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1、第一第一节节 油气成因理油气成因理论发论发展概况展概况第二第二节节 生成油气的物生成油气的物质质基基础础第三节第三节 油气生成的动力条件油气生成的动力条件 第四第四节节 有机有机质质演化与成演化与成烃烃模式模式第五第五节节 天然气的成因天然气的成因类类型及特征型及特征 第六节第六节 烃源岩烃源岩第七节第七节 油源对比油源对比 第四章：石油和天然气的生成与烃源岩第四章：石油和天然气的生成与烃源岩第一节第一节 油气成因理论发展概况油气成因理论发展概况1、石油、天然气成因，作为找油、找气工作的基、石油、天然气成因，作为找油、找气工作的基础，具有很重要的指导意义。础，具有很重要的指导意义。对油气成因，
2、现已提出了多种假说，之所以出现对油气成因，现已提出了多种假说，之所以出现各种假说，其复杂性在于：各种假说，其复杂性在于：2、石油、天然气只有生成后，才有运移、聚石油、天然气只有生成后，才有运移、聚集、保存、破坏等石油地质事件发生，无油气集、保存、破坏等石油地质事件发生，无油气源一切都无意义！源一切都无意义！1.1.物态上：物态上：油气都是流体，易于流动，现找到油气都是流体，易于流动，现找到它们的地方，往往并不是它们生成的场所，它们的地方，往往并不是它们生成的场所，2.2.化学上：化学上：油气通过运移，其性质、原始组分油气通过运移，其性质、原始组分发生变化，现在组成，并不代表其原始面貌；发生变化
3、，现在组成，并不代表其原始面貌；实实际际上上，油油气气生生成成不不能能脱脱离离周周围围地地质质条条件件，争争论的焦点是论的焦点是：原始物质和转化条件等问题原始物质和转化条件等问题 总结勘探、开采经验，结合近代物理学、化学、生物学及地质学等基础理论科学，为有机说提供了充分证据，且形成了相当完整的体系，从而被绝大多数人所接受。有有机机成成因因理理论论形形成成后后，争争论论油油气气是是成成岩岩早早期期或或晚晚期期形形成成的的问问题题。通通过过大大量量研研究究，晚晚期期成成油油说得到大部分人的拥护。说得到大部分人的拥护。目目前前，特特别别是是我我国国，基基本本是是以以有有机机成成因因晚晚期期成成油油学
4、学说说观观点点进进行行石石油油地地质质学学研研究究和和勘勘探探开开发发的的。现现有有人人提提出出，成成油油的的过过程程是是多多次次的的，即即早早期期也也有有，晚晚期期也也有有，宜将两种观点统一起来。宜将两种观点统一起来。一、油气无机成因说一、油气无机成因说石油工业发展早期，从纯化学角度出石油工业发展早期，从纯化学角度出发，认为石油是无机成因的。发，认为石油是无机成因的。大致可归为两类：大致可归为两类：地深成因说，认为烃类形成于地球深处；地深成因说，认为烃类形成于地球深处；宇宙成因说，认为烃类早在地球形成的宇宇宙成因说，认为烃类早在地球形成的宇宙阶段即已形成。宙阶段即已形成。1.实验室中，从无机
5、物中合成得到了烃类；实验室中，从无机物中合成得到了烃类；2.天体光谱分析：有碳、氢和烃类；天体光谱分析：有碳、氢和烃类；3.火山喷出气体、岩浆岩的包裹体中含烃；火山喷出气体、岩浆岩的包裹体中含烃；4.陨石中鉴定出烃类；陨石中鉴定出烃类；5.石油的旋光性，可由非旋光物质合成，卟石油的旋光性，可由非旋光物质合成，卟啉也可无机合成啉也可无机合成(近期有人认为近期有人认为)。主要依据：主要依据：作为石油起源假说，主要有以下几种：作为石油起源假说，主要有以下几种：碳碳化化说说（门门捷捷列列夫夫，1876），认认为为在在地地球球内内部部水水与与金金属属碳化物相互作用，可以产生碳氢化合物；碳化物相互作用，可
6、以产生碳氢化合物；3FemCn+4mH2OmFe3O4+C3nH8m 碳化物说认为，在地球形成时期，温度很高，使碳和铁变为碳化物说认为，在地球形成时期，温度很高，使碳和铁变为液态，互相作用而形成碳化铁。由于它们密度较大，被保存在地液态，互相作用而形成碳化铁。由于它们密度较大，被保存在地球深处。后来，地表水沿地壳断裂向下渗透，与碳化铁作用产生球深处。后来，地表水沿地壳断裂向下渗透，与碳化铁作用产生碳氢化合物，后者又沿着断裂上升到地壳的冷却部分。有些碳氢碳氢化合物，后者又沿着断裂上升到地壳的冷却部分。有些碳氢化合物浸透了岩石，形成油页岩、藻煤等；有些碳氢化合物在地化合物浸透了岩石，形成油页岩、藻煤
