《成因概述》PPT课件.ppt

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1、第二章第二章 现代油气成因理论现代油气成因理论 第一节第一节油气成因理论发展概述油气成因理论发展概述一、油气成因的认识过程一、油气成因的认识过程油油气气成成因因问问题题，是是石石油油地地质质界界一一个个多多世世纪纪以以来来争争论论最最激激烈烈的的重重大大研研究究课课题题之之一一，正正确确解解决决这这个个问问题题，不不仅仅有有理理论论意意义义，而而且且对对于于指指导导油气勘探也有重大的实用价值。油气勘探也有重大的实用价值。回回顾顾100多多年年来来争争论论历历史史，各各家家对对油油气气成成因因问问题题的的认认识识，基基本本上上可以归纳为无机生成和有机生成两大学派。可以归纳为无机生成和有机生成两大

2、学派。无无机机生生成成学学派派认认为为石石油油和和天天然然气气是是在在地地下下深深处处高高温温、高高压压条条件件下由无机物变成的。下由无机物变成的。有有机机生生成成学学派派认认为为油油气气是是在在地地质质历历史史上上由由分分散散在在沉沉积积岩岩中中的的动动物物、植物有机体转化而成的。植物有机体转化而成的。有机成因说最早是由有机成因说最早是由罗蒙诺索夫罗蒙诺索夫于十八世纪中叶于十八世纪中叶提出的，他认为石油是煤在地下经受高温蒸馏形成的提出的，他认为石油是煤在地下经受高温蒸馏形成的产物。产物。无无机机成成因因说说比比较较有有代代表表性性的的是是十十九九世世纪纪中中叶叶门门捷捷列列夫夫的的碳碳化化物

3、物说说。门门捷捷列列夫夫根根据据实实验验可可以以无无机机合合成成烃烃类类的的事事实实，提提出出石石油油是是地地下下深深处处的的重重金金属属碳碳化化物与下渗的水相互作用所生成。物与下渗的水相互作用所生成。该学说的致命弱点是地下有无重金属碳化物以该学说的致命弱点是地下有无重金属碳化物以及地面的水能否穿越软流圈渗到地下深处均成问题。及地面的水能否穿越软流圈渗到地下深处均成问题。进进入入二二十十世世纪纪以以来来，由由于于在在石石油油中中找找到到了了生生物物起起源源的的直直接接证证据据，即即卟卟啉啉和和旋旋光光性性。有有机机学学说说日日趋趋主主导导地地位位。安安东尼总结出了近代生油概念的雏形。东尼总结出

4、了近代生油概念的雏形。1932年年，古古勃勃金金进进一一步步完完善善形形成成了了较较完完整整的的生生油油岩岩理理论：论：他认为，各种生化组分均可参与生油，它们来自他认为，各种生化组分均可参与生油，它们来自海洋海洋动植物残体，也可来自从陆地携入的生物分解产动植物残体，也可来自从陆地携入的生物分解产物；含有这些分解有机质的淤泥就是将来生成石油的物；含有这些分解有机质的淤泥就是将来生成石油的母岩；母岩在早期主要由于细菌的作用而产生分散态母岩；母岩在早期主要由于细菌的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地层，石油，晚期由于负荷加大将油水一起挤入多孔地层，继而油水按比重分开形成油藏。

5、继而油水按比重分开形成油藏。生生油油岩岩理理论论形形成成以以后后，进进一一步步的的争争论论转转向向石石油油是是在在成成岩岩早期亦或晚期生成的问题上来。早期亦或晚期生成的问题上来。五五十十年年代代前前后后，斯斯密密斯斯首首次次在在现现代代沉沉积积物物中中发发现现了了烃烃类类，包括液烃，进而得出石油在沉积早期即已形成的结论。包括液烃，进而得出石油在沉积早期即已形成的结论。然然而而，二二十十世世纪纪六六十十年年代代，一一些些学学者者研研究究表表明明：现现代代沉沉积积物物中中的的烃烃和和古古代代岩岩石石原原油油中中的的烃烃，在在分分布布上上、化化学学结结构构上上以以及及数数量量上上有有本本质质差差别别

