【油气田开发】3第三章 油气成因理论及生成模式1
钻井机械大作业-油气的生成和储集方式
油气的生成和储集方式一、常规油气的生成和储集方式（一）、油气成因学说：油气成因问题，在原始物质、客观环境及转化 条件等方面，长期存在争论。
根据在生油气原始物质问题上观点的差异，石油成因理论分： A 无机成因说B 有机成因说无机成因说：认为在高温条件下，石油是由碳、氢元素或这些元素的无机化合物通过化学反应合成，与有机物质无关。
碳化说 （门捷列夫，1879）宇宙成因说（索可洛夫，1889）火山起源说（考斯特，1904）岩浆说 （库德梁采夫，1949）高温生油说（切卡留克，1971）有机成因说：油气是在地球上生物起源之后，在地质历史发展过程中，由保存在沉积岩中的生物有机质逐步转化而成。
生物有机质→油气1.早期有机成因论2.晚期有机成因论二、生成油气的物质基础古生物、有机质、酐酪根 芳香族化合物，抗腐能力强，来自高等植物。
糖类（葡萄糖、麦芽糖、淀粉、纤维素氨基酸聚合物，较利于生油。
包括：脂肪、有机酸、甾萜类、蜡、色素等。
类脂0.51.50.51384.5石油——主成煤。
另：天然气、芳烃。
0.30.131.6563木质素…）。
——易水解难保存，非主成油物质。
可成煤、气、芳烃。
//50644碳水化合物——低C 数烃和含N 化合物主要来源。
17122753蛋白质主要来自：低等植物（菌藻）、动物中。
——主生油母质。
//21276化合物主要特征N S O H C 元素%酐酪根类型根据原始生物和成矿方向的不同，分：腐泥型；（Ⅰ型）富含类脂的孢子和水生浮游生物,成矿方向为；石油、油页岩、腐泥煤腐植型；（Ⅲ型）富含木质素、纤维素的陆生高等植物，成矿方向：甲烷气、腐植煤标准腐泥型（Ⅰ1）；含腐泥的腐植型（Ⅲ1）；含腐植腐泥型（Ⅰ2）；标准腐植型（Ⅲ2）；中间型（Ⅱ）。
三、油气生成的外在条件（一）油气生成的地质条件有利于有机质堆积、保存、转化的地质环境：大地构造条件:长期稳定下沉的盆地（V沉积≈V沉降）岩相古地理环境:深度适当、面积较大、有机质丰富的水体；利于有机质保存的低能、还原性环境——海相：浅海封闭环境、前三角洲、海湾、泻湖；——陆相：半深－深湖（二）油气生成的物化条件促使有机质转化为油气的条件（物理、化学、生物化学条件）主要有：热力作用、细菌作用、催化作用、压力、放射性作用、还原条件等。
3第三章油气成因理论及生成模式1
CO+3H2CH4+H2O CO2+4H2CH4+2H2O 3）同其他天体一样，地球上形成的碳氢化合物后来为岩浆所吸收； 4）当岩浆进一步冷却和凝缩时，包含在其中的碳氢化合物就沿断裂 或裂隙分离出来。
4
油气田开发基础
第三章 油气成因理论及油气生成模式
§1、油气成因理论 §2、油气生成的物质基础 §3、油气生成的外在条件 §4、油气生成模式
5
油气田开发基础
6
油气田开发基础
§1 油气成因理论
石油和天然气的成因问题，是石油地质学界的主要研究对象之一，也 是自然科学领域中争论最激烈的一个重大研究课题。多年来，这一问题 一直吸引着国内外地质学家、生物化学家和地球化学家。
18
油气田开发基础
§2 油气生成的物质基础
1)脂类
动物和低等植物脂类含量高，是生成液态烃的主 要成分。如动植物的脂肪_动物的皮下组织_植物的孢 子、种子及果实-细菌和藻类-高等植物的角质、孢粉 等都含有丰富的脂类。
2)蛋白质
在生物细胞中，除水外，80%以上的物质为蛋白 质，约占动物干重的50%。
19
9
油气田开发基础
§1 油气成因理论
2、宇宙说：由俄国学者В．Д．索可洛夫于1889年10月3日
在莫斯科自然科学研究者协会年会上首次提出。 宇宙说主张：在地球呈熔融状态时，碳氢化合物就包含在它