7、等；有些碳氢化合物在地表附近受到氧化，形成地沥青等产物；如果碳氢化合物上升到地表附近受到氧化，形成地沥青等产物；如果碳氢化合物上升到地壳比较冷却的部分，冷凝下来形成石油，并在孔隙性岩石中聚集壳比较冷却的部分，冷凝下来形成石油，并在孔隙性岩石中聚集便可形成油藏。便可形成油藏。宇宙说宇宙说(索科洛夫索科洛夫,1889)：主张在地球呈熔融状态时，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。壳中而成石油。由于碳化物说和宇宙说所依据的由
8、无机物制成简由于碳化物说和宇宙说所依据的由无机物制成简单碳氢化合物的实验，至今未找到任何实地证据说单碳氢化合物的实验，至今未找到任何实地证据说明在自然界也发生过这样的过程，相反却找到越来明在自然界也发生过这样的过程，相反却找到越来越多的有机生成证据。所以，二十世纪以来，上述越多的有机生成证据。所以，二十世纪以来，上述古典的石油无机生成假说逐渐被人们忘记了，但是，古典的石油无机生成假说逐渐被人们忘记了，但是，至二十世纪五十年代，前苏联地质界又兴起了无机至二十世纪五十年代，前苏联地质界又兴起了无机生成思潮。生成思潮。岩浆说岩浆说（库特梁采夫，（库特梁采夫，1951）认为地球深部岩浆存在碳、认为地球
9、深部岩浆存在碳、氢及微量元素，岩浆冷却时形成烃类；氢及微量元素，岩浆冷却时形成烃类；他他还还指指出出：因因为为岩岩浆浆中中形形成成石石油油的的过过程程在在不不断断进进行行着着，古古老老的的油油气气通通过过扩扩散散作作用用早早已已逸逸散散消消失失，所所以以，所所有有的的油油藏藏，包包括括寒寒武武系系中中的的油油藏藏，都都是是年年青青的的油油藏藏。并并且且，依依靠靠石石油油才才在在地地球球上上产产生生了了生生物物，石石油油中中含含有有生生物物所所需需要要的的一一切切化化学学元元素素，因因此此，石石油油不是来自有机物质，恰好相反，有机物质却是来源于石油。不是来自有机物质，恰好相反，有机物质却是来源于
10、石油。作为石油起源假说，主要有以下几种：作为石油起源假说，主要有以下几种：根据这些学说：寻找油气应在地壳深处、岩浆活动、根据这些学说：寻找油气应在地壳深处、岩浆活动、岩浆岩发育的地方。岩浆岩发育的地方。高温高压说高温高压说（切卡留克，（切卡留克，1971）认为深部生成烃类，沿认为深部生成烃类，沿 断裂进入沉积岩；断裂进入沉积岩；蛇纹岩化蛇纹岩化说说(耶兰斯基，耶兰斯基，1966)，提出橄榄石的蛇纹石化，提出橄榄石的蛇纹石化 可形成烃类；可形成烃类；实践中，无机学说无法解释许多问题：实践中，无机学说无法解释许多问题：1.99.9%的油气与沉积岩有关，分布在沉积岩中。2.难以说明实验室和深部无机合
11、成的简单烃与石油组成复杂性之间关系。反之，用有机成因观点来解释，则比较合反之，用有机成因观点来解释，则比较合理一些。理一些。3.石油中普遍存在生物成因信息，如姥姣烷、降姥姣烷、植烷等，石油也不能在高温下保存等。二、油气有机成因说二、油气有机成因说 主张油气有机成因说的学者认为，油气是地质时主张油气有机成因说的学者认为，油气是地质时期中生物选择在适当条件下生成的。期中生物选择在适当条件下生成的。干馏说干馏说(罗蒙诺索夫，罗蒙诺索夫，1763)煤在地下受热、干镏生烃。煤在地下受热、干镏生烃。动物说动物说(E.Engler，1869)实验证明动物脂肪可合成烃实验证明动物脂肪可合成烃 类。类。混混成成
12、说说(波波东东尼尼，1906)动动、植植物物首首先先生生成成腐腐泥泥岩岩、再再形形成石油，使有机成油说成为较完整的学说。成石油，使有机成油说成为较完整的学说。五五十十年年代代，P.V史史密密斯斯，G.T菲菲力力普普等等研研究究取取得得了了宝宝贵成果，证实为有机质生成油、气。贵成果，证实为有机质生成油、气。1.世世界界99.9%以以上上石石油油都都产产自自沉沉积积岩岩，而而在在大大片片火火成成岩岩、变变质质岩出露地区，没有工业石油；岩出露地区，没有工业石油；三、油气有机成因证据三、油气有机成因证据3.世世界界上上既既没没有有化化学学成成分分完完全全相相同同的的两两种种石石油油，也也没没有有成成分
