【石油与天然气】天然气地球化学
《石油与天然气地质学》复习题1
《石油与天然气地质学》复习题第一章油气藏中的流体——石油、天然气、油田水一、名词解释石油、石油的灰分、组分组成、石油的比重、石油的荧光性；天然气、气顶气、气藏气、凝析气（凝析油）、固态气水合物、煤型气、煤成气、煤层气；油田水、油田水矿化度二、问答题1. 简述石油的元素组成。
2. 简述石油中化合物组成的类型及特征。
3．何谓正构烷烃分布曲线？在油气特征分析中有哪些应用？4. 简述Tissot和Welte 三角图解的石油分类原则及类型。
5. 简述海陆相原油的基本区别。
（如何鉴别海相原油和陆相原油？）6. 描述石油物理性质的主要指标有哪些？7. 简述天然气依其分布特征在地壳中的产出类型及分布特征。
8. 油田水的主要水型及特征。
9. 碳同位素的地质意义。
第二章油气生成与烃源岩一、名词解释沉积有机质、干酪根、成油门限（门限温度、门限深度）、生油窗、烃源岩、有机碳、有机质成熟度、氯仿沥青“A”、CPI值、TTI法（值）；二、问答题1．沉积有机质的生化组成主要有哪些？对成油最有利的生化组成是什么？2．按化学分类，干酪根可分为几种类型？简述其化学组成特征。
3．论述有机质向油气转化的现代模式及其勘探意义。
（试述干酪根成烃演化机制）4．试述有机质成烃的主要控制因素。
（简述时间—温度指数（TTI）的理论依据、方法及其应用。
）5．试述有利于油气生成的大地构造环境和岩相古地理环境（地质条件）。
6．天然气可划分哪些成因类型？有哪些特征？7．试述生油理论的发展。
8．评价生油岩质量的主要指标。
9．油源对比的基本原则是什么？目前常用的油源对比的指标有哪几类？第三章储集层和盖层一、名词解释储集层、绝对孔隙度、有效孔隙度、绝对渗透率、有效（相）渗透率、相对渗透率、孔隙结构、流体饱和度、砂岩体、盖层、排替压力二、问答题1．试述压汞曲线的原理及评价孔隙结构的参数。
2．碎屑岩储集层的孔隙类型有哪些？影响碎屑岩储集层物性的地质条件（因素）。
（简述碎屑岩储集层的主要孔隙类型及影响储油物性的因素。
石油、天然气的生成、运移基础知识
石油、天然气的生成、运移基础知识一、石油和天然气的生成油气生成的原因石油和天然气的成因，是石油地质学界主要研究和长期争论的重大课题之一。
它的研究不仅具有重要的理论意义，而且对石油和天然气的勘探起着指导作用。
根据对石油原始物质截然不同的认识，石油成因理论可以分为无机成因和有机成因两大学派。
石油无机成因认为，石油是由自然界的无机物形成的。
但是，油气田勘探的实践证明，世界上绝大多数油气田都分布在沉积岩中，极少数岩浆岩和变质岩中的油气藏也同附近的沉积有机质有关，是石油侧向或垂向运移聚集的结果。
并且在石油中相继发现许多具有明显生物标志的有机化合物。
由于石油无机成因假说不能用来指导石油勘探，所以其支持者已经很少了，只能在实验室内作为科学理论问题进行探讨。
石油有机成因说认为，石油是由沉积物当中的有机质，在特定的地质环境中，在各种压力的综合作用下，经历生物化学、热催化、热裂解、高温变质等阶段，陆续转化为石油和天然气。
有机成因说又可以分为早期成油说和晚期成油说两个分支。
目前，有机晚期成油说已被石油地质学家、地球化学家所接受，能比较可靠地指导油气田勘探。
因此,本节主要介绍有机晚期成油说的主要论点。
有机物质为石油的生成提供了根据，有机物质主要是指生活在地球上的生物遗体。
要使有机物质保存下来并转化成石油还要有适当的外界条件。
自然界中的生物种类繁多，它们在不同程度上都可以作为生油的原始物质。
比较起来，低等生物作为生油的原始物质更有利、更重要。
因为低等生物繁殖力极强且数量多，低等生物多为水生生物，死亡后容易被保存；另外它在历史上出现最早，其生物体中富含脂肪和蛋白质。
有机体从死亡到沉入水底的过程，不可避免地要经受游离氧的氧化和水对可溶性组分的溶解，只有幸存的一小部分有机体能够到达水底，同矿物质一起堆积起来。
只有堆积埋藏下来的有机体才能在适当的环境、条件下开始向石油烃类方向转化。
1.还原环境还原环境对有机质的保存和向油气的转化都是非常重要的。
油气地球化学
一、名词解释1.生物圈: 是指生物生存的地球外圈，包括大气圈、水圈和地壳表层。
