第三章 沉积有机质——【石油有机地球化学】
油气地球化学
油气地球化学1、油气地球化学的定义应用化学原理，研究地质体（沉积盆地）中生成油气的有机物、石油、天然气及其次生产物的组成、结构、形成、运移、聚集和次生变化的有机地球化学机理及其在勘探中的应用。
2、地球化学的分支学科(1)元素地球化学； (2)同位素地球化学；(3)流体地球化学； (4)地球化学热力学和动力学；(5)各种地质作用地球化学； (6)有机地球化学；(7)环境地球化学； (8)气体地球化学。
（9）海洋地球化学（10）区域地球化学3、油气地球化学的研究对象沉积盆地或地壳中油气、生成油气的有机物及相关物质。
4、油气地球化学研究的主要内容Ø 与沉积作用有关的活性生物有机质及其在沉积、保存和埋藏条件下的演化;Ø 石油成因和演化;v 干酪根地球化学v 可溶有机质地球化学Ø 天然气地球化学;Ø 油气地球化学在油气勘探、开发中的应用;v 盆地的油气勘探远景和资源预测v 油气地球化学勘探v 油田水地球化学v 油田开发地球化学11、有机圈（organosphere）：系指地球上古今生物及其形成的有机物，分布和演变的空间。
有机碳的循环：（1）生物化学亚循环：为较小的亚循环(碳总量约为3×1012吨) ，其循环周期不超过一百年，包括三个次一级循环：（2）地球化学亚循环：为大的亚循环(碳总量约为12×1015吨)，包括沉积圈中有机质的演化途径，其循环周期以百万年计算，其中也包括三个次级循环11、旋光异构当一个碳原子同时和四个不同的原子或原子团键合时，四个基团在碳原子的周围会有两种排列方式，它们互为镜像但不能重合，这种立体异构体叫对映体，它们可使偏振光的偏振面发生反向旋转，因而被称为旋光异构。
11、沉积有机质的概念分布在沉积物或沉积岩中的分散有机质。
它们来源于生物的遗体及其分泌物和排泄物。
直接或间接进入沉积物中；或经过生物降解作用和沉积埋藏作用被掩埋在沉积物中；或经过缩聚作用演化生成新的有机化合物。
碳酸岩有机地球化学——在石油、天然气、煤和层控矿床成因及评价中的应用PPT模板
演讲人
202X-11-11
01
Part One
目录
目录
02
Part One
第一章碳酸岩的沉积特点及其有机质的来源
第一章碳酸岩的沉积特点及其有机质的来源
（一）碳酸盐沉积与生物组 合类型
（二）生物矿化作用与碳酸 盐沉积
（一）活体生物的产率与组 三、碳酸岩中 成 有机质的来源
09
Part One
第八章碳酸岩中的有机质与层控矿床
第八章碳酸岩中的有机质与层 控矿床
一、碳酸岩层控矿床中有机质的 丰度和成因
二、碳酸岩层控矿床中有机质的 组成和性质及其与成矿作用的关 系
三、碳酸岩层控矿床成因与石油 生成演化的关系
第八章碳酸岩中的 有机质与层控矿床
一、碳酸岩层控矿床中有机质的丰 度和成因
第七章碳酸岩地层油气评价
二、生油岩评价
（一）生油岩有机 相
（二）生油岩有机 质丰度
（三）生油岩有机 质类型
第七章碳酸岩 地层油气评价
四、油气藏评价和油气藏举 例
A
（一）油气藏成因 评价与评价标志
（二）油气藏 举例
B
第七章碳酸岩 地层油气评价
五、热成熟度和区域评 价
1
（一）油气形成阶段的划分
2
（二）碳酸岩油气区域远景评价
（一）有机 质的丰度
1
（二）有机 质的成因
2
第八章碳酸岩中的有机质与层控矿床
二、碳酸岩层控矿床中有机质的组成和性质及其与成矿作用的关系
ABC
（一）层控 矿床中伴生 沥青的微量 元素组成在 矿源对比研 究中的意义
（二）层控 矿床中沥青 演化程度与 成矿作用和 成矿温度的
《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。
第四章沉积有机质的演化作用
第三节 沉积有机质 演化的地质－地球化学机理
一、有机质演化的地球化学机理*
二、沉积有机质演化的地质因素
一、演化的地球化学机理
