油气的现代成因理论
《高等石油地质学》第1章-现代油气成因地质

1.埋深较浅(从沉积界面到数百米乃至1500m深处);
2.温度较低,介于10—60℃; 3.以细菌活动为主,与沉积物的成岩作用阶段基本相符,
相当于碳化作用的泥炭-褐煤阶段;
4.在缺乏游离氧的还原环境内,厌氧细菌活跃,生物起源 的沉积有机质被选择性分解,转化为分子量更低的生 物化学单体(如苯酚、氨基酸、单糖、脂肪酸等), 部分有机质被完全分解成CO2、CH4、NH3、H2S和H2O等 简单分子;
(三)热裂解生凝析气阶段特征
1.沉积物埋深起过3500~4000m; 2.地温达到180~250℃,则进入后生作用阶段后
期,相当于碳化作用的瘦煤~贫煤阶段; 3.此时地温超过了烃类物质的临界温度,除继续
断开杂原子官能团和侧链,生成少量水、二氧 化碳和氧外,主要反应是大量C-C链断裂,包 括环烷的开环和破裂,液态烃急剧减少;
(这个现象在中科院地球化学研究所的实验室中 获得证实;同时,在野外也得到肯定(四川盆 地威远隆起震旦系白云岩中见到石油热演化的 最终产物甲烷和固态沥青))
一、现代油气成因的一般模式
二、存在的问题
1.在生物化学生气阶段,现代沉积物中烃类含量 太低,不足以成为已知油气的烃源。与之相反, 与现代沉积物相比较,不同地质时代沉积岩中 烃含量却显著增加,这表明沉积物在浅埋过程 中,生烃作用异常明显(Hunt,1961)。
(四) 深部高温生气阶段特征
1.当深度超过6000~7000m,沉积物已进入变生 作用阶段,达到有机质转化的末期,相当于半 天烟煤-无烟煤的高度碳化阶段;
2.温度超过250℃,以高温高压为特征;
3.已形成的液态烃和重质气态烃强烈裂解,变成 热力学上最稳定的甲烷;
4.这个阶段生成干气甲烷和碳沥青或次石墨。
2-油气的现代成因理论

-海相:→浅海、三角洲相(波斯湾、墨西哥湾含油气盆地) -陆相:→深湖、半深湖相(松辽、渤海湾)
滨海 浅海(陆棚) 半深海(陆坡)深海(深海平原)
高能环境、海水 进退频繁,沉积 水体营养丰富,阳 物粗,不利于繁 光充足、水体较安 殖、堆积和保存。 静,最有利于生物 大量繁殖。
“碳氢化合物是宇宙间固有的。” ——证据:慧星等天体上发现了碳氢化合物。
nCO 2nH2 ( CH 2 )n nH 2O
催化
3.岩浆说
1949年,原苏联学者库德梁采夫提出:
“基性岩浆中存在C、H、O等元素,随其冷却时可化 合为碳氢化合物。” 基岩岩浆中C、H→CH→CH2→CH3→CH4→烃类物质
④惰质组(inertinite):
–是一种丝炭化组分。由木质纤维素经丝炭化作用而形成。属稳定的不活泼组分,富含氧。
目前,测镜质组的反射率已经成为判断有机质成熟度的主要标志。 镜质体反射率
Ro
镜质体(在绿光中)的反射光强度对垂直入射光强度的百分比。
1.生物化学生气阶段 (未成熟阶段)
范围:Ro<0.5%; 温度:10~60℃(下限温度不定高可到100℃左右); 深度:沉积界面~数百米到2000余米; 作用:以细菌的生物化学作用为主,对有机质的分解。
来源
生油
藻类、水生低等微 体生物
潜力大,主要生成 石油和油页岩等
水生低等生物
潜力中等,主要生成 石油和天然气
高等植物
潜力低,主要生 成天然气
三、油气生成的外在条件
(一)生成油气的地质环境:
1.大地构造条件-长期、持续稳定下降的沉积盆地
第1讲 现代油气生成理论

生油窗 挥发物 干酪根 未熟-低熟 石油 生物化学生气阶段
成岩作用阶段 Ro=0.5-1.0% 60-180 C 湿气 1.5-4.0km
热催化
Ro=1.0-2.0% 180-250 C 4.0-7.0km
