油氣地球化學(xué)知識(shí)框架

資料僅供參考文件編號(hào)：2022年4月版本號(hào)：A修改號(hào)：1頁(yè)次：1.0審核：批準(zhǔn):發(fā)布日期：油氣地球化學(xué)第一章生物有機(jī)質(zhì)組成與沉積模式第一節(jié)有機(jī)質(zhì)的形成與全球碳循環(huán)一、生命的起源與演化二、光合作用三、對(duì)地球上有機(jī)質(zhì)有主要貢獻(xiàn)的生物1、浮游植物（時(shí)間長(zhǎng)、水體面積高、繁殖率高）2、細(xì)菌（時(shí)間長(zhǎng)、分布廣、適應(yīng)性極強(qiáng)、繁殖快）3、高等植物（出現(xiàn)晚，分布在陸地保存難、可富集演化為煤層）4、浮游動(dòng)物（食物消費(fèi)者產(chǎn)率低、低等浮游動(dòng)物數(shù)量較大）有機(jī)碳的循環(huán)有機(jī)圈2、有機(jī)碳的循環(huán)(1)生物化學(xué)亞循環(huán)(2)地球化學(xué)亞循環(huán)第二節(jié)生物有機(jī)質(zhì)的組成和性質(zhì)一、碳水化合物二、蛋白質(zhì)和氨基酸（一）蛋白質(zhì)(二)氨基酸(三)酶三、脂類(lèi)1．脂肪酸2．臘3.萜類(lèi)和甾類(lèi)化合物4.甾族化合物四、木質(zhì)素和丹寧五、色素第三節(jié)有機(jī)質(zhì)沉積模式一、有機(jī)質(zhì)沉積的控制因素1、生物控制因素:微生物降解、原始生產(chǎn)速率2、物理控制因素:有機(jī)質(zhì)沉積速率、沉積環(huán)境、有機(jī)質(zhì)的搬運(yùn)作用二、缺氧環(huán)境的類(lèi)型1、大型缺氧湖泊（1）深水是缺氧湖泊發(fā)育的重要條件（2）缺氧湖泊的發(fā)育與緯度有關(guān)（四季變化明顯的湖泊底水含氧量大,熱帶湖泊含氧量少）2、海相缺氧環(huán)境(1)缺氧封閉局限海盆(2)由上升流形成的缺氧沉積第二章沉積有機(jī)質(zhì)組成及成巖演化第一節(jié)腐殖質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)1、腐殖質(zhì)的概念：是指土壤、天然水和現(xiàn)代沉積物中不能水解的、不溶于有機(jī)溶劑的暗色有機(jī)質(zhì)。2、腐殖質(zhì)的形成、提取及分類(lèi)形成有機(jī)質(zhì)受細(xì)菌作用后剩余的木質(zhì)素、氨基酸、脂肪酸、酚、纖維素等在微生物作用下縮合而成（在強(qiáng)還原環(huán)境下可以不形成腐殖質(zhì)）提取與分類(lèi)富啡酸（FA）、胡敏酸(HA)、胡敏素腐殖酸元素組成主要為C、H、O、S、N，其中C、O兩項(xiàng)占90%以上腐殖酸的結(jié)構(gòu)A富克斯結(jié)構(gòu)模型B費(fèi)爾伯克結(jié)構(gòu)模型C特拉古諾夫結(jié)構(gòu)模型D庫(kù)哈連科結(jié)構(gòu)通式4.腐殖酸的物理化學(xué)性質(zhì)(1)膠體性和可溶性(2)明顯的酸性(3)親水性(4)熱解性質(zhì)5.腐殖質(zhì)的演化第二節(jié)可溶有機(jī)質(zhì)一、可溶有機(jī)質(zhì)的定義凡是被中性有機(jī)溶劑從沉積巖（物）中溶解（抽?。┏鰜?lái)的有機(jī)質(zhì)稱(chēng)為可溶有機(jī)質(zhì)，或可抽提有機(jī)質(zhì)，也成為瀝青。