的气圈中；随地球冷凝，碳氢化合物被冷凝岩浆吸收，最后凝结 于地壳中而成石油。宇宙说的基本论点为：
1）在天体中碳和氢的储量很大，因此同样可以假设这些元素在地球 上也很丰富；
石油与天然气成因及生油层概述、演变和评价
木质素：
仅存于高等植物中。具有芳香结构的 特征，是植物细胞壁的主要成分，性 质十分稳定，不易水解，但可被氧化 成芳香酸和脂肪酸。有人认为可能是 石油中某些芳香烃和沥青烯的母质之 一。也是煤的重要母质，也可形成以 甲烷为主的天然气。
2、沉积有机质的形成
沉积有机质：通过沉积作用进入沉积物中并 被埋藏下来的这部分有机质称为沉积有机质。
③ 石油的成份具有相似性，说明它们的成因可能大致相同。
④ 石油与煤具有同源性。
⑤ 从大量油田测试结果可知：油层温度很少超过100℃，有些 深部油层温度最高也就141℃。
⑥ 上新世至更新世地层中发现的工业油藏，表明生成石油并聚 集成油藏所需的时间，大约不到一百万年。
⑦ 研究成果表明，在近代沉积物中确实存在着油气生成过程， 至今还在进行着，而且生成的油气数量也很可观。
耶兰斯基（，1966，1971）提出橄榄石的蛇纹石化作 用可以产生烃类：
埋深22~40km的地壳玄武岩层底的橄榄岩同 12~22km深处的深水圈层接触产生的蛇纹石化作用。 发生在地壳深坳陷，由于延伸扩张、裂开，水沿萌芽 状态的断裂进入橄榄岩发育带，生成烃类又沿着断裂 进入沉积岩。
无机成因学说认为：
实践证明：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藏也同附 近生油岩有关，是油气侧向和垂向运移聚集的 结果。指导世界油气勘探实践的，是现代石油 有机生成学说。
又可以分为：早期成油说和晚期成油说两 个分支。
早期成油说：石油是早期生成的烃类富 集而成的。
进一步研究证明，这些烃类与油藏中的 石油相比，数量上，相同有机碳含量的现代 沉积物的烃含量及烃转化率远远低于古代沉 积岩；质量上，现代沉积物的烃组成与原油 和生油岩有较大的差别。成岩作用早期是有 机质向石油转化的一个阶段。
3油气成因理论
Petroleum Geology
• 古勃金和维尔纳茨基将石油有机成因说推向新的高度，形成了较为完整 的生油岩理论。 • Treibs(1934)首次发现并证实卟啉化合物(porphyrin compound)广泛 存在于不同年代、不同成因的含油和沥青建造中，认为卟啉化合物 (porphyrin compound)来自叶绿素的生物地球化学转化，是石油有机 成因的重要证据。再加上石油具旋光性的确认，石油有机成因的证据进 一步充实。 • Eisma & Jurg（1964）、Almon（1974）对成烃机理进行了探讨，还 对有机化合物醇、酯、酮和醛的成烃转化以及叶绿素、氨基酸和聚萜烯 的转化作了研究。就形成石油的生化组分而言，无论是脂肪、蛋白质还 是碳水化合物乃至木质素（木栓质体），都有证据证明可以形成烃类， 但通常认为包括脂肪和原生烃在内的脂类物质是最主要的成油原始生化 组分。
可归纳为无机成因（ (Inorganic Origins theory)和有机成 因（ organic origins theory ）学派。
• 一、无机成因说：无机成因认为石油及天然气是在地下深 处高温、高压条件下由无机物变成的。 • 地球内部成因假说：认为油气由地球内部的无机物在一定 条件下形成并通过深大断裂运移到地壳成藏。 • 地球外部成因假说：认为油气形成于宇宙，而被地球形成 初期所俘获。
• 证据：许多天体的岩石中有Ｃ、Ｈ化合物存在。 • • 泥火山的反复喷发含有甲烷气。 岩浆岩和变质岩中发现石油。
