石油2-2生成油气的原始物质

石油天然气地质与勘探任课人：逄雯山东胜利职业学院油气成因概述生成油气的原始物质油气生成的地质环境与物理化学条件有机质成烃演化模式天然气的成因类型及特征烃源岩特征与油源对比第二章石油和天然气的成因《石油天然气地质与勘探》第一节油气成因概述一、油气无机成因说二、油气有机成因说三、两种成因说的主要证据???回顾上节课内容第二节生成油气的原始物质一、生物有机质二、沉积有机质三、干酪根生物有机质→沉积有机质→油气一、生物有机质及其化学组成生物有机体的基本有机组分：脂类蛋白质碳水化合物木质素、丹宁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生物种类来源沉积有机质的生物种类来源首先是浮游植物，其次是细菌、高等植物、浮游动物。若干生物化学聚合物的结构示意图(据A.Y.Huc,1980)（一）脂类（类脂化合物）是生物体在维持其生命活动中不可缺少的物质之一。它包括所有生物合成有机质中，不能溶于水，但能溶于有机溶剂的物质，如：脂肪、有机酸、甾萜类化合物、蜡、色素等。主要赋存于低等植物（细菌、藻类）和动物中蜡主要来自陆生植物。类脂物质的特征是抗腐力较强，能在各种地质条件下保存起来。其元素组成和分子结构最接近于石油烃，是生成油气的主要原始物质。——最主要的生油母质（一）脂类（类脂化合物）——较有利于生油，是石油中低C数烃和含N化合物的主要来源。RHNH2CCOOHR1R2NHCHCONHCHCONHCHCO氨基酸肽链（二）蛋白质—氨基酸聚合物化学性能不稳定，经水解、低温热解等过程可生成低C数烃和含N化合物。（三）碳水化合物—醣类HHHOHOOHHOOHHOOHHOCHOH2OHHOCHOH2OHHOCHOH2OHHOOCHOH2OHHHHHHHHOHHHH纤维素易被水解为水溶物或被菌解，难保存。非主成油物质纤维素可成煤，其次可能是芳烃和天然气来源之一主要来源于植物。（四）木质素、丹宁OOHOOOHOCHCHHC2HCHCO3CHCHO3HCOH2HCOHOCH3HC-O-HCCHO3OCH3CHHCOH2CH2木质素木质素仅存于高等植物中，为高等植物木质部分的基本组成，是一种芳香簇高分子化合物，抗腐能力强（＞纤维素），是成煤的主要物质，也可生成天然气和芳烃。性质稳定，不易水解，可被氧化成芳香酸和脂肪酸，在缺氧水体中，在水和微生物的作用下，木质素分解，可与其他化合物生成腐殖质。（四）木质素、丹宁OOHOOOHOCHCHHC2HCHCO3CHCHO3HCOH2HCOHOCH3HC-O-HCCHO3OCH3CHHCOH2CH2木质素丹宁的组织和特征介于木质素与纤维素之间，主要出现在高等植物中，此外，还有一系列酚类和芳香酸及其衍生物广泛分布在植物中。它们是沉积有机质中芳香结构的主要来源，也是成煤的重要有机组分。植物富含碳水化合物，动物富含蛋白质，高等植物富含木质素和纤维素，低等动植物、高等植物某些组织富含脂类。不同类型生物提供生油母质的地位不同：浮游生物细菌高等植物浮游动物；大型水生动物、陆生动物忽略不计。生物体的有机组分对比表0.51.50.51384.5石油芳香族化合物，抗腐能力强，来自高等植物。——主成煤。另：天然气、芳烃。0.30.131.6563木质素糖类（葡萄糖、麦芽糖、淀粉、纤维素…）。——易水解难保存，非主成油物质。可成煤、气、芳烃。//50644碳水化合物氨基酸聚合物，较利于生油。——低C数烃和含N化合物主要来源。17122753蛋白质包括：脂肪、有机酸、甾萜类、蜡、色素等。主要来自：低等植物（菌藻）、动物中。——主生油母质。//21276类脂化合物0.51.50.51384.5石油芳香族化合物，抗腐能力强，来自高等植物。——主成煤。另：天然气、芳烃。0.30.131.6563木质素糖类（葡萄糖、麦芽糖、淀粉、纤维素…）。——易水解难保存，非主成油物质。可成煤、气、芳烃。//50644碳水化合物氨基酸聚合物，较利于生油。