油气的生成理论

3.1.1 油气的生成理论
二、 生成油气的物质基础
• （一）沉积有机质
• 生物体及其分泌物和排泄物可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保存在
沉积物或沉积岩中，或经过缩聚作用，演化生成新
的有机化合物及其衍生物，这些有机质通常被称为 沉积有机质。油气是由生物死亡后转变而成的，大
量有机质的存在就是油气生成的物质基础。
3.1.1 油气的生成理论
（二）物理化学条件
• （5）放射性作用 • 放射性作用可以促进有机质的成油转化。 主要放射性元素铀、钍、钾等在粘土岩、 碳酸盐岩中都有一定的富集。在实验室用 α射线轰击软脂酸，可得到少量与正十一 烷及正十二烷近似的液体。
3.1.1 油气的生成理论
（二）物理化学条件
• 在有机质向油气转化过程中，上述各种条件 的作用强度不同。细菌和催化剂都是在特定 阶段作用显著，加速有机质降解生油、生气； 放射性作用则可不断提供游离氢的来源；只 有温度与时间在油气生成全过程中都有着重 要作用。所以，有机质向油气的转化，是在 适宜的地质环境里，多种因素综合作用的结 果。
生物化学生气阶段
当原始有机质堆积到盆底之后，开 始了生物化学生气阶段。其深度范围是 从沉积界面到数百米乃至1500m深处， 温度介于10~60℃，以细菌活动为主。 在还原环境下，沉积有机质被厌氧细菌 选择性分解，转化为分子量更低的生物 化学单体，部分有机质被完全分解成 CO2、CH4、NH3、H2S和H2O等简单分子。 在这个阶段，埋藏深度较浅，温度、 压力较低，大部分有机质转化成干酪根 保存在沉积岩中。由于细菌的生物化学 降解作用，产物以甲烷为主，它们可以 富集成特大型气藏，埋藏深度浅，易于 勘探和开发。
3.1.1 油气的生成理论
一、油气有机成因说 “早期生成”论（或称浅层论）
认为石油从现在起正在生成。
“晚期生成”论（或称深成论）
生物体中的有机质只有在一定的深度和温度条件下 才能变成石油，这个深度就叫做“成熟门限深度” 。
3.1.1 油气的生成理论 二、 生成油气的物质基础 • 按照有机成因说的观点，生成油气的原始 物质是地质历史时期中的生物有机质，在 生物化学、温度、催化剂等作用下，有机 质逐渐向油气转化，在浅层可生成大量天 然气，埋藏到一定深度大量生成石油。
3.1.1 油气的生成理论 四、有机质演化成烃模式
问题5：有机质演化成烃模式是什么？
• 在沉积盆地的发育过程中，原始有机质伴随 其他矿物质沉积后，随着埋藏深度逐渐加大， 经受地温不断升高，在乏氧的还原环境下， 有机质逐步向油气转化。在不同深度范围内， 促使有机质演化的不同的物理化学条件，致 使有机质的转化反应及主要产物都有明显的 区别。
证据1：几乎所有的油气田，都是在沉积盆地的沉积岩中发现的。 证据2：生物体中三个组成部分-蛋白质、碳水化合物、脂肪， 可在一定条件下形成与石油碳氢化合物相类似的物质。 证据3：在石油中发现了血红素和叶绿素等有机物质，前者来 自动物的血液，后者来自植物的叶绿素；石油具有的旋光性， 也是生物具有的特征。 证据4：从油母页岩（即生油岩）提炼石油（即人造石油）。
云或原始大气中甲烷、二氧化碳等气体也被保存于
地幔和地壳中。之后，在深大断裂、大洋中脊、火
山及地震等作用下，地球深部的无机气运移至浅部、
散失在岩石圈、水圈和大气圈之中。
导言
无机生成学说
3.1.1 油气的生成理论
• 岩浆说：俄国学者H· A· 库德里亚
策夫是该学说的倡导者。他认 为石油的生成同基性岩浆冷却
环境条件
物理化学条件
问题4：生成油气的条件有哪些？
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3.1.1 油气的生成理论
（一）古地理环境与地质条件
• （1）长期被淹没的水体。 • （2）离岸近地区。 • （3）浅海（湖）地区。
• （4）稳定的水体。
• （5）地壳长期稳定沉降，
而且沉降幅度应与沉积物补
偿的速度大体一致。
3.1.1 油气的生成理论
以含类脂化合物为主，直链烷烃很多，多环芳烃及含氧官能团 很少，具高氢低氧含量（H／C原子比l.25～l.75，O／C原子比 0.026～0.12），它可以来自藻类沉积物，也可能是各种有机质 被细菌改造而成，生油潜能大，每吨生油岩可生油约1.8kg。