湿气
热裂解
Ro 2.0% 250-375 C 7.0-1 生物化学降解
(6).富硫大分子有机质早期降解生烃
干酪根中不同原子间的键能: S—S:250kj/mol, S—C:275kj/mol, C—C:350kj/mol. S—S和S—C键易断裂,富硫大分子可早期 低温降解形成低熟油。
低熟油的形成的地质模式
吐哈盆地
东海盆地
低熟油的形成的地质模式
板桥凹陷
苏北金湖凹陷
• • • •
三种排烃机理: 压实排驱:低熟阶段, Ro=0.5--0.7% 连续沥青网络运移:生油窗, Ro=0.7--1.2% 气溶方式运移:成气阶段,Ro大于1.2%
煤成油的成烃模式
• 4.煤成油的地球化学特征 • 煤成油排驱和运移具有强烈的地层色层 效应: • 分子直径较大和极性较大的油被滞留在 源岩内,轻质油和凝析油运移出烃源岩 聚集成藏。
• 4.煤成油的地球化学特征 • (1) 密度较轻,饱和烃含量高,非烃 和沥青质含量低; • (2)正构烷烃中高碳数组成含量高;
• (3)具姥鲛烷优势(pr/ph2);
• (4)具明显的藿烷类和C29甾烷优势,含 有较丰富的芳香烃类; • (5)13C重,富集重碳同位素。
四. 现代油气生成模式 • 干酪根晚期成烃模式 + 未熟-低熟油形成模 式 • 沉积物(岩)中的可溶有机质和不溶有机质 (干酪根)是一个有机联系的整体,在成烃 演化过程中,随理化条件的改变,处于一种 相互转化的动态平衡中。
油气成因理论

油气成因理论一、油气无机成因说(一)泛宇宙说认为包含烃类在内的有机化合物是宇宙天体的无机演化过程中形成的。
1.宇宙说:认为地球呈熔融状态时,碳氢化合物就包含在气圈中,随着地球的冷却被冷凝岩浆吸收,最后凝结于地壳形成石油。
2.地幔脱气说:认为地球深部存在大量的甲烷和其他非烃资源,在地球分异演化的早期从地球深部被加热而释放出来,有的被释放到大气圈,一小部分形成天然气藏。
(二)地球深部的无机合成说1.门捷列夫的碳化合物说:认为地球内部的水与重金属碳化物相互作用,形成碳氢化合物。
2.高温生成说:认为深度在150km,温度超过1500k、压力达5000Mpa,由于FeO及Fe3O4的参与,水与二氧化碳被还原形成烃类。
3.蛇纹石化生油说:提出橄榄石的蛇纹石化可以产生烃类。
4.费—托地质合成说:认为地球上原始石油是在20×108 年前通过费—托反应生成。
二、有机成因说基本观点:石油是地质历史时期生物有机质形成的。
分为:早期生油理论和晚期生油理论。
目前晚期生油理论占主导,晚期生油理论是指石油是在有机物质被埋藏到一定深度、温度条件,在热力作用和催化作用由有机物转化而来。
(一)生油的原始物质生物有机质:包括脂类、蛋白质、碳水化合物、木质素和丹宁(二)生油环境温暖、潮湿的气候环境有利于生物的大量繁殖和发育,总而具备了丰富的生油原始物质。
海洋、湖泊、三角洲等古地理区域不仅有丰富的水生生物,还因水体起到了隔绝空气的作用,阻止了有机质的腐烂分解,是生油的有利地区。
(三)油气生成的一般模式:1.生物化学生气阶段2.热催化生油气阶段3.热裂解生凝析气阶段4.深部高温生气阶段。
05第二章-1-成因概述

陆 地 陆 地、再沉积
成矿意义 石油、油页岩、腐泥煤
油、气 气、腐植煤 无油、痕量气
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2020干/3/2酪7 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:
1、为什么说浮游生物是主要的成油原始 物质?
