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第二章當(dāng)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(rèn)識(shí)過程油氣成因問題，是石油地質(zhì)界一個(gè)多世紀(jì)以來爭論最激烈重大研究課題之一，正確處理這個(gè)問題，不但有理論意義，而且對(duì)于指導(dǎo)油氣勘探也有重大實(shí)用價(jià)值。回顧100多年來爭論歷史，各家對(duì)油氣成因問題認(rèn)識(shí)，基本上能夠歸納為無機(jī)生成和有機(jī)生成兩大學(xué)派。

無機(jī)生成學(xué)派認(rèn)為石油和天然氣是在地下深處高溫、高壓條件下由無機(jī)物變成。

有機(jī)生成學(xué)派認(rèn)為油氣是在地質(zhì)歷史上由分散在沉積巖中動(dòng)物、植物有機(jī)體轉(zhuǎn)化而成。成因概述第2頁

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

無機(jī)成因說比較有代表性是十九世紀(jì)中葉門捷列夫碳化物說。門捷列夫依據(jù)試驗(yàn)?zāi)軌驘o機(jī)合成烴類事實(shí)，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(xué)說致命弱點(diǎn)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(jìn)入二十世紀(jì)以來，因?yàn)樵谑椭姓业搅松锲鹪粗苯幼C據(jù)，即卟啉和旋光性。有機(jī)學(xué)說日趨主導(dǎo)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(rèn)為，各種生化組分均可參加生油，它們來自海洋動(dòng)植物殘?bào)w，也可來自從陸地?cái)y入生物分解產(chǎn)物；含有這些分解有機(jī)質(zhì)淤泥就是未來生成石油母巖；母巖在早期主要因?yàn)榧?xì)菌作用而產(chǎn)生分散態(tài)石油，晚期因?yàn)樨?fù)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(dāng)代沉積物中發(fā)覺了烴類，包含液烴，進(jìn)而得出石油在沉積早期即已形成結(jié)論。然而，二十世紀(jì)六十年代，一些學(xué)者研究表明：當(dāng)代沉積物中烴和古代巖石原油中烴，在分布上、化學(xué)結(jié)構(gòu)上以及數(shù)量上有本質(zhì)差異。原油中烴含量比當(dāng)代沉積物中烴含量高得多，當(dāng)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(duì)生油剖面詳細(xì)研究基礎(chǔ)上，晚期生油說認(rèn)為，只有當(dāng)母巖埋藏到一定深度和溫度時(shí)，有機(jī)質(zhì)才顯著地產(chǎn)生成熟石油烴。這一觀點(diǎn)得到了多數(shù)人支持，但實(shí)際上，在認(rèn)可晚期生油說同時(shí)，也應(yīng)認(rèn)識(shí)到早期轉(zhuǎn)化所做準(zhǔn)備。早期和晚期是石油生成一個(gè)統(tǒng)一過程，應(yīng)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(jī)成因?qū)W派內(nèi)海相生油論在相當(dāng)長一段時(shí)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(xué)家，力排眾議，以豐富中國油田實(shí)例雄辯地論證了陸相生油現(xiàn)實(shí)性。使唯海相生油理論發(fā)生了動(dòng)搖。迄今，已極少有些人再反對(duì)陸相生油了。這一理論確實(shí)定，對(duì)我國石油勘探起了主要指導(dǎo)作用。當(dāng)前，有機(jī)成因說已形成了相當(dāng)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(jī)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(jī)成因證據(jù)

石油有機(jī)起源學(xué)說之所以能夠確立，除了它能對(duì)整個(gè)生油過程給予了合了解釋外，還因?yàn)樗鼡碛行坜q地質(zhì)和地球化學(xué)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(gè)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(jī)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(jìn)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(jī)質(zhì)層位有依存關(guān)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(guān)化合物。這些化合物化學(xué)結(jié)構(gòu)僅為生物物質(zhì)所持有。這即為地球化學(xué)家稱之生物標(biāo)識(shí)化合物或者指紋化合物。所謂生物標(biāo)識(shí)化合物是指相對(duì)不受輕組分流失和風(fēng)化作用影響，在有機(jī)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(duì)比、地層對(duì)比和油苗對(duì)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(jī)物質(zhì)或有機(jī)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(yàn)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(dāng)代和古代沉積有機(jī)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(diǎn)和依據(jù)？成因概述第11頁第二節(jié)生成油氣物質(zhì)基礎(chǔ)

