油气地球化学总复习(姚).ppt

油气地球化学油气地球化学总复习总复习（油气资源学院）（油气资源学院）油气地球化学是应用油气地球化学是应用化学原理化学原理尤其是尤其是有机化学有机化学的理论和观点的理论和观点来研究来研究地质体地质体中与油气有关的中与油气有关的有机质、石油、天然气有机质、石油、天然气的的化学组成、结构、性质及其演化特征以及时空分布化学组成、结构、性质及其演化特征以及时空分布，探探讨讨:石油和天然气的形成机理；石油和天然气的形成机理；油气的初次和二次运移及充注的期次、方向和效率；油气的初次和二次运移及充注的期次、方向和效率；油气的次生改造和蚀变；油气的次生改造和蚀变；油气藏聚集特征；油气藏聚集特征；油气田开发过程中的有机无机相互作用；油气田开发过程中的有机无机相互作用；油气组分的变化；油气组分的变化；等方面的规律和意义，以及运用这些知识来指导油气的等方面的规律和意义，以及运用这些知识来指导油气的勘探和开发的一门科学。勘探和开发的一门科学。油气地球化学概念及研究范畴油气地球化学概念及研究范畴一、一、基础理论部分基础理论部分（一）绪（一）绪 论论P1（二）油气成因理论（二）油气成因理论现代油气成因理论认为现代油气成因理论认为:石石油油主主要要是是由由有有机机质质生生成成的的。生生物物有有机机质质沉沉积积后后首首先先在在生生物物化化学学和和化化学学的的作作用用下下，经经分分解解、聚聚合合、缩缩聚聚等等作作用用，在在埋埋深深较较大大的的成成岩岩作作用用晚晚期期进进一一步步缩缩合合为为地地质质大大分分子子-干干酪酪根根，随随着着埋埋深深的的进进一一步步增增大大，热热应应力力的的不不断断升升高高，干干酪酪根根才才逐逐步步发发生生催化裂解催化裂解和和热裂解热裂解形成大量的形成大量的原石油原石油。但但是是，也也有有一一部部分分有有机机质质（主主要要是是类类脂脂化化合合物物）不不经经过过干干酪酪根根就就直直接接以以可可溶溶有有机机质质（相相当当于于原原石石油油）的的形形式式存存在在于于富富含含有有机机质质的的细细粒粒岩岩石石中中。干干酪酪根根在在热热力力的的作作用用下下开开始始大大量量生生油油之之前前，这这一一部部分分的的数数量量通通常常很很少少，不不足足以以排排出出并并聚聚集集成成为为有有工工业业价价值值的的油油藏藏，但但在在有有利利的的条条件件下下（如如树树脂脂体体、木木栓栓质质体体等等特特殊殊类类型型有有机机质质的的富富集集、强强烈烈的的微微生生物物活活动动和和改改造造等等），有有机机质质可可以以在在浅浅埋埋的的阶阶段段早早期期生生成成较较多多的的油油气气，并并排排出出、聚聚集集成成为为具具工工业意义的油藏。业意义的油藏。P10现代油气成因理论（续）现代油气成因理论（续）天天然然气气的的生生成成实实际际上上是是一一个个从从有有机机质质沉沉积积后后直直到到其其生生气气潜潜力被彻底消耗之前力被彻底消耗之前一直在进行的过程一直在进行的过程 大量生成集中在大量生成集中在两个阶段两个阶段：一一是是由由干干酪酪根根受受热热生生成成，但但它它大大量量生生成成所所需需的的热热力力条条件件高高于于干酪根成油的热力条件干酪根成油的热力条件 二二是是浅浅埋埋的的早早期期阶阶段段在在厌厌氧氧微微生生物物作作用用下下可可以以大大量量生生成成。但但多多数数情情况况下下，由由于于浅浅埋埋时时保保存存条条件件不不佳佳，所所生生成成的的相相当当部部分分生生物物气气都都散散失失殆殆尽尽，必必需需有有良良好好的的保保存存条条件件配配合合，才才能能大大规规模模成藏成藏 同同时时，在在有有机机质质转转化化成成烃烃的的过过程程中中，可可能能有有无无机机组组分分的的参参与与和和加加入入。对对于于天天然然气气来来说说，尤尤其其是是非非烃烃气气，可可能能有有幔幔源源气气的的贡献贡献现代油气成因理论现代油气成因理论（个人观点）（个人观点）石石油油可可以以有有机机生生成成，也也可可以以无无机机生生成成；可可以以早早期期形形成成，也也可可以以晚晚期期成成藏藏。对对于于油油气气成成藏藏来来说说，圈圈闭闭和和储储盖盖条条件件是是必必须须，良好的生油层和深大断裂的发育可以相互补充。良好的生油层和深大断裂的发育可以相互补充。石石油油勘勘探探正正是是从从“背背斜斜学学说说”到到“圈圈闭闭学学说说”，从从“海海相相生生油油”到到“陆陆相相也也能能生生油油”，从从“无无机机成成因因”到到“晚晚期期有有机机成成因因”再再到到“现现代代油油气气成成因因”理理论论发发展展，石石油油工工业业才才有有了了今今天天长长足足的的发发展展。