一切化学元素，依靠石 油，地球上产生了生物。
4、高温生成说
切卡留克(1971)根据合成金刚石实验：
无机矿物混合物(方解石、石英等)
高压 高温
分离出易挥发组分
(包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷及少量庚烷)