油气的生成

主要来源于陆地高等植物。
生烃潜力低，主要可形成煤 、芳烃、天然气。
我国陆相盆地统计 (王铁冠)： Ⅰ型干酪根占22.9%， Ⅱ型干酪根占48.5%， Ⅲ型干酪根占28.6%。
不同来源干酪根的元素分析图解
第二节
石油形成中的生物与物理化学条件
石油的生成是一个“生物化学和物理化学作用的过程”。
4.干酪根的分类
(1)根据原始生物和成矿方向的不同，有机质分：
有机质类型
腐泥型有机质 腐殖型有机质
原始生物
富含类脂的孢子和 水生浮游生物 富含木质素、纤维 素的陆生高等植物
主要成矿方向
石油、油页岩、 腐泥煤 甲烷气、 腐殖煤
——这种分类方法过于简单
(2) 化学分类 由C H O含量组成不同，可分为三类： I型干酪根：
0 原始沉积有机质含量百分数 100
液态烃急剧减少，C25以上高 分子正烷烃含量渐趋于零，只 有少量低碳原子数的环烷烃和
A芳香烃可稳定存在；低分子正 B
78 6 5 2 3
烷烃剧增，主要产物是甲烷及
其气态同系物。
C
4
1
埋深
D
CO2、H2O、CH4、N2等 碳质残渣
15 25 35 碳原子数
0 2 4 6 环数
期受细菌生物化学作用控制，中、后期受温度控制。
随埋深增大，温度增高，有机质逐步地连续地向油气转 化（为一连续过程）。不同深度范围促使其转化的地质和理 化条件不同，产物有明显不同，反映了有机质向油气转化过 程具有明显的阶段性。
★ 有机质向油气转化的过程
0 原始沉积有机质含量百分数 100
A、生物化学生气阶段 B、热催化生油气阶段 C、热裂解生凝析气阶段 D、深部高温生气阶段
用高活力催化剂在100℃下裂 解正十六烷只需要几个月， 若用低活力催化剂则需要
1000年，
而不用催化剂单纯的热解所 需时间已超过了地球的年龄
正十六烷热裂解和催化裂解所需要的时间 (据Goldstein,1980)
第四节
油气生成的现代成因模式
一、有机质向油气转化的阶段
有机质向油气转化是在还原－强还原环境下进行的。初
物(岩)中的不溶有机质(称为干酪根Kerogon)在成岩作用晚
期，经过热解生成的。 这一理论目前已经成为石油生成的主流学说。
现代油气生成理论认为: 保存在沉积物中的 有机质在不断埋深的过程中, 在细菌、温度
等因素的作用下，经历未成熟、成熟和过成
熟等阶段，陆续转化成石油和天然气。
第二节
生成油气的原始物质
残余干酪根继续断开杂原子官能团和侧链，生成少量水 、二氧化碳、氮和低分子量烃类。同时由于地温超过了液 态烃存在的临界温度，已不再有液态烃生成，前期已生成 的液态烃类开始裂解，主要反应是大量C-C键断裂，高C数 烃→低C数烃，液→气。干酪根残渣结构更紧密，暗褐色。
（三）热裂解生凝析气阶段
6.烃类组成的特征
有机质的沉积
海洋盆地中有机体的产量
有 机 体
浮游植物 浮游动物 底栖生物 鱼 类
年产量（干重）103t/km2
里 海 460
34 41 2
南加州陆缘海 560
44 19 1.3
经损失后能到沉积物中的 （占总量的0.6%）
3.2
3.8
沉积有机质由两部分组成：一部分是保留原先活的 有机体化学结构的继承性物质，如地球化学化石或生物
13 20 30 33 碳原子数
Байду номын сангаас （四）深部高温生气阶段
1.深度＞6000-7000m；温度＞250℃ ；高温高压
2.变生作用阶段 3.作用因素：热变质 4.作用特点及主要产物：已形成的液态烃和重质气态 烃强烈裂解，变成热力学上最稳定的甲烷；干酪根进一 步缩聚，H/C原子比降到很低，生烃潜力逐渐枯竭。最 终干酪根将形成沥青或石墨。
一、沉积有机质及其来源
沉积有机质：随无机质点一道沉积并保存下来的生物残留物质。 • 原始来源：活的有机体及其在生命活动中的代谢产 物（分泌物、排泄物）。 水生低等生物（尤其是藻类） 陆生高等植物 浮游动物和高等动物对沉积有机质的贡献相 对很小
氧化分解 生化分解
生物吞食
保存下来的生物有机质平均 仅为其原始产量的0.8%左右
勘探和开发，是经济效益高的研究对象。
该阶段的镜质体反射率 Ro＜0.5%；干酪根颜色
