油气地球化学

第四章沉积有机质

1.说明生物的发育与沉积环境的关系？能解释原因吗？

1〕海洋环境分为滨海、浅海、海湾和深海。滨海水体动乱，含氧量高，由

于水体能量过高，陆源，水生生物、高等植物、细菌、浮游动物均发育较少。浅海环境由于阳光充足，温度适宜，江河、波浪、潮汐带来陆岸大量营养，故水生生物、浮游动植物、细菌均发育良好，陆源生物、高等植物发育良好。海湾水生生物、细菌，浮游动植物十分发育。深海区由于远离大陆缺乏营养来源，温跃层、盐跃层的存在又使深层含营养物的水不易升到表层，生物极少产量最低。

3〕湖泊分为滨湖、深湖、浅湖、半深湖相。滨湖水体能量高，各种生物均

不发育，浅湖区由于河流的注入，同时带来营养物质的陆源生物、水生生物、浮游动物发育中等，深湖、半深湖区由于比海洋浅的多，阳光充足，河流注入带来大量的营养物质，各种生物均十分发育。

2．以湖泊为例说明影响生物类型及沉积有机质发育的因素。

湖泊是大陆上地形相对低洼和流水聚集的地区，也是沉积物和有机质堆积的重要场所。

就有机质的供应来说，湖泊沉积环境出了本身产出的水生生物外，同时还由于琥珀的规模

比海盆小，受陆原有机质影响较大，从而造成有机质来源的二元性。此外，湖泊被大陆所

包围，入湖的河流可以从四面八方带来有机质，造成陆源有机质来源的多方向性，使得其

沉积物中的有机质具有二元多向性。陆源有机质影响的大小，一方面与陆源有机质的发育

程度〔取决于气候条件〕有关，同时还与湖盆的大小有关。但总体上讲，越往湖盆中心，

陆源有机质影响越小〔重力流影响除外〕。

就有机质的保存条件来说，尽管不同的湖盆有明显的差异，但总体上讲，从湖泊边缘到中

心，随着水体逐渐加深，湖盆从滨湖，浅湖逐步过渡到深湖半深湖相，水体的搅动程度逐

渐减弱，沉积物逐渐变细，环境的复原性逐渐增强，有机质的保存条件逐渐变好。

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总体上看，从湖盆边缘到中心，有机质的丰度逐渐升高，陆源有机质的奉献逐渐减少，有机质类型逐渐变好，且复杂，一般在大型湖泊的深湖相，由于远离陆源有机质的影响，根本上以产烃能力强的水生生物奉献为主，有机质类型好。

第五章干酪根与油气的生成

1.干酪根是如何形成的

在微生物〔酶〕的作用下，源于生物体的生物聚合物，即蛋白质、碳水化合物、木质素和类脂等，首先局部被降解成单体化合物，如氨基酸、单糖、脂肪酸、酚等，这些单体化合物或者被微生物利用、消耗，或者被溶解带走，剩余的那么在微生物的进一步作用下，与尚未完全分解的生物聚合体通过活泼官能团反响缩聚成为相对分子质量较大、溶解性较差的多聚体有机质〔腐殖质〕，随后，在微生物的进一步作用下，有机质的聚合程度不断升高，多聚体外表的亲水官能团逐渐减少，从而导致有机质的水解性和在酸碱溶液中溶解性逐步降

低〔不溶作用〕，而演化成为聚合度、稳定性更高的地质聚合物——干酪根。一些类脂或烃类也可不被分解直接形成腐殖质，再经不溶作用形成干酪根，也可直接形成干酪根。

。

4、图9-1，生烃模式图有何意义

答：

左侧的图中表示不同深度有机物经历的地质作用阶段以及从生成物角度划分的各个带，中间的图中显示的是可溶有机质的数量变化，不同深度地层中各物质的累积含量，右侧的图中表示可溶有机质的化学成分变化。

浅层中有机物主要经过成岩作用形成生物成因气带，大局部可溶有机质为地球化学化

石，小局部为气。中层中有机物经过深成作用上层为油带，下层为湿气带，剩余局部地球

化学化石，随深度增加油的含量先增加后减少、含气量逐渐增加。深层中有机物继续经过

变质作用形成干气带。可溶有机质继续向气转化，大局部为干气，油含量很少。即：

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随时间增加，可溶有机质由刚开始时主要为直接继承而来的可溶有机物〔即图中地球化学化石〕主要产

