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第二章當代油氣成因理論

成因概述第1頁

第一節(jié)油氣成因理論發(fā)展概述

一、油氣成因認識過程油氣成因問題，是石油地質(zhì)界一個多世紀以來爭論最激烈重大研究課題之一，正確處理這個問題，不但有理論意義，而且對于指導油氣勘探也有重大實用價值。回顧100多年來爭論歷史，各家對油氣成因問題認識，基本上能夠歸納為無機生成和有機生成兩大學派。

無機生成學派認為石油和天然氣是在地下深處高溫、高壓條件下由無機物變成。

有機生成學派認為油氣是在地質(zhì)歷史上由分散在沉積巖中動物、植物有機體轉(zhuǎn)化而成。成因概述第2頁

有機成因說最早是由羅蒙諾索夫于十八世紀中葉提出，他認為石油是煤在地下經(jīng)受高溫蒸餾形成產(chǎn)物。

無機成因說比較有代表性是十九世紀中葉門捷列夫碳化物說。門捷列夫依據(jù)試驗能夠無機合成烴類事實，提出石油是地下深處重金屬碳化物與下滲水相互作用所生成。

該學說致命弱點是地下有沒有重金屬碳化物以及地面水能否穿越軟流圈滲到地下深處均成問題。成因概述第3頁進入二十世紀以來，因為在石油中找到了生物起源直接證據(jù)，即卟啉和旋光性。有機學說日趨主導地位。安東尼總結(jié)出了近代生油概念雛形。1932年，古勃金深入完善形成了較完整生油巖理論：他認為，各種生化組分均可參加生油，它們來自海洋動植物殘體，也可來自從陸地攜入生物分解產(chǎn)物；含有這些分解有機質(zhì)淤泥就是未來生成石油母巖；母巖在早期主要因為細菌作用而產(chǎn)生分散態(tài)石油，晚期因為負荷加大將油水一起擠入多孔地層，繼而油水按比重分開形成油藏。成因概述第4頁生油巖理論形成以后，深入爭論轉(zhuǎn)向石油是在成巖早期亦或晚期生成問題上來。

五十年代前后，斯密斯首次在當代沉積物中發(fā)覺了烴類，包含液烴，進而得出石油在沉積早期即已形成結(jié)論。然而，二十世紀六十年代，一些學者研究表明：當代沉積物中烴和古代巖石原油中烴，在分布上、化學結(jié)構上以及數(shù)量上有本質(zhì)差異。原油中烴含量比當代沉積物中烴含量高得多，當代沉積物中正烷烴則存在顯著奇偶碳優(yōu)勢，而巖石原油中高碳數(shù)正烷烴奇偶碳優(yōu)勢消失特征。所以，在對生油剖面詳細研究基礎上，晚期生油說認為，只有當母巖埋藏到一定深度和溫度時，有機質(zhì)才顯著地產(chǎn)生成熟石油烴。這一觀點得到了多數(shù)人支持，但實際上，在認可晚期生油說同時，也應認識到早期轉(zhuǎn)化所做準備。早期和晚期是石油生成一個統(tǒng)一過程，應做辨證分析。成因概述第5頁成因概述第6頁最終，值得一提是有機成因?qū)W派內(nèi)海相生油論在相當長一段時間內(nèi)是很得勢，尤其在國外，只是1939年南庭格爾曾探討過陸相生油可能。

四十年代，潘鐘祥、黃汲青等老一代地質(zhì)學家，力排眾議，以豐富中國油田實例雄辯地論證了陸相生油現(xiàn)實性。使唯海相生油理論發(fā)生了動搖。迄今，已極少有些人再反對陸相生油了。這一理論確實定，對我國石油勘探起了主要指導作用。當前，有機成因說已形成了相當完整體系，已被大多數(shù)人所接收。但并不意味真已盡善盡美，其中還有一些問題還需深入研究。比如，石油從母巖中析出機制，碳酸鹽中生油過程等，都有待深入探索。成因概述第7頁二、油氣有機成因證據(jù)

石油有機起源學說之所以能夠確立，除了它能對整個生油過程給予了合了解釋外，還因為它擁有雄辯地質(zhì)和地球化學論據(jù)，主要有以下七方面：

①世界99%以上石油產(chǎn)自沉積巖，個別產(chǎn)自古老基巖石油也是來自鄰近沉積巖系中富含有機質(zhì)母巖。成因概述第8頁

②石油在地殼中出現(xiàn)，與地史上生物發(fā)育和興衰亦步亦趨。如工業(yè)石油大致進入顯生宙才開始，而且，伴隨生物繁衍而有日益增多趨勢。③在油田剖面中，含油層位總與富含有機質(zhì)層位有依存關系。④除卟啉外，近年還在石油中找到了許多與異戊間二烯類，萜類和甾醇類相關化合物。這些化合物化學結(jié)構僅為生物物質(zhì)所持有。這即為地球化學家稱之生物標識化合物或者指紋化合物。所謂生物標識化合物是指相對不受輕組分流失和風化作用影響，在有機演化早期和中期一直保持著這種較高分子物質(zhì)，如卟啉、異戊間二烯類等。它們可用于油源對比、地層對比和油苗對比。成因概述第9頁