目目前前，非非常常规规油油气气田田的的勘勘探探和和开开发发对对原原有有的的成成因因理理论提出了新的挑战论提出了新的挑战 一一个个观观念念的的更更新新，一一个个新新理理论论的的出出现现，常常常常会会打打开开一一片片新新的的勘勘探探领领域域。“理理论论”应应用用也也是是有有前前提提的的，并并不不断断拓拓展展的的。对对于的石油工业来说，希望在新一代的勘探学家手上于的石油工业来说，希望在新一代的勘探学家手上（三）、油气地球化学的主要分析方法n油气地球化学分析主要可分两个步骤：首先是将有机质从岩石中分离分离出来，然后再针对研究的目的，用不同的分析方法（仪器仪器）对各种组分进行分析n目前，最常用的仪器有：用于分离并鉴定鉴定未知化合物的气相色谱气相色谱、液相色谱液相色谱、热解色谱热解色谱、质质谱仪谱仪；用于官能团官能团分析的红外光谱红外光谱、紫外光谱紫外光谱；用于结构分析结构分析的核磁共振核磁共振、电子顺磁共振电子顺磁共振、X光衍射仪光衍射仪等；用于干酪根研究干酪根研究的电子显微镜电子显微镜及光学显微镜光学显微镜P13（四）、有机质的产生和 生物圈的演化n地球上广泛分布着各种生物，其发育有一定的范围，包括接近地表的大气圈、地壳表面薄层和水圈，合称为生物圈生物圈n生物及其产生的有机质分布的空间，称为有机圈有机圈。它不仅包括生物圈生物圈、而且也包括沉积岩石圈沉积岩石圈n原始有机质来源可分为：水盆内水生生物来源水盆内水生生物来源、陆地高等植物陆地高等植物来源和混合来源混合来源。后两种有机质的天然组合只是到泥盆纪植物征服了大陆并繁盛以后才出现。陆源有机质的主要载体是河流P34（五）、生物体化学组成及其特征生物体化学组成及其特征生物体是沉积有机质的原始母质。生物体是沉积有机质的原始母质。生生物物体体植物植物动物动物微生物微生物生生物物体体生生物物化化学学组组成成主要主要次要次要蛋白质蛋白质脂类脂类碳水化合物碳水化合物核酸核酸激素激素木质素木质素色素色素维生素维生素无机矿物质无机矿物质P42与油气的关系：n与石油化学组成最近似的脂类脂类对提供成油成油有机质最为重要。对提供成煤和成气成煤和成气的有机质来说，则是纤纤维素维素（一类多糖化合物）和木质素木质素最重要n植物和细菌植物和细菌中含有萜类化合物，甾类甾类主要存在于藻藻类和高等植物类和高等植物中，二者都是异戊二烯类化合物及其衍生物n浮游生物浮游生物、细菌细菌的脂类和蛋白质含量较高，有利于生油；高等植物高等植物以纤维素、木质素为主，有利于成煤和成气；但高等植物的某些部分部分，如孢粉、树脂、孢粉、树脂、角质角质等含较高脂类，可提供部分生油母质生油母质来源P49（六）、有机质的沉积分布特征n有利于有机质沉积的环境物理参数物理参数是：缓慢的水流或停滞的水体；有机质与粘土颗粒的絮凝、粘合作用使聚合体获得近似细砂的沉积速度；浪基面以下静（缓）水低能环境和超过浪基面深度的中等水深，保存潜势高；沉降速率与沉积速率相近或前者稍大时，才能持久保持还原环境n有利于有机质沉积的环境化学参数化学参数是：水体下部或沉积物表层保持良好的还原环境。酸碱度影响伴生沉积物性质。只有pH7.8才能出现大量碳酸盐与有机质同时沉积P51（七）、沉积有机质1、可溶有机质的定义：凡是被中性有机溶剂从沉积岩、可溶有机质的定义：凡是被中性有机溶剂从沉积岩（物）中溶解（抽提）出来的有机质称为可溶有机（物）中溶解（抽提）出来的有机质称为可溶有机质，或可抽提有机质，也称为质，或可抽提有机质，也称为沥青沥青。常用的溶剂是常用的溶剂是:氯仿（氯仿（CHClCHCl3 3）、）、二氯甲烷二氯甲烷(CH(CH2 2ClCl2 2)、或一些混合剂或一些混合剂MABMAB（如：苯（如：苯-甲醇甲醇-丙酮三元溶剂）。丙酮三元溶剂）。一旦生物的分泌物、排泄物及其死亡后的遗体进一旦生物的分泌物、排泄物及其死亡后的遗体进入沉积物（岩）中之后，即称为沉积有机质。入沉积物（岩）中之后，即称为沉积有机质。根据有机质的溶解性，将沉积有机质分为根据有机质的溶解性，将沉积有机质分为可溶可溶有机质有机质(沥青沥青)和和不溶有机质（干酪根）不溶有机质（干酪根）P59可溶有机质的分类n根据抽提过程和方法的不同，提取出的可溶有机质可分为沥青沥青“A”、沥青沥青“B”和沥青沥青“C”3种类型n氯仿沥青“A”的族组分可分为饱和烃饱和烃、芳香芳香烃烃、胶质胶质（也称为非烃）和沥青质沥青质4种n在元素构成上，氯仿沥青主要由C、H、O、S、N元素组成，平均来说，C的含量84%，H的含量10%，3种杂元素含量在6%左右，其中以O元素较多P642、干酪根、干酪根n或者，泛指一切不溶于常用有机溶剂的沉积岩中的有机质。