第二章石油成因理论
有机质来源 化石燃料
海生、湖生 以油、油页岩、藻 煤和残植煤为主
陆生 油气
陆生 以气和腐植 煤为主
陆生强氧化 或再循环 无油、少量气
第二节 生成油气的物质基础
四. 干酪根类型划分
化学分类
蒂索将干酪根按 H/C 和 O/C 原 子比将干酪根分为三种类型: I型:H/C原子比较高,H/C 为 1.25~1.75,O/C 原子比在 0.1~0.02 之间。以链状结构较多为特征, 主要来源于低等水生生物藻类, 富含脂类和蛋白质分解的产物, 在沉积过程中藻类物质选择性聚 集,有机质发生强烈的生物降解 作用。这种类型生成液态烃的能 力强,为生油的主要母质。相当 于腐泥型干酪根。
第二节 生成油气的物质基础
二、生油的原始物质-分散有机质
烃类:沉积岩中可溶于有机溶剂的物质。
沥青:可溶于有机溶剂的物质,是烃类和非烃类物质的化合物。 干酪根:沉积岩中不溶于非氧化型的酸、碱和非极性有机溶剂 的分散固体有机质(或常温、常压下不溶于有机溶剂的固体有 机质,或不溶于有机质的高分子残渣)。
第一节 油气成因理论
成油时间 早期 晚期
在石油有机形成理论建立之后,争论的焦点转为石油是成 岩早 期还是成岩晚期生成的。 20世纪50年代,早期成油主张相当活跃,当时,斯密特在现代沉积 物中发现了烃类,包括液态烃,得出了石油是在沉积的早期形成的 理论,突破了 30~ 40年代特拉斯克关于现代沉积物不存在烃类的著 名研究,这是一个飞跃的突破。为此,斯密特曾获得了诺贝尔奖。 因为早期生成的烃与晚期生成的烃无论在数量上或是在质量上均 有较大的差别。最近的一、二十年来,菲利比.蒂索、阿尔伯莱切特 等对生油剖面的详细研究表明,当母岩埋深到一定的温度和深度时, 有机质才能产生成熟的石油烃。同时也承认,在成岩作用的晚期是 石油的主要生成期,但不排除早期转换所做的准备。
第二节 生成油气的物质基础
II 型 : H/C 原 子 比 大 约 在 0.3 ~ 1.4 之 间 , O/C 原 子 比 在 0.2~0.02之间。富含不同长度的脂肪族链及饱和环烷烃,也含有 多环芳香烃及杂原子官能团。主要来源于海相浮游植物及浮游动物, 如分散状存在,是生成大量油气的原始物质。 III型:H/C为1.0~0.3,O/C原子比在0.4~0.02之间。主要含 多环芳香烃及含氧官能团,还有一些脂肪族链被联接在多环网格结 构上。主要来源于高等植物,它们被河流带入海、湖成三角洲或大 陆边缘环境中。该类干酪根生油潜力较小,但在深部可以成为生气 的来源。 我国主要含油气盆地泥岩干酪跟以II型为主,I、III型为辅。 掌握要点:各种类型干酪根的原始物质、沉积环境及产物。
草 质
木 质
镜质组
煤 质
情质组 丝质体 微粒体 巩膜体 残余型(Ⅳ) 煤质型(Ⅳ) 0.60-0.50 0.3-0.25 <2
四. 干酪根类型
有机质原始类型
腐泥型 腐殖—腐泥型 腐泥—腐殖型
藻质体
无定形
孢 粉 角质体 树脂体 木栓体
结构镜质体 无结构镜质体
元 素 分 析
岩 石 热 解 分 析 红 外 光 谱 分 析
第一节 油气成因理论
二.石油的有机成因说
有机学说的最早提出人是18世纪苏 联的罗蒙诺索夫,他认为石油是煤 在地下经受高温蒸馏的产物。 19世纪初波东尼认为动植 物都能生成石油,也称动 植物混成说。 斯密特在现代沉积物中发 现了烃类,包括液态烃, 得出了石油是在沉积的早 期形成的理论,突破了 30~40年代特拉斯克关于 现代沉积物不存在烃类的 著名研究,这是一个飞跃 的突破。为此,斯密特曾 获得了诺贝尔奖。
Tissot分类 中国分类 原始H/C原子比 原始O/C原子比 生烃潜力S1+S2 (kg/t岩石)
藻质型 (Ⅰ)
腐泥型(Ⅱ) 腐 泥 型(Ⅰ)
腐植型(Ⅲ) 腐植型(Ⅲ) 1.0-0.70 0.3-0.2 <2
1.70-1.50 <0.1 >6
1.50-1.30 <0.2-0.1 6- 4
腐殖型 光学分类 透射光 反射光 化学分类 I型 IIA型 IIB型 III型
降解潜率(D,%)
IH(mg/g有机碳) IO(mg/g有机碳) 2930(cm-1)/1600(cm-1)
>50
>800 <40 >3.0
10-50
800-500 60-40 >3.0 <150 150-50 <0.4
<10
1460(cm-1)/1600(cm-1)
>1.20
1.20-0.45
<0.25
19世纪,有机学派提出了一些新的 方案,如以低等动物为主的动物说 和以藻类为主的植物说。也有人主 张石油与煤同源于高等植物,只是 沉积环境不同而已。
石油有 机成因
20世纪的50~60年代, 有人提出了原生说, 认为石油起源于生物 体中固有的烃类。据 估计海洋植物每年可 以产生12×106t烃,如 有0.01%被保存下来, 一亿年即可满足世界 石油储量。但生物体 中的原生烃含量太少, 更难以富集,不宜作 为生油的主要原料。
第一节 油气成因理论