物为油，而油又向气转化，直至全部转化为气。

刚开始时：

地球化学化石中含有的正构烷烃中的碳原子数主要集中在25左右且有明显

的奇偶优势。直链烷烃含量较多，环烷烃中碳环环数集中在4左右。芳香烃中碳原子数集中在13-

20、25-30两段。

有机物刚向油转化时：

由于大量石油的生成，造成稀释作用。地球化学化石中含有的正构烷烃主

峰C数前移且奇偶优势小。直链烃含量增加，环烷烃的含量减少，主峰位置不变。

芳烃中碳原子数分布在25-33，集中在30左右。油中含有的正构烷烃中碳原子数分布在15-28，集中在17左右。大多为直链烃，环烷烃的环数不超过2。芳烃中碳原子数分布在13-27，集中在17左右。

当地层中大局部为油时：

由于热成熟效应，大局部地球化学化石消失，仅为小局部芳烃，其碳原子

数分布在26-33。油中正构烷烃主峰含量增加，C数继续前移，分布范围增大。直链烃含量增加，环烷

烃中环数扩展到6，但含量不多。芳烃含量增加，主峰C数前移。

即：

地层中正构烷烃随深度增加，主峰C数前移，奇偶优势减小；随深度增

加，直链烃含量增加，环烷烃含量减少，环数前移；芳烃随深度增加，主峰C数前移。

二、说明什么是Ro值，有何地质意义？

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镜质组反射率〔即Ro值〕：

是沉积有机质中显微组分的一种，来源于高等植物的木质素和纤维素，由缩合的多环芳烃化合物组成，有光泽，随着地质条件下时间的增加和温度的增加，其反射率增加；相对其他显微组分，反射率增加幅度大，因而是良好的成熟度标志，而且不会出现退化现象。镜质体反射率代表了有机质所经历的最高成熟度。

地质意义：

地质上常常依据镜质组反射率作为有机成熟作用的指标来划分有机质的演化阶段。

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1、石油的化学组成与哪些因素有关

答：

地质因素：

①生油母质类型〔影响大〕②成熟度③远移〔影响小〕

④次生改造〔对埋藏浅的原油影响大〕

采样因素：

⑤采出条件⑥样品类型

①生油母质类型由沉积环境决定，分为海相和陆相有机质。海相有机质主要由浮游植物类提

供，其次是各种浮游动物。它们富含蛋白质、类脂化合物及局部碳水化合物。陆源有机质主

要来源于湖泊水生生物和高等植物的有机质，其中含有的类脂化合物是陆源有机质生油的组

分。

②有机质热演化过程具有明显的阶段性，不同成熟阶段形成的石油具有不同的化学组成：

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在埋藏较浅处可形成重质石油；在生油窗范围内，干酪根裂解形成大量的正常石油；随埋深增加，轻质烃类逐渐增多，到达某一深度界线后，就只有气态烃类。

③石油远移过程对石油化学组成影响小。

④次生改造对埋藏浅的原油影响大。

⑤地下高温高压的采出条件对石油的化学组成有一定影响。

⑥样品类型：

用油砂反映石油的化学组成，因此也有一定影响。

⑦有机质在形成早期，可以直接聚集形成油气，有机质在形成晚期，可以直接和间接形成聚集的油气。在埋藏较浅阶段，微生物对其进行改造，微生物降解从低分子量的烷烃到中等分子量的烷烃再到环烷烃，最后到生物标记化合物。氧化作用使原油性质变差，非烃增加。水洗作用和生物降解条件一样，几乎同时发生，地下水对原油清洗，使原油里的某些成分溶解在水里面。脱沥青作用使原油里大分子量的成分别离出来。热成熟作用使大分子分解。气洗作用即气带走轻的成分。

3、论述生物气的形成机理及其与油型气、煤型气的异同

答：

生物气的两种机理

CO

复原→

深部

+产甲烷菌

②乙酸发酵→

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浅部

生物气与煤型气、油型气的异同

产出背景：

①地表，及一般<1600m浅层，强复原环境→

生物气

>1300m浅层Ⅰ、Ⅱ型干酪根→油型气

③R

0>0.5%Ⅲ型干酪根→煤型气

形成机理：生物气：

CO

复原→

深部

+产甲烷菌

②乙酸发酵→

浅部

油型气和煤型气：

热降解→

湿气浅湿低轻

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降解+裂解→

油型气↓↓↓↓

裂解→

裂解气深干干重

甲烷同位素：

生物气：

甲烷同位素轻δ13C1<-55%013

油型气、煤型气：

甲烷同位素重δC

1>-55%0非烃气：

生物气一般含有非烃气

油型气、煤型气可能含有非烃气

5、地球化学研究使用生物标志化合物的原理

油气地球化学中的生物标志化合物是指原油中和沉积有机质中；源于活的生物体，具有特征，稳定的碳骨架，在成岩和深成熟度过程中没有或很少发生变化。而根本保持能被识别和追踪其原始先质的碳骨架的化合物，因此，它们具有“标志作用〞，生物标志化合物主要因其结构的特殊性与复杂性而比其他化合物含有更多的信息，其携带信息的方式主要有：