干酪根是地球上有机碳的最重要形式，是沉积有机质中分布最广泛、数量最多的一类。J.Hunt（1979）的定义：）的定义：沉积岩沉积岩中不溶于碱、非氧化中不溶于碱、非氧化型酸和非极性有机溶剂的分散有机质。型酸和非极性有机溶剂的分散有机质。P65干酪根干酪根的显微的显微组成鉴组成鉴定的主定的主要方法要方法透射光透射光反射光反射光荧荧 光光高倍电高倍电镜扫描镜扫描鉴定干酪根的透光性、形态和结构鉴定干酪根的透光性、形态和结构鉴定干酪根的反光性、鉴定干酪根的反光性、形态、结构和突起形态、结构和突起鉴定干酪根在近紫外光激发下发射鉴定干酪根在近紫外光激发下发射较长波长的光较长波长的光荧光荧光研究干酪根的显微结构及其晶格成像研究干酪根的显微结构及其晶格成像（1）干酪根的显微组成）干酪根的显微组成P66P67显微组分显微组分生物来源生物来源透射光透射光反射光反射光荧光荧光扫描电镜扫描电镜藻质体藻质体藻类藻类透明、黄色、透明、黄色、淡黄色、黄褐淡黄色、黄褐色色深深灰，微灰，微突起，有突起，有内反射内反射强，鲜黄、强，鲜黄、黄褐、绿黄褐、绿黄黄椭圆，外椭圆，外表呈蜂窝表呈蜂窝状群体状群体无无定定形形体体富氢富氢水生生物、藻、水生生物、藻、细菌、陆生植细菌、陆生植物壳质体物壳质体透明半透明，透明半透明，鲜黄、褐黄到鲜黄、褐黄到棕灰色棕灰色表面粗糙，表面粗糙，不显突起不显突起较强，黄、较强，黄、灰黄、棕灰黄、棕色色不均匀絮不均匀絮状，团块状，团块状、花朵状、花朵状、颗粒状、颗粒状状贫氢贫氢陆生植物的木陆生植物的木质素、纤维素质素、纤维素等等暗，近黑色暗，近黑色灰、白色，灰、白色，微突起微突起弱或无弱或无荧荧光光壳质组壳质组植物孢子花粉、植物孢子花粉、角质、树脂、角质、树脂、蜡、木栓质体蜡、木栓质体透明，轮廓清透明，轮廓清楚，黄、绿黄、楚，黄、绿黄、橙黄、褐黄色橙黄、褐黄色深深灰色，灰色，具突起具突起中等，黄中等，黄绿、橙黄、绿、橙黄、褐黄色褐黄色外形特殊，外形特殊，常保留植常保留植物结构物结构镜质组镜质组植物结构和无植物结构和无结构木质纤维结构木质纤维部分部分透明半透明，透明半透明，棕红、褐红棕红、褐红灰色，无灰色，无突起突起弱弱荧光，荧光，褐色、铁褐色、铁锈色锈色棱角状、棱角状、棒状、枝棒状、枝状状惰质组惰质组炭化的木质纤炭化的木质纤维部分维部分不透明，黑色不透明，黑色白色，高白色，高突起突起无无荧光荧光棱角状、棱角状、棒状、颗棒状、颗粒状粒状干酪根显微组分的光学特征干酪根显微组分的光学特征P67显微组分与生油潜力n在成熟度大体一致的条件下，各显微组分的荧光强度近似反映了其生油潜力：n藻质体和以藻及细菌为主形成的富氢无定形体生油潜力最大最大n壳质体及部分富氢无定形体次之次之n镜质组及贫氢无定形体生油潜能差差，以生气气为主n惰质组生油气潜能极低极低P67 干酪根的元素组成中，主要以干酪根的元素组成中，主要以C、H、O元素元素为主，含有为主，含有少量的少量的N、S、P及微量金属元素及微量金属元素。C元素含量一般为元素含量一般为70%85%，H元素一般为元素一般为3%10%，O元素一般为元素一般为3%20%。由由于干酪根是一种高分子聚合物，因此没有一定的组成于干酪根是一种高分子聚合物，因此没有一定的组成影响干酪根元素组成主要因素包括：影响干酪根元素组成主要因素包括：有机质母质类型、有机有机质母质类型、有机质的沉积环境、有机质热演化程度质的沉积环境、有机质热演化程度 通常水生生物来源的干酪根富含通常水生生物来源的干酪根富含H、N；而以陆源高等而以陆源高等植物来源的干酪根一般含植物来源的干酪根一般含C量量较高；深水还原条件下或海相较高；深水还原条件下或海相形成的干酪根中富含形成的干酪根中富含H、N；而在；而在近岸氧化环境中形成的干近岸氧化环境中形成的干酪根则贫酪根则贫H、N随着有机质的热演化程度增加，油气的大量生成，残余干酪随着有机质的热演化程度增加，油气的大量生成，残余干酪根中根中C含量相对增加含量相对增加P67（3）干酪根的基团组成）干酪根的基团组成基团类型基团类型主要吸收频带主要吸收频带(cm-1)反应的基团振动特征反应的基团振动特征烷基基团烷基基团(H)29302860脂肪链的甲基脂肪链的甲基(CH3)、次甲基次甲基(CH2)官能团的官能团的伸缩振动伸缩振动1455CH2、CH3的的不对称弯曲振不对称弯曲振动动1375CH3的的对称对称弯曲振动弯曲振动720脂肪链脂肪链(CH2)n的的CC骨架振动骨架振动芳基基团芳基基团(C)16301600芳环中芳环中C=C骨架振动骨架振动870820750芳环芳环CH的的面外面外变形振动变形振动含氧基团含氧基团(O)36003200OH的伸缩振动的伸缩振动1710羰基、羧基的羰基、羧基的C=O的的伸缩振动伸缩振动11001000芳基烷基中芳基烷基中CO,COC伸缩振动伸缩振动P83n红外光谱仪可测定干酪根的基团组成，主要有三类基团：烷基烷基、芳基芳基及含氧基团含氧基团n生油潜量大的干酪根烷基烷基含量高，含氧基团含氧基团低；不利生油的干酪根烷基烷基降低，含氧基团含氧基团和芳香芳香基峰基峰高n随着演化程度增高，先含氧基团含氧基团减少，接着烷烷基基减少。故用基团组成可研究干酪根的类型和成熟度P68、83（4）干酪根）干酪根的碳同位素的碳同位素组成组成大多数大多数陆陆生植物的生植物的13C值为值为-12-34。沙漠和。沙漠和盐盐沼沼植物及植物及热带热带草本植草本植物物为为-6-19；藻；藻类类介于两者之介于两者之间间，为为-12-23。由于高等植物的13C值比水生浮游生物的13C值高，故腐殖型干酪根13C值高于腐泥型干酪根。干酪根的碳同位素反映了不同生物先质体和类型P68、87n干酪根的类型（四分法）干酪根的类型（四分法）干酪根的元素分类干酪根的元素分类型干酪根型干酪根：H/C原子比一般大于原子比一般大于1.5，O/C原子比一般小于原子比一般小于0.1，主要，主要来源于藻类和微生物的脂类化合物，来源于藻类和微生物的脂类化合物，以生油为主以生油为主干酪根干酪根：H/C原子比原子比1.01.5，O/C原子原子0.1 0.2，主要来源于浮游，主要来源于浮游动、植物和微生物，既能生油，也能动、植物和微生物，既能生油，也能生气生气干酪根干酪根：H/C原子比一般小于原子比一般小于1.0，O/C原子比可达原子比可达0.2或或0.3，来源，来源于陆地植物的木质素、纤维素等，以于陆地植物的木质素、纤维素等，以成气为主成气为主干酪根干酪根：H/C原子比小于原子比小于0.5 0.6，O/C原子比大于原子比大于0.25，为残余有，为残余有机质或再循环有机质，其生烃能力极机质或再循环有机质，其生烃能力极低低P70（八、九）有机质的成烃模式及阶段划分n总体来讲，油气的形成过程或有机质的演化过程大体可分为3个阶段：未熟阶段未熟阶段、成熟阶段成熟阶段和过成熟阶段过成熟阶段，它们分别对应着有机质的成岩作用成岩作用、深成（热解）作深成（热解）作用用和变质作用变质作用P1051、有机质的成岩作用特征n对整个沉积体系而言，成岩作用的结果是将松散的沉积物变成固结的沉积岩，主要的作用因素是压实和胶结n对有机质而言，成岩作用的主要结果是形成干酪根，同时释放H2O、CO2、CH4、NH3、N2、H2S等，并伴有一定量的继承性的可溶烃类和等，并伴有一定量的继承性的可溶烃类和非烃类非烃类n该阶段起作用的主要因素是微生物（细菌），该阶段起作用的主要因素是微生物（细菌），在有利的条件下，可以生成大量的生物甲烷气在有利的条件下，可以生成大量的生物甲烷气P1052、干酪根在深成阶段的演化特征 深成作用：当沉积有机质镜质体反射率深成作用：当沉积有机质镜质体反射率Ro处于处于0.72.0%之间时，之间时，有机质会大量生烃，这时地层温度一般在有机质会大量生烃，这时地层温度一般在50-200之间，埋深之间，埋深可达数千米，这一阶段就称为深成作用阶段可达数千米，这一阶段就称为深成作用阶段 干酪根在深成阶段的演化特征：（1）在在125以前，以前，在在60125温度范围内，干酪根由于受热而温度范围内，干酪根由于受热而大量裂解生成烃类。此时表现为可溶有机质数量迅速增加，大量裂解生成烃类。此时表现为可溶有机质数量迅速增加，生成生成的的C15C40的烃类，约占全部烃类生成总量的的烃类，约占全部烃类生成总量的8090左右左右。沉积有机质处于成熟状态，沉积有机质处于成熟状态，生成的主要产物为液态烃生成的主要产物为液态烃，即石油。即石油。