13、分完完全全不不同同的的两两种种石石油油；所所以以，石石油油的的相相似似性性是是主主要要的的，这这正正好好说说明明它它们们的的成成因因可可能能大大致致相相同同，而而它它们们在在成成分分上上的的差差异异性性则则可可能能同同原原始始生生油油物物质质和和生生成成环环境境的的不不尽尽相相同同以以及及油油气气生生成成后后的的经经历历变化有关。变化有关。2.从从前前寒寒武武纪纪至至第第四四纪纪更更新新世世的的各各时时代代地地层层都都有有石石油油。在在地地壳壳上上的的出出现现，与与地地史史上上生生物物的的发发育育和和兴兴衰衰密密切切相相关关，具具有有一一致致性性；在油气田剖面中，在油气田剖面中，含油气层位含油
14、气层位总与总与富含有机质层位富含有机质层位有依存关系；有依存关系；4.油气元素组成与有机物质相近；油气元素组成与有机物质相近；5.油层温度很少超过油层温度很少超过100摄氏度；有些深部油层温度可达摄氏度；有些深部油层温度可达141。补补充充3.石石油油及及大大多多数数天天然然气气的的碳碳同同位位素素组组成成与与生生物物物物质质的的碳碳同同位素组成位素组成接近；接近；三、油气有机成因证据三、油气有机成因证据补充补充1.模拟表明，从多种有机质中可得到油气的烃类产物；模拟表明，从多种有机质中可得到油气的烃类产物；补补充充2.石石油油中中检检测测出出各各类类生生物物标标志志化化合合物物，其其碳碳骨骨架
15、架仅仅为为生生物物体所特有；体所特有；6.生生成成石石油油到到聚聚集集成成藏藏所所需需时时间间大大约约不不到到一一百百万万年年；研研究究发发现现：在在近近代代沉沉积积物物中中确确实实存存在在着着油油气气生生成成的的过过程程，至至今今还还在进行着，而且生成的油气数量也很可观。在进行着，而且生成的油气数量也很可观。7.古代、现代沉积物中检测出类似油气中的烃类。古代、现代沉积物中检测出类似油气中的烃类。补充补充4.灰岩晶洞和介壳及封闭的砂岩透镜体中油气只能源于沉灰岩晶洞和介壳及封闭的砂岩透镜体中油气只能源于沉积有机质；积有机质；1.石油和天然气是由分散在沉积岩中的分散有机石油和天然气是由分散在沉积岩
16、中的分散有机质形成的；质形成的；2.脂脂肪肪、蛋蛋白白质质和和碳碳水水化化合合物物是是主主要要生生油油母母质质。有有机机质质从从沉沉积积作作用用完完结结，从从埋埋藏藏不不深深、温温度度不不高的高的成岩作用早期成岩作用早期开始向石油转化。开始向石油转化。油气有机成因油气有机成因早期生油说早期生油说晚期生油说晚期生油说四、油气有机成因早期成油说四、油气有机成因早期成油说主张沉积物所含原始有机质在成岩过程中，逐步转主张沉积物所含原始有机质在成岩过程中，逐步转化为石油和天然气，并运移到邻近的储集层中去。化为石油和天然气，并运移到邻近的储集层中去。主张沉积物埋深到较大深度，到了成岩作用晚期或主张沉积物埋
17、深到较大深度，到了成岩作用晚期或后生作用初期，沉积物中的不溶有机质达到成熟，后生作用初期，沉积物中的不溶有机质达到成熟，热降解生成大量液态石油和天然气。热降解生成大量液态石油和天然气。3.有机质向石油转化中，菌解是必要媒介；有机质向石油转化中，菌解是必要媒介；4.形成环境应是还原环境形成环境应是还原环境(否则发生氧化否则发生氧化)；5.石石油油形形成成是是一一个个由由微微石石油油向向成成熟熟石石油油逐逐渐渐聚聚集集的过程。的过程。由由于于这这些些要要求求概概括括的的共共同同之之处处是是强强调调：低低温温、成成岩岩作作用用早早期期开开始始。因因此此，称称为为“石石油油有有机机成成因早期成油说因早
18、期成油说”。1.成油物质是干酪根；成油物质是干酪根；五、有机成因晚期成油说五、有机成因晚期成油说3.促使干酪根向油气转化的决定性因素是：促使干酪根向油气转化的决定性因素是：温温度，时间对温度起补偿作用度，时间对温度起补偿作用；压力、催化、放；压力、催化、放射性等因素也有影响；射性等因素也有影响；干酪根干酪根2.沉沉积积有有机机质质进进入入到到一一定定埋埋深深、成成岩岩作作用用达达到到一一定定程程度度，主主要要受受到到温温度度的的作作用用，发发生生热热降降解解，开始进入石油生成主要时期开始进入石油生成主要时期；4.干干酪酪根根具具有有不不同同的的类类型型，而而不不同同类类型型的的干干酪酪根根进进
19、入入生生油油阶阶段段所所需需的的温温度度不不一一样样，生生成成烃烃类类的的产物和数量产物和数量也不一样；也不一样；五、有机成因晚期成油说五、有机成因晚期成油说6.由由于于地地壳壳运运动动等等影影响响，埋埋藏藏深深度度变变浅浅，达达不不到到油油气气生生成成所所需需温温度度，成成油油作作用用可可中中断断；当当埋埋深深再再度度加加大大，只只要要原原始始干干酪酪根根尚尚未未“枯枯竭竭”，仍仍可可多次生成多次生成大量石油。大量石油。5.随随埋埋深深加加大大，有有机机质质(干干酪酪根根)由由成成熟熟过过渡渡到到过过成熟阶段成熟阶段，已生成的石油发生裂解；，已生成的石油发生裂解；但是，但是，必须注意必须注意