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 分。
四、沉积有机质中的干酪根: 1. 概念
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
机质。实验室从岩石中提纯出来 的 干酪根是黑色或褐色粉末。
色层
有
烃用
吸附物
机
类硅
质
溶于有
机溶剂
的
用 乙
可+
溶胶 的质
第二节 生成油气的物质基础
一、油气生成的原始物质
石油起源于生物物质,生物物质的化学组成主要有4类: 脂类、碳水化合物、蛋白质以及木质素等组成:
①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) 的脂状物质。
脂类物质抗腐能力强,化学成分和结构都接近石油, 所以,历来被许多人当做最重要的成油母质。
③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。
④除卟啉外,近年还在石油中找到了许多与异戊间二烯 类,萜类和甾醇类有关的化合物。这些化合物的化学结构仅 为生物物质所持有。这即为地球化学家称之的生物标记化合 物或者指纹化合物。
所谓的生物标记化合物是指相对不受轻组分流失和风 化作用的影响,在有机演化的初期和中期始终保持着这种较 高分子的物质,如卟啉、异戊间二烯类等。它们可用于油源 对比、地层对比和油苗对比。
现代油气成因理论综述.doc

前言石油和天然气的成因问题是石油地质学的前缘学科之一,也是石油地质的热门话题。
因为不仅涉及到油气成因理论的创新,而且关系到深部油气的勘查方向和最大程度扩大能源储备的问题。
对于油气成因,除了“生物成因论”和“地幔成因论”之外,尚有“地幔热柱成因论”、“宇宙尘石油雨成因论”、“地下放电放光成因论”、“古陨石坑成因论”等等概括地说,就是“有机”和“无机”的成因争论。
20世纪中期,我国大庆油田在陆相有机成因理论的指引下,发现了世界上最大的中、新生代陆相油田,突破了“中国贫油论”的束缚,取得了辉煌的成绩。
近年来由于我国冀东南堡大型油田、四川盆地普光大型海相油田、松辽盆地徐家园子油田火山岩气田的发现,无疑是对单一的“生物成因论(有机成因论)”提出了挑战。
然而石油成因理论不仅关系到生命起源等重大科学问题,而且对于石油勘探工作有着实际的指导意义。
有机生油论指导我们找到了目前绝大多数的油气资源,然而无机成因油气田的不断发现,以及无机生油论取得的一些令人瞩目的研究成果,使我们不得不重新审视生油理论,以求解放思想,拓宽视野,在新领域探寻石油资源。
现在认为石油基本上是无机成因的,而天然气的成因却是二元的即有机成因和无机成因。
油气成因理论应该是不断发展、不断进步、不断丰富的过程。
上世界七十年建立的油气有机成因理论极大地推动了石油工业的发展,指导地质学家们发现了众多的油气田。
但是油气的无机成因理论也在发展丰富取得了一些列的成就。
以及一些无机成因的油气田的发现更是极大地鼓舞了长期坚持油气可以无机形成的地质学家,进一步推动了有机无机成因理论的发展。
同时也有一些理论认为尤其是两种机制同时作用的结果,即油气中的碳元素来自生物有机质即为有机成因,而油气中的氢元素部分却是来自无机自然界的。
更有一些理论运用地球动力学的模式直接打破了油气传统的有机或者无机成因划分,将二者融为一体运用地球动力学模式进行分析和研究进而指导油气田的勘探。
一.油气有机成因油气的有机成因理论包括早期生油说和晚期干酪根热降解。
油气成因理论

油气成因理论油气成因理论一、油气无机成因说(一)泛宇宙说认为包含烃类在内的有机化合物是宇宙天体的无机演化过程中形成的。
1.宇宙说:认为地球呈熔融状态时,碳氢化合物就包含在气圈中,随着地球的冷却被冷凝岩浆吸收,最后凝结于地壳形成石油。
2.地幔脱气说:认为地球深部存在大量的甲烷和其他非烃资源,在地球分异演化的早期从地球深部被加热而释放出来,有的被释放到大气圈,一小部分形成天然气藏。
(二)地球深部的无机合成说1.门捷列夫的碳化合物说:认为地球内部的水与重金属碳化物相互作用,形成碳氢化合物。
2.高温生成说:认为深度在150km,温度超过1500k、压力达5000Mpa,由于FeO及Fe3O4的参与,水与二氧化碳被还原形成烃类。
3.蛇纹石化生油说:提出橄榄石的蛇纹石化可以产生烃类。
4.费—托地质合成说:认为地球上原始石油是在20×108 年前通过费—托反应生成。