（2）当温度）当温度大于大于125时，即在时，即在125200温度范围内，此时将温度范围内，此时将发生发生强裂的热裂解反应强裂的热裂解反应，它不仅可促使干酪根上，它不仅可促使干酪根上较短的侧链脱落较短的侧链脱落，同时也可使原先生成的同时也可使原先生成的较长链烃的碳较长链烃的碳碳键发生断裂，形成的轻碳键发生断裂，形成的轻质烃往往优于从质烃往往优于从干干酪根上各种键断裂产生的烃，酪根上各种键断裂产生的烃，出现了出现了以湿气和以湿气和凝析油为主的阶段，即沉积有机质的过成熟阶段。凝析油为主的阶段，即沉积有机质的过成熟阶段。在这一温度范围内，在这一温度范围内，C1一一C3烃的含量相对增加烃的含量相对增加，其，其它它较高碳较高碳数的烃含量则相对下降数的烃含量则相对下降。P1063、变质作用阶段变质作用阶段n最低温度在最低温度在200300范围范围n沉积有机质的演化已经达到相当高的成熟阶段。沉积有机质的演化已经达到相当高的成熟阶段。表现在干酪根的表现在干酪根的热降解率降低热降解率降低，一些，一些活性基团活性基团和侧链从干酪根上脱落下来，已经没有明显数和侧链从干酪根上脱落下来，已经没有明显数量的烃类生成量的烃类生成；芳构化作用和干酪根的缩聚现芳构化作用和干酪根的缩聚现象明显增加象明显增加；沉积有机质；沉积有机质(干酪根干酪根)在这一阶段在这一阶段内释放出最后的内释放出最后的少量的甲烷少量的甲烷，其自身则逐渐向，其自身则逐渐向高碳质的焦沥青和石墨演化高碳质的焦沥青和石墨演化n前一阶段生成的前一阶段生成的重质烃重质烃，在高温条件下也进一，在高温条件下也进一步步裂解成干气裂解成干气，从而导致了沉积有机质，从而导致了沉积有机质(干酪干酪根根)的最终产物为的最终产物为甲烷和石墨甲烷和石墨P1074、可溶有机质在热演化过程中的变化n沥青和总烃含量随埋藏深度增加呈有规律的变化n烷烃随深度有规律的变化。正构烷烃、异构烷烃和饱和烃随深度的变化，均可以划分为3个变化带，并可与沉积有机质演化的3个阶段进行对比n环烷烃随深度增加，由多环向单环、二环转化n芳香烃随埋藏深度变化的特征与饱和烃类似，只是变化速率略小n不同类型干酪根形成烃类的演化特征有一定的差异n非烃随埋藏深度也呈有规律的变化。在浅层的沥青中胶质和沥青质含O、N、S多，随着埋藏深度的增加，含量逐渐减少P885、影响有机质演化的地球化学因素n微生物的作用n温度（热应力）的作用：阿仑尼乌斯（1899）总结了反应速率常数与温度变化的关系：K指 反应速度常数、A指 频率因子 、E指 活化能 、T指 绝对温度 、R指 气体常数，8.134J/(molK)说明温度发生微小的变化，反应速率常数就会发生较大的变化P965、影响有机质演化的地球化学因素n时间的作用。在沉积有机质的演化过程中，时间和温度存在着补偿关系，但温度起主导作用，时间的补偿是有一定限度的n压力的作用n催化剂的作用n有机质性质的影响。有机质的生烃潜力取决于干酪根结构中的含氢量，即脂肪族的结构和丰度。在相同热演化条件下，、型有机质的生烃潜力显然高于型（十）原油的组成、分类及影响因素1、石油的元素组成n组成石油的元素主要是碳和氢碳和氢，其次是氧、硫、氮。碳、氢元素的含量一般为96%99%，其中碳占83%87%，氢占11%14%n其余3种元素的含量很少，仅占0.5%5%P1152、石油的一般性质、石油的一般性质原油是沉积岩中有机质在成岩演化过程中生成的烃类和非烃类复杂混原油是沉积岩中有机质在成岩演化过程中生成的烃类和非烃类复杂混合物，为黄色、褐色乃至黑色的可燃性粘稠液体。合物，为黄色、褐色乃至黑色的可燃性粘稠液体。不同地区、不同层位产出的原油其物理性质有较大的差异，根据原油不同地区、不同层位产出的原油其物理性质有较大的差异，根据原油的粘度、相对密度可将原油划分为的粘度、相对密度可将原油划分为轻质原油、中质原油、重质原轻质原油、中质原油、重质原油和沥青砂四类油和沥青砂四类分类名称分类名称俗俗 称称粘度（粘度（mPa.s）相对密度相对密度轻质原油轻质原油普通原油普通原油20100001.000按粘度、相对密度对原油分类标准按粘度、相对密度对原油分类标准石油石油的族的族组成组成烃类烃类异构烷烃异构烷烃非烃非烃烷烃烷烃芳香烃芳香烃环烷烃环烷烃环烷芳香烃环烷芳香烃正构烷烃正构烷烃含氧化合物含氧化合物含氮化合物含氮化合物含硫化合物含硫化合物胶质和沥青质胶质和沥青质有机金属化合物有机金属化合物酸类：饱和酸、环烷酸、酸类：饱和酸、环烷酸、异戊间二烯酸、芳香酸等异戊间二烯酸、芳香酸等吡啶、喹啉等吡啶、喹啉等硫醇、一硫化物、硫醇、一硫化物、二硫化物、噻吩衍生物等二硫化物、噻吩衍生物等3、石油的族组成、石油的族组成饱和烃饱和烃P118（1）、）、Tissot和和Welte的石油分类的石油分类 1%石蜡烃石蜡烃10%芳香中间型芳香中间型芳烃芳烃+胶质胶质+沥青质沥青质50%芳烃芳烃+胶质胶质+50%沥青质沥青质含硫量含硫量WB(%)石油分类石油分类族组成族组成石蜡型石蜡型石蜡烃石蜡烃-环烷型环烷型环烷型环烷型饱和烃饱和烃 50%50%4、石油的分类石油的分类（2）与原始有机质类型有关的特征石油n高蜡石油：代表陆相石油的一种特殊情况。