3.1.1 油气的生成理论
（二）干酪根
Ⅱ型干酪根 （也称混合型）
• 二、 生成油气的物质基础
• 三、 生成油气的条件
• 四、 有机质演化成烃模式
• 小结
3.1.1 油气的生成理论
导言
油气是在地下深处 高温、高压条件下 由无机物变成的
无机学说 油气 成因 有机学说
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
二元论
3.1.1 油气的生成理论
3.1.1 油气的生成理论
（二）干酪根
问题3：什么是干酪根？ • 大多数油气是从“干酪根”
逐渐演变形成的。
• 石油有机成因晚期成油说认 为，石油及天然气是沉积有 机质在沉积过程中、在缺氧 的还原环境和一定的压力和 温度条件下生成的不溶于有 机溶剂的物质，即干酪根， 在成岩过程中的晚期经过热
解作用生成的。
催化剂作用 放射性作用
压力作用
（二）物理化学条件
细菌作用
温度与时间
3.1.1 油气的生成理论
（二）物理化学条件 • （1）细菌作用
• 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甲烷、氢气、 二氧化碳以及有机酸和其他碳氢化合物。 • （2）温度与时间
• 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。若沉积物埋藏太浅，地温 太低，有机质热解生成烃类所需反应时间很长，难以生成工 业数量的石油；随着埋藏深度的增大，当温度升高到一定数 值，有机质才开始大量转化为石油。
（二）物理化学条件
3.1.1 油气的生成理论
门限温度
Ⅲ型干酪根（称为腐殖型）
具低氢高氧含量（H／C原子比0.46～0.93，O／C原子比0.5～ 0.30），以含多环芳烃及含氧官能团为主，饱和烃很少，来源于陆 地高等植物，对生油不利，但可成为有利的生气来源。每吨生油岩 可生油约0.6kg。
（二）干酪根
3.1.1 油气的生成理论
根据德根斯和伦特（1965）的研究
第3章 油气的生成与聚集
油气从哪里来？
油气有什么样的赋存规律？ 油气和沉积盆地之间有什么样的联系？
3.1 油气的生成理论与沉积盆地
3.2 油气的运移与聚集
3.1 油气的生成理论与沉积盆地
3.1.1 油气的生成理论 3.1.2 外动力地质作用与石油
3.1.3 内动力地质作用与石油
3.1.1 油气的生成理论 • 导言 • 一、 油气有机成因说
时碳氢化合物的合成有关。克
拉佐夫于1979年曾用CO2和氢气， 并以上地幔的主要岩类之一辉 岩做催化剂，获得气态和液态 烃。
•由于钻井深度的限制，人类目前主要开发浅层有机成 因的油气，所以现在大多以有机成因为依据。
3.1.1 油气的生成理论
一、油气有机成因说
石油是生物（包括动植物、微生物等）死亡后演变而成 。
热催化生油气阶段
沉积物埋藏深度超过1500~4000m时， 地温升至60~180℃，促使有机质转 化的最活跃因素是热催化作用。其 中粘土矿物的催化作用可以降低有 机质的成熟温度，促进石油生成。 实验证明，粘土矿物有助于干酪根 产生低分子液态和气态烃。因此， 在有粘土矿物的催化作用下，地温 不需太高，便可使干酪根发生热降 解，获得大量低分子液态烃和气态 烃。在热催化作用下，有机质能够 大量转化为石油和湿气，成为主要 的生油时期，这个阶段通常称为 “生油窗”。
一、油气有机成因说
问题2：什么是 陆相生油学说？
3.1.1 油气的生成理论 陆 相 生 油 学 说
20世纪30年代，潘钟祥等首次提出了陆相生油学说
陆相湖盆是陆地上相对低洼的汇水处，众多的溪流所携带 的陆源、有机碎屑和营养物质源源不断注入湖内，为水生 生物的生长和繁衍创造了条件，生长发育的浮游藻类和微 生物死亡后便同高等植物的碎屑被埋藏，转化为石油。
热力 作用
=
温度
+
时间
不同含油气盆地的生油层，其门限温度是不 同的。 时代较老的生油层，门限温度低些；时代较 新的生油层，门限温度高些。
（二）物理化学条件
3.1.1 油气的生成理论
• （3）压力作用