二、有机成因说基本观点:石油是地质历史时期生物有机质形成的。
分为:早期生油理论和晚期生油理论。
目前晚期生油理论占主导,晚期生油理论是指石油是在有机物质被埋藏到一定深度、温度条件,在热力作用和催化作用由有机物转化而来。
(一)生油的原始物质生物有机质:包括脂类、蛋白质、碳水化合物、木质素和丹宁(二)生油环境温暖、潮湿的气候环境有利于生物的大量繁殖和发育,总而具备了丰富的生油原始物质。
海洋、湖泊、三角洲等古地理区域不仅有丰富的水生生物,还因水体起到了隔绝空气的作用,阻止了有机质的腐烂分解,是生油的有利地区。
(三)油气生成的一般模式:1.生物化学生气阶段2.热催化生油气阶段3.热裂解生凝析气阶段4.深部高温生气阶段。
油气成因

因此,现代油气成因理论主要偏向于有机成因。
现代油气成因理论指出:油气是由经沉积埋藏作用保存在沉积物中的生物有机质(即沉积有机质)经过一定的生物化学、物理化学变化而形成的。
油气地质学上将沉积剖面中的沉积有机质分为干酪根和沥青两大类。
沉积有机质源于生命物质及其代谢产物。
丰富的生物有机质的供给、适宜的静水环境以及中等沉积速度的细碎屑物质的沉积是富有机质沉积形成的必要条件。
时间和温度是影响有机质演化生烃的最主要因素。
当温度升高到一定数值,有机质开始大量转化为石油,这个温度界限称为门限温度。
影响有机质生烃的因素还有细菌活动、催化作用、放射性作用和压力的作用等等。
有机质向油气转化的阶段主要有:生物化学生气阶段:深度范围从沉积物顶面到数百米乃至一千多米处,温度介于10~60℃。
在该阶段早期,埋深较浅,温压较低,环境适于细菌存活,这些微生物将利用有机化合物合成生物甲烷;本阶段后期,温度接近60℃,开始生成少量低熟石油。
热催化生油气阶段:沉积物埋深超过1500~2500m,有机质经受的温度升至60~180℃,促使有机质转化的最活跃因素是粘土矿物的热催化作用。
干酪根中大量的化学键开始断裂,形成大量烃类分子,成为主要的生油时期。
热裂解生凝析气阶段:沉积物埋深超过3500~4000m,地温达到180~250℃,为有机质演化的高成熟阶段,此时残余干酪根继续断开杂原子官能团和侧链,生成H2O、CO2、N2和低分子量烃类。
同时地温升高,前期已经生成的液态烃类不再稳定,开始裂解,导致液态烃急剧减少,低分子正烷烃剧增。
深部高温生气阶段:当深度超过6000~7000m,沉积物已进入变生作用阶段,有机质演化的过成熟阶段,温度超过250℃。
干酪根的裂解反应继续进行,氢以甲烷的形式脱除,干酪根进一步缩聚,生烃潜力逐渐枯竭。
从形成天然气的基本物质着眼可将天然气分为有机成因和无机成因。
有机成因气主要强调成气的原始母质为有机质,来源于生物界。
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3.Tissot 等(20世纪70年代) 建立了干酪根热降解生烃演化模式,提出并完善了干酪
根晚期生烃学说,总结了油气形成、演化与分布规律。 石油生成的现代成因理论已基本建立起来了,它不仅符
合客观地质事实,逐渐为广大的石油地质工作者所接受,而且 在指导油气勘探中发挥了重大作用。
2. 陆相生油理论
认识的局限性、片面性
早期成油说:沉积有机质在成岩过程中逐步转化为油气。
3. 晚期成油说:沉积有机质埋藏到较大深度,到成岩晚期
达到成熟,经热降解生成大量油气。
油气的成因是一个非常复杂的理论问题,尽管目前油 气有机成因理论日臻完善,在油气勘探实践中发挥了重要 的作用,但并不能由此否定油气无机成因理论的科学价值。 近二十多年来,随着宇宙化学和地球形成新理论的兴起, 板块构造理论的发展和应用,以及同位素地球化学研究的 深入,为油气无机成因理论提供了新的理论依据。越来越 多的研究者注意到,地球深部来源物质对沉积有机质转化 为油气有重要影响(加氢和催化),这可以说是油气有机 和无机成因说的相互融合。
沉积物中富含有机质的环境条件是:
①生物产率高,有机质来源充足; ②低能静水还原环境,有机质分解少,保存条件好; ③沉积物堆积速度较大,粒度细。
(二)干酪根(Kerogen)
1、干酪根的定义和形成
❖定义:生油母质,沉积岩中不溶于非氧化型酸、 碱和非极性有机溶剂的分散沉积有机质。
❖形成过程:
生物体
(藻类、细菌、浮游生物和高等植物)
有机成因理论和无机成因假说,都有许多问题尚待进 一步深入研究。
二、石油生成的物质基础
(一)沉积有机质
❖概念:在外力地质作用下,在还原环境中伴随其它