20、，原始有机质从沉积、埋藏到转化为石油和天然，原始有机质从沉积、埋藏到转化为石油和天然气，气，是一个逐渐演化的过程，不能由于晚期生油说的卓越贡献而完全是一个逐渐演化的过程，不能由于晚期生油说的卓越贡献而完全排斥早期生油的可能性排斥早期生油的可能性。在干酪根晚期生烃理论广泛为国际石油界所。在干酪根晚期生烃理论广泛为国际石油界所接受的同时，接受的同时，在世界上许多国家的油气勘探实践中，不断发现有在世界上许多国家的油气勘探实践中，不断发现有“未未低成熟低成熟”石油的存在石油的存在，即，即在根本不具备成熟烃源岩的地区发现了石在根本不具备成熟烃源岩的地区发现了石油，甚至在发育油，甚至在发育“未未低成熟低成
21、熟”烃源岩的地区，已探明的石油储量超烃源岩的地区，已探明的石油储量超过成熟烃源岩的可能生油量过成熟烃源岩的可能生油量。这表明自然界中确实还存在相当数量的。这表明自然界中确实还存在相当数量的各类各类早期生成的非常规油气资源早期生成的非常规油气资源。也就是说，沉积物中含有某些生烃。也就是说，沉积物中含有某些生烃活化能低的特定的生烃母质，可以在活化能低的特定的生烃母质，可以在低温早熟生成油气低温早熟生成油气，即为低熟油，即为低熟油气。众多低熟油气资源的发现，促进了未熟气。众多低熟油气资源的发现，促进了未熟-低熟油理论的形成和发低熟油理论的形成和发展，也是对展，也是对早期生烃学说的肯定早期生烃学说的肯
22、定。这一理论的形成无疑将进一步充实。这一理论的形成无疑将进一步充实与完善油气成因理论，促使油气资源评价技术方法的改进和发展，拓与完善油气成因理论，促使油气资源评价技术方法的改进和发展，拓宽油气勘探领域。宽油气勘探领域。因而宜将两种观点统一起来，把原始有机质生成石因而宜将两种观点统一起来，把原始有机质生成石油和天然气视为一个统一的发展演化过程。油和天然气视为一个统一的发展演化过程。石油和天然气的成因是一个非常复杂的理论问题，尽管目前油气石油和天然气的成因是一个非常复杂的理论问题，尽管目前油气有机成因理论日臻完善，在油气勘探实践中发挥重要的作用，有机成因理论日臻完善，在油气勘探实践中发挥重要的作用
23、，但并不但并不能由此否定油气无机成因理论的科学价值能由此否定油气无机成因理论的科学价值。第一第一节节 油气成因理油气成因理论发论发展概况展概况第二第二节节 生成油气的物生成油气的物质质基基础础第三节第三节 油气生成的动力条件油气生成的动力条件 第四第四节节 有机有机质质演化与成演化与成烃烃模式模式第五第五节节 天然气的成因天然气的成因类类型及特征型及特征 第六节第六节 烃源岩烃源岩第七节第七节 油源对比油源对比 第二节 生成油气的物质基础一、生油气母质及其化学组成一、生油气母质及其化学组成 根据油气有机成因理根据油气有机成因理论论，生物体生物体是生成油气的最初来源。是生成油气的最初来源。生物死
24、亡之后的残体生物死亡之后的残体经经沉沉积积作用埋藏于水下的沉作用埋藏于水下的沉积积物中，物中，经经过过一定的生物化学、物理化学一定的生物化学、物理化学变变化形成石油和天然气。其中化形成石油和天然气。其中细细菌、浮游植物、浮游菌、浮游植物、浮游动动物和高等植物物和高等植物是沉是沉积积物中有机物中有机质质的的主要供主要供应应者。在不同的沉者。在不同的沉积环积环境中，生物的天然境中，生物的天然组组合合类类型不型不同，决定了沉同，决定了沉积积物中物中有机有机质质的的组组合合类类型型不同。那么生成油气不同。那么生成油气的沉的沉积积有机有机质质有那些有那些类类型呢？型呢？经经前人研究主要有四大前人研究主要
25、有四大类类：即：即类类脂化合物、蛋白脂化合物、蛋白质质、碳水化合物及木、碳水化合物及木质质素素等。它等。它们们都有比都有比较较复复杂杂的的结结构。构。第二节 生成油气的物质基础一一、生生油油气气母母质质及及其其化化学学组组成成1、脂类、脂类（Lipids）又称又称类脂化合物类脂化合物，它们包括的范围很广，其中包括一些化学结构和，它们包括的范围很广，其中包括一些化学结构和化学成份不相同，但物态和物理性质与油脂相似的化合物，如磷脂、脂化学成份不相同，但物态和物理性质与油脂相似的化合物，如磷脂、脂肪、蜡、甾类、萜类等化合物，它们是生物维持生命活动不可缺少的物肪、蜡、甾类、萜类等化合物，它们是生物维持