可溶有機(jī)質(zhì)的分類(lèi)瀝青A：使用有機(jī)溶劑從沉積物或巖石中直接抽提出來(lái)的可溶有機(jī)質(zhì)。瀝青B：有機(jī)溶劑抽提后的殘?jiān)?jīng)高溫?zé)峤夂笤儆糜袡C(jī)溶劑抽提出來(lái)的可溶有機(jī)質(zhì)。瀝青C：使用有機(jī)溶劑從酸(HCl)處理過(guò)的沉積物或巖石中抽提出來(lái)的可溶有機(jī)質(zhì)氯仿瀝青“A”的族組分(1)油質(zhì)：溶于石油醚而不被硅膠吸附的瀝青部分主要由烴類(lèi)組成，在氯仿瀝青中約占20～50％；腐泥型有機(jī)質(zhì)中數(shù)較腐殖型有機(jī)質(zhì)多；腐泥型有機(jī)質(zhì)中油質(zhì)主要是脂肪化程度高的烷烴-環(huán)烷烴；腐殖型有機(jī)質(zhì)中油質(zhì)所含環(huán)烷-芳香烴稍多于烷烴-環(huán)烷烴。(2)膠質(zhì)：用苯和乙醇-苯從硅膠解吸的產(chǎn)物含硫、氮、氧的復(fù)雜含碳化合物腐泥型有機(jī)質(zhì)中數(shù)較腐殖型有機(jī)質(zhì)少膠質(zhì)又可分為苯膠質(zhì)和乙醇-苯膠質(zhì)(酸性較強(qiáng))(3)瀝青質(zhì)：溶于氯仿但不溶于石油醚的瀝青部分高分子化合物含量較膠質(zhì)增加顯微鏡下為膠狀顆粒，由稠環(huán)芳香烴和烷基側(cè)鏈組成腐泥型有機(jī)質(zhì)中數(shù)較腐殖型有機(jī)質(zhì)少四、氯仿瀝青元素組成氯仿瀝青主要由C、H、O、S、N元素組成；平均來(lái)說(shuō)，C的含量在84％左右，H的含量在10％左右，三種雜元素含量在6％左右。第三節(jié)有機(jī)質(zhì)的成巖演化（1）沉積物成巖作用沉積物沉積以后在埋藏過(guò)程中受溫度、壓力等外界因素的作用，失水、壓實(shí)、膠結(jié)、溶解等固結(jié)成巖的過(guò)程。通常指沉積物沉積之后直到變質(zhì)作用之前的整個(gè)過(guò)程。（2）成巖作用階段的有機(jī)質(zhì)演化有機(jī)質(zhì)成巖演變的主要營(yíng)力：微生物作用微生物的分布整個(gè)成巖環(huán)境，主要為80攝氏度以下的成巖環(huán)境；沉積物頂層細(xì)菌非常多,主要為喜氧細(xì)菌,深處主要為厭氧細(xì)菌；細(xì)菌可在淡水和高飽和鹽溶液中大量繁殖；在一些極端環(huán)境中，如火山熱泉、冰凍極區(qū)中都有細(xì)菌存在。微生物的代謝機(jī)制分解—分子結(jié)構(gòu)由大變小被簡(jiǎn)化合成—分子結(jié)構(gòu)由小變大被復(fù)雜化（5）沉積物中細(xì)菌對(duì)有機(jī)質(zhì)的作用（6）埋藏深度與厭氧細(xì)菌活動(dòng)的強(qiáng)度0~1-2米，沉積表面向下細(xì)菌迅速減少，細(xì)菌活動(dòng)強(qiáng)度的迅速降低主要是由于氧氣的減少，使喜氧和兼氧細(xì)菌死亡。2~150米，已無(wú)沉積的初始養(yǎng)料供細(xì)菌使用，故細(xì)菌活動(dòng)仍處于低潮，同時(shí)沉積有機(jī)質(zhì)不斷縮合，腐殖質(zhì)干酪根不斷生成，并代替了沉積有機(jī)質(zhì)。150~400米，溫度升至20~25℃，細(xì)菌利用新生成的腐殖酸和干酪根及其分解產(chǎn)物以及死亡的細(xì)菌作為養(yǎng)料，細(xì)菌活動(dòng)復(fù)蘇(其中發(fā)酵菌首先復(fù)蘇)。