油气无机成因论概述
石油地质学-2
• 碳循环
–烃类是自然界碳循环中的一个过渡阶段，碳在自然 界是不稳定的，除非是石墨或无机的碳酸盐岩。 –地壳中总含碳量：91019kg 火成岩中：1.3 1019kg –水圈、生物圈：5 1019kg –沉积物、沉积岩中： 2.7 1019kg,其中80%是碳酸 盐岩中的C –总的有机C：1.2 1019kg,其中 –沉积岩中： 1.1 1019kg –煤+泥岩：15 1015kg –储集层中的石油：1 1015kg
气体水合物的结构
水-水：氢键 (hydrogen bond) 水分子“笼子 (cavity)”
外观为类冰晶体 非化学计量的 包合物 (clathrate)
气体分子：CH4, C2H4, C2H6, C3H8, Ne, Ar, Kr, Xe, N2, H2S, CO2,
天然气水合物的主要赋存状态
干酪根的类型
• 有机质的分类： 腐泥质：脂肪族有机质在乏氧条件下分解和聚合作 用的产物，来自海洋或湖泊环境水下淤泥中的孢子及浮游 类生物，可以形成石油、油页岩、藻煤和烛煤。腐泥质干 酪根是生油的主要有机质类型，主要为I型。
腐殖质：泥炭形成的产物，来自有氧条件下沼泽环境 下的陆生植物，可以形成天然气和腐质煤。腐殖质干酪根 是生气的主要有机质类型，主要为III型。如：煤成气
二、生物化学气
生物化学气大量形成的条件可归纳如下： 1．拥有丰富的原始有机质，这是产生大量甲烷的物质基础。 2．严格的缺游离氧、缺硫酸盐环境，这是厌氧的甲烷菌群繁 殖的必要条件。 3．地温低于75℃，甲烷菌才能大量繁殖，且随温度升高甲烷 产率增多；但当温度超过75℃时，甲烷菌大量死亡，不利 于甲烷气的生成。 4. 最适合甲烷菌繁殖的PH值为6.5-7.5，中性为宜；否则甲烷 菌难以繁殖乃至中毒，停止发酵。 生物化学气的化学成分是以甲烷为主，如：沼气。
第二章油气成因
腐泥组： 包括无定形体和藻类体，富含氢
主要来源于藻类或藻类被改造的残余
无定形体
藻类体
壳质组
来源于植物的孢子、角质、表皮组织、树脂、蜡质等。 包括孢子体、角质体、树脂体和木栓质体，富含氢
树脂体
孢粉体
木栓质体
镜质组
是植物的茎、叶和木质纤维经过凝胶化作用形成 的各种凝胶体。富含氧。
结构镜质体
无结构镜质体
杜阿拉盆地 加利福尼亚 落杉矶盆地 加利福尼亚 文图拉盆地 法国
③核被桥、键和 官能团连接 ④含脂肪族链状结构
C= O
B A
芳 香 烃环 饱 S 和 烃环
杂环
O
正 烷 烃链
O O
MO
CH
OH
HO
O M O CH O CH
=
O
OH
CH - CH
O
S
CH -O- CH
CH - O- C
OH
O O
OH CH CH C H CH C-O
H HC C
O CH CH C=O
②温度和时间具有互补性，高温短时间和低温长时间可 以达到相同的反应程度。 从化学动力学看温度和时间的作用
2.地质条件下温度和时间的作用 对（3）两边取对数，得：
C 0 E ln k 0 ln ln ln t RT C
对于某一固定的反应程度， 或对于相同反应程度的不同反应：
E 1 E ln t A A RT T R
反应的速度与反应物浓度的一次方成正比
dC kC （1） dt
阿伦纽斯方程：
式中：t为反应时间，s；
C为反应物的浓度； k为反应速度常数。
k k0e
E RT
石油无机成因说
石油无机成因说1.石油无机成因的两种假说石油无机成因说认为石油是由自然界的无机碳和氢经过化学作用而形成的。
这一观点又大致分为两个学派：①.地深成因说，认为烃类起源于地球深处。
其依据是：在火山喷出的气体及熔岩流中含烃，来自地下深处的岩浆岩中发现有C1～C2的烷烃及可供生成烃类的化学元素；变质岩、岩浆岩及穿入前寒武系结晶岩的伟晶岩中也见到含油显示，甚至在结晶基岩中发现可供开采的工业油气流。
②.宇宙成因说，认为烃类在宇宙形成阶段即已生成。
其依据是：在天体中常有碳、氢、氧诸元素及其化合物的存在。