26、生命活动不可缺少的物质之一。尽管它们的化学组成不同，但它们也有共性，即质之一。尽管它们的化学组成不同，但它们也有共性，即不溶于水而溶不溶于水而溶于低极性的有机溶剂中于低极性的有机溶剂中。动植物的脂肪是最重要的脂类，它们分布于动。动植物的脂肪是最重要的脂类，它们分布于动物的皮下组织、植物的孢子、种子及果实中，细菌和藻类也含有丰富的物的皮下组织、植物的孢子、种子及果实中，细菌和藻类也含有丰富的脂类。脂类。脂类化合物极脂类化合物极易水解为易水解为脂肪酸和脂肪酸和甘油甘油，脂肪酸化学，脂肪酸化学性质稳定，所以沉性质稳定，所以沉积岩中脂肪酸分布积岩中脂肪酸分布相当广泛。脂肪酸相当广泛。脂肪酸在沉积物演化
27、过程在沉积物演化过程中，易发生脱羧反中，易发生脱羧反应，失去应，失去CO2转化转化为为正构烷烃正构烷烃。第二节 生成油气的物质基础一一、生生油油气气母母质质及及其其化化学学组组成成2、蛋白质、蛋白质(Protein)它是生物体中一切组织的基本组成部分，是生物体赖以生它是生物体中一切组织的基本组成部分，是生物体赖以生存的存的物质基础物质基础。在生物细胞中，除水外，。在生物细胞中，除水外，80%以上的物质为蛋以上的物质为蛋白质，约占动物干重的白质，约占动物干重的50%，同时它是生物体中含氮化合物的，同时它是生物体中含氮化合物的主要成份。蛋白质性质不稳定，在酸、碱或酶的作用下发生水主要成份。蛋白质性
28、质不稳定，在酸、碱或酶的作用下发生水解形成解形成氨基酸氨基酸。氨基酸在一定条件下脱羧、去氨基生成低分子。氨基酸在一定条件下脱羧、去氨基生成低分子烃类。所以，烃类。所以，氨基酸氨基酸是各种低分子石油烃类的先体。是各种低分子石油烃类的先体。第二节 生成油气的物质基础一一、生生油油气气母母质质及及其其化化学学组组成成3、碳水化合物、碳水化合物(carbonhydrate)又称又称糖糖类类，是自然界分布极广的一种有机，是自然界分布极广的一种有机质质。它。它是多是多羟羟基基醛醛或多或多羟羟基基酮酮及其衍生物，尤以植物含量最及其衍生物，尤以植物含量最高。主要由高。主要由C、H、O三种元素三种元素组组成。按
29、其水解成。按其水解产产物可物可分分为为单单糖、双糖和多糖糖、双糖和多糖。多糖是天然高分子化合物，。多糖是天然高分子化合物，在自然界分布很广，一般不溶于水，个在自然界分布很广，一般不溶于水，个别别能在水中形能在水中形成胶体溶液。成胶体溶液。第二节 生成油气的物质基础一一、生生油油气气母母质质及及其其化化学学组组成成4、木质素、木质素(Lignin)和丹宁和丹宁二、沉积有机质二、沉积有机质定义定义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。第二节 生成油气
30、的物质基础 三三、干干酪酪根根1、干酪根的定义、干酪根的定义 沉沉积积岩中所有不溶于非氧化性酸、碱和岩中所有不溶于非氧化性酸、碱和非极性有机溶非极性有机溶剂剂的分散有机的分散有机质质。与其相与其相对应对应，岩石中可溶于有机溶，岩石中可溶于有机溶剂剂的的部分，称部分，称为沥为沥青（青（Bitumen）。）。Kerogen 晚期生油说：认为沉积物埋藏到较大深度，到了成岩作晚期生油说：认为沉积物埋藏到较大深度，到了成岩作用晚期或后生作用初期，沉积岩中的不溶有机质（用晚期或后生作用初期，沉积岩中的不溶有机质（干酪根）干酪根）达到成熟，热降解生成大量液态石油和天然气。达到成熟，热降解生成大量液态石油和天
31、然气。第二节 生成油气的物质基础 三三、干干酪酪根根2、干酪根的形成、干酪根的形成 干酪根的形成干酪根的形成实际实际上在生物体衰老期就已上在生物体衰老期就已经经开开始，直到生物死亡被埋藏下来的成岩作用早期，有始，直到生物死亡被埋藏下来的成岩作用早期，有机机组织发组织发生化学及生物降解和生化学及生物降解和转转化，化，结结构构规则规则的大的大分子生物聚合物（如蛋白分子生物聚合物（如蛋白质质、碳水化合物）部分或、碳水化合物）部分或完全被分解形成一些完全被分解形成一些单单体分子，它体分子，它们们或者遭破坏，或者遭破坏，或通或通过过腐泥化或腐殖化作用腐泥化或腐殖化作用发发生生缩缩合或聚合合或聚合，形成，