400~1000米，特別是700~1000米深度段內(nèi)，地溫升至35~45℃，最有利于甲烷生成菌生存，同時(shí)有機(jī)酸養(yǎng)料豐富，是細(xì)菌活動(dòng)的又一高潮有大量生物成因甲烷生成。1000~1800米，溫度升至70~80℃，甲烷生成菌死亡，生物甲烷不再生成。細(xì)菌作用讓位于熱解作用。第三章干酪根結(jié)構(gòu)特征與研究方法第一節(jié)干酪根定義及分離方法（1）干酪根的研究歷史（2）干酪根的分離方法（3）干酪根研究的常用方法1、光學(xué)類(lèi)方法（顯微鏡、SEM、熒光顯光鏡）2、化學(xué)類(lèi)方法（元素分析、穩(wěn)定同位素、熱解分析、超臨界抽提、氧化分解）3、物理類(lèi)方法（IR吸收光譜、X-ray、核磁共振NMR、順磁共振ESR）第二節(jié)干酪根的光學(xué)特性研究一、干酪根的顯微組分和光學(xué)特征1)顯微組分1、腐泥組2、殼質(zhì)組3、鏡質(zhì)組4、惰質(zhì)組2）顯微組分應(yīng)用1、劃分干酪跟類(lèi)型2、生油潛力的預(yù)測(cè)二、干酪根的顏色及其變化未成熟干酪根色淺，為淡黃色，隨T、P的上升，熱降解進(jìn)行，干酪根不斷降解、縮合、結(jié)構(gòu)緊實(shí)，因此顏色加深：黃→桔→棕→黑色。而且色度是不可逆的。三、鏡質(zhì)體反射率1.概念2.鏡質(zhì)體反射率測(cè)定方法3.鏡質(zhì)體反射率的應(yīng)用成熟度的標(biāo)尺、古地溫預(yù)測(cè)、剝蝕厚度的恢復(fù)Ro的局限性(1)、當(dāng)干酪根類(lèi)型較好時(shí)，即顯微組份中殼質(zhì)組占優(yōu)時(shí)，Ro數(shù)值降低，原因是富氫組份在降解生烴中殘?zhí)忌w在鏡質(zhì)體之上，使反射光強(qiáng)度降低。(2)、在下古生界、海相碳酸鹽巖等缺乏高等植物輸入的巖層中鏡質(zhì)體少或無(wú)，鏡質(zhì)體反射率測(cè)不準(zhǔn)或測(cè)不到。5、Ro為什么能夠反映成熟度鏡質(zhì)體是凝膠體，以芳香結(jié)構(gòu)為主，在T、P作用下，脫水、脫烷基側(cè)鏈，結(jié)構(gòu)由松散無(wú)序向緊實(shí)有序轉(zhuǎn)化，芳香片間距縮小，密度增大，從而反射率增大，這個(gè)過(guò)程是不可逆的，所以可用它反映成熟度。第三節(jié)干酪根研究的化學(xué)方法一、干酪根元素組成主要為：C、H、O、N、S,此外還含有少量磷和金屬元素什么是造成元素組成的差異？（1）、母質(zhì)來(lái)源（2）、沉積環(huán)境（3）、演化程度干酪根有機(jī)元素分析（1）、碳、氫分析（2）、氧分析3）干酪根元素組成及應(yīng)用二、干酪根的穩(wěn)定碳同位素組成（一）穩(wěn)定碳同位素分餾原理和表示法1.化學(xué)反應(yīng)中的同位素交換作用2.光合作用的動(dòng)力效應(yīng)3.物理—化學(xué)效應(yīng)（二）穩(wěn)定碳同位素分析方法（三）干酪根δ13C的組成和應(yīng)用1.干酪根的δ13C決定于先質(zhì)的δ13C2.干酪根δ13C分析母質(zhì)組成和沉積環(huán)境3.地質(zhì)歷史中干酪根δ13C的分布4.干酪根δ13C指示成熟度研究三、干酪根熱解分析（一）巖石評(píng)價(jià)儀（二）應(yīng)用指標(biāo)1.確定干酪根類(lèi)型2.干酪根演化程度3.