例如，彗星头部的气圈中含有一氧化碳、二氧化碳和甲烷等；在太阳系行星的大气圈中也存在一定浓度的甲烷；在陨石中也已鉴定出烃类化合物。
此外，经实验室试验证明下列化学反应成立，它支持了石油无机成因说。
基于上述假说，一些学者提出了石油无机成因的各种成油模式。
1876年，俄国化学家门捷列夫提出“碳化物说”，认为地球上分布最广的碳和铁在地球形成时有可能形成金属碳化物──碳化铁。
当它与沿着裂缝渗入到地壳深处的炽热的水相遇时，就可以生成碳氢化合物。
因此，“碳化物说”认为生成石油的主要原始物质是金属碳化物。
20世纪50年代,苏联学者Н.А.库德里扬采夫提出“岩浆起源说”，他认为岩浆中的碳元素和氢元素随地球深度不同的高温变化，碳元素和氢元素可形成甲基、甲烷及其它烃类化合物。
2.石油无机成因说的主要缺陷石油无机成因理论的主要缺陷是单纯从化学反应出发来考虑石油的生成，脱离了石油生成的地质条件。
多数石油地质学家并不排除在自然界也有非生物起源的烃类，特别是气态烃。
但是，具有工业价值的石油应当是有机成因的。
石油勘探的大量实践表明，世界上99%以上的油气田分布在富含有机质的沉积岩区，而含有工业油流的火成岩、变质岩一般都与沉积岩毗邻。
油源对比的研究结果表明，这些火成岩或变质岩中储存的石油，都是由附近沉积岩中生成的石油运移而来。
因此，石油无机成因说未能得到石油地质学界的普遍赞同和支持。
油气成因和烃源岩(2010)
（Petroleum Origin and Source Rock）
• 油气成因概述 • 油气有机成因理论 • 烃源岩及其评价 • 油气地球化学对比
第一节 油气成因概述
• 油气的基本特征：可流动性、源聚异地 • 油气成因争论的核心：起源物质和生成过程
• 油气无机成因说 Theory） （Inorganic Origin Theory） 油气有机成因说 Theory） （organic Origin Theory）
岩浆说（库德里亚夫采夫，1954）
• 油气起源与地球深部的岩浆有关 地球深处的岩浆中不仅存在碳和氢，而且还有氧、 硫、氮及石油中的其他微量元素。 • 它们在岩浆由高温到低温的变化过程中，自会发 生一系列的化学反应，从而形成一系列石油中的化 合物。 • 然后伴随着岩浆的侵入和喷发，这些石油化合物 在地壳内部的有利部位经运移和聚集而形成油气藏。
粘土和页岩 大陆， 陆棚， 陆坡 碳酸盐岩 砂
粘土和页岩 碳酸盐岩 硅质沉积
沉积有机质分布的主要影响因素
（1） 生物物质的产量：主要取决于阳光、温度、湿 度、含盐度和营养。在海洋、温湿带的浅海区有良好 的透光性和营养条件，在大陆以湿热带最重要。 （2）原始有机质的保存条件：指生物死亡后的沉降 、沉积和埋藏过程中的氧化还原条件。 （3）沉降、沉积速度：有机、无机质点的绝对速度 ；有机、无机质点的相对速度。 （4）沉积物的粒度：粒度越细所含有机质越多。
类脂(Lipids) 类脂
• 狭义：主要是动植物的油脂。 • 广义：包括油脂、固醇类、萜类、烃类和 色素。 • 共同特性：不溶于水，但溶于极低性的有 机溶剂如氯仿、四氯化碳、乙醚、苯和丙酮。 • 特点： 抗腐能力强； 化学成分和结构 最接近石油。
第9章 现代油气成因理论
2,岩相古地理条件 无论是海相或陆相,都可能具备适合于油气生成的岩相古地理条件 是否有利于生物繁殖,有机质保存,埋藏,转化 是否有利于生物繁殖,有机质保存,埋藏,转化. ★ 海相环境中 海相环境中:一般认为浅海区 浅海区是最有利于油气生成;而滨海区和 浅海区 深海区,不利于有机保存和油气的生成. ★ 陆相环境 深水-半深水湖泊是陆相生油岩发育的区域. 陆相环境:深水-半深水湖泊 深水 ★ 海陆过渡相区 :三角洲 三角洲发育部位是极为有利的生油区域;海湾及 三角洲 海湾及 泻湖,因有半岛,群岛,沙堤或生物礁带与大海相隔,在这种半闭塞 泻湖 无底流的环境中,也对保存有机质有利.