在动植物混成说之后,人们又注意到有利于生油的生物化 学组份,1932年前苏联的古勃金认为,各种生物化学组份都可 参与生油。它们来自海洋的动植物残体,也可以是从陆地携带 入的生物分解产物,含有这些有机物质的淤泥,就是将来生成 石油的母质。母岩在早期由于细菌作用而产生分散态石油,晚 期由于负荷加大,将油水一起挤入多孔的地层中,而油水按比 重分开,形成了油藏和气藏。
解决石油成因问题涉及广泛的地质学科和化学学科。
第一节 油气成因理论
石油成因 无机 一.石油的无机成因学说 有机
石油的有机成因说盛行于19世纪中叶,较为有代表性的 学说有三个: 碳化说(门捷列夫的学说影响最大-19世纪中期) 石油是在地下深处的重金属碳化物与下渗的水相互作 用所形成的,经化学反应生成的蒸汽在冲向地壳的过程中 冷凝在地层孔隙里,在有一上覆的非渗透层遮挡时,可集 中形成油气藏。
第一节 油气成因理论
中间产物 干酪根
沥青
沉积物中的有机质在成岩作用的过程中,逐渐地转化成 为可溶有机溶剂中的沥青与不溶于有机溶剂中的干酪根两大 部分。 20世纪60年代后期,一些前苏联学者倾向于把沥青视为生 成石油的直接源泉。
20世纪70年代西欧的一些学者认为干酪根为生油的母质, 而沥青为干酪根热解过程的中间产物。
第一节 油气成因理论
四. 石油有机成因的证据
世界上已经发现的油气田99.9%都分布在沉积岩中。 各个时代的地层中都发现了石油(前寒武~第三纪)。 世界上石油的化学成分相似,说明他们的成因可能相同。
石油中富集的微量元素与岩石圈的相比相差很大。
油藏所在的地层温度较低(<100 ℃ ),含大量的低温有机化 合物。
第一节 油气成因理论
石油成因问题是石油地质学中研究的重要问题之一, 对待这个问题的研究已争论了一个世纪,其原因主要有 四个:
石油是可以流动的物体,产出地点非同生成地点。
石油是成分复杂的有机化合物,对外界途径的变化 较为敏感,它的不同组份可能有不同的生成经历。
对石油与原始母质之间的过渡形式缺乏明确的认识。
第一节 油气成因理论
宇宙成因说(索柯洛夫-19世纪晚期)
某些天体中发现有碳氢化合物,它们是宇宙中所固有的,在地 球处于熔融状态时,气圈中就存有碳氢化合物,后来随着地球的 冷却,而被吸附并凝结在地壳的上部,在沿着裂缝溢向地表的过 程中,便可以形成油气藏。
岩浆说(库德梁采夫-20世纪50~70年代)
第二节 生成油气的物质基础
三.生油的原始物质-干酪根镜下特征
第二节 生成油气的物质基础
三.生油的原始物质-干酪根镜下特征
第二节 生成油气的物质基础
烃源岩中的干酪根分类(据陈荣书,1989,补充)
孢粉学分类(透射光) 煤 岩 学 分 类
显微组分(反射光) 显微组分细分 (反射光)
藻 质
絮 质
壳 质 组
烃类
生油原始物质 沥青 干酪根
ห้องสมุดไป่ตู้
第二节 生成油气的物质基础
三.生油的原始物质-干酪根
干酪根在沉积物中的含量可占70~90%(88~99% )。
MAB抽提物(甲醇—丙酮—苯混合溶剂):
是极性很强的富含 N 、 S 、 O 的重质化 合物。元素组成接近于干酪根,可以代表 干酪根降解生烃过程中的中间产物。由此 人们认为有机质生油在很大程度上是干酪 根向沥青和烃类的转化过程。但也有一小 部分抽提物是直接从有机体中继承下来的。 干酪根颜色 : 是黑色或褐色的粉末,它不 是单组份,而是复杂的高分子聚合物。 干酪根元素组成(平均): C 占 76.4 %; H占6.3%、O占11.1%和及少量的S、N。 不同类型原始物质干酪根成分、结构和 特征也不相同,因此,对干酪根的研究是 相当复杂的。
对近代沉积物进行试验模拟可以产生石油烃类。
第一节 油气成因理论
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无机
有机
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第二节 生成油气的物质基础
一、生油的原始物质-有机残体
1.脂类 天然有机质与石油的平均元素组成 脂类是指动植物的油脂。油脂易水解生成脂肪酸和醇。脂肪 元素组成(质量百分数) 酸只要通过去羧基或加氢即可产生烃类。 C H S N O 2.碳水化合物 碳水 是植物的主要组成部分。它们在自然界分布中数量丰富,但 44 6 - - 50 化合物 不利于保存,易被喜氧细菌所消耗或被分解成水溶物质。其中 63 5 0.1 0.3 31.6 木质素 所含的纤维素较为稳定,是成煤的重要母质之一。 53 7 1 17 22 蛋白质 3.蛋白质 76 12 - - 12 脂 类 是不同氨基酸的聚合物。是生物体内的重要成分,是组成细 79 6 5 2 8 干酪根 胞的基础物质。但易受喜氧细菌的破坏而不利于保存。 84 10 3 1 2 沥 青 4.木质素 84.5 13 1.5 0.5 0.5 石 油 仅存在于高等植物中,抗腐能力强,是成煤的重要母质。