2.有机圈: 是以古今生物为来源的有机质的分布、演变空间。
有机圈包括生物圈。
3.地球化学界面：又称地球化学墙，是指Eh或pH值的某种特定值或特定界限，特定的矿物或沉积物只在界限一边存在，不在界限另一边出现。
4.有机物界面：又称有机物墙,位于Eh值为零的面上，在此界面之上为氧化环境，有机质不能保存；在此界面之下为还原环境，有机质才能保存。
5.干酪根：泛指一切不溶于常用有机溶剂的沉积岩中的有机质。
6.沥青“A”:用常用有机溶剂（如氯仿）从烃源岩中直接抽提出的可溶有机质称为沥青“A”7.沥青“B”有机溶剂抽提后的残渣，经高温热解后再用有机溶剂抽提出来的可溶有机质。
8.沥青“C”：使用有机溶剂从沉积物或岩石中抽提出可溶有机质后，用有机溶剂从酸(HCl)处理过的沉积物或岩石中抽提出来的可溶有机质。
9.原油族组成:是族组分分离过程中得到的组成成分，包括饱和烃、芳香烃、非烃和沥青质。
10.原油馏份组成：石油组分分析中，用某个温度范围内蒸馏出的馏分百分含量(重量或体积)所表示的石油组成11.有机显微组分：显微组分就是指这些在显微镜下能够认别的有机组分。
12.稳定碳同位素相对丰度：的度量可以用12C/13C比值表示，而习惯上以δ13C表示，即(表达式略)13.腐泥质：是在滞水盆地条件下（海湾、泻湖、湖泊等）堆积的有机淤泥。
14.腐殖质：是由高等植物的细胞和细胞壁（主要由木质素、纤维素、丹宁组成）在有氧条件下沉积而成的有机物质。
15.有机质成熟度：是指有机质的热演化水平，是沉积有机质在地温升高的条件下有机质化学性质和物理性变化规律的总和。
16.原油的热蚀变作用：是指在油藏条件下经历高温作用原油发生的地球化学作用过程。
17.储层的热蚀变作用：在储层中，石油和天然气中的烃类若处在更高温的地热系统中，会向着分子结构更稳定、自由能降低的方向继续演化，最终形成在该温度、压力下稳定的混合物。
石油、天然气与油田水
第一节 原油的组成及性质
一、原油的组成 1、元素组成
• 世界上各油田所产原油的性质虽然千差万别，但它们的元素组 成是一致的，基本是由碳、氢、硫、氮、氧五种元素组成，而 且主要是碳和氢。它们在原油中含量的一般范围是：
• 碳 83.0％～87.0％ • 氢 11.0％～14.0％ • 硫 0.05％～8.00％
用途：石油有机成因证据之一。
第一节 原油的组成及性质
（3）含氧化合物： 大多数原油中的含氧量在0.1％～1.0％之间，个别的达3.0％。主要有：醇
（ R—OH ） 、 酚 （ Ar—OH ） 、 醚 （ R—O—R ） 、 醛 （ R—CO—H ） 、 酮 （R—CO—R）和酸（R—COOH）。原油中含氧化合物主要是酸性含氧化 合物，其中环烷酸最多，占酸性物质90％以上。
• 凝析油（condensate）：在地层条件即地下一定温度和压力条件 下呈气态，在地面常温、常压条件下反凝析呈液态；
• 原油（crude oil）：在地层条件和地面条件下均呈液态存在。 一般来讲，石油都有相似性，但石油的化学组成是不固定的，
不同地区、不同层位的石油在物理、化学性质上又存在较大的差 异，主要受有机母质类型、热演化程度和油气成藏后的次生变化 作用的影响。
发形成凝析气。----湿气，采出过程中反凝析出凝析油。 5．天然气水合物 甲烷水合物，高压、一定温度下：甲烷分子封闭在水分子所形成的固体晶格中
（《油藏物理》P123—124页）--气的组成及性质
三、天然气的物理性质 1．密度：标准状况下，单位体积天然气与同体积空气的重量比
第一节 原油的组成及性质
（四）荧光性（Fluorescence） 紫外线照射下发光—荧光。 多环芳烃及非烃引起发光，饱和烃则不发光。荧光分析（十分 灵敏） 轻质油：浅兰色；胶质多者：绿～黄；沥青质多者：褐色。
石油与天然气地质学研究内容
石油与天然气地质学研究内容
石油与天然气地质学研究内容包括：
1.岩石学：研究石油和天然气的产生、运移、沉积等与岩石相关的问题。
2.地球化学：研究地球物质的化学组成、构造、进化以及地球内部的
各种化学反应，以了解石油与天然气存在的地球化学环境。
3.沉积学：研究沉积物的类型、来源、成因、分布、时代和特征，以