32、形成结结构不构不规则规则的大分子的大分子。这这些地些地质质聚合物是聚合物是干酪根的干酪根的先先驱驱，但，但还还不是真正的干酪根不是真正的干酪根，在沉，在沉积积成岩成岩过过程中，程中，在在还还原原环环境下，由于境下，由于厌厌氧氧细细菌的作用，菌的作用，发发生生去氧加去氧加氢氢富碳作用富碳作用，地，地质质聚合物聚合物变变化得更大、更复化得更大、更复杂杂、更、更不不规则规则，这时这时干酪根才真正形成起来。干酪根才真正形成起来。蛋白质蛋白质碳水化合物碳水化合物生物化学作用生物化学作用氨基酸氨基酸糖类糖类类脂化合物类脂化合物木质素木质素聚合作用聚合作用缩合作用缩合作用黄腐酸黄腐酸腐殖酸腐殖酸腐黑物腐黑物
33、聚聚合合缩缩合合干酪根干酪根生物聚合体生物聚合体（biopolymer）地质聚合体地质聚合体（geopolymer）第二节 生成油气的物质基础3、干酪根的成分和性质、干酪根的成分和性质三三、干干酪酪根根干酪根是沉干酪根是沉积积有机有机质质的主体，的主体，约约占占总总有机有机质质的的80%90%。Hunt认为认为80%95%的石油的石油烃烃是干酪根是干酪根转转化而成的。化而成的。岩石中有机质的组成岩石中有机质的组成总有机质总有机质可溶有机质可溶有机质第二节 生成油气的物质基础 三三、干干酪酪根根3、干酪根的成分和性质、干酪根的成分和性质Durand估计，沉积估计，沉积岩中干酪根总量约比岩中干酪根
34、总量约比化石燃料资源总量大化石燃料资源总量大1000倍。倍。第二节 生成油气的物质基础 三三、干干酪酪根根3、干酪根的成分和性质、干酪根的成分和性质平均平均76.4%平均平均6.3%平均平均11.1%干酪根的成分和结构十干酪根的成分和结构十分复杂，它们的不溶性分复杂，它们的不溶性及来源和经历的多变性及来源和经历的多变性给研究带来困难。国内给研究带来困难。国内外研究表明，干酪根无外研究表明，干酪根无固定的成份和结构，不固定的成份和结构，不能用分子式来表达，主能用分子式来表达，主要成份为要成份为C、H、O。4.干酪根的结构干酪根的结构三维网状系统含有多个核含脂肪族链状结构核被桥、键和 官能团连接美
35、国绿河页岩干酪根B.P.Tissot等（1978）微弱微弱演化演化强烈强烈演化演化芳香结构多、脂肪族链状结构少芳香结构多、脂肪族链状结构少黄县褐煤干酪根结构（秦匡宗等，1990）干干酪酪根根结结构构属属于于三三维维网网状状系系统统，具具有有多多个个芳芳香香结结构构的的核核，核核上上连连接接着着数数量量不不等等的的具具有有脂脂肪肪族族结结构构的的支支链链，这这些些核核被被链链状状桥桥、键键和和各各种种官能团官能团连接起来。连接起来。第二节 生成油气的物质基础四四、干干酪酪根根的的类类型型和和演演化化1、两分法、两分法 这这是一种比是一种比较较常用的方法，把沉常用的方法，把沉积积有机有机质质分分为
36、为两大两大类类即：即：腐泥型、腐殖型腐泥型、腐殖型。前者前者系指脂肪族有机系指脂肪族有机质质在在缺氧缺氧条件下条件下分解和聚合的分解和聚合的产产物，它物，它们们来自海洋和湖泊来自海洋和湖泊环环境水境水下淤泥中的下淤泥中的孢孢子及浮游子及浮游类类生物生物，它，它们们主要生成主要生成石油、油石油、油页页岩、藻煤和岩、藻煤和烛烛煤煤；后者后者系泥炭形成的系泥炭形成的产产物，来自物，来自有氧有氧条件下条件下沼沼泽环泽环境的境的陆陆生植物，主要可以形成生植物，主要可以形成天然气和腐天然气和腐殖煤殖煤，在一定条件下也可以生成，在一定条件下也可以生成液液态态石油。石油。第二节 生成油气的物质基础四四、干干酪
37、酪根根的的类类型型和和演演化化2、光学分类、光学分类藻质藻质无定形无定形 草质草质 木质木质 煤质煤质 藻质藻质无定形无定形来自海、湖水生浮来自海、湖水生浮游生物，前者可识游生物，前者可识别出藻类形态，后别出藻类形态，后者多成云雾状，没者多成云雾状，没有清晰轮廓。有清晰轮廓。草质草质来源于陆地，由孢子、来源于陆地，由孢子、花粉、角质组等组成花粉、角质组等组成木质木质来源于陆地高等植物，来源于陆地高等植物，呈易识别的长形木质构呈易识别的长形木质构造的纤维状物质。造的纤维状物质。煤质煤质陆地天然碳化的植物陆地天然碳化的植物物质和再沉积的碳化物质和再沉积的碳化物质。物质。生生油油 潜潜能能减减小小孢
38、粉学家：孢粉学家：（透射光）（透射光）孢粉学孢粉学家用盐酸和家用盐酸和氢氟酸除去氢氟酸除去无机矿物后，无机矿物后，将有机残渣将有机残渣放在显微镜放在显微镜透射光下观透射光下观察分出：察分出：第二节 生成油气的物质基础四四、干干酪酪根根的的类类型型和和演演化化2、光学分类、光学分类第二节 生成油气的物质基础二二、干干酪酪根根的的类类型型和和演演化化2、光学分类腐泥组腐泥组壳质组壳质组 镜质组镜质组 惰质组惰质组 煤岩学家：煤岩学家：（反射光）（反射光）藻质、无定形藻质、无定形富氢，孢粉体、角质富氢，孢粉体、角质体等体等富氧，结构镜质组、无富氧，结构镜质组、无结构镜质组，由同泥炭结构镜质组，由同泥