①生物标志化合物的分子结构特征

②生物标志化合物的分子三维结构，包括结构异构体和立体异构体

③生物标志化合物的组合特征，如同系物

④生物标志化合物的分子同位素组成

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第九到十二章

三．简述研究原油母质类型和沉积有机质类型常用方法

1、气相色谱技术：

主要用途有：

母质类型划分；油气运移；成熟度；生物降解；油源比照；油气层检测。主要参数有pr、ph、

pr/n

C17、pr/nC18，其次主峰碳数〔C28+C29〕/(C22+C21)

2、干酪根显微鉴定技术：

鉴定烃源岩、通过鉴定类脂体和镜质体的含量反映干酪根的类型。

3、烃源岩快速评价技术：

鉴定烃源岩、在RockEval图谱中的三个面积S1，S2，S3分别对应游离烃、热解烃、和有机氧的含量，通过IO、IH、IHC〔烃指数〕、p〔生烃量〕、S2/S3〔热解参数〕等参数反映母质类型。

4、Gc—Ms技术〔色谱--质谱技术〕：

通过探测生物标志化合物的结构类型反映母质类型，可由C29%，C27%等参数反映。其中C29表征高等植物来源，C27表征水生生物来源。

5、干酪根有机元素分析：

主要利用范式图分析。通过H/C和O/C来反映沉积物的埋深，干酪根的类型等信息，从而反映出有机质母质来源。

6、碳同位素技术：

用同位素值，=〔R样品-R标准〕/R标准反映某一元素中各种同位素的相对含量，采用的手段是同位素分馏，具体有：

热力学平衡分馏和瑞利分馏。

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四．简述研究原油和沉积有机质成熟度的手段指标及适用范围

1、镜质体反射率 Ro：

目前公认的反映沉积有机质演化程度最好的指标，这用于烃源岩的分析。

2、饱和烃或全烃色谱：

主要参数OEP或CPI。原油可进行全烃色谱和饱和烃色谱分析，而抽提物油砂等进行饱和烃色谱分析而不能进行全烃色谱分析。

3、芳烃色谱：

对研究原油和烃源岩有效，参数使用最多的是甲基菲参数〔MPI1和MPT2〕

4、饱和烃GC-MS技术：

通过探测生物标记化合物的构型及各种构型所占的含量来反映成熟度。例

如：

可以由Ts/(Ts+Tm)等参数反映藿烷成熟度〔适用于原油和烃源岩〕

5、芳烃GC-MS：

在GC-MS图谱中，K24，K46等参数与Ro有很多对应关系，可以用来反映成熟度，这种方法适用于原油和烃源岩的评价，另外可以用三芳甾和单甾来定量结果。

6、轻烃参数：

nC9以前的烃类为轻烃，轻烃化合物构成的参数称轻烃参数，T hompson参数包括庚烷值和异庚烷值，可以用来反映原油成熟度，另外还有Magon参数。

五、简要表达烃源岩评价的根本思路及其意义

根本思路：

1〕要根据烃源岩的类型选择适当的评价标准

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2〕地化从三个方面：

岩石中有机质的丰度，类型和成熟度。有机质丰度反映了岩石中的有机质的含量，类型反映有机质生油气的能力潜力，成熟度反映了有机质目前已经到达和经历过的演化阶段。

3〕结合沉积、构造对烃源岩的分布和数量给出合理的估计。

意义：

优选盆地〔坳陷〕，优选凹陷，优选构造带，优选有利储集层；影响勘探投资，影响勘探方向，影响勘探手段。

八、为何姥鲛烷，植烷能反映沉积环境：

以Ph和Pr为代表的植烷系列类异戊二烯烷烃是光合生物中叶绿素的植醇侧链的成岩产物；植

醇在复原条件下脱水成植烯，加氢复原形成植烷；在氧化环境下那么先形成植烷酸，进而脱羧基形

成姥鲛烷。故姥鲛烷和植烷的分布特征

可以反映沉积环境。〔在Pr与Ph主要来源于叶绿素的多数情况下，Pr/Ph<1或

Ph/Pr>1的情况分别指示复原性和氧化性沉积环境。但一般而言，为强复原性膏盐沉积环境；为复

原环境；Pr/Ph=1~2为弱复原—弱氧化环境；Pr/Ph>2者见于偏氧化性环境，如河湖及滨海沼泽或

浅湖—海沉积；典型煤系地层有机质以为特征，高者可达8以上。

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