6、。原原油油中中的的烃烃含含量量比比现现代代沉沉积积物物中中的的烃烃含含量量高高得得多多，现现代代沉沉积积物物中中正正烷烷烃烃则则存存在在明明显显的的奇奇偶偶碳碳优优势势，而而岩岩石石原原油油中中高高碳碳数数正正烷烷烃烃奇奇偶偶碳碳优优势势消消失失特特征征。所所以以，在在对对生生油油剖剖面面详详细细研研究究的的基基础础上上，晚晚期期生生油油说说认认为为，只只有有当当母母岩岩埋埋藏藏到到一定的深度和温度时，有机质才显著地产生成熟的石油烃。一定的深度和温度时，有机质才显著地产生成熟的石油烃。这这一一观观点点得得到到了了多多数数人人的的支支持持，但但实实际际上上，在在承承认认晚晚期期生生油油说说的的同

7、同时时，也也应应认认识识到到早早期期转转化化所所做做的的准准备备。早早期期和和晚晚期期是是石油生成的一个统一过程，应做辨证的分析。石油生成的一个统一过程，应做辨证的分析。最后，值得一提的是有机成因学派内的海相生油论最后，值得一提的是有机成因学派内的海相生油论在相当长的一段时间内是很得势的，尤其在国外，只是在相当长的一段时间内是很得势的，尤其在国外，只是1939年南庭格尔曾探讨过陆相生油的可能。年南庭格尔曾探讨过陆相生油的可能。四四十十年年代代，潘潘钟钟祥祥、黄黄汲汲青青等等老老一一代代地地质质学学家家，力力排排众众议议，以以丰丰富富的的中中国国油油田田实实例例雄雄辩辩地地论论证证了了陆陆相相生

8、生油油的的现现实实性性。使使唯唯海海相相生生油油理理论论发发生生了了动动摇摇。迄迄今今，已已很很少少有有人人再再反反对对陆陆相相生生油油了了。这这一一理理论论的的确确定定，对对我我国国的的石石油油勘勘探探起了重要的指导作用。起了重要的指导作用。目前，有机成因说已形成了相当完整的体系，已被大目前，有机成因说已形成了相当完整的体系，已被大多数人所接受。但并不意味真已尽善尽美，其中还有一些多数人所接受。但并不意味真已尽善尽美，其中还有一些问题还需进一步研究。例如，石油从母岩中析出的机制，问题还需进一步研究。例如，石油从母岩中析出的机制，碳酸盐中的生油过程等，都有待进一步探索。碳酸盐中的生油过程等，都

9、有待进一步探索。二、油气有机成因的证据二、油气有机成因的证据石石油油有有机机起起源源学学说说之之所所以以能能够够确确立立，除除了了它它能能对对整整个个生生油油过过程程给给予予了了合合理理解解释释外外，还还由由于于它它拥拥有有雄雄辩辩的地质和地球化学论据，主要的有以下七方面：的地质和地球化学论据，主要的有以下七方面：世界世界99%以上的石油产自沉积岩，个别产自以上的石油产自沉积岩，个别产自古老基岩的石油也是来自邻近沉积岩系中富含有机古老基岩的石油也是来自邻近沉积岩系中富含有机质的母岩。质的母岩。石油在地壳中的出现，与地史上生物的发育石油在地壳中的出现，与地史上生物的发育和兴衰亦步亦趋。如工业石油

10、大体进入显生宙才开和兴衰亦步亦趋。如工业石油大体进入显生宙才开始，并且，随着生物的繁衍而有日益增多的趋势。始，并且，随着生物的繁衍而有日益增多的趋势。在油田剖面中，含油层位总与富含有机质的层在油田剖面中，含油层位总与富含有机质的层位有依存关系。位有依存关系。除除卟卟啉啉外外，近近年年还还在在石石油油中中找找到到了了许许多多与与异异戊戊间间二二烯烯类类，萜萜类类和和甾甾醇醇类类有有关关的的化化合合物物。这这些些化化合合物物的的化化学学结结构构仅仅为为生生物物物物质质所所持持有有。这这即即为为地地球球化化学学家家称称之之的的生生物物标标记记化化合合物或者指纹化合物。物或者指纹化合物。所所谓谓的的生