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(xué)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(dòng)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(qiáng)，化學(xué)成份和結(jié)構(gòu)都靠近石油，所以，從來被許多人當(dāng)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(xì)又包含葡萄糖，淀粉，纖維素等，它們主要分布于植物中，動(dòng)物中數(shù)量極少。因?yàn)樘妓衔锎蠖噍p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(xì)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(qiáng)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(xué)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(dòng)物主要含蛋白質(zhì)。脂類在動(dòng)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(píng)價(jià)不一樣生物做為成油母質(zhì)地位，還應(yīng)了解生物在自然界產(chǎn)出特點(diǎn)：

①動(dòng)物是從屬于植物寄生體系，植物年產(chǎn)有機(jī)碳量遠(yuǎn)大于動(dòng)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(jī)碳總量也對(duì)應(yīng)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(duì)優(yōu)勢。成因概述第15頁二、沉積有機(jī)質(zhì)形成生物物質(zhì)與石油在化學(xué)組成上差異是從生物有機(jī)質(zhì)進(jìn)入到沉積有機(jī)質(zhì)時(shí)開始轉(zhuǎn)化。所謂沉積有機(jī)質(zhì)，是隨無機(jī)質(zhì)點(diǎn)一起沉積并保留下來生物殘留物質(zhì)。這當(dāng)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(xué)分解和細(xì)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(jìn)入到沉積物中去。它又只占巖石一小部分。進(jìn)入到沉積物中有機(jī)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(fù)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(jī)質(zhì)分布和豐度沉積物中有機(jī)質(zhì)含量與許多原因相關(guān)：①其一是與生物物質(zhì)產(chǎn)量相關(guān)，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(jī)質(zhì)保留條件相關(guān)，處于氧化環(huán)境有機(jī)質(zhì)易于遭受破壞，處于還原條件有機(jī)質(zhì)易于保留下來。③與堆積速度相關(guān)，堆積埋沒速度越快越利于有機(jī)質(zhì)保留。④與沉積物粒度親密相關(guān)。成因概述第18頁據(jù)當(dāng)代沉積物研究表明，砂有機(jī)質(zhì)含量為0.77%，粉砂為1.2%，粘土為1.8%。粒度越細(xì)，有機(jī)質(zhì)含量越多，其原因主要有三點(diǎn)：

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

B、粘土含有較強(qiáng)吸附有機(jī)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(jī)質(zhì)。成因概述第19頁有機(jī)質(zhì)豐度大多是用有機(jī)碳含量來表示，因?yàn)樘荚卦谟袡C(jī)質(zhì)乃至有機(jī)礦產(chǎn)中最多也最穩(wěn)定。有機(jī)碳含量乘以系數(shù)1.6和1.22，分別代表了當(dāng)代和古代（已經(jīng)有部分轉(zhuǎn)化了，故乘以1.22）沉積中有機(jī)質(zhì)含量。當(dāng)代從巖石中所測得有機(jī)碳含量實(shí)際是殘留有機(jī)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(jī)質(zhì)中干酪根：1.概念有機(jī)質(zhì)干酪根：沉積巖中不溶于堿、非氧化型酸和非極性有機(jī)溶劑分散有機(jī)質(zhì)。試驗(yàn)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(jī)溶劑沖洗沖洗物烴色層吸附物膠質(zhì)溶于有機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(yīng)了干酪根和石油呈消長關(guān)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(jī)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(jī)質(zhì)所得到極性很強(qiáng)富含N、S、O重質(zhì)化合物。它是有機(jī)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?yàn)楦衫腋诔练e有機(jī)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(jī)質(zhì)類型3.干酪根類型

1）化學(xué)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(dāng)前流行分類有兩種：化學(xué)分類：光學(xué)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(gòu)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(gòu)多為特征,生油潛力小；

以后，蒂索又分出了Ⅳ型干酪根，其特點(diǎn)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(xué)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(tuán)或粉末。主要起源于浮游生物。

②藻質(zhì)：是可識(shí)別出藻類結(jié)構(gòu)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(gòu)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