演 缩聚作用：芳香稠环体系增大 化 降解作用：边基侧链发生降解 固态残余有机质 流体有机质
（一）脱边基侧链过程
脱氢过程：烷基与大分子骨架之间化学键的断裂 脱氧过程：羰基、羟基、醚基、羧基等与骨架的 键裂以及水、二氧化碳等逸出的过程 理想终点：H/C和O/C原子比均等于零
（二）芳香体系缩聚过程
芳环 缩合芳环
平面碳网
芳香稠环体系 基本结构单元:
延展度（La）
堆砌度（Lc） 层面间距（d） 碳网层数:堆砌度 与层面间距之比
沉积有机质大分子基本结构 单元维度示意图 （转引杨起等，1979）
• 沉积有机质缩聚过程主要起源于三种反 应机制， • 芳构化作用
非芳香化合物经由脱氢生成芳香化合物的作用机制
地热场温度由大地热流形成，即地温梯度 乘埋藏深度再加上地表浅处恒温带温度。 地温梯度：单位深度条件下地温的变化幅 度，一般用℃/100m表示。 大地热流值：地温梯度与岩石热导率之间 的乘积， 用微卡 / 平方厘米 · 秒（ HFU ）或毫瓦 /米（ mW/m 2 ） 表 示。
1HFU=1微卡/（平方厘米· 秒）=41.86毫瓦/平方米
化学参数: Vdaf、Qdaf、 Mad 有机元素: Cdaf、Hdaf、Odaf及其原子比（H/C和O/C） 辅助参数：显微硬度、荧光参数以及某些光谱参数等
三 、沉积有机质演化跃变
沉积有机质演化过程中其物理、化学性质通过量的积累而在一定 演化位置发生显著的变化，这种变化反映出质变的特征，煤化
跃变或有机质成熟跃变
Cdaf 87%
第二章 沉积有机质
O， % 23 49.4 31.9 10.5 5.5 29.4 9 32.5 9.1 20 12.4~30.5 33 37 36 24 6.5 2 2~17
N， % 16
H/C 1.58 1.68 1.18 1.86 2 1.78 1.73 1.66 1.33 1.73 1.61 1.79 1.33 1.41 1.05 0.61 1.84 1.25~1.75
木质素：是植物细胞壁的主要成分，是酚—丙烷基结构的化合物
生物的平均化学组成
浮游植物：水体中有机质重要的生产者，其中以藻类为主，类脂化合物 占有相当高的比例，在藻类中类脂化合物含量可高达20%~30%，是生油 母质最主要的生物来源 浮游动物：在水生生物中占大多数，类脂物的平均含量18%，由于浮游动 物的生活环境较难得以保存，对生油仅有一定的贡献 细菌：细菌的活动范围十分广泛，是有机质的重要来源之一，其生化组 成中以蛋白质为主，类脂物含量可达10%，脂肪酸碳数多为10 ~ 20，它可 通过脱羧作用形成烃类，生成的烃类物质以C16、C18等低偶碳数烃类为主 高等植物：以纤维素和木质素为主，在木本植物中，纤维素和木质素占 其总组成的60%~80%，但其孢子、种子、果实、树脂、角质、木栓质等 却含有较丰富的类脂物
主要生物类型对沉积有机质 的贡献
主要的生物类型包括：浮游植物、 浮游动物、高等植物和细菌 浮游植物：有机碳的主要来源之 一。在地史中，浮游植物出现三 个高峰期，其一是前寒武纪到早 古生代，主要为具有机壁特征的 浮游植物，如蓝—绿藻、绿藻等； 其二是晚侏罗世到白垩纪，主要 是具有钙质的浮游植物，如颗石 藻类和甲藻等；第三个高峰期是 晚古新世和始新世，主要为一些 硅质的浮游植物
高等植物：地史中，志留 纪以前，陆地只有少量的 低等植物，志留纪沉积物 中才出现高等植物残体， 但直到志留纪晚期，裸蕨 类植物才控制了陆地；到 中泥盆世，多数类型的维 管植物相继出现，在晚石 炭世时，以蕨类植物为主 的陆地植物群达到高峰， 成为世界上第一大成煤期； 到早白垩世时，随着植物 进一步演化，适应性更强 的被子植物出现，并在植 物群中占优势和广泛繁殖， 成为地史上广泛成煤期
油气地球化学知识框架