11、生物物标标记记化化合合物物是是指指相相对对不不受受轻轻组组分分流流失失和和风风化化作作用用的的影影响响，在在有有机机演演化化的的初初期期和和中中期期始始终终保保持持着着这这种种较较高高分分子子的的物物质质，如如卟卟啉啉、异异戊戊间间二二烯烯类类等等。它它们们可可用用于于油油源源对比、地层对比和油苗对比。对比、地层对比和油苗对比。石油的元素组成，包括痕量元素组成，石油的元素组成，包括痕量元素组成，都与有机物质或有机矿产相近似，稳定同位素都与有机物质或有机矿产相近似，稳定同位素也相近。也相近。天然石油普遍具有旋光性。而这种特性天然石油普遍具有旋光性。而这种特性只有从生物获得的物质方可有此特性。只有

12、从生物获得的物质方可有此特性。大大量量实实验验表表明明，各各种种生生物物物物质质通通过过热热降降解解均均可可获获得得或或多多或或少少的的烃烃类类产产物物。现现代代和和古古代沉积有机质中均可获得这种物质代沉积有机质中均可获得这种物质。课外思考：课外思考：简述晚期成油理论的基本观点和依据？简述晚期成油理论的基本观点和依据？第二节第二节生成油气的物质基础生成油气的物质基础一、油气生成的原始物质一、油气生成的原始物质石石油油起起源源于于生生物物物物质质，生生物物物物质质的的化化学学组组成成主主要要有有4类类：脂类、碳水化合物、蛋白质以及木质素等组成：脂类、碳水化合物、蛋白质以及木质素等组成：脂类：狭义

13、的理解主要是指动植物的油脂，广义的脂类：狭义的理解主要是指动植物的油脂，广义的理解则泛指所有不溶于水但溶于溶剂（如乙醚、氯仿等）理解则泛指所有不溶于水但溶于溶剂（如乙醚、氯仿等）的脂状物质。的脂状物质。脂脂类类物物质质抗抗腐腐能能力力强强，化化学学成成分分和和结结构构都都接接近近石石油油，所以，历来被许多人当做最重要的成油母质。所以，历来被许多人当做最重要的成油母质。脂类只要去掉少量的氧即可转化成石油。而碳水化合物脂类只要去掉少量的氧即可转化成石油。而碳水化合物和木质素则要去掉大量氧，蛋白质除要去掉大量的氧，还必和木质素则要去掉大量氧，蛋白质除要去掉大量的氧，还必须去掉大量氮，方可转化为石油，

14、所以，相同量的上述四类须去掉大量氮，方可转化为石油，所以，相同量的上述四类生物聚合物，脂类将可产生更多的烃类。生物聚合物，脂类将可产生更多的烃类。碳碳水水化化合合物物，亦亦称称糖糖类类。具具体体又又包包括括葡葡萄萄糖糖，淀淀粉粉，纤维素等，它们主要分布于植物中，动物中数量很少。纤维素等，它们主要分布于植物中，动物中数量很少。由由于于碳碳水水化化合合物物大大多多容容易易被被喜喜氧氧菌菌破破坏坏难难于于保保存存，只只有纤维素较稳定，是煤的重要母质之一。有纤维素较稳定，是煤的重要母质之一。蛋白质：蛋白质是生物体内最重要的成分，但易受蛋白质：蛋白质是生物体内最重要的成分，但易受喜氧细菌破坏，不利保存。

15、喜氧细菌破坏，不利保存。木木质质素素：仅仅存存于于高高等等植植物物中中，具具有有比比纤纤维维素素还还强强的的抗腐能力，是成煤的重要母质，也可生成天然气。抗腐能力，是成煤的重要母质，也可生成天然气。上述生物化学组分在不同的生物内的含量是不相同的，上述生物化学组分在不同的生物内的含量是不相同的，植物主要含碳水化合物，而动物主要含蛋白质。脂类在动植物主要含碳水化合物，而动物主要含蛋白质。脂类在动物、低等植物以及高等植物的某些组织中有较丰富的含量。物、低等植物以及高等植物的某些组织中有较丰富的含量。木质素主要存在于高等植物中。木质素主要存在于高等植物中。此外，为了能够更全面地评价不同生物做为成油母质此