蜡是指碳数大于21的长链烷烃。一般含蜡量大于大于8%为高蜡石油n当型干酪根来源占优势时，所形成的石油主要是高蜡高蜡石油n高硫原油：碳酸盐系特别是蒸发盐岩系含硫量高5、影响原油类型的地质因素影响原油类型的地质因素n影响原油类型的地质因素很多，概括起来有3个方面：n原始生油母质的类型和性质，如海相和陆相有机质，由沉积环境决定n有机质热演化，涉及埋藏历史和地温梯度等 n储层中石油的蚀变，如生物降解、氧化作用、水洗作用等（十一）天然气的组成、分类和地球化学（十一）天然气的组成、分类和地球化学1、天然气成因类型、天然气成因类型有机成因天然气n有机成因气是指在沉积岩中由分散状或集中状的有机质形成的天然气。目前世界上发现的烃气绝大多数为有机成因气有机成因气n根据原始有机质的母质类型，有机质成因气可分为两类：腐泥型天然气（油型气、腐泥气）腐泥型天然气（油型气、腐泥气）、腐殖型天然气（煤型气腐殖型天然气（煤型气）n根据热演化程度，有机成因气可分为：生物气、生物气、热解气、和裂解气热解气、和裂解气n鉴别有机成因天然气的主要方法有：同位素、同位素、轻烃组成轻烃组成和生物标志化合物。生物标志化合物。按母质类型分类按母质类型分类n1.腐泥型天然气（油型气）腐泥型天然气（油型气）是指腐泥型干酪根进入成熟阶段以后所形成的天然气，它包括伴随生油过程形成的石油伴生气，以及高成熟和过成熟阶段由干酪根和液态烃裂解形成的凝析油伴生气和裂解干气 n2.腐殖型天然气（煤型气）腐殖型天然气（煤型气）它是由腐殖或偏腐殖型它是由腐殖或偏腐殖型(2、型型)干酪根在成熟演化阶段形成的天然气。或干酪根在成熟演化阶段形成的天然气。或者，是指煤系地层或亚煤系地层中的煤和分散有机质，者，是指煤系地层或亚煤系地层中的煤和分散有机质，在煤化作用和再煤化作用过程中形成的天然气在煤化作用和再煤化作用过程中形成的天然气油型气的地球化学特征油型气的地球化学特征n组分组成特征：组分组成特征：n（1）气态烃组分。油型气组分以烃气为主，一般含量在90%95%以上，以甲烷为主n（2）非烃气气体组分。含有一定的非烃气体，如氮、二氧化碳以及少量的氢、氩和氦气。以氮和二氧化碳为主。n同位素组成特征：同位素组成特征：n（1）我国油型气甲烷13C值的分布范围在-76-30，主频在-50-32，表明我国的油型气以伴生气和高温裂解气为主n（2）气态重烃气碳同位素随成熟度的分馏比甲烷碳同位素小得多n（3）甲烷氢同位素。我国油型气DCH4值分布较宽，主频在-250-180，反映出气源岩主要为淡水沉积n甲烷甲烷13C1与与DCH4的关系的关系：油型气具有随演化程度增加，甲烷碳、氢同位素相应变重的趋势煤型气的地球化学特征n组成特征：组成特征：n（1）煤煤型型气气烃烃类类气气体体中中，甲甲烷烷是是最最主主要要的的组组分分，主主体体分分布布在在85%95%(占占70%)。C2+在在1%20%n（2）含含有有一一定定量量的的非非烃烃气气，如如N2、CO2、H2S、Hg、He、Ar及及Ne等等n同位素特征：同位素特征：n（1）甲甲烷烷碳碳同同位位素素。在在相相同同成成熟熟度度的的条条件件下下，煤煤型型气气的的甲甲烷比油型气富集重碳同位素烷比油型气富集重碳同位素n（2）重重烃烃碳碳同同位位素素。煤煤型型气气13C2大大于于-28.1、13C3大大于于-23n（3）甲甲烷烷氢氢同同位位素素组组成成。与与气气源源岩岩的的热热演演化化程程度度有有关关，随随着着有有机机质质热热演演化化程程度度的的增增高高，甲甲烷烷富富集集重重氢氢同同位位素素；在在相相同同的的演演化化程程度度下下，甲甲烷烷的的氢氢同同位位素素组组成成主主要要与与其其气气源源岩岩沉沉积积时时水体的盐度有关水体的盐度有关按有机质演化阶段分类按有机质演化阶段分类n1.生物气生物气指有机质在未成熟阶段指有机质在未成熟阶段(Ro0.4%0.5%)经厌氧细菌生物化学降解所生成经厌氧细菌生物化学降解所生成的气态产物的气态产物n生物化学气的组成主要是甲烷，可高达生物化学气的组成主要是甲烷，可高达98%以上，以上，重烃气重烃气(C2+)含量极低，一般含量极低，一般2%n干燥系数干燥系数(C1/C2+)在数百以上，属于干气。