評(píng)價(jià)烴源巖優(yōu)劣（三）熱解氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(四)干酪根生烴的熱模擬實(shí)驗(yàn)研究第四節(jié)干酪根研究的物理學(xué)方法一、干酪根紅外光譜分析及其應(yīng)用1.紅外光譜分析原理2.分子振動(dòng)形式3.干酪根中各基團(tuán)的振動(dòng)及紅外特征吸收位置二、X-ray衍射研究干酪根1.X-ray衍射分析原理2.X-ray衍射分析及譜圖3.干酪根X-ray衍射指標(biāo)與應(yīng)用三、干酪根的ESR研究1.基本原理2.地球化學(xué)意義四干酪根的NMR研究1.基本原理 2.干酪根1HNMR譜圖及應(yīng)用第五節(jié)干酪根的結(jié)構(gòu)模型與成烴模式干酪根的結(jié)構(gòu)模型I型干酪根Ⅱ型干酪根結(jié)構(gòu)Ⅲ型干酪根結(jié)構(gòu)干酪根的成烴模式1.有機(jī)質(zhì)演化的階段性2.干酪根成烴演化規(guī)律3.影響干酪根成烴演化的因素第四章生物標(biāo)志化合物第一節(jié)基本概念與分析方法一、概念二、生物標(biāo)志物的研究意義三、生物標(biāo)志化合物的分析1.巖石中可溶有機(jī)質(zhì)抽提2、族組分分離測(cè)定3、色譜技術(shù)4.色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)第二節(jié)正烷烴和無(wú)環(huán)異構(gòu)烷烴地球化學(xué)特征一、立體異構(gòu)的若干概念1.分子的手性和構(gòu)型2.構(gòu)型的表示法二正構(gòu)烷烴1.正烷烴的物理和化學(xué)性質(zhì)2.烴源巖、原油中正烷烴的主要來(lái)源3.正烷烴反映的沉積環(huán)境4.正烷烴反映有機(jī)質(zhì)或原油成熟度5.油源對(duì)比6.生物降解三、無(wú)環(huán)類(lèi)異戊二烯烷烴第三節(jié)二環(huán)—五環(huán)異戊二烯烷烴一、二環(huán)倍半萜烷地化意義：1、反映陸源有機(jī)質(zhì)的輸入2、油源對(duì)比3、成熟度研究三環(huán)二萜烷地化意義：1、三環(huán)二萜烷的碳數(shù)分布可反映有機(jī)質(zhì)成熟度2、三環(huán)二萜的相對(duì)分布可用于油源對(duì)比四環(huán)萜烷五、五環(huán)三萜烷第四節(jié)藿烷系列物的組成和地球化學(xué)意義一、藿烷的結(jié)構(gòu)和命名二、藿烷來(lái)源與轉(zhuǎn)化目前絕大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為藿烷類(lèi)系列化合物主要來(lái)源于原核生物或細(xì)菌。普遍認(rèn)為藿烷類(lèi)大多來(lái)源于一個(gè)Ｃ30的里白烯或一個(gè)Ｃ35的細(xì)菌藿烷四醇。三、藿烷類(lèi)化合物的鑒定四、藿烷的地球化學(xué)意義第五節(jié)甾烷的組成和地球化學(xué)意義甾烷系列物二、規(guī)則甾烷1.結(jié)構(gòu)2.來(lái)源3.規(guī)則甾烷的異構(gòu)體4.規(guī)則甾烷的鑒定5.規(guī)則甾烷的應(yīng)用1、應(yīng)用于成熟度的研究2、應(yīng)用于有機(jī)母源特征的研究3、應(yīng)用于油源對(duì)比的研究三、重排甾烷三、4-甲基甾烷四、低分子量甾烷五、芳香甾族化合物1.