16、外，为了能够更全面地评价不同生物做为成油母质的地位，还应了解的地位，还应了解生物在自然界的产出特点生物在自然界的产出特点：动动物物是是附附属属于于植植物物的的寄寄生生体体系系，植植物物年年产产有有机机碳碳量量远大于动物。远大于动物。水水生生生生物物生生存存空空间间较较陆陆生生生生物物广广泛泛得得多多。故故前前者者所所生生成成的的有有机机碳碳总总量量也也相相应应要要大大。如如现现今今陆陆地地上上的的植植物物年年产产量量不及海陆总产量的不及海陆总产量的1/7。低等生物繁殖迅速，产量巨大，如低等生物繁殖迅速，产量巨大，如:里海和南加洲里海和南加洲陆缘海中浮游植物占绝对优势。陆缘海中浮游植物占绝对优势

17、。二、沉积有机质的形成二、沉积有机质的形成生生物物物物质质与与石石油油在在化化学学组组成成上上的的差差异异是是从从生生物物有有机质进入到沉积有机质时开始转化的。机质进入到沉积有机质时开始转化的。所所谓谓沉沉积积有有机机质质，是是随随无无机机质质点点一一起起沉沉积积并并保保存存下下来来的的生生物物残残留留物物质质。这这当当中中既既包包括括生生物物的的遗遗体体，又又包包括括生物生命过程中的排泄物和分泌物。生物生命过程中的排泄物和分泌物。生物死亡后，其生物死亡后，其遗体将受到化学分解遗体将受到化学分解和细菌分解，大部分和细菌分解，大部分变成气态或水溶液成变成气态或水溶液成分而逸散，只有很少分而逸散，

18、只有很少的一小部分进入到沉的一小部分进入到沉积物中去。它又只占积物中去。它又只占岩石的一小部分。岩石的一小部分。进入到沉积物中进入到沉积物中的有机质一部分是生的有机质一部分是生物物质中的稳定成分，物物质中的稳定成分，如孢粉、树脂等。另如孢粉、树脂等。另一部分是新生成的复一部分是新生成的复杂分子物。杂分子物。它其中的它其中的一小部分能转换成油一小部分能转换成油气。气。三、沉积有机质的分布和丰度三、沉积有机质的分布和丰度沉积物中有机质的含量与许多因素有关：沉积物中有机质的含量与许多因素有关：其其一一是是与与生生物物物物质质的的产产量量有有关关，这这是是由由生生物物形形成成的的环环境所决定的，如温暖

19、的浅海集中了海洋生物的绝大部分。境所决定的，如温暖的浅海集中了海洋生物的绝大部分。与与原原始始有有机机质质的的保保存存条条件件有有关关，处处于于氧氧化化环环境境的的有有机机质易于遭受破坏，处于还原条件的有机质易于保存下来。质易于遭受破坏，处于还原条件的有机质易于保存下来。与与堆堆积积速速度度有有关关，堆堆积积埋埋没没的的速速度度越越快快越越利利于于有有机机质的保存。质的保存。与沉积物的粒度密切相关。与沉积物的粒度密切相关。据据现现代代沉沉积积物物研研究究表表明明，砂砂的的有有机机质质含含量量为为0.77%，粉粉砂砂的的为为1.2%，粘粘土土为为1.8%。粒粒度度越越细细，有有机质含量越多，其原

20、因主要有三点：机质含量越多，其原因主要有三点：A、从从沉沉积积分分异异角角度度看看，呈呈胶胶体体或或悬悬浮浮态态的的有有机机质点同粘土质点有很大的一致性，因而可以同步沉落。质点同粘土质点有很大的一致性，因而可以同步沉落。B、粘土具有较强的吸附有机质的能力。粘土具有较强的吸附有机质的能力。C、形成泥质的环境往往处于还原条件，有利于保形成泥质的环境往往处于还原条件，有利于保存有机质。存有机质。有有机机质质的的丰丰度度大大多多是是用用有有机机碳碳含含量量来来表表示示的的，因为碳元素在有机质乃至有机矿产中最多也最稳定。因为碳元素在有机质乃至有机矿产中最多也最稳定。有有机机碳碳含含量量乘乘以以系系数数1