第二节 生成油气的原始物质
一,沉积有机质 二,干酪根
生物有机质及其化学组成
元素% 元素 类脂 化合物 蛋白质 碳水 化合物 木质素 石油 C 76 H 12 O 2 S / N / 主要特征 包括:脂肪,有机酸,甾萜类,蜡,色素等. 色素等. 包括:脂肪,有机酸,甾萜类, ),动物中 主要来自:低等植物(菌藻),动物中. 主要来自:低等植物(菌藻),动物中. ——主生油母质. 主生油母质. 主生油母质
二,有机成因说
主要依据: (1)世界上已经发现的油气田99.9%都分布在沉积岩中. (2)从前寒武纪至第四纪更新世的各时代岩层中都找到了石油. (3)石油灰分与岩石圈相比,大大富集了钒,镍,铜等.煤与石油 的灰分在微量元素的组成上具有相似性. (4)从大量油田测试结果都证明石油是在低温条件下生成的. (5)除卟啉外,在石油中还发现了许多生物标志化合物. (6)从现代沉积物和古代沉积岩中检测出了石油中所含的所有烃类 .研究表明,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.
有机成因说认为:石油是由地质时期中的生物有机质形成的;在油气 有机成因说认为 有机生成学说中,存在着早期生油说与晚期生油说两种观点:早期成 : 油说,晚期成油说 晚期成油说. 油说 晚期成油说 早期成油说:认为石油烃类是地壳浅处,沉积物成岩作用早期,由沉 早期成油说 积岩中的分散有机质在生物化学作用下生成的. 晚期成油说:认为石油是有机物质被埋藏后,达到一定深度,一定温 晚期成油说 度,在热力作用和催化剂作用下,由有机物质转化而来的.
第二节油气生产详解
Ⅱ
茂名
下第三系油页岩 73.74 8.22 13.30 2.69 2.05 1.34 0.14
巴黎盆地
下托阿尔统
72.7 7.9 12.5 2.1 4.8 1.30 0.13
鄂尔多斯
Ⅲ1
鄂尔多斯
三叠系延长统 三叠系延长统
68.28 5.47 13.01 79.47 5.55 9.23
0.96 0.14 0.84 0.09
干
酪 根 盆地或地区
层位
类型
重量百分比
原子比
C
H
O
N
S H/C O/C
我国某些 陆相油源 层中干酪 根元素组
泌阳
渐新统核桃园组 63.14 8.68 13.54 1.36
1.68 0.16
南阳
渐新统核桃园组 62.96 8.71 11.33 0.86
Ⅰ1
大庆
下白垩统青山口组 79.95 9.21 3.61
二、生油层
凡能生成并提供具有工业价值的石 油和天然气的岩石，称为烃源岩（或生 油岩）。由烃源岩组成的地层叫生油层。
在一定地质时期内，具相同岩性和沉积相特征的 若干生油层与其间非生油层的组合，称为生油层系。
岩性特征
一般为暗色、细粒、富含有机质和微体生物 化石，并且常含指示还原环境的分散状黄铁矿， 偶尔可见原生油苗。
1.66 0.14 1.39 0.03
尤因塔盆地
绿河页岩(E2)
78.4 9.6 8.6 0.7 2.7 1.44 0.12
成(胡见义，
泌阳
渐新统核桃园组 76.55 8.85 12.91 2.03
1.37 0.13
黄第藩， 1991)
Ⅰ2
南阳
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。
石油的无机成因
石油的无机成因
石油的无机成因主要有两种理论：
1. 石油地球化学理论：石油是由古代有机物质经过地球化学作用形成的。
根据这一理论，石油是由古代海洋中大量的浮游植物和浮游动物遗体经过埋藏和压力作用，与地下水和岩石中的矿物质发生反应，最终转化为油和气的过程。
这个过程称为生物地球化学作用。
这一理论认为，石油形成的地质条件包括充足的有机质来源、适宜的沉积环境、适度的地层压力和温度等。
2. 外生石油理论：石油是地球深部岩石物质的热解产物。
根据这一理论，石油是由深部岩石中含有的无机物质，如煤、沥青岩和石墨等，在高温和高压作用下发生热解反应而形成的。
这个过程称为岩石裂解作用。
此理论认为，无机石油的形成与地球的热力活动和岩石的成分有关。