• 石油高温生成说、蛇纹石化生油说等。
石油地质学
• （二）、地球外部成因假说：
Petroleum Geology
• 主要是宇宙成因说（В·Д索可洛夫）：认为地球形成初期，地球的外层大 气中包含了C、H化合物，冷却过场中被岩石吸收。当岩浆进一步冷却时， C、H化合物从裂隙运移到地壳。支持此观点的有天文学家Fred Holye、 化学家Robert Rinbson。 • 证据：宇宙中许多星体的气体是还原性气体。除了氨、氢、水蒸汽外， 还有CH4，在紫外线照射和雷电作用下发生光电反应，逐渐形成重烃化合 物。从碳粒球陨石中检测到6%的有机质（非石墨），有烷烃、芳香烃及 S、N化合物，且C13/C12与原油和海洋植物的旋光性组分类似（Orgueil 研究）。地球的氧化型大气在地球的出现大约只占地球历史的1/3。 • 欧洲航天局“惠更斯”对“土卫6”的探测表明，其大气主要由甲烷组成， 与地球早期相似。
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。
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。
3.1.1 油气的生成理论
氢含量较高（H／C原子比0.65～1.25，O／C原子比0.04～ 0.13），但较Ⅰ型干酪根略低，为高度饱和的多环碳骨架，含 中等长度直链烷烃和环烷烃较多，也含多环芳烃及杂原子官能 团，来源于海相浮游生物和微生物，生油潜能中等，每吨生油 岩可生油约1.2kg 。
3.1.1 油气的生成理论
（二）干酪根
3.1.1 油气的生成理论
一、油气有机成因说 “早期生成”论（或称浅层论）
认为石油从现在起正在生成。
“晚期生成”论（或称深成论）
生物体中的有机质只有在一定的深度和温度条件下 才能变成石油，这个深度就叫做“成熟门限深度” 。
3.1.1 油气的生成理论 二、 生成油气的物质基础 • 按照有机成因说的观点，生成油气的原始 物质是地质历史时期中的生物有机质，在 生物化学、温度、催化剂等作用下，有机 质逐渐向油气转化，在浅层可生成大量天 然气，埋藏到一定深度大量生成石油。
分散在沉积岩中沉积有机质约为0.38亿亿吨
大量统计资料表明，在近代沉积物中，干酪根占沉积有机 质总量的95%以上，在古代生油岩中占70%~90%左右。
烃类 现代沉积物 泥岩 碳酸盐岩 沥青 干酪根
95(0.5) 781(4.5) 17500(100) 500(2.5) 600(3) 340(16) 400(20) 20100(100) 2100(100)
以含类脂化合物为主，直链烷烃很多，多环芳烃及含氧官能团 很少，具高氢低氧含量（H／C原子比l.25～l.75，O／C原子比 0.026～0.12），它可以来自藻类沉积物，也可能是各种有机质 被细菌改造而成，生油潜能大，每吨生油岩可生油约1.8kg。
3.1.1 油气的生成理论
（二）干酪根
Ⅱ型干酪根 （也称混合型）
油气的成因
古生物实验报告油气的成因学校：长安大学学院：地质工程与测绘学院专业：勘查技术与工程班级：2014260201学号：************姓名：***油气成因理论油气从哪里来？或者说什么是油气的先质？这些先质是如何转化为油气的？这些问题是从油气被发现以来，就摆在油气勘探开发工作者面前的重大课题。
是油气地球化学必需面对、油气成因理论必需回答的问题。
对这些问题的回答，不仅具有阐明油气成因的理论意义，而且对指导油气勘探具有不言而喻的现实意义。
比如说，如果油气是火山成因的，那么油气勘探的有利区域就应该在正在或者曾经发生过火山活动的地区；如果油气是有机成因的，那么油气勘探就应该将主要注意力放在与有机质沉积密切有关的沉积岩发育区。