矿物一起沉积、保存下来的生物残留物质。
❖来源:低等水生动、植物为主—细菌、藻类最佳
生物体的分泌物与死亡尸体可形成类脂化合物、蛋白质、 糖类及木质素等有机组分,这些有机组份大部分通过生物再 循环或物理化学作用遭到分解,仅少部分保存在沉积物(岩) 中形成有机质。
死亡
生物有机组分
(类脂化合物、蛋白质、糖类和木质素)
保保存存下下来来的的生生物物有有机机质质平平均均 仅仅为为其其原原始始产产量量的的00..88%%左左右右
被其它 生物吞食
保存到 沉积物(岩)中
氧化分解
可溶有机质
沉积有机质
生物化学分解作用
不溶有机质 (干酪根)
2.干酪根的成分及结构
❖成分:黑H(色9或%褐)色O(粉3末%,)是S(一5种%高)分N(子2聚%合)物微,量无元固素定。的化学成分C(79%)
②含油盆地中,含油层位与富含有机质的层位有依存关系。 ③石油中存在生物体特有的化合物,并具有旋光性等。 ④生物物质加热催化,可形成少量烃类。 ⑤碳的稳定同位素组成与生物物质的碳稳定同位素组成接近。
1.Treibs(1933): 首次发现并证实了卟啉化合物广泛存在于不同
时代、不同成因的石油、沥青等中。
nCO 2nH2 催化( CH 2 )n nH 2O
3.岩浆说 1949年,原苏联学者库德梁采夫提出:
“基性岩浆中存在C、H、O等元素,随其冷却时可化 合为碳氢化合物。”
基岩岩浆中C、H→CH→CH2→CH3→CH4→烃类物质
证据:岩浆岩、变质岩中相继发现油 气藏,基性岩浆中发现天然气。
另外,还有高温生成说、蛇纹石化生油学说等。
1.碳化说 1876年,俄国化学家门捷列夫提出:
“地下深处有重金属碳化物(碳化铁等)与水作用可产生烃类。”
3FemCn 4mH2O 高T、高P mFe 3O4 C 3nH 8m
2.宇宙说 1889年,俄国学者索可洛夫提出:
“碳氢化合物是宇宙间固有的。” ——证据:慧星等天体上发现了碳氢化合物。
石油工业通论
Introduction of Petroleum Industry
主讲人:刘宗堡 东北石油大学地球科学学院
第二节 石油的生成
➢油气成因概述 ➢石油生成的物质基础 ➢油气生成的外在条件 ➢油气生成的主要阶段 ➢生油岩
一、油气成因概述
❖成因复杂: 1.油气为流体,在地下可运移;***发现地≠生成地 2.成份复杂:运移受外界影响大→难以判断来源; 3.成因涉及多学科综合分析(需要广泛的知识) 4.缺乏对石油及其原始母质过渡形式的明确认识。
❖焦点与学派:
无机成因说
生成油气的原始物质
有机成因说
早期成油说 晚期成油说
(一)油气的无机成因学说
无机物在高温、高压条件下,转化为油气。
主要依据:
①在实验室中,无机物可以合成烃类——
nCO 2nH2 催化( CH 2 )n nH 2O
②火山喷出气体中有甲烷、乙烷等烃类成分。 ③慧星等天体上发现有烃类气体; ④石油的分布常常与深大断裂有关(断开地壳作为通道)
认为:卟啉化合物来源于植物叶绿素 ——石油有机成因重要依据。
2.Smith美国(1952-1954);前苏联B.B.维尔别 成功地从现代海洋沉积物中分离鉴定出微量类
似于原油的烃类化合物。 石油是有机质在沉积物(埋藏成)早期生成
的,是许多海相生物遗留下来的天然烃的混合物。 沉积物所含原始有机质在成岩过程中逐步转化
(二)油气有机成因学说
有机成因学说:沉积有机质在特定的地质、还原环境中,在细菌、 催化剂、温度、时间、放射性等各种作用下,经历生物化学、热催 化、热裂解、高温变质阶段陆续转化为石油和天然气。
主要依据:
①世界99%以上的石油产自沉积岩,少数岩浆岩、变质岩中的石 油也可能是来自相邻近的富含有机质的沉积岩。
❖分布特点:
沉积有机质主要呈分散状态分布在细粒沉积物(岩) 中,总数量约为3.8×1015吨,但分布很不均衡。
①不同岩性中分布不均匀。
泥质岩多:2.1%±;砂岩0.05%;碳酸盐岩0.29%。
②不同地质时代不均衡。
总趋势:地层越老,保存的沉积有机质越少。
❖数量的影响因素:
生物物质的产量、 原始有机质的保存条件 沉积物堆积速度、 沉积物的粒度
4.Albrecht和Durand等(1976):
对喀麦隆杜阿拉盆地白垩系一个未成熟、成熟到过成熟 的完整有机质演化剖面进行了研究。
迄今最好的有机质演化研究实例之一。
5.20世纪80年代以来: “未—低成熟”石油、煤成烃理论逐渐形成。
植物生油理论
1. 动物生油理论 生成油气的原始物质是沉积有机质
海相生油理论