21、.6和和1.22，分分别别代代表表了了现现代代和和古古代代（已已有有部部分分转转化化了了，故故乘乘以以1.22）沉沉积积中中的有机质含量的有机质含量。现代从岩石中所测得的有机碳含量实际是残留现代从岩石中所测得的有机碳含量实际是残留的有机碳含量。不过，被转化移出的只是极少一部的有机碳含量。不过，被转化移出的只是极少一部分。分。四、沉积有机质中的干酪根：四、沉积有机质中的干酪根：1.概念概念有有机机质质干酪根：干酪根：沉积岩中不溶于碱、非氧化型酸和非极性有机溶剂的分散有沉积岩中不溶于碱、非氧化型酸和非极性有机溶剂的分散有机质。机质。实验室从岩石中提纯出来实验室从岩石中提纯出来的的干酪根是黑色或褐色

22、粉末。干酪根是黑色或褐色粉末。沥青沥青用用乙乙醚醚溶溶解解沉沉淀淀物物沥沥青青质质烃烃类类+胶胶质质可可溶溶的的用用硅硅胶、胶、有有机机溶溶剂剂冲冲洗洗冲洗物冲洗物 烃烃 色层色层吸附物吸附物 胶质胶质溶于有溶于有机溶剂机溶剂的的若用氯仿作为溶剂，若用氯仿作为溶剂，直接溶解得到的沥直接溶解得到的沥青即称之为青即称之为沥青沥青“A”或氯仿沥青或氯仿沥青“A”。若将氯仿抽提过的岩样用盐酸浸泡后，再用有机若将氯仿抽提过的岩样用盐酸浸泡后，再用有机溶剂溶解得到的沥青称之为沥青溶剂溶解得到的沥青称之为沥青“C”（包括束缚沥青包括束缚沥青和结合沥青）。和结合沥青）。2.干酪根的特征：干酪根的特征：干干酪酪

23、根根在在沉沉积积有有机机质质中中的的含含量量可可占占70-90%甚甚至至更更高高，所所以干酪根的含量也是通过有机碳的含量来估算的。以干酪根的含量也是通过有机碳的含量来估算的。分分析析表表明明：干干酪酪根根含含量量随随深深度增大而降低度增大而降低烃类反而增加烃类反而增加反映了干酪根和反映了干酪根和石油呈消长关系。表石油呈消长关系。表明了干酪根是生成石明了干酪根是生成石油的主体物质，干酪油的主体物质，干酪根的类型基本上代表根的类型基本上代表了有机质的类型。了有机质的类型。在在这这一一转转化化过过程程中中，有有一一中中间间阶阶段段产产物物MAB抽抽提提物物，所所谓谓的的MAB抽抽提提物物是是用用甲甲

24、醇醇-丙丙酮酮-苯苯混混合合液液抽抽提提岩岩石石中中有有机机质质所所得得到到的的极极性性很很强强的的富富含含N、S、O的的重重质质化化合物。合物。它它是是有有机机质质生生烃烃过过程程中中的的中中间间阶阶段段产产物物。它它随随深深度度增增大大，与与干干酪酪根根呈呈类类似似的的下降趋势。下降趋势。由于干酪根在沉积有机质中的含量可占由于干酪根在沉积有机质中的含量可占70-90%以上，以上，所以，所以，干酪根的类型基本上代表了有机质的类型干酪根的类型基本上代表了有机质的类型3.干酪根的类型干酪根的类型1）化学分类：）化学分类：蒂蒂索索借借助助煤煤岩岩的的研研究究成成果果，将将干干酪酪根根按按H/C和和