——低C数烃和含N化合物主要来源。17122753蛋白质包括：脂肪、有机酸、甾萜类、蜡、色素等。主要来自：低等植物（菌藻）、动物中。——主生油母质。//21276类脂化合物主要特征NSOHC元素%主要特征NSOHC元素%据估算：每年海洋中低等浮游植物繁殖量5000亿吨，若有0.8%保存于沉积物中，即大约有40亿吨埋于沉积物中，若其中有1%转化为石油，即为4000吨油/年。那么从三叠纪至今1.7亿年中，就可生成6800亿吨。这个估算很粗略，但用它来说明成油所需的生物量是足够的。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称为沉积有机质，称为沉积有机质，又叫地质有机质。生物体死亡分解（化学，细菌）气态的水溶成分而散失吞食保存于沉积物中（只占0.8%左右）二、沉积有机质近2000a来黑海中有机质的估算海洋中的微体生物原地有机质——主要来源于盆地自身。异地有机质——经河流、风等自陆携带入盆。再沉积有机质——已沉积的有机质由于岩石风化等因素再次沉积。（一）沉积有机质的来源（二）沉积有机质的分布特点——总量很大，分布很不均衡。①不同岩性中分布不均匀。泥质岩多：2.1%±；砂岩0.05%；碳酸盐岩0.29%。②不同地质时代不均衡。总趋势：地层越老，保存的沉积有机质越少。（三）影响沉积有机质丰度的因素①生物产率高，有足够数量的原始有机质；②有利于有机质保存的低能还原性环境；③适合的沉积（堆积）速率；29三、干酪根Kerogen于成岩过程中埋藏，并经一系列改造可溶性有机质（可溶性沥青）：烃，含N.S.O化合物不溶性有机质：干酪根（占总量的70~90%或更多）生物有机质沉积有机质30三、干酪根Kerogen★干酪根：指沉积岩中不溶于非氧化性的酸、碱和常用有机溶剂的分散有机质。Kerogen在沉积岩中呈分散状态存在，是一种分散有机质，主要存在于粘土岩、泥晶碳酸盐岩中。通常，用氢氟酸处理岩样，即可分离出Kerogen。棕色到黑色粉末，镜下观察可以呈球状、棒状、无定形等。干酪根的形成可分为两步：①有机质转化为地质聚合物：②地质聚合物转化成干酪根：（一）干酪根的形成◇干酪根的形成及演化干酪根在沉积岩中分布广泛，是地球上有机碳最普遍的一种存在形式。据测定：沉积岩中干酪根的平均含量为：0.3%；地球上的干酪根含量约为：1016吨而地球上煤和石油的储量分别为：煤：5×1012吨占干酪根总量的1/600油：0.2×1012吨占干酪根总量的1/1500（二）干酪根的数量和分布干酪根是地球上有机质分布最广泛的形式，是煤和液态石油的1,000倍和非储集岩岩石中分散天然沥青的50倍（Hunt，1972；Tissot＆Welte，1978）。应该承认，干酪根是最主要的原始成烃物质，但并非原始成烃物质的全部。应该说形成油气的原始物质是沉积有机质，而不仅是干酪根。干酪根数量与化工燃料最大资源的比较在古代生油岩有机质中，干酪根含量一般在90%～70%。干酪根是沉积有机质的主体，约占总有机质的80～90%。干酪根在地层中的数量是很充足的，足以生成大量石油和天然气。但不同沉积盆地中干酪根含量有较大的差别，而不同类型的干酪根的生油潜力也不同。（二）干酪根的数量和分布复杂高分子聚合物，无固定化学成分。［C12H12ON0.16S0.43］X（三）干酪根结构和化学组成主要由C、H、O和少量S、N元素组成，平均重量百分数分别为76.4%、6.3%、11.1%、3.65%、2.02%，即C、H含量比石油低，O、S、N含量比石油高得多。1.干酪根的化学成分干酪根的元素含量分布(据B.Durand&J.C.Monin,1980，修改)横座标：元素含量/样品重量，%；纵座标：频率，%。N-样品数；m-平均值；a-碳；b-氢；c-氧；d-有机硫；e-氮1）干酪根由核和链桥交联而成。链桥一般为脂肪链、含硫、或含氧官能键，核和链桥表面可有些官能团。2）核由2~4个基本砌块组成。3）基本砌块一般包含两层芳香族片状体。2.