芳香甾族化合物的形成2.芳香甾烷的地球化學(xué)意義A.反映有機(jī)質(zhì)和原油的成熟度B.原油單芳甾的分布反映烴源巖巖性和海陸相第六節(jié)芳烴化合物及其地球化學(xué)意義1、單環(huán)芳烴2、多環(huán)芳烴1)萘系列化合物2)菲系列化合物3)三芴系列化合物4)其他多環(huán)芳烴3、環(huán)烷—芳烴第七節(jié)含氮化合物組成和研究意義一、卟啉(一)結(jié)構(gòu)和分布地質(zhì)體中的卟啉是植物葉綠素和動(dòng)物血紅素的衍生物.卟啉的分析和鑒定卟啉含N、含金屬元素,屬雜環(huán)復(fù)雜化合,它存在于原油或?yàn)r青A中的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)中.卟啉的石油地化意義1、成熟度研究2、沉積環(huán)境分析3、油源對(duì)比和運(yùn)移方向分析二、其它含氮化合物第五章天然氣成因類(lèi)型和評(píng)價(jià)第一節(jié)天然氣成因及其分布一、生物成因氣(一)生物氣的形成在還原環(huán)境下，有機(jī)質(zhì)在厭氧細(xì)菌的作用下發(fā)酵形成CH4,甲烷氣的形成一般分兩個(gè)階段：1、產(chǎn)酸階段2、產(chǎn)甲烷階段生物氣的標(biāo)志干：干燥系數(shù)大(C1/C1-C5)輕：同位素組成δ13C1<-55‰.生物氣的分布1、生物氣成因類(lèi)型和生成機(jī)理乙酸發(fā)酵生成甲烷二氧化碳還原生成甲烷烴源巖生物降解生成甲烷原油生物降解生成甲烷低溫?zé)岽呋傻褪鞖?、稠油降解氣的成因機(jī)理與成藏條件3、生物－熱催化過(guò)渡帶氣的概念與判識(shí)指標(biāo)過(guò)渡帶氣的甲烷碳同位素δ13C1主要為－60‰～－45‰源巖演化程度Ro在0.3％～0.6％范圍過(guò)渡帶氫同位素主要在－280‰～－180‰，主體小于－200‰說(shuō)明源巖以淡水沉積環(huán)境為主二、熱解成因氣（一）控制生氣的因素溫度和時(shí)間原始母質(zhì)的類(lèi)型和結(jié)構(gòu)氫的來(lái)源催化作用與礦物質(zhì)的結(jié)合程度（二）有機(jī)質(zhì)的演化規(guī)律（三）有機(jī)質(zhì)的類(lèi)型和結(jié)構(gòu)ⅠⅡ型：脂鏈多、含氧鏈少、脂鏈長(zhǎng)、主要生油，芳香結(jié)構(gòu)少、生成濕氣、H2不足。Ⅲ型(包括煤)：含氧鏈多、脂鏈短、主要生氣芳香結(jié)構(gòu)多、生成干氣、可產(chǎn)生游離H2。生氣階段和兩個(gè)生氣高峰第一個(gè)高峰期，主要是Ⅲ型有機(jī)質(zhì)的生氣高峰第二個(gè)生氣高峰，發(fā)生在油裂解為氣的階段三、深源氣四、特種天然氣的成因（一）氮?dú)?、第一階段和第二階段的蛋白質(zhì)→氨基酸→烴+NH3→N2在生物氣場(chǎng)合下，N2多，則CH4少，因?yàn)榄h(huán)境的還原程度不夠。2、在第四階段，雜環(huán)化合物在高溫下分解出N2。3、大多數(shù)淺層N2的來(lái)源：有機(jī)質(zhì)分解出的NH3與含鐵的氧化物發(fā)生氧化還原反應(yīng)（二）H2S1生物成因1、微生物同化還原作用和植物的吸收作用形成含硫有機(jī)化合物，如含硫的維生素或蛋白質(zhì)等，爾后在一定的條件下分解而產(chǎn)生硫化氫。