揭示石油和天然气沉积的环境条件。
4.结构地质学：研究地球的构造，包括地震构造、断层构造、褶皱构
造等，了解石油和天然气储层的构造。
5.地球物理学：研究地球的物理性质和地球内部的各种现象，包括重力、磁场、地热等，以诊断地下油气藏的位置和性质。
6.应用地球物理学：研究地球物理工具在石油和天然气勘探中的应用，包括地震探测、电磁探测、重力和磁性探测等。
7.勘探技术：研究各种勘探技术，包括露天采矿、地下采矿、地震勘探、电磁勘探、化探勘探等。
8.地质工程学：研究石油和天然气的开采、生产和加工，以提高勘探
开采的效率和经济性。
9.地质资源评价：对石油和天然气资源的储量、分布、品质、可采储
量等进行评价，以辅助决策者做出资源开发利用的决策。
第2章石油及天然气的成因
碳水化合物
蛋白质 类脂
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第二章 石油及天然气的成因
1、木质素 木质素的特点： 不易水解，但可被氧化成芳香酸和脂肪酸。
在缺氧的水体中，在水和微生物的作用下，木质素分
解，与其它化合物生成腐植酸，腐植酸又与烃类形成 络合物，从而成为烃类从陆上流到海洋的运载体。 与木质素具有相似结构的物质是丹宁，它们都是沉积有 机质中芳香结构的重要来源，是成煤的重要前身物，也 可生成天然气。
从而具备了丰富的生油原始物质。 在海洋或湖泊中，不仅有丰富的水生生物，还因水体起
到了隔绝空气的作用，阻止了有机残体的腐烂分解，于
是与矿物质一起被沉积埋藏起来。因此海洋、湖泊、三 角洲等古地理区域都是生油的有利地区。
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第二章 石油及天然气的成因
随着沉积盆地的不断下沉，沉积物不断加厚，地层的压力 与温度也不断增加，沉积物经历一系列的物理化学变化而
现在的分类方法，根据H/C和O/C原子比分类： Ⅰ型干酪根：H/C原子比较高（1.25~1.75），O/C原子比
较低（0.026~0.12），富含类脂物质，主要是由脂肪链组
成，多环芳烃和含氧官能团较少，是生油潜能最高的一 种干酪根。
Ⅱ型干酪根：常见类型，较高的氢含量，H/C原子比为
0.65~1.25，O/C原子比在0.04～0.13之间；属高度饱和的 多环碳骨架，含较多中等长度的直链烷烃和环烷烃，也 含多环芳烃和杂原子官能团，是良好的生油母质。
石油的热催化转化和脱沥青过程使石油的相对密度减小，
轻组分增加，饱和烃尤其是正构烷烃含量增加。 石油的氧化、生物降解作用使石油的相对密度和粘度增 加，胶状沥青状物质含量增加致使原油质量变差。
天然气的组成分类及地球化学特征
按有机质演化阶段分类
1.生物气——指有机质在未成熟阶段 (Ro<0.4%~0.5%)经厌氧细菌生物化学降解所 生成的气态产物。化学成分以甲烷为主，典 型生物气为干气，重烃气含量常小于0.5%, 一般δ13C1<-55‰。
2.热解气——指有机质在成熟演化阶段（Ro 为0.5%～2.0%）经热催化作用生成的天然气， 包括油型热解气和煤型热解气。
二、天然气的类型
1. 按天然气来源划分
有机成因天然气：指沉积岩中沉积有机质通过细菌、物理化学等 形成的天然气 无机成因天然气：泛指在任何环境下由无机物质形成的天然气。包括宇
宙气、幔源气、岩浆岩气、变质岩气及无机盐类分解气。无机成因 气来源广泛、复杂，多与宇宙或地球深处地幔、岩浆活动有关，当 代科学技术水平尚难深入研究它们。它们常沿深大断裂或转换断层 上升至上部圈闭中，聚集成工业气藏。
一、天然气成因类型 二、有机成因气的主要类型及其特征 三、碳、氢、氦和氩同位素地球化学特征
四、轻烃地球化学
五、各类天然气的鉴别
第一节 天然气成因类型
一、概念
广义的天然气是指自然界中的一切气体，即岩石圈、 水圈、大气圈以及地幔和地核中的一切气体 狭义的天然气是指以烃类气体为主（在少数情况下 也有以CO2和N2为主，极个别情况下也有以H2S为 主）的，分布于岩石圈、水圈以及地幔和地核中的 气体 在油气勘探中主要研究的是岩石圈中的可燃天然气 体，主要成分为CH4