有时在数百以上，属于干气。有时可含有痕量的不饱和烃以及少量的可含有痕量的不饱和烃以及少量的CO2和和N2。n生生物物化化学学气气的的甲甲烷烷碳碳同同位位素素13C1的的含含量量2.0%）由已生成的液态烃）由已生成的液态烃和残余干酪根及部分重烃气经高温裂解作用而生成的天然气。和残余干酪根及部分重烃气经高温裂解作用而生成的天然气。4.生物生物热催化过渡带天然气热催化过渡带天然气指有机质在低温演化阶段（指有机质在低温演化阶段（Ro为为0.3%0.6%）生成的天然气。）生成的天然气。2、轻烃地球化学n轻烃：轻烃：一般是指沸点小于200的烃类化合物，包括正构烷烃、环烷烃和芳香烃类化合物。C1-C10正构烷烃的沸点范围为-161.5至195 n目前分析并应用的主要是C1-C7化合物，已检测出的化合物共有30种n轻烃地球化学参数的应用主要包括：天然气成因类型的划分、油气成熟度的确定、生物降解作用的判识等（十二）油气的蚀变（十二）油气的蚀变n油气自源岩沥青中分离后，经过排烃、排烃、运移、聚集和保存运移、聚集和保存的整个过程，其组成也不断的变化，称为油气的蚀变n油气蚀变主要包括：热蚀变作用（热催热蚀变作用（热催化化-转化作用）、氧化和生物降解作用、转化作用）、氧化和生物降解作用、脱沥青作用、水洗作用、硫化作用、重脱沥青作用、水洗作用、硫化作用、重力分异作用等力分异作用等热蚀变作用和氧化、生物降解作用热蚀变作用和氧化、生物降解作用n热蚀变作用（热催化热蚀变作用（热催化转化）：如果储层中的油气随转化）：如果储层中的油气随着沉降或地温梯度的改变而经受更高的温度，将发生着沉降或地温梯度的改变而经受更高的温度，将发生类似于有机质在烃源岩中的成熟作用，即，使石油化类似于有机质在烃源岩中的成熟作用，即，使石油化学成分向着结构更加稳定、活化能降低的方向继续演学成分向着结构更加稳定、活化能降低的方向继续演化，最终形成在新温度、压力下稳定的混合物，该过化，最终形成在新温度、压力下稳定的混合物，该过程称为油气的热蚀变作用程称为油气的热蚀变作用n油气的氧化作用是指在游离氧或含氧化合物中的结合油气的氧化作用是指在游离氧或含氧化合物中的结合氧的作用下，烃类被氧化成氧的作用下，烃类被氧化成CO2、水或酸、醇、酮、水或酸、醇、酮、酚的过程。是热催化作用的逆过程酚的过程。是热催化作用的逆过程n生物降解作用是指微生物对某些类型烃类化合物的选生物降解作用是指微生物对某些类型烃类化合物的选择性消耗过程择性消耗过程n脱沥青作用：脱沥青作用：当油藏中含有大量气体或其它轻烃当油藏中含有大量气体或其它轻烃（C1C6）时，它们溶解于石油中，可使中等）时，它们溶解于石油中，可使中等重质重质石油中的沥青质沉淀分离出来的作用石油中的沥青质沉淀分离出来的作用n水洗作用水洗作用指水溶性较高的成分被地层水优先、有限萃指水溶性较高的成分被地层水优先、有限萃取出来，改变原油的组成，使其变重的过程取出来，改变原油的组成，使其变重的过程n硫化作用：元素硫或硫化物与石油烃类反应生成有机硫化作用：元素硫或硫化物与石油烃类反应生成有机硫化物的过程硫化物的过程n重力分异作用：重力分异作用：在油藏中，大分子向石油柱底部沉降，石油的密度随埋藏增加而增大，小分子组分（气体）在油藏顶部富集（十三）生物标志化合物n生物标志化合物是一种重要的地球化学指标，可广泛地应用于判识生源输入判识生源输入、有机质类型有机质类型、指示沉积环境指示沉积环境、油源对比油源对比、生物降解生物降解、油和烃源岩成熟度油和烃源岩成熟度和油气运移油气运移等方面n生物标志化合物生物标志化合物(Biomarkers)是指原油和沉积有机是指原油和沉积有机质中源于活的生物体，具有明显分子结构特征、稳定质中源于活的生物体，具有明显分子结构特征、稳定的碳骨架，在成岩和深成热解作用过程中没有或很少的碳骨架，在成岩和深成热解作用过程中没有或很少发生变化，而基本保持能被识别和追踪其原始先质的发生变化，而基本保持能被识别和追踪其原始先质的碳骨架、分子量较大的有机化合物碳骨架、分子量较大的有机化合物n包括包括正构烷烃、无环类异戊二烯烷烃、五环三萜（藿正构烷烃、无环类异戊二烯烷烃、五环三萜（藿烷系列）、甾类和部分芳香烃烷系列）、甾类和部分芳香烃五大类五大类n在成岩阶段和热成熟阶段中，生物体中的多以醇、酸、酮等形式存在的化合物不可避免地要发生成分和结构的变化，以达到热力学上的稳定来适应新的环境，即由生物构型生物构型转化为地质地质构型构型n结构上的继承性继承性使其具有标志有机质来源及原始环境的作用，结构上的变异性变异性又使其能够用于追溯有机质经历的演化过程n生物标志化合物的立体异构型为此提供了丰富的信息n立体异构体立体异构体：具有完全相同的分子式和原子连接顺序，但其在三维空间的排列方式不同的化合物互称为立体异构体n手性碳原子：饱和碳原子具有指向四面体角的四个键，如果与其相连的A、B、C、D4个基团完全不同，这样的碳原子称为不对称碳原子。