2、硫酸鹽還原菌對(duì)硫酸鹽的異化還原代謝而實(shí)現(xiàn)——硫酸鹽還原菌利用各種有機(jī)質(zhì)(以C代表)或烴類(lèi)(或油氣)作為給氫體來(lái)還原硫酸鹽,在異化作用下直接形成硫化氫2.H2S的熱化學(xué)成因（1）熱化學(xué)分解成因是指含硫有機(jī)化合物在熱力作用下，含硫雜環(huán)斷裂形成硫化氫,又稱(chēng)為裂解型硫化氫。這種方式形成的硫化氫豐度一般<2%。（2）硫酸鹽的熱化學(xué)還原作用3火山噴發(fā)成因地球內(nèi)部硫元素的豐度遠(yuǎn)高于地殼，巖漿活動(dòng)使地殼深部的巖石熔融并產(chǎn)生含硫化氫的揮發(fā)成份，所以火山噴發(fā)物中常常含有硫化氫(如火山噴溢形成的包裹體中多數(shù)富含硫化氫)。而硫化氫的含量主要取決于巖漿的成分、氣體運(yùn)移條件等，因此火山噴發(fā)氣體中硫化氫的含量極不穩(wěn)定，而且也只有在特定的運(yùn)移和儲(chǔ)集條件下才能保存下來(lái)。（三）CO21.有機(jī)成因（1）腐植型有機(jī)質(zhì)富含含氧官能團(tuán)。在演化過(guò)程中，這些官能團(tuán)便會(huì)脫落形成CO2。（2）有機(jī)質(zhì)或儲(chǔ)層中的石油可以通過(guò)細(xì)菌作用，或被地下水中的氧和硫酸鹽、圍巖中的硫酸鹽氧化生成CO2.無(wú)機(jī)成因（1）由于碳酸鹽巖中Al、Mg、Fe和Mn等雜質(zhì)的存在，大大加快了碳酸鹽巖的分解速度，降低了它的分解溫度。因此地層中碳酸鹽巖的高溫分解，被認(rèn)為是CO2大量聚集的主要原因。（2）火山噴發(fā)和巖漿活動(dòng)也是CO2氣體的一個(gè)重要來(lái)源（3）CO2氣占火山氣體組成的第二位，在火山噴發(fā)衰弱及以后的熱液階段，都會(huì)有大量CO2沿裂縫進(jìn)入地層。第二節(jié)天然氣成因類(lèi)型的識(shí)別及評(píng)價(jià)一、用天然氣組分識(shí)別天然氣成因干燥系數(shù)重?zé)N苯指數(shù)濕度碳同位素組成用于天然氣成因識(shí)別一）δ13C在石油中的分布二）碳同位素組成在識(shí)別不同成因天然氣中的應(yīng)用三、稀有氣體及其同位素第三節(jié)煤層氣與頁(yè)巖氣簡(jiǎn)介一、煤層氣（一）、煤層氣地化特征1、組分特征2、碳同位素特征（二）、煤層氣吸附特征及影響因素（三）、控制煤層氣成藏的兩大關(guān)鍵因素二、頁(yè)巖氣1.概念2.發(fā)展3.技術(shù)關(guān)鍵第六章烴源巖評(píng)價(jià)及資源量估算第一節(jié)有效烴源巖的分布與評(píng)價(jià)問(wèn)題(一)國(guó)外典型有效烴源巖1.綠河頁(yè)巖2.西西伯利亞白堊系烴源巖3.中東地區(qū)侏羅系烴源巖(二)有效烴源巖的特征巖性特征：泥巖、頁(yè)巖、細(xì)粒碳酸鹽巖，單層厚度不大，多層或韻律層發(fā)育，有機(jī)質(zhì)富集紋層與礦物富集層交互的頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)豐度高：TOC在1%以上、2%以上，甚至在5%以上有機(jī)質(zhì)性質(zhì)：豐度高、類(lèi)型好，煤系有機(jī)質(zhì)類(lèi)型差但豐度高。(三)有效烴源巖形成的控制因素層序的控制沉積相的控制熱演化成熟度控制巖石性質(zhì)和巖石組合對(duì)排烴的控制溫度和壓力等外界條件的控制作