1）油型热解气——由腐泥型干酪根在成熟演化阶段生成的天然气， Ro为 0.5%～1.3%主要形成液态烃和湿气， Ro为1.3%～2.0% 主要形成凝析油气
在成熟阶段多以成油(包括凝析油)为主、成气为辅，故油型热解气在大多数情况 下均以“配角”伴生于原油或部分凝析油中，只在少数情况下呈游离的气顶气， 个别情况下可呈夹层的游离气层气。
石油天然气的生成
§1油气成因理 论
有机成因论
3、动植物混成说
20世纪以来，石油中找到卟啉以及石油旋光性的发现， 成为油气生物起源的直接证据。波东尼1906年认为，动 植物都是油气生成的原始材料，它们同矿物质点一起形成 腐泥岩，后者经过天然蒸馏即可产生石油。混成说占据主 导后，人们关注更多的是有利生油气的有机组分。古勃金 在1932年认为，各种生物化学组成部分均可参与生油， 它们来自海洋动植物残体，也可来自陆地携入的生物分解 产物，含有这些分散有机质的腐泥就是生油气母岩。
(1)化学成分、元素 组成
主要由C、H、O组成， 并 含 有 少 量 N、S、P 和 其它金属元素。
其中：C，70-90%； H，3-10%；O，319%； H/C(原子比)，一般0.41.67；O/C 0.03-0.30； N，0.4～4%；S， 0.2%～5%；
早期成油说可概括为下列几点：
1.石油天然气是由分散在沉积岩中的分散有机质形成的； 2.脂肪、蛋白质和碳水化合物是主要生油母质。有机质从
沉积作用完结，从埋藏不深、温度不高的成岩作用早期 开始向石油转化。 3.有机质向石油转化中，菌解是必要媒介； 4.形成环境应是还原环境(否则发生氧化)；
5.石油形成是一个由微石油向成熟石油逐渐聚集的过程。 由于这些要求概括的共同之处是强调低温，成岩作
第二节 生成油气的物质基础
有机说的核心是认为石油起源于生物物质，通过 沉积作用保留下来，再转化成油气。
按照油气有机成因理论，生成油气的核心是 生物物质，生物死亡后的残体经沉积作用埋 藏于水下沉积物中，经过一定的生物化学、 物理化学变化形成石油和天然气。通过沉积 作用进入沉积物中并被埋藏下来的那部分有 机质叫沉积有机质。组成沉积有机质的生物 化学组成包括类脂化合物、蛋白质、碳水化 合物以及木质素4类。
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一、天然气的组成与性质
溶解度
一、天然气的组成与性质
溶解度
一、天然气的组成与性质
粘度
一、天然气的组成与性质
临界温度和压力
临界温度是指气相纯物质能维持液相的最高温度。高于临界温度 时，无论压力有多大，都不能使气态物质凝为液态。甲烷的临界 温度为-82.4℃，因此，地下甲烷除溶于石油和水中之外，呈气 态存在。在临界温度时，气态物质液化所需的最低压力称为临界 压力。
凝固点（℃）
蒸气压力
(101325Pa） (101325Pa,℃）
-182.48 -183.23 -187.69 -138.36 -159.61 -129.73 -159.91 -16.57 -95.32 -90.58 -93.84
6.54 5.53 -94.97
-82.89 -210.00
(340.228) (54.436)
二、天然气类型与成因综合判识
2.PH值为中性，6.2-7.2；
3.温度低于75℃，最佳区间为35-42℃。 PH值过高或过低，会抑制甲烷菌的生长，甚至会使甲烷菌
中毒，发酵停滞。低气温将抑制甲烷菌过分繁殖，有利于生物 成因气藏的形成。
二、天然气类型与成因综合判识
生物成因气的特征
1.化学组成 因为甲烷生成菌只能合成甲烷，无能力合成乙烷，因此生 物成因气是干气，甲烷含量大于98%，重烃含量一般小于1%，少 量的 N2 和CO2。 2.δ13C值 一般为 –55 ～ -90‰。
二、天然气类型与成因综合判识
2）按产状分类
二、天然气类型与成因综合判识
（3）凝析气——指当地下温度、压力超过临界条件后，由液态烃逆蒸发 而形成的气体。开采出来后，由于地表温压较低，按照逆凝结规律而形 成凝析油。
二、天然气类型与成因综合判识
气体水合物是一种特殊类型的化学物质，气体分子以物理方式封闭在膨胀了的水分 子晶格内。气体水合物是固体状态存在，它必须在高压低温条件下才能形成，这就 使气体水合物的分布只能局限在深海洋底沉积物和巨厚永冻土层的地区。