概括来说，油气成因理论的发展大致经历了四个阶段，即无机成因说、早期有机成因说、晚期有机成因说和以晚期有机成因为主但兼顾其它因素贡献的成烃理论。
由于石油工业早期找到的更多的是油，因此早期的油气成因理论更多关注的是油的成因问题。
但现代的石油成因理论应既包括油也包括气。
一、 油气的无机成因说无机成烃说认为，油气是由无机化合物经化学反应形成的。
它们或者是由地球深部高温条件下原始碳或其氧化态经还原作用形成，如门捷列夫（1876）提出的碳化说，库德梁采夫（1951）提出的“岩浆说”；或者是在宇宙（地球）形成初期即已经存在，后来随着地球冷却被吸收并凝结在地壳的上部，由这些碳氢化物沿裂隙溢向地表过程中便可形成油气藏。
如索柯洛夫（1889）、Gold 等提出的宇宙说。
这一观点在二十世纪三十年代之前占支配地位。
按照这一学说，无机成因油气不仅存在，而且远景巨大，将有可能比有机成因的油气潜力大得多，其蕴藏量几乎是取之不尽的（陈沪生，1998）。
较典型的有如对中东油气富集的认识：波斯湾地区几十个油气田分布在一条500英里长的地带，占地球表面积不到2%，却拥有世界可采储量的50%以上。
这些油气藏显示了很宽的地质年龄谱；而且烃类产在构造和地层变化都很大的环境中，各种圈闭都是严重泄漏的，油气渗流随处可见，且由来已久；显然是一种过度供给的情形。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
从而认为在深约150公里的上地幔古顿堡层内，在温度 超过1500K、压力5000MPa下，由于有FeO及Fe3O4的参与， H2O与CO2还原而成烃类。在强烈褶皱作用时，深部石油进 入地壳沉积岩，并由低分子烃转化为高分子烃及环状烃。
7
§1 油气成因理论
3、岩浆说：1949年10月3日，前苏联学者H.A.库得梁采夫在发
表宇宙说六十周年纪念日的同一讲坛上，提出了石油起源岩浆说。
库得梁采夫首先提到在许多天体上存在碳氢化合物、泥火山重复 喷发、在所谓生油岩之下的岩浆岩和变质岩中形成和存在油气藏等， 都是无机生成说的论据。他认为石油的生成是同基性岩浆冷却时碳氢 化合物的合成有关。这个过程是在高压条件下完成的，因而可以促使 不饱和碳氢化合物聚合而成饱和碳氢化合物。
10
§1 油气成因理论
二、石油有机成因假说
石油、天然气由地质时期生物遗体在适宜条件下生成。 1、早期生成说 石油烃类是由沉积岩中的分散有机质在地壳浅处，成 岩作用的早期在生物化学作用下生成的。 2、晚期生成说 石油是有机物质被埋藏后，在一定深度、温度、热力 和催化剂作用下，由有机物质转化而来。
11
1876年提出。他认为在地球内部水与重金属碳化物相互作用， 可以产生碳氢化合物：
3FemCn+4mH2O→mFe3O4+C3nH8m
地球形成时期，温度很高，使碳和铁变为液态，互相作用而形成碳化铁。 由于它们比重较大，保存在地球深处。
后来，地表水沿地壳裂隙向下渗透，与碳化铁作用产生碳氢化合物，后 者又沿着裂隙上升到地壳的冷却部分。
9
§1 油气成因理论
5、无机生油理论的主要证据：
(1)在实验室，用无机C、H元素合成了烃类； (2)在岩浆岩内曾发现过石油、沥青； (3)在宇宙其它星球大气层中也发现有碳氢化合 物存在； (4)在陨石中发现有碳氢化合物及氨基酸等多达 100多种； (5)认为用有机观点对世界上有些大的沥青矿(如 加拿大的阿萨巴斯卡沥青矿，储量达856亿吨以上)不能作出 令人满意的解释。