25、O/C原原子子比比分分为为三三种类型：种类型：型干酪根：型干酪根：H/CO/C-0.12型干酪根：型干酪根：H/CO/C型干酪根：型干酪根：H/CO/C干酪根的类型，目前流行的分类有两种：干酪根的类型，目前流行的分类有两种：化学分类：化学分类：光学分类：光学分类：干干酪酪根根分分类类、演演化化图图解解型干酪根以型干酪根以链状结构较多为特链状结构较多为特征，生油潜力大征，生油潜力大；型干酪根介型干酪根介于二者之间。于二者之间。型干酪根以型干酪根以芳香结构多为特征芳香结构多为特征,生油潜力小；生油潜力小；后后来来，蒂蒂索索又又分分出出了了型型干干酪酪根根，其其特特点点是是：O/C原原子子比比较较高

26、高，大大于于0.25；H/C原原子子比比很很低低，介介于于0.50.6之之间间，它的生油潜力几乎等于零。它的生油潜力几乎等于零。2）光学分类：）光学分类：A.透射光下分类：透射光下分类：干酪根在显微镜的干酪根在显微镜的透射光下可以划分出五种类型透射光下可以划分出五种类型：无定形絮质：无定形絮质：是没有清晰几何边缘的，无定形的浅团是没有清晰几何边缘的，无定形的浅团或粉末。主要来源于浮游生物。或粉末。主要来源于浮游生物。藻质：藻质：是可识别出藻类构造的组分。是可识别出藻类构造的组分。草质组分包括：草质组分包括：孢子、花粉、角质层、叶表皮层孢子、花粉、角质层、叶表皮层（也称木栓层）等组分，来源于陆生

27、植物。（也称木栓层）等组分，来源于陆生植物。木质组分：木质组分：是长形具木质结构的纤维质。来源于陆是长形具木质结构的纤维质。来源于陆地植物。地植物。煤质组分：煤质组分：是炭化的植物组分。是炭化的植物组分。絮质组分絮质组分藻质组分藻质组分草质组分草质组分木质组分木质组分小包子体小包子体小包子体小包子体小包子体小包子体藻类无定形絮质的生油能力最强，煤质最差。中藻类无定形絮质的生油能力最强，煤质最差。中间依次是草质和木质。间依次是草质和木质。B.反射光下分类：反射光下分类：（1 1）壳质组分：又称稳定性组分，在反射光下呈）壳质组分：又称稳定性组分，在反射光下呈 暗灰色，低突起，相对富氢。暗灰色，低突

28、起，相对富氢。（2 2）镜质组分：在反射光下呈灰）镜质组分：在反射光下呈灰灰白色，无突灰白色，无突 起或低突起，相对富氧。起或低突起，相对富氧。（3 3）惰性组分：在反射光下呈白）惰性组分：在反射光下呈白亮黄白色，较亮黄白色，较 高突起，相对富碳。高突起，相对富碳。上述三组分的生油潜力以壳质组分为主，然后依上述三组分的生油潜力以壳质组分为主，然后依次降低。次降低。煤质煤质类类型型分类方案分类方案腐泥组分腐泥组分腐植组分腐植组分反射光分类反射光分类透射光分类透射光分类成矿意义成矿意义壳质组壳质组镜质组镜质组惰性组惰性组藻质藻质絮质絮质草质草质木质木质化学分类化学分类、物质来源物质来源海洋、湖泊海洋、湖泊陆陆地地陆陆地地陆陆地、再沉积地、再沉积石油、油页岩、腐泥煤石油、油页岩、腐泥煤油、气油、气气、腐植煤气、腐植煤 无油、痕量气无油、痕量气干酪根划分方案对照及其地质意义干酪根划分方案对照及其地质意义尽管我们上述对干酪根类型进行了详细划分，但必须注意，岩石中尽管我们上述对干酪根类型进行了详细划分，但必须注意，岩石中的干酪根是各种类型的混杂组合，只是各种类型的含量比例不同而已。的干酪根是各种类型的混杂组合，只是各种类型的含量比例不同而已。课外思考：课外思考：1、为为什什么么说说浮浮游游生生物物是是主主要要的的成成油油原原始始物质？物质？