二、有机质的成岩作用阶段
二、天然气类型与成因综合判识
生物成因气的形成条件：
1.有丰富的有机质（尤其是纤维素），严格缺氧、缺硫酸盐 的强还原环境；
有机质是甲烷菌繁殖所必要的养料，甲烷菌也是极严格的 厌氧细菌群类。另外，硫酸盐对产甲烷菌有明显的抑制作用， 在硫酸盐的环境中，CH4 难以存在，而且，这时产生大量的 H2 优先还原SO42-形成 S2-。因此，只有当地层水中的氧和硫酸盐 依次全部被还原以后，甲烷菌才会大量繁殖，碳酸盐岩还原带 为主要产甲烷的生化带。
二、天然气类型与成因综合判识
生物成因气的分布
一、天然气的组成与性质
不同气体临界温度与临界压力对比表
化合物
甲烷 乙烷 丙烷 丁烷 异丁烷 戊烷 异戊烷 新戊烷 巳烷 庚烷 环戊烷 环巳烷
苯 甲苯 二氧化碳 硫化氢
氮
沸点（℃） ( 101325Pa
） -161.49 -86.60 -42.04
-0.50 -11.72 36.07 27.88
9.50 68.73 98.43 49.25 80.72 80.09 110.63 -78.50 -60.33 -195.78
12.929 3.511 4.913 1.059 1.390 2.433 0.337 0.110 0.675 0.222 0.219 0.0702
26.810
-
临界温度 （℃）
-82.57 32.27 96.67 152.03 134.94 196.50 187.28 160.63 234.28 267.11 238.60 286.39 289.01 318.64 31.06 100.39 -146.89
临界压力 (101325p
a) 45.44 48.16 41.94 37.47 36.00 33.25 33.37 31.57 29.73 27.00 44.49 40.22 48.34 40.55 72.88 88.87 33.55
二、天然气类型与成因综合判识
天然气的分类
根据研究目的的不同，可将天然气进行多种分类 1）按成分分类： 烃类气体：CH4、C2H6、C3H8等。 干气：CH4 95%； 湿气：CH4 95% 非烃气体：氮气、二氧化碳和硫化氢
一、天然气的组成与性质
（二）天然气的组成
一、天然气的组成与性质
1、烃类组成
一、天然气的组成与性质
2、非烃类组成
非烃类组分
N2 H2S CO2 稀有气体Ar和He
一、天然气的组成与性质
（三）天然气的物理性质
密度
密度：单位体积气体的质量。在标准状况下，天然气中主要烃类成 分的密度为0.6773g/cm3（甲烷）。天然气混合物密度一般为 0.7~0.75g/cm3。
二、天然气类型与成因综合判识
有机成因
根据成气作用机制划分： 1）生物气 2）热解气 3）裂解气
Hale Waihona Puke 二、天然气类型与成因综合判识
生物成因气
概念： 指在成岩作用阶段早期，在生物化学作用带内，有 机质由微生物发酵和合成作用形成的天然气。有时 也混有早期低温降解作用形成的天然气。 这种气体出现在埋藏浅、时代新和演化程度低的岩 层中，以含甲烷为主。如原苏联乌连戈依气田 （K），储量为5.9万亿m3（相当于59亿吨石油）。 我国青海涩北第四纪气田。
二、天然气类型与成因综合判识
二、天然气类型与成因综合判识
二、天然气类型与成因综合判识
3）按成因分类 无机成因：主要与变质岩、火山岩等喷发有关
的气体。 有机成因：来源于沉积岩中有机质，经演化形
成，包括生物气、油型气和煤成气； 混合成因：地球的大气圈是由生物作用、化学
作用、放射作用等生成的气体混合物组成，兼具 有机与无机来源
目录
➢ 天然气的组成与性质 ➢ 天然气的类型与成因综合判识
一、天然气的组成与性质
（一）天然气的概念
广义：天然气指自然界中存在的一切气体。即 包括岩石圈、水圈、气圈以及地幔和地核中的 一切气体
狭义：以烃类气为主（在少数情况下也有以二 氧化碳和氮气为主，极个别情况也有以硫化氢 为主）的，分布于岩石圈、水圈以及地幔和地 核中的气体。油气地球化学研究的天然气是指 以烃类气为主储于地层中的可燃气体。包括油 田伴生气、气田气和凝析气。