干酪根结构（三）干酪根结构和化学组成(据法B.P.Tissot等，1978)A-微弱演化；B-强烈演化干酪根的结构呈三维网状系统，由多个核被桥键和各种官能团联接而成。（三）干酪根结构和化学组成（四）干酪根的显微组成在各种显微镜下观察干酪根可以发现，干酪根是由颜色、形态和结构各异的显微组分组成的。组分亚组分无定形—絮状，团粒状，薄膜状有机质腐泥组藻质体孢粉体—孢子、花粉、菌孢树脂体角质体木栓质体壳质组表皮体结构镜质体镜质组无结构镜质体惰质组丝质体以透射光为基础的干酪根显微组分分类显微组分原始有机质生油潜力反射率腐泥组藻类和其它低等水生生物及细菌。腐泥化产物，相对富氢↓生油潜力降低↓↓反射率增高↓壳质组陆生植物的孢子、花粉、角质层、树脂、蜡和木栓层等，相对富氢镜质组植物的结构和无结构木质纤维，来自高等植物惰质组丝炭化的木质纤维，来源于森林火灾、再沉积有机质，相对富氧1、显微组分的来源及生油潜力主要存在于Ⅱ、Ⅲ型干酪根中，其反射率（Ro）可以反映成岩作用强度，烃源岩经历的时间—温度史及有机质演化成熟程度。最初煤岩学家将Ro用于煤的研究，以确定煤演化阶段：泥炭————褐煤————烟煤————无烟煤Ro：＜0.5%——＞0.5%——1.0-1.5%————＞2.5%后来将Ro引入烃源岩研究中，用以反映有机质向油气转化程度。例如：Ⅱ型干酪根——Ro：＜0.5%——0.5-1.3%——1.3-2.0%———＞2.5%有机质未熟———成熟————高熟————过熟☆镜质组藻质体(Alginite)：具有一定结构的藻类遗体。有较完整的形态，轮廓清晰。透射光下黄色、黄褐色、淡绿黄色。在反射光下呈深灰色，有微突起。有强烈荧光性。2、各显微亚组分的特征无定形体(Amorphous)：水生生物(如藻类)彻底分解的产物，在镜下无一定形状，多呈不规则的团块、絮状或云雾状结构，透射光下颜色为鲜黄、褐黄、褐色，透明至不透明。成因有多种解释藻类体1（腐泥组）800×藻类体2（腐泥组）80×孢粉体(Sporo-pollinite)：草本、木本、水生和陆生的孢子花粉体。常呈圆形、椭圆形、三角形、多角形等单体，有时呈结合体，表面具有各种纹饰或突起，颜色从黄绿色至棕褐色。角质体(Gutinite)：来源于植物表皮组织，通常由一层细胞构成，包裹着叶、草木茎、芽和幼根。镜下多呈细长带状，外缘平滑，内缘呈锯齿状、波纹状。2、各显微亚组分的特征树脂体(Resinite)：形状很多，常呈椭圆形、纺锤状，轮廓清晰，没有结构，镜下多呈柠檬色。木栓质体(Suberinite)：具有明显的细胞壁和细胞腔结构。细胞似板状、大网格状，排列规则，细胞之间无间隙。轮廓线一般较平直。颜色为黄色、褐黄色。壳质组的显微组分虽多，但在干酪根总量中仅占2-10%。2、各显微亚组分的特征孢子体1（来自菌类），反射荧光下观察，600×小孢子体1，160×角质体（壳质组）800×木栓体（壳质组）60×结构镜质体(Telinite)：具较清晰的木质结构，即使经强烈分解后仍可用颜色区分出细胞痕迹的凝胶化组分。2、各显微亚组分的特征无结构镜质体(Colinite)：经强烈分解后，细胞结构完全消失的凝胶化组分通称无结构镜质体。在透射光下常呈均匀长条板块状、小块段、不规则或规则的条带状，颜色大多为橙红色至褐红色，透明至半透明。因这种显微组分是典型的腐殖质，结构比较均一，故常用来测定反射率值。丝质体(Fusinite)：高等植物木质部分经强烈炭化而成。形状有断块状、碎片状、条带状、卵圆状。在透射光下为黑色，不透明。2、各显微亚组分的特征结构镜质体1（多无荧光）胶质镜质体丝质体（惰质组）（亮点：无机矿物）由于干酪根的组成受形成环境和原始有机质来源的控制，所以在客观上存在着不同的类型。干酪根的类型问题是生油母质的质量问题，它既控制了干酪根的演化方向，又控制了烃类的生成速度和数量。★（五）干酪根的分类根据原始生物和成矿方向的不同，有机质分：有机质类型原始生物主要成矿方向腐泥型有机质富含类脂的孢子和水生浮游生物石油、油页岩、腐泥煤腐