有些碳氢化合物浸透了岩石，形成油页岩、藻煤及其他含沥青岩石； 有些碳氢化合物在地表附近受到氧化，形成地表沥青等产物； 如果碳氢化合物上升到地壳比较冷却的部分，冷凝下来形成石油，并在 孔隙性岩层中聚集便可形成油藏。
6
§1 油气成因理论
2、宇宙说：由俄国学者В．Д．索可洛夫于1889年10月3日
在莫斯科自然科学研究者协会年会上首次提出。 宇宙说主张：在地球呈熔融状态时，碳氢化合物就包含在它
他还指出：因为岩浆中形成石油的过程在不断进行着，古老的油 气通过扩散作用早已逸散消失，所以，所有的油藏，包括寒武系中的 油藏，都是年青的油藏。并且，依靠石油才在地球上产生了生物，石
油中含有生物所需要的一切化学元素，因此，石油不是来自有机物质， 相反，有机物质却是来源于石油。
8
§1 油气成因理论
4、石油高温生成说：切卡留克1971年根据合成金
1
第三章 油气成因理论及油气生成模式
§1、油气成因理论 §2、油气生成的物质基础 §3、油气生成的外在条件 §4、油气生成模式
2
3
§1 油气成因理论
石油和天然气的成因问题，是石油地质学界的主要研究对象之一，也 是自然科学领域中争论最激烈的一个重大研究课题。多年来，这一问题 一直吸引着国内外地质学家、生物化学家和地球化学家。
3、组成：虽然世界上的石油没有成分完全相同的，但所 有石油的元素组成和化合物组成是相近的或相似的，说明它 们的成因可能大致相同。来自12§1 油气成因理论
授课内容
第一章 绪论 第二章 油气水成分及性质 第三章 油气成因理论及油气生成模式 第四章 生油层、储集层、盖层 第五章 油气运移、聚集和保存 第六章 油气成藏条件及油气藏类型 第七章 油气聚集单元及分布规律 第八章 油气田地质研究概述 第九章 油层对比 第十章 油气田地下构造研究 第十一章 沉积相研究 第十二章 储层非均质研究 第十三章 油层压力和温度 第十四章 储量计算
§1 油气成因理论
有机成油理论依据：
1、环境：世界已发现的油气田99.9%都在沉积岩中，只 有极少数分布在岩浆岩和变质岩中，且这少数石油也被证明 是从沉积岩中运移而来的，而与沉积岩无关的地盾和巨大结 晶岩突起发育区，至今未找到油气聚集。
2、分布：石油在地层时代的分布上与煤、油页岩及有机 质的分布状况相吻合的，表明它们在成因上是有联系的。
4
§1 油气成因理论
一、石油无机成因假说
其基本观点是石油是在高温、高压条件下形成 的，为非生物成因产物。
无机成油学说认为，石油是在地壳深处形成的， 后来沿着深大断裂渗透到地壳上部，
或者在天体形成时形成，当地壳冷凝时聚集成 油气藏。
5
§1 油气成因理论
1、碳化物说：由俄国著名化学家Д．И．门捷列夫于
的气圈中；随地球冷凝，碳氢化合物被冷凝岩浆吸收，最后凝结 于地壳中而成石油。宇宙说的基本论点为：
1）在天体中碳和氢的储量很大，因此同样可以假设这些元素在地球 上也很丰富；
2）由碳、氢合成碳氢化合物是出现在天体发展的早期阶段，例如在 温度<1000℃时，甲烷可按下列方式生成：
CO+3H2CH4+H2O CO2+4H2CH4+2H2O 3）同其他天体一样，地球上形成的碳氢化合物后来为岩浆所吸收； 4）当岩浆进一步冷却和凝缩时，包含在其中的碳氢化合物就沿断裂 或裂隙分离出来。
1、化学成分比较复杂：由于石油、天然气的化学成分比较复杂。 2、找到油气藏的地方往往不是油气生成的地方：是流体，现在找到 油气藏的地方往往不是油气生成的地方，这就为研究油气成因问题带来 了许多复杂性。 3、油气成因的争论焦点： （1）油气的来源是有机成因的还是无机成因的？ （2）油气的生成是高温条件还是在低温条件下生成的？ （3）有机质生成油气的时间，是其演化的早期还是晚期? （4）陆相沉积盆地能否生油？煤系地层是否能够生油？