油气地球化学知识框架(总11页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--油气地球化学第一章生物有机质组成与沉积模式第一节有机质的形成与全球碳循环一、生命的起源与演化二、光合作用三、对地球上有机质有主要贡献的生物1、浮游植物（时间长、水体面积高、繁殖率高）2、细菌（时间长、分布广、适应性极强、繁殖快）3、高等植物（出现晚，分布在陆地保存难、可富集演化为煤层）4、浮游动物（食物消费者产率低、低等浮游动物数量较大）四、有机碳的循环1、有机圈2、有机碳的循环 (1)生物化学亚循环 (2)地球化学亚循环第二节生物有机质的组成和性质一、碳水化合物二、蛋白质和氨基酸（一）蛋白质(二)氨基酸(三)酶三、脂类1．脂肪酸2．腊3.萜类和甾类化合物4.甾族化合物四、木质素和丹宁五、色素第三节有机质沉积模式一、有机质沉积的控制因素1、生物控制因素:微生物降解、原始生产速率2、物理控制因素:有机质沉积速率、沉积环境、有机质的搬运作用二、缺氧环境的类型1、大型缺氧湖泊（1）深水是缺氧湖泊发育的重要条件（2）缺氧湖泊的发育与纬度有关（四季变化明显的湖泊底水含氧量大,热带湖泊含氧量少）2、海相缺氧环境(1)缺氧封闭局限海盆(2)由上升流形成的缺氧沉积第二章沉积有机质组成及成岩演化第一节腐殖质的组成、结构和性质1、腐殖质的概念：是指土壤、天然水和现代沉积物中不能水解的、不溶于有机溶剂的暗色有机质。
2、腐殖质的形成、提取及分类(1)形成有机质受细菌作用后剩余的木质素、氨基酸、脂肪酸、酚、纤维素等在微生物作用下缩合而成（在强还原环境下可以不形成腐殖质）(2)提取与分类富啡酸（FA）、胡敏酸(HA)、胡敏素(3)腐殖酸元素组成主要为C、H、O、S、N，其中C、O两项占90%以上3.腐殖酸的结构A富克斯结构模型 B费尔伯克结构模型 C特拉古诺夫结构模型 D库哈连科结构通式4.腐殖酸的物理化学性质(1)胶体性和可溶性(2)明显的酸性(3)亲水性(4)热解性质5.腐殖质的演化第二节可溶有机质一、可溶有机质的定义凡是被中性有机溶剂从沉积岩（物）中溶解（抽取）出来的有机质称为可溶有机质，或可抽提有机质，也成为沥青。
沉积岩中总有机碳的测定
沉积有机质、石油与天然气碳同位素分析方法
自然界中，生物的发育与沉积有机质是既有关联又相互区别的两个过程。
现代科学早已证实，生物是生油母质的最基本来源，但并不能直接形成石油与天然气，生成油气的母质是死亡后的生物残体经沉积作用埋藏于地下沉积物中的有机质。
沉积有机质又可分为两大类: ①不溶于有机溶剂和强酸等溶剂的有机碳，即岩石中除去碳酸盐、石墨中的碳以外的碳; ②可溶于有机溶剂的有机质———氯仿沥青“A”。
用沉积有机质的碳、氢同位素组成特点判断生烃母质类型、热演化的成熟度、有机质的来源，进行油气与烃源岩的对比等已成为有机地球化学、同位素油气地球化学研究中的重要组成部分。
在进行沉积有机质、石油等物质的碳稳定同位素分析之前，须将沉积有机质按照《沉积岩中干酪根分离方法(GB/T 19144—2003》抽提获得干酪根、饱和烃、芳香烃、沥青质等，然后才可进行碳同位素分析流程。
石油的碳同位素分析可直接进行，但石油内饱和烃、芳香烃、胶质、沥青质等组分的碳同位素分析也需经地球化学方法抽提、制备才可进行。
沉积有机质的碳同位素分析经过一个多世纪的发展，尽管有许多不同的有机质分离方法，但进行同位素分析的主要步骤依然未变。
目前碳同位素测量方法普遍采用氧化法。
该方法设备简单，操作方便，应用非常广泛，其优点为: ①灵敏度高，试样用量小(对沉积有机质的试样量要求仅为1mg) ;②精度和准确度高。
油气地球化学
油气地球化学一、名词解释1．生物圈：生物的活动仅限于地球外圈，包括接近地表的大气圈、地壳表面薄层和水圈，合称为生物圈。
2．有机圈：生物及其产生的有机质分布的空间。
包括生物圈和沉积岩石圈。
3．烃源岩：已经生成或可能生成油气，或具有生成油气潜力的细粒岩石。
4．凡是被中性有机溶剂从沉积岩中溶解出来的有机质称为可溶有机质。
5．可溶有机质分类：沥青“A”：使用有机溶剂从沉积物或岩石中直接抽提出来的可溶有机质。