为黄～浅褐～褐色。
（二） 热催化生油气阶段
1.深度：1500 ～ 4000m 2.温度：60℃～180℃ 3.演化阶段：后生作用阶段前期
有机质成熟、进入生油门限
4.作用因素：热力+催化剂的作用
（二） 热催化生油气阶段
Ⅱ型干酪根：
原始H/C原子比 0.65~1.25，O/C原子 0.04~0.13 含大量中等长度直链 烷烃和环烷烃，也含多环 芳香烃及杂原子官能团。 主要来自海相浮游生 物、植物和微生物混合有
机质
生油潜能中等。
Ⅲ型干酪根
原始H/C原子比低0.46~0.93，
O/C高 0.05~0.30 芳香结构及含氧官能团多
1.细菌 厌氧细菌对油气生成的意义更大。在还原条件下，有机质经 细菌分解成甲烷、氢、CO2、有机酸及其它碳氢化合物。细菌所起 的作用，是将原始有机质中的O、S、N、P等元素分离出来，使C、 H特别是H富集起来。
类 脂 化 合 物 蛋 水 白 解 质 物质 单( A 微 用生 机 生 可 体 物 酶 溶 有 作 碳 水 化 合 物 木 质 、H O、CH （生物成因气） 素 细菌作用→CO
标记化合物；另一部分是非继承性物质，即原有机体分
解成简单低分子，再聚合成结构复杂的高分子物质。
二、影响沉积有机质丰度的因素
沉积物中有机质的含量与生物物质的产量、原始有机质的 保存条件、堆积速度以及沉积物的粒度等因素有关。
表5—1 不同沉积物中的有机碳分布
沉积环境 与岩性 大陆,陆棚,陆坡 粘土和页岩 碳酸盐岩 砂岩 大洋 粘土和页岩 碳酸盐岩 硅质沉积 平均值 (质量%) 0.99 0.33 0.28 0.22 0.28 0.26 重量 (1016t) 0.82 0.08 0.09 0.07 0.10 0.04
(二) 干酪根
干酪根(kerogen) ：沉积岩中不溶于碱、非氧化型 酸和有机溶剂的分散有机质。 沉积岩中的 有机质可以分为
两部分，不溶的
干酪根与可溶的 沥青，后者包括
烃类、胶质和沥
青质等。
1.干酪根的元素组成
C为主，H、O次之，少量S、N等。
占沉积有机质的80-90%±。 细软粉末，暗棕到黑色。 成分结构复杂的高分子聚合物。
2.温度：10~60℃
3.演化阶段：Ro＜0.5%
沉积物的成岩作用阶段 ；
4.作用因素：以生物化学作用为主；
（一） 生物化学生气阶段
5.演化过程及产物：
类 脂 化 合 物 脂 肪 蛋 水 白 解 质 氨 基 物质 单( A 微 用生 机 生 可 体) 物 酶 溶 有 糖 作 碳 水 化 合 物 单 木 质 酚 可溶单体有机质： 素
•部分经细菌生化作用→CO2、H2O、CH4（生物成因气）、NH3
•大多数经地质聚合和缩合→Kerogen（~黄－浅褐色） •少量未成熟油,具有明显的基数碳优势
主要产物：生物气、干酪根、少量油
（一） 生物化学生气阶段
在这个阶段生成的生物气，甲烷含量在95%以上，
属干气。
它们可以富集成特大型气藏，埋藏深度浅，易于
干酪根的显微构成
1．标准腐殖型干酪根(Ⅲ2) 2．油页岩无定形干酪根(Ⅰ2) 3，4．含腐殖的腐泥型干酪根(Ⅰ2) 5．藻腐泥型干酪根(Ⅰ2)，左侧为盘 星藻 6．藻无定型干酪(Ⅰ1) (据黄第藩等，1984)
干酪根的显微组分
1．藻纤维体(藻基)。南阳，魏134井。×500 2．丝质菌孢。辽河大民屯，沈13井。×250 3．结构树皮。南阳，张5井。×500 4．结构镜质体。南阳，张5井。×500 5．镜质体。南阳，张7井。×800 6．镜质体。南阳，张5井。×800 (据黄第藩等，1984)
原始H/C原子比高1.25~1.75，O/C低
0.026~0.12 链状结构多，富含类脂和蛋白质分 解产物。芳香结构和杂原子键含量低。 主要来源于藻类等水生低等生物和 细菌遗体；显微组分主要是腐泥组 。 生油潜能大，最主要生油母质。 通常形成于静而少氧的浅水环境中 沉积的富有机质淤泥中
CO 、H O、CH 、N 等 ，多环及多芳核化合物显著减少。 碳质残渣
2 2 4 2
（三）热裂解生凝析气阶段
1.深度：4000～6000米；
2.温度：180℃ ～250℃