39、炭有关腐殖质组成。有关腐殖质组成。富碳，包括碎质体、富碳，包括碎质体、丝质体、菌质体等丝质体、菌质体等 镜镜质质组组反反射射率率增增大大，生生油油潜潜能能 减减小小在显微镜下在显微镜下用放大用放大25-50倍的油浸物倍的油浸物镜，在反射镜，在反射光下观测煤光下观测煤或或干酪根的干酪根的显微组分。显微组分。第二节 生成油气的物质基础四四、干干酪酪根根的的类类型型和和演演化化3、化学分类第二节 生成油气的物质基础四四、干干酪酪根根的的类类型型和和演演化化3、化学分类 该图表明以上该图表明以上三类三类干酪根的原始干酪根的原始化学成分结构有显化学成分结构有显著区别：著区别：型轨迹型轨迹起始点及其附近，
40、起始点及其附近，含大量脂肪族烃结含大量脂肪族烃结构；构；型起始点及型起始点及其附近，大部分由其附近，大部分由带含氧官能团的多带含氧官能团的多环芳香烃结构组成；环芳香烃结构组成；而而型则介于型则介于、型之间，以具多型之间，以具多环饱和烃结构为特环饱和烃结构为特征。这些区别说明征。这些区别说明了它们的原始物质、了它们的原始物质、沉积环境和地质经沉积环境和地质经历的差异。历的差异。干酪根类型干酪根类型的其他划分方案：四分法和五分法的其他划分方案：四分法和五分法五分法：五分法：1 1 、2 2 、1 1、2 2四分法：四分法：、1 1、2 2 、（据杨万里，（据杨万里，1981）（据胡见义和黄第藩等，
41、（据胡见义和黄第藩等，1991）第二节 生成油气的物质基础四四、干干酪酪根根的的类类型型和和演演化化Hunt综合各种分类：第二节 生成油气的物质基础四四、干干酪酪根根的的类类型型和和演演化化第一阶段：基本对应成岩作用第一阶段：基本对应成岩作用阶段，随深度增加，阶段，随深度增加，干酪根的干酪根的O/C比值迅速下降，比值迅速下降，H/C比值略比值略有降低。表明干酪根生成了一有降低。表明干酪根生成了一些含氧化合物，这些化合物主些含氧化合物，这些化合物主要是要是CO2、H2O及含氧的有机物。及含氧的有机物。第二阶段：相当于深成作用阶第二阶段：相当于深成作用阶段，干酪根段，干酪根H/C比迅速下降，尤比迅
42、速下降，尤其其、型干酪根表现得尤为型干酪根表现得尤为明显。表明生成了富氢的组分。明显。表明生成了富氢的组分。烃类比干酪根更富含氢，当干烃类比干酪根更富含氢，当干酪根以酪根以CC键断裂反应生成烃键断裂反应生成烃类时，需要主结构中额外类时，需要主结构中额外H原子，原子，以形成稳定的化合物。以形成稳定的化合物。第三阶段：相当于变质作用阶第三阶段：相当于变质作用阶段。三类干酪根的演化曲线在段。三类干酪根的演化曲线在深处趋于合并，深处趋于合并，H/C和和O/C比都比都变得很小，干酪根中的碳含量变得很小，干酪根中的碳含量高达高达90%以上。以上。第四章：石油和天然气的生成与烃源岩第四章：石油和天然气的生成
43、与烃源岩第一第一节节 油气成因理油气成因理论发论发展概况展概况第二第二节节 生成油气的物生成油气的物质质基基础础第三节第三节 油气生成的动力条件油气生成的动力条件 第四第四节节 有机有机质质演化与成演化与成烃烃模式模式第五第五节节 天然气的成因天然气的成因类类型及特征型及特征 第六节第六节 烃源岩烃源岩第七节第七节 油源对比油源对比 油油气气生生成成的的母母质质干干酪酪根根是是一一种种复复杂杂的的大大分分子子，在在结结构构上上主主要要是是由由具具有有芳芳香香结结构构的的核核和和具具有有脂脂肪肪族族链链状状结结构构的的支支链链组组成成，这这些些支支链链通通过过一一些些化化学学键键连连接接在在核核
44、上上。研研究究表表明明，干干酪酪根根生生成成油油气气的的过过程程，实实际际上上就就是是干干酪酪根根核核上上连连接接着着这这些些支支链链的的化化学学键键发发生断裂生断裂使支使支链链从核上脱落的从核上脱落的过过程。程。近近几几年年来来，世世界界各各国国的的油油气气勘勘探探经经验验和和许许多多学学者者的的重重要要研研究究成成果果都都证证明明，温温度度和和时时间间是是在在油油气气生生成成过过程程中中至至关关重重要要的的一一对对因因素素，其其他他因因素素（细细菌菌、催催化化剂剂、放放射射性性物物质质等等）也也有有一一定定的影响。的影响。第三节第三节 油气生成的动力条件油气生成的动力条件干酪根的结构干酪根