沥青“B”:有机溶剂抽提后的残渣，经高温热解后在用有机溶剂抽提出来的可溶有机质。
沥青“C”：已抽提出沥青“A”的沉积物或岩石用酸处理后再用有机溶剂抽提出来的可溶有机质。
6．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。
7．成岩作用：松散的沉积物脱离沉积环境而被固结成岩石期间所发生的作用。
8．生烃门限：沉积盆地中干酪根明显热降解生烃作用的起始成熟度和深度。
9．生油窗：能是液态烃大量生成的温度范围。
10．脱沥青作用：由于大量的气体或轻烃溶解到原油中，使得重质到中等的原油中的沥青质沉淀下来的过程。
11．水洗作用：原油中水溶性相对较高的组分被地层水优先萃取出去，从而改变原油的组成，使其变重的过程。
12．硫化作用：元素S或S化物与石油烃类反应生成有机硫化物的过程。
13．生物标志化合物：他是沉积物或岩石中来源于活体生物并基本保持原始生化组分碳骨架的记载原始生物的母质特征分子结构信息的化合物。
14．异戊二烯法则：由异戊二烯亚单元组成的化合物的生物合成作用是通过C5—类异戊二烯亚单元合理聚合而形的。
15．有机质丰度：单位质量岩石中有机质的数量。
16有机碳是指岩石中存在于有机质中的碳。
17热失重是指受热前干酪根的重量减去受热后干酪根的重量。
填空：1油气气球化学主要应用于：烃源岩评价、油源对比、油藏和开发地球化学。
2油气成因理论的发展大致经历了四个阶段：无机成因说、早期有机成因说、晚期有机成因说、现代油气成因理论。
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质
丰
还原环境：有机质保存
度 的
化 学
氧化还原电位（Eh）
氧化环境：转化为CO2和H2O
因 素
因
酸碱度（Ph）
素
生物群的发育与水体盐度有关，超咸水
盐度
环境，少数喜盐生物存在。
温度
影响化学沉淀和生物生长。
生 提供有机质的来源
物 因
改变沉积环境
素 加速沉积过程
消耗、改造有机质
生物活动引起CO2的变化可以影响碳酸盐的 沉淀和溶解搬运。呼吸作用和部分有机质 分解消耗氧气，造成缺氧还原环境，
对高聚合的生化组分而言，生物降解非常 重要。既大量消耗各种有机质，本身又提
供了更富类脂物的有机质。
3 不同环境中的沉积特征
1）海洋环境的有机质沉积
（1）沉积场所大； （2）远洋水域有机质来源单一 ； （3）表层生物产量高、下层缺氧还原、持续较快沉
积、絮凝作用加速沉积； （4）高能带（滨海）不利于有机质沉积保存 ； （5）大陆架是海洋内有机质的主分泌有机质与粘土矿物 黏合形成大颗粒聚合体而迅速沉积。
影 响
理 因
粘土矿物与有机
素
质的絮凝作用
浮游动物以泥质物为食，在体内粘土与
有机成分黏合，以有机颗粒形成排出而 迅速沉积。
沉
水体深度与浪基面深度
积
有
沉积速度与沉降速度
机质来源丰富、沉积速度适中有利
机
于形成高丰度的有机质沉积
有机碳占 天然沉 积物的百 分比。
有机溶剂抽 提物占天然 沉积物的百
分比。
呈P2O5 状态的
磷。
硫 （%）
马拉开波湖底沉积物中各种组分的分布
4）沼泽环境的有机质沉积
温和潮湿的气候 长期停滞的水体
沼泽发育和沼泽泥炭沉积
平坦低洼，水体静止低能。 原地植物就地堆积， 异地碎屑少
有机质来源的原地单一性 沼泽沉积的有机质丰度高
盐湖中富有机质的油页岩、泥质岩常与蒸发岩组成旋回。
青海湖底沉积物Eh值分布
从图可见： 一个内陆湖泊的氧 化还原相带与沉积 水动力状况关系密 切：
在湖盆北部的河口 区，水动力活跃， 氧化带相宽； 在湖盆南部的湖湾 区，水动力相对稳 定的湖南部，氧化 相带窄，还原相带 面积大。
有机碳含量 的分布呈环 带状从湖滨 浅水带向中 部深水区增 高。 河流入湖对 有机质显出 “冲淡”作 用。说明河 流携带有机 质贫乏，不 是青海湖有 机质的重要 来源。