它有两种互为镜像的构型n如果中心碳原子不是环系的一部分中心碳原子不是环系的一部分，可依据4个取代基质量的先后顺序分为R和S构型nR构型：当最低质量的序位远离观察者最低质量的序位远离观察者方向，其余3个基团所具质量数以顺时针方向降低质量数以顺时针方向降低时，为R构型；反之反之则为S构型n如果手征中心是在环状体系中，以以或或表示基团的位置表示基团的位置，当当键指向纸内为键指向纸内为构型构型，用虚线或空心圆表示，用虚线或空心圆表示，当键指向纸外当键指向纸外为为构型构型，用实线或实心圆表示。，用实线或实心圆表示。形成的两种不同构型则被描述为构型和构型构型的基本知识构型的基本知识1、正构烷烃类正构烷烃类 normal alkanesn高分子量奇碳数（高分子量奇碳数（nC25nC33）：）：多以多以C27、C29、C31为主，具有明显的奇偶优势。一般认为，这些烃主要为主，具有明显的奇偶优势。一般认为，这些烃主要来源于来源于高等植物高等植物n中等分子量奇碳数正构烷烃（中等分子量奇碳数正构烷烃（nC15nC21）出现在海出现在海相、深湖相沉积有机质中，以相、深湖相沉积有机质中，以C15、C17为主，为主，奇偶优奇偶优势不太明显。势不太明显。生物来源主要是藻类等生物来源主要是藻类等水生水生浮游生物浮游生物n在正构烷烃的气相色谱图上，陆源高等植物来源陆源高等植物来源的高分子量正烷烃为后峰型后峰型，水生生物来源水生生物来源的中等分子量正烷烃为前峰型前峰型，当两种有机质来源同时存在同时存在时，则为双峰型双峰型151515151520202020202015303030303030252525252525双双峰型峰型后峰型后峰型前峰型前峰型现代沉积现代沉积生油岩生油岩2、类异戊二烯烷烃戊二烯烷烃（1）、概念）、概念 类异戊二烯烷烃：由类异戊二烯烷烃：由5个碳原子构成的异戊二烯（甲基丁二烯）个碳原子构成的异戊二烯（甲基丁二烯）为所有非直链生物标志化合物的基本结构单元，由异戊二烯亚单为所有非直链生物标志化合物的基本结构单元，由异戊二烯亚单元组成的化合物统称为萜类或类异戊二烯烷烃。元组成的化合物统称为萜类或类异戊二烯烷烃。无环的无环的类类异戊二烯烷烃是一类具有规则甲基支链的饱和烃异戊二烯烷烃是一类具有规则甲基支链的饱和烃,属无环的萜类。属无环的萜类。这类化合物中，每隔三个碳链（这类化合物中，每隔三个碳链（-CH2-）有一个甲基支链，自成一类化合物）有一个甲基支链，自成一类化合物系列。符合系列。符合CnH2n+2的通式。的通式。H H3 3C CH HC CH H2 2C CH H2 2C CC C1243异戊二烯异戊二烯基基 C5H8头头尾尾CCCCC头头尾尾类类异戊二烯烷基异戊二烯烷基C5H121234n按照异戊二烯单元连接的顺序分为规则的和不按照异戊二烯单元连接的顺序分为规则的和不规则的两类规则的两类n规则的类异戊间二烯烃是指各单元头尾相连接规则的类异戊间二烯烃是指各单元头尾相连接成的链状分子，成的链状分子，其中含量最多，分布最广的是其中含量最多，分布最广的是iC19姥鲛烷（姥鲛烷（Pristane）和）和iC20植烷植烷（Phytant）nPr/Ph1还原环境，还原环境，Pr/Ph 1氧化环境氧化环境nPowell认为，认为，Pr/Ph3海相原油，海相原油，Pr/Ph 4 陆相原油陆相原油n不规则的类异戊二烯烃不规则的类异戊二烯烃：头头相连和尾尾相连：头头相连和尾尾相连的链状分子的链状分子n头头相连的碳数为头头相连的碳数为3240。一般认为这类烃来。一般认为这类烃来源于古细菌膜的类脂组分源于古细菌膜的类脂组分n尾尾相连接的系列，碳数为尾尾相连接的系列，碳数为3040，常见的有，常见的有角鲨烯角鲨烯、蕃茄红素和葫萝卜素。蕃茄红素和葫萝卜素。一般可指示藻一般可指示藻