45、的结构芳香结构的核芳香结构的核脂肪族链状结构的支链脂肪族链状结构的支链连接核核支链的桥和键连接核核支链的桥和键化学键的断裂主要受化学键的断裂主要受温度和时间温度和时间的控制，用的控制，用化学动力学化学动力学的的一级反应一级反应来描述来描述 （一）温度和时间（一）温度和时间(一一)、温度和时间的作用、温度和时间的作用1.1.从从化学动力学化学动力学看温度和时间的作用看温度和时间的作用 化学动力学化学动力学(kinetics):kinetics):一级反应(First order reaction):研究化学反应速度及其影响因素的一门科学 反应的速度与反应物浓度的一次方成正比反应的速度与反应物浓度
46、的一次方成正比 式中：式中：t t为反应时间，为反应时间，s s；C C为反应物的浓度；为反应物的浓度；k k为为反应速度系数反应速度系数。（1）阿伦纽斯方程：阿伦纽斯方程：式中：式中：k0称为频率分子称为频率分子E为活化能，为活化能，R为气体常数为气体常数T为绝对温度为绝对温度（2）对（对（1 1）式积分，得：）式积分，得：C为在时刻t反应物的浓度。C0是反应开始时（t=0）反应物的浓度，（3）C为在时刻t反应物的浓度。C0是反应开始时（t=0）反应物的浓度，（3）温度和时间具有互补性，高温短时间和低温长时温度和时间具有互补性，高温短时间和低温长时间可以达到相同的反应程度。间可以达到相同的反
47、应程度。在干酪根生烃过程中，干酪根的反应程度与温度在干酪根生烃过程中，干酪根的反应程度与温度呈指数关系，与时间呈线性关系，温度的影响是主呈指数关系，与时间呈线性关系，温度的影响是主要的，时间的影响是次要的；要的，时间的影响是次要的；分析（分析（3 3）式可以得到两个重要结论：）式可以得到两个重要结论：从化学动力学看温度和时间的作用从化学动力学看温度和时间的作用2.2.地质条件下温度和时间的作用地质条件下温度和时间的作用 对（3）两边取对数，得：对于某一固定的反应程度，对于某一固定的反应程度，或对于相同反应程度的不同反应：或对于相同反应程度的不同反应：温度的倒数（温度的倒数（1/T1/T）与时间
48、的对数（）与时间的对数（lntlnt）具有线性关系）具有线性关系对于对于相同反应程度相同反应程度的不同的干酪根生烃反应的不同的干酪根生烃反应,温度的倒数温度的倒数（1/T1/T）与时间的对数（）与时间的对数（lntlnt）具有线性关系）具有线性关系不同盆地的干酪根的不同盆地的干酪根的成熟点成熟点就就是这样一个反应程度相同的点是这样一个反应程度相同的点随着埋藏深度的增大和随着埋藏深度的增大和温度的增高，干酪根开温度的增高，干酪根开始大量生烃的温度称为始大量生烃的温度称为干酪根的成熟温度或干酪根的成熟温度或生生油门限油门限，这个成熟温度，这个成熟温度所在的深度称为所在的深度称为成熟点成熟点 生油门
49、限生油门限（threshold）实际地质资料同样证明：温度的影响呈指数关系，时间的影响呈线性关系，温度的影响是主要的，时间的影响是第二位的 温度和时间的作用是相互补偿的 1巴西亚马逊盆地；巴西亚马逊盆地；2 法国巴黎盆地；法国巴黎盆地；3法国阿奎特因盆地；法国阿奎特因盆地；4西非阿尤思地区；西非阿尤思地区；5喀麦隆杜阿拉盆地；喀麦隆杜阿拉盆地；6新西兰塔拉纳基盆地；新西兰塔拉纳基盆地；7法国卡马格盆地；法国卡马格盆地；8新西兰塔拉纳基盆地；新西兰塔拉纳基盆地；9美国洛杉矶盆地门；美国洛杉矶盆地门；10美国文图拉盆地；美国文图拉盆地；11法国阿奎特因盆地；法国阿奎特因盆地；沉积有机质的时代越新沉
50、积有机质的时代越新即所经历的受热时间越短，即所经历的受热时间越短，则生油门限温度越高；时代则生油门限温度越高；时代越老受热时间越长，则门限越老受热时间越长，则门限温度越低。图中的时温度越低。图中的时-温线的温线的斜率是由活化能决定的。因斜率是由活化能决定的。因此，基于温度和时间的综合此，基于温度和时间的综合作用，有利于生烃并保存的作用，有利于生烃并保存的盆地应该是盆地应该是年轻的热盆和古年轻的热盆和古老的冷盆老的冷盆。温度和时间的作用是相互补偿的温度和时间的作用是相互补偿的 180Ma70Ma50Ma12Ma温度和时间的作用是相互补偿的温度和时间的作用是相互补偿的 细细菌菌是是地地球球上上分分