以上两种理论中，石油的形成通常是由多种因素和作用共同作用的结果，其中有机质的存在和热解是两个关键因素。
无论是有机质还是热解作用，都涉及到地球的地质、地球化学和地球物理过程。
石油的形成是一个复杂且漫长的过程，需要适宜的地质条件和时间尺度。
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油气无机成因论概述中国石油大学（华东）谭丽娟
2.1 油气无机成因论概述
19世纪70年代以来
两大成因学派：无机起源、有机起源
根本分歧：对成烃母质的认识。
油气无机成因说：
石油及天然气是由无机物转化而来的。
泛宇宙说和地球深部的无机合成说
2.2.1 泛宇宙说
包含烃类在内的有机化合物是在宇宙天体的无机演化过程中形成的，地球在形成时就包含有机物。
证据：陨石和行星中发现有机化合物；地球火山喷气和幔源岩浆岩中存在有机包裹体。
宇宙说、岩浆说、地幔脱气说
1）宇宙说
1889年，俄国В.Д.索柯洛夫
•碳氢化合物是宇宙间固有的。
证据
对太阳系中的木星、土星、天王星和海王星等行星的气圈以及彗星的尾部等天体光谱分析发现有甲烷;
发现烃类化合物可由 Fischer-Tropsch 反应合成。
2）岩浆说 • 石油的形成与基性岩浆冷却时碳氢化合物的合成有关。
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。
石油地质学家 库德梁采夫 （前苏联，1949） 碳 氢 氧 氮 硫 高温高压 CH 、CH 2、CH 3 聚合反应
加氢作用 各种碳氢化合物
3）地幔脱气说——深源气
T.Gold（1993）
•地球深部存在大量在地球形成时就已有的甲烷及其它非烃气体。
在地球演化过程中，这些气体从地球深部被加热而通过深大断裂等通道或伴随火山活动释放出来并向上运移，部分保存在地壳和上地幔中，形成天然气藏；部分逸散到大气圈中。
证据：火山岩气藏；超深井钻探发现非生物成因气。
2.2.2 地球深部的无机合成说
油气是在地球深处，由于高温、高压和催化剂的作用下由H2O、CO2、H2等简单无机物反应形成的。
碳化物说、费-托地质合成说、高温生成说、
橄榄石蛇纹石化生油说
1）碳化物说
1876年俄国化学家门捷列夫（Д．И．Менелеевд）•地下深处有重金属碳化物(碳化铁等)与水作用可产生烃类。
3Fe m C n+4mH2O→mFe3O4+C3n H8m 证据：当时大多数地表油气显示和油田都分布在山脊附近。
• 地球上原始的石油可能是20亿年前通过费-托反应生成的。
Q O H CnHm ℃
V Ni Co Fe H CO +++222400~300,,,催化
费-托反应最适宜的部位：
俯冲板块接触带、蛇绿岩推覆体中、裂谷作用所薄化的地壳。
2）费-托地质合成说 化学家 R ．Robinson （1963，1966） 依据 原油中正构烷烃的分布与费-托合成油中的相同。
提出：
切卡留克（1971） • 上地幔（深约150公里）高温高压下，由于有FeO 及Fe 3O 4的参与，H 2O 与CO 2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。
矿物混合物 （方解石、石英、六水泻盐等） 6000～7000MPa 高压
1800o K 高温 甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、
己烷及少许庚烷 3）高温生成说
4）橄榄石蛇纹石化生烃说
耶兰斯基（Н.Н.ланский，1966，1971）
•在埋深22～40km的地壳玄武岩层底橄榄岩发育带，若上覆地壳深坳陷发生张裂，水沿断裂渗入下部橄榄岩发育带，从而发生橄榄石蛇纹石化作用；生成的烃类又沿断裂进入沉积岩。
3( Fe,Mg ) 2·SiO4+7H2O+SiO2+3CO2=
=2Mg3( OH ) 4·Si2O5 +3Fe2O3+C3H6+Q(热) 证据：某些油田分布于蛇纹岩区及强烈蛇纹石化的橄榄岩中。
2.1 油气无机成因论概述（完）。