⑤石油元素組成，包含痕量元素組成，都與有機物質(zhì)或有機礦產(chǎn)相近似，穩(wěn)定同位素也相近。

⑥天然石油普遍含有旋光性。而這種特征只有從生物取得物質(zhì)方可有此特征。

⑦大量試驗表明，各種生物物質(zhì)經(jīng)過熱降解均可取得或多或少烴類產(chǎn)物。當代和古代沉積有機質(zhì)中均可取得這種物質(zhì)。成因概述第10頁課外思索：

簡述晚期成油理論基本觀點和依據(jù)？成因概述第11頁第二節(jié)生成油氣物質(zhì)基礎

一、油氣生成原始物質(zhì)

石油起源于生物物質(zhì)，生物物質(zhì)化學組成主要有4類：脂類、碳水化合物、蛋白質(zhì)以及木質(zhì)素等組成：①脂類：狹義了解主要是指動植物油脂，廣義了解則泛指全部不溶于水但溶于溶劑（如乙醚、氯仿等）脂狀物質(zhì)。

脂類物質(zhì)抗腐能力強，化學成份和結(jié)構都靠近石油，所以，從來被許多人當做最主要成油母質(zhì)。

成因概述第12頁脂類只要去掉少許氧即可轉(zhuǎn)化成石油。而碳水化合物和木質(zhì)素則要去掉大量氧，蛋白質(zhì)除要去掉大量氧，還必須去掉大量氮，方可轉(zhuǎn)化為石油，所以，相同量上述四類生物聚合物，脂類將可產(chǎn)生更多烴類。

②碳水化合物，亦稱糖類。詳細又包含葡萄糖，淀粉，纖維素等，它們主要分布于植物中，動物中數(shù)量極少。因為碳水化合物大多輕易被喜氧菌破壞難于保留，只有纖維素較穩(wěn)定，是煤主要母質(zhì)之一。

③蛋白質(zhì)：蛋白質(zhì)是生物體內(nèi)最主要成份，但易受喜氧細菌破壞，不利保留。成因概述第13頁④木質(zhì)素：僅存于高等植物中，含有比纖維素還強抗腐能力，是成煤主要母質(zhì)，也可生整天然氣。上述生物化學組分在不一樣生物內(nèi)含量是不相同，植物主要含碳水化合物，而動物主要含蛋白質(zhì)。脂類在動物、低等植物以及高等植物一些組織中有較豐富含量。木質(zhì)素主要存在于高等植物中。成因概述第14頁另外，為了能夠更全方面地評價不一樣生物做為成油母質(zhì)地位，還應了解生物在自然界產(chǎn)出特點：

①動物是從屬于植物寄生體系，植物年產(chǎn)有機碳量遠大于動物。②水生生物生存空間較陸生生物廣泛得多。故前者所生成有機碳總量也對應要大。如現(xiàn)今陸地上植物年產(chǎn)量不及海陸總產(chǎn)量1/7。③低等生物繁殖快速，產(chǎn)量巨大，如:里海和南加洲陸緣海中浮游植物占絕對優(yōu)勢。成因概述第15頁二、沉積有機質(zhì)形成生物物質(zhì)與石油在化學組成上差異是從生物有機質(zhì)進入到沉積有機質(zhì)時開始轉(zhuǎn)化。所謂沉積有機質(zhì)，是隨無機質(zhì)點一起沉積并保留下來生物殘留物質(zhì)。這當中既包含生物遺體，又包含生物生命過程中排泄物和分泌物。

成因概述第16頁生物死亡后，其遺體將受到化學分解和細菌分解，大部分變成氣態(tài)或水溶液成份而逸散，只有極少一小部分進入到沉積物中去。它又只占巖石一小部分。進入到沉積物中有機質(zhì)一部分是生物物質(zhì)中穩(wěn)定成份，如孢粉、樹脂等。另一部分是新生成復雜分子物。它其中一小部分能轉(zhuǎn)換成油氣。成因概述第17頁三、沉積有機質(zhì)分布和豐度沉積物中有機質(zhì)含量與許多原因相關：①其一是與生物物質(zhì)產(chǎn)量相關，這是由生物形成環(huán)境所決定，如溫暖淺海集中了海洋生物絕大部分。②與原始有機質(zhì)保留條件相關，處于氧化環(huán)境有機質(zhì)易于遭受破壞，處于還原條件有機質(zhì)易于保留下來。③與堆積速度相關，堆積埋沒速度越快越利于有機質(zhì)保留。④與沉積物粒度親密相關。成因概述第18頁據(jù)當代沉積物研究表明，砂有機質(zhì)含量為0.77%，粉砂為1.2%，粘土為1.8%。粒度越細，有機質(zhì)含量越多，其原因主要有三點：