3.演化阶段：后生作用后期
有机质高成熟时期
4.作用因素：石油热裂解、热焦化
（三）热裂解生凝析气阶段
5.演化过程及其产物
2 2 4
2.温度和时间 通过大量研究，得出如下结论：
(1)并非对一般有机质，而是对由沉积有机质演化成的干
酪根加热以后，才能生成石油烃类； (2)温度较低时，加热干酪根生成的液态烃和挥发组分产 率较低，只有到达一定温度，才会大量生成液态烃，而温度 继续上升到一定程度，液态产物(烃)又会减少，而气态烃生
2 3
78 6 5
A B C
4
1
埋深
D
CO2、H2O、CH4、N2等 碳质残渣
1、CO2+H2O+ ； 2、石油； 3、湿气； 4、甲烷；5、胶 质+沥青质； 6、干酪根； 7、溶于碱的物质；8、溶于酸的 物质（5、6、7、8之间虚线表示这些成分可能重叠）
（一） 生物化学生气阶段
1.埋深：0-1500米±
二．早期有机成油说
主张：石油是地质历史时期中生物有机质在还原
环境中转化而成的，且形成于沉积物成岩作用的早期。
依据：实验发现，一些生物组分如类脂物、蛋白
质、碳水化合物在一定条件下都可生成烃类；
三．晚期有机成因说
通过对生油剖面的详细研究表明，只有当含有丰富有
机质的沉积物被埋藏到一定温度和深度时，有机质才会显 著地产生大量石油烃。 Abelson（1963)提出，石油是沉积
成量继续增加；
(3)洛杉矶盆地和文图
拉盆地新近系的地层
剖面表明，烃(C15+)的 含量随深度的变化在 不同阶段是不一样的。 说明干酪根演化中最 关键的因素是温度而 不是深度。
有机质开始大量转化成石油的温度叫门限温度。它的高低首先 取决于有机质的组分，并与有机质受热持续时间或地质年代有关， 此外还受催化作用影响。
第八章 油气的成因
第一节 石油成因概述
一．无机成因说
主张：石油是由自然界中的无机物化合而成的，与有 机物质无关。 “碳化说” （门捷列夫，1876） 宇宙成因说（索科洛夫，1889） 岩浆说（库德梁采夫，1950s） 高温生油说（切卡留克，1971） 致命要害：解释不了为什么世界上90%以上的石油都 埋藏在沉积岩中，为什么石油具有只有生物有机质才有的 旋光性、生物标志化合物等问题。实验室合成生成的仅是 一些烃分子，远不是代表油、气本身的复杂混合物。
0 原始沉积有机质含量百分数 100
78 6 5
6.烃类组成的特征
A B
正烃 烷 烃 环 烷 烃 芳
2 3
15 25 35 0 2 4 6 13 20 30 33
C 产生的烃类：正烷烃碳数及分子量递减，中
4
1
埋深
、低分子量的分子是正构烷烃中的主要组分，奇 D 数碳优势消失；环烷烃及芳香烃碳原子数也递减
在反应过程中，温度不足可用延长反应 时间来弥补，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
3.催化剂
催化剂的参与可以降低反应所需活化能，加
快成烃反应速度，并改造烃的性质。自然界中这
种催化剂主要有无机盐类和有机酵母素两类。
从粘土种类看，蒙脱石催化能力最强，高岭石 最弱。
2.结构
复杂，环状结构，三维
网状系统，由多个核被桥
键和官能团连接而成。
链桥一般为脂肪链、 含硫、或含氧官能键。
3.干酪根的显微组成
在各种显微镜下观察干酪根可以发现，干酪根是由颜色、
形态和结构各异的显微组分组成的。
显微组 分 腐泥组 生油 反射 潜力 率 ↓ ↓ 藻类和其它低等水生生物及细菌。 腐泥化产物，相对富氢 生 反 油 射 壳质组 陆生植物的孢子、花粉、角质层、 潜 率 树脂、蜡和木栓层等，相对富氢 力 增 镜质组 植物的结构和无结构木质纤维，来 降 高 自高等植物 ↓ 低 惰质组 炭化的木质纤维，来源于森林火灾、 ↓ 再沉积有机质，相对富氧 原始有机质
5.演化过程及其产物
随深度和温度的加大，在热力和催化剂的作用下，干酪根演 化达到了成熟，大量化学键开始断裂，形成大量烃类分子。
沉积有机质演化达到了成熟，开始大量生成液态石油时的埋
藏深度和地温被称为门限深度和门限温度。

有机质大量转化为石油和湿气 ——主要生油时期：“生油窗”
（二） 热催化生油气阶段