青海湖底沉积物有机碳百分含量等值线
明显影响有机沉积作用的是水动力状况，水深和沉积物的还原 条件。
我国的松辽盆地白垩系 （主要油源岩）基本为 温湿气候下的湖泊沉 积。在湖泊的发展过程 中经历了两次大的湖进， 湖面水体面积在9104km2 以上，气候温暖潮湿， 盆地相对稳定，沉降速 度快，形成了巨大的深 湖静水体，沉积了富含 有机质的黑色页岩、油 页岩、泥灰岩等。 因为为还原环境，泥质岩 中底栖生物稀少。以浮 游生物为主，有完整鱼 化石。层面上分布粉末 状自生黄铁矿,有机碳 含量达1.74~2,25%。 松辽盆地巨大的石油 资源主要在湖中心较深 —深湖亚环境形成的。
2）湖泊环境的有机质沉积
有机质来源的二元多方向性
陆源有机质和原地水生生物 河流可从四面八方入湖
营养型湖浪基面以下的还原环境是有利的富集区
湖泊的差异性大，沉积的有机质差异也大
有机质来源的二元性，沉积
环境的差异性大，造成多种 多样的有机质类型。
营养型淡水湖泊的较深—深湖及前三角洲 亚环境沉积富有机质泥岩、组成碎屑—粘土岩旋回
亚速海
黑海
马尔马拉海
黑海中有机质的来源
5
2
100
<15 有机质的来源
黑海中有机质的归宿
>80
3
有机质的归宿
10
5
4
4
碳的进入用 g碳/ m2 /a表示
近2000年来黑海中有机碳估算。大约有机碳总输入量的4%固定在沉积岩中
河流
波痕 离岸流
滨线 砂
浑浊层
盆地
海底峡谷 陆架边缘
加利福尼亚波尔德兰盆地中砂（实线箭头）和 泥（虚线箭头）的来源、路径和搬运模式
死亡
沉积有机质
腐殖酸、干酪根等
在生理方 面具有巨 大的应变 性，存在 于生命的 整个地史 时期，并 遍及生物 圈的任何 地方。
寒武纪以后 ，以浮游动 物为主的低 等水生动物 才成为重要 的有机质来 源。而高等 动物提供有 机质始终非
常有限。
地史时期的沉积有机质来源
浮游植物（phytoplankton）：可能是有机质的第一来源
形成沼泽的一条重要途径是 湖泊沉积、泄湖的淤积陆化
沼泽煤系常与湖泊、泻湖 生烃层系交替
沼泽环境是主要的成煤、成煤型气环境
第一阶段 第二阶段
第三阶段 第四阶段
淡水湖泊淤积充填和 沼泽化的四个阶段
4 沉积有机质的早期演化
一、 沉积有机质的形成
1、沉积有机的概念和分类 2、沉积有机质的来源 3、影响沉积有机质丰度的主要因素 4、不同环境中有机质沉积特征 二、 沉积有机质的埋藏与演化
1、生物化学作用 2、化学作用 3、沉积有机质在成岩作用阶段的演化特征和演化结果
浮游植物 浮游动物
细菌 高等植物
氧化、生 物降解
物化为 小分子
松辽盆地岩相分布图（青山口期）
营养型谈水湖泊的较深—深湖及前三角洲亚环 境沉积富有机质泥岩、组成碎屑—粘土岩旋回
2）过渡环境的有机质沉积
过渡带以陆相淡水和海相咸水环境交替 为特征，使有机质来源更复杂
低能缓流还原环境、有利于有机质的沉积 干旱泻湖环境、富有机质泥岩常和蒸发岩组成旋回
与海具有过度性质 的“海湖”可以马拉开波湖 为例，从该湖南面卡塔通 博河注入大量淡水和陆源 物质。从其北面通过海峡 海水注入湖中，密度和盐 度较大的混合水沉入下部。 湖水上淡下咸，在下形成还 原环境。湖表层生物产率极 高，湖底为粘稠状蓝—黑色 淤泥，具很强的H2S味，其 有机碳丰度超过5%。湖盆 中心沉积物含磷低含硫高。 这类封闭性好，滞流的过 渡性水盆地极有利于有机质 的沉积。
细菌：可能是有机质的第二大来源
浮游动物（Zooplankton） ：浮游动物为主的 低等水生生物是有机质的重要来源
以浮游植物为 食，因而浮游 动物高产期往 往紧接浮游植 物高产期而出 现。
高等植物：提供的有机质与细菌相当
陆地高等植物始于志留纪。 中泥盆世经历了一个爆炸性 的发展，到晚石炭世，以蕨 类植物为主的陆生植物群达 到高峰，形成世界第一大成 煤期，晚二叠世~早白垩世称 为“裸子植物”时代，以后 迅速进入“被子植物”时代