• 随着沉积物埋藏深度增加，上覆地层厚度增大，沉积物的温 度、压力随之升高。压力升高将促进化学反应，显然较高的 压力将有利于生油过程的进行。此外，压力也可促进大分子 烃类加氢转化为较小分子的烃类。 • • （4）催化剂作用 催化剂是一种化学反应加速剂。有机质成油转化是一个复 杂漫长的物理化学过程，生油母质多是结构复杂的高分子物 质，要使其转化为分子相对很小的石油烃类，催化剂的参与 是不可或缺的。粘土就是一种很好的催化剂。
氢含量较高（H／C原子比0.65～1.25，O／C原子比0.04～ 0.13），但较Ⅰ型干酪根略低，为高度饱和的多环碳骨架，含 中等长度直链烷烃和环烷烃较多，也含多环芳烃及杂原子官能 团，来源于海相浮游生物和微生物，生油潜能中等，每吨生油 岩可生油约1.2kg 。
3.1.1 油气的生成理论
（二）干酪根
过实验后认为，在高温下，CO2与碱金属作用可生
成碳化物，后者遇水即成乙炔，进而合成高级碳
氢化合物； • 1877年，俄国化学家门捷列夫以碳化铁实验制造 碳氢化合物成功，并认为石油是存在于地下碳化 铁和水生成的，从此创立了此假说。
3.1.1 油气的生成理论
导言
无机生成学说
• 宇宙说： • 由俄国学者索洛夫于1889年首次提出。他认为当星 云凝集逐步固结演化形成地幔和地壳的过程中，星
导言
无机生成学说
• 出现于18世纪后期至20世纪中叶，包括碳化说、 宇宙说、岩浆说、变质说等。 • 认为油气是与生命活动无关的无机物生成的，是 宇宙天体中简单的碳、氢化合物或地下深处岩浆 中所含的碳、氢以无机方式合成的。
导言
无机生成学说
3.1.1 油气的生成理论
• 碳化说：
• 1866年由法国著名化学家M· 伯塞洛特提出。他经
3.1.1 油气的生成理论
根据亨特（Hunt J.M.，1979）的研究
所有沉积物和沉积岩中总的有机碳含量约为1.2亿亿吨， 其中分散于沉积岩中的有机碳为1.1亿亿吨
沉积岩中只有约0.01%的有机碳以油气的形式存在于储集层中， 大概1万亿吨。 Parker Trask认为，近代沉积物平均有机碳含量为2.5%， 古代沉积物中约为1.5% 由于地壳沉积物体积巨大（80×106km3），有机碳平均含量 取1%，并且以0.l％转化为烃类计算，将会生成8000亿吨烃类。 全球累计生产原油约1500亿吨
分散在沉积岩中沉积有机质约为0.38亿亿吨
大量统计资料表明，在近代沉积物中，干酪根占沉积有机 质总量的95%以上，在古代生油岩中占70%~90%左右。
烃类 现代沉积物 泥岩 碳酸盐岩 沥青 干酪根
95(0.5) 781(4.5) 17500(100) 500(2.5) 600(3) 340(16) 400(20) 20100(100) 2100(100)
3.1.1 油气的生成理论
一、油气有机成因说 问题1：什么是 海相生油学说？
海 相 生 油 学 说
浅海之中生活着极小的动物——“浮游生物”，每年都有 大量的浮游生物死去并且沉到海底。河流又把大量枯萎的 植物和淤泥带到海洋，植物和浮游生物混合在一起，然后 淤泥和盐分又把它们覆盖起来，于是在海底形成一种沉积 物。当这些植物和动物腐烂时，沉积物中就开始生成油和
3.1.1 油气的生成理论
二、 生成油气的物质基础
（一）沉积有机质 地球上总的活生物重量达10万亿吨； 一个海藻，在不受任何阻碍的理想条件下，一 天之内就可以繁殖到和地球一般大小； 有人统计了世界上18条河流的藻类的含量，有的 高达河水所溶固态物质重量的59.9%，最低的也 达3.25%。
（一）沉积有机质
沉积有机质中 各组分的平均 含量mg/L
各种方法估计表明，地壳中干酪根总量约为0.3亿亿吨，只要 有约0.01%的干酪根转化为储层中的石油，其全球石油储量就 可达3000亿吨。
3.1.1 油气的生成理论
三、 生成油气的条件
加氢、去氧 沉积有 物质条件 机质 油气 富集碳
生 油 气 条 件
古地理环境与地质条件
3.1.1 油气的生成理论
（二）干酪根
干酪根热降解生油假说 生 油 岩 中 有 机 碳 存 在 形 式 液态烃
原油 C 84%
沥青 83%
干酪根 79%
沥青
H 13%
S 2%
10%
4% 1%
9%
5% 2%
干酪根
N 0.5%
O 0.5%
2%
3%
3.1.1 油气的生成理论
（二）干酪根
I型干酪根（称为腐泥型）