A、從沉積分異角度看，呈膠體或懸浮態(tài)有機質(zhì)點同粘土質(zhì)點有很大一致性，因而能夠同時沉落。

B、粘土含有較強吸附有機質(zhì)能力。

C、形成泥質(zhì)環(huán)境往往處于還原條件，有利于保留有機質(zhì)。成因概述第19頁有機質(zhì)豐度大多是用有機碳含量來表示，因為碳元素在有機質(zhì)乃至有機礦產(chǎn)中最多也最穩(wěn)定。有機碳含量乘以系數(shù)1.6和1.22，分別代表了當代和古代（已經(jīng)有部分轉(zhuǎn)化了，故乘以1.22）沉積中有機質(zhì)含量。當代從巖石中所測得有機碳含量實際是殘留有機碳含量。不過，被轉(zhuǎn)化移出只是極少一部分。成因概述第20頁四、沉積有機質(zhì)中干酪根：1.概念有機質(zhì)干酪根：沉積巖中不溶于堿、非氧化型酸和非極性有機溶劑分散有機質(zhì)。試驗室從巖石中提純出來干酪根是黑色或褐色粉末。瀝青用乙醚溶解沉淀物瀝青質(zhì)烴類+膠質(zhì)可溶用硅膠、有機溶劑沖洗沖洗物烴色層吸附物膠質(zhì)溶于有機溶劑若用氯仿作為溶劑，直接溶解得到瀝青即稱之為瀝青“A”或氯仿瀝青“A”。若將氯仿抽提過巖樣用鹽酸浸泡后，再用有機溶劑溶解得到瀝青稱之為瀝青“C”（包含束縛瀝青和結(jié)合瀝青）。成因概述第21頁2.干酪根特征：

干酪根在沉積有機質(zhì)中含量可占70-90%甚至更高，所以干酪根含量也是經(jīng)過有機碳含量來估算。

分析表明：干酪根含量隨深度增大而降低烴類反而增加反應了干酪根和石油呈消長關系。表明了干酪根是生成石油主體物質(zhì)，干酪根類型基本上代表了有機質(zhì)類型。

成因概述第22頁在這一轉(zhuǎn)化過程中，有一中間階段產(chǎn)物——MAB抽提物，所謂MAB抽提物是用甲醇-丙酮-苯混合液抽提巖石中有機質(zhì)所得到極性很強富含N、S、O重質(zhì)化合物。它是有機質(zhì)生烴過程中中間階段產(chǎn)物。它隨深度增大，與干酪根呈類似下降趨勢。成因概述第23頁因為干酪根在沉積有機質(zhì)中含量可占70-90%以上，所以，干酪根類型基本上代表了有機質(zhì)類型3.干酪根類型

1）化學分類：

蒂索借助煤巖研究結(jié)果，將干酪根按H/C和O/C原子比分為三種類型：Ⅰ型干酪根：H/C原子比高，介于1.25-1.75

O/C原子比低，小于0.026-0.12Ⅱ型干酪根：H/C原子比介于0.65—1.25之間

O/C原子比介于0.04—0.13之間Ⅲ型干酪根：H/C原子低，介于0.46—0.93

O/C原子比高，大于0.05-0.3干酪根類型，當前流行分類有兩種：化學分類：光學分類：成因概述第24頁干酪根分類、演化圖解成因概述第25頁Ⅰ型干酪根以鏈狀結(jié)構較多為特征，生油潛力大；Ⅱ型干酪根介于二者之間。Ⅲ型干酪根以芳香結(jié)構多為特征,生油潛力?。?/p>

以后，蒂索又分出了Ⅳ型干酪根，其特點是：①O/C原子比較高，大于0.25；②H/C原子比很低，介于0.5～0.6之間，它生油潛力幾乎等于零。

成因概述第26頁2）光學分類：

A.透射光下分類：

干酪根在顯微鏡透射光下能夠劃分出五種類型：

①無定形絮質(zhì)：是沒有清楚幾何邊緣，無定形淺團或粉末。主要起源于浮游生物。

②藻質(zhì)：是可識別出藻類結(jié)構組分。

③草質(zhì)組分包含：孢子、花粉、角質(zhì)層、葉表皮層（也稱木栓層）等組分，起源于陸生植物。

④木質(zhì)組分：是長形具木質(zhì)結(jié)構纖維質(zhì)。起源于陸地植物。

⑤煤質(zhì)組分：是炭化植物組分。

成因概述第27頁絮質(zhì)組分藻質(zhì)組分草質(zhì)組分成因概述第28頁木質(zhì)組分小包