油气地球化学复习概要.docx

1、油气地球化学复习概要西南石油大学 地球科学与技术学院油气地球化学复习概要适用专业：资源勘查工程（油气勘查方向）适用教材：油气勘探地球化学绪论1.油气地球化学：应用化学原理研究石油和天然气的生成、运移、聚集和演化，阐明油气分布规律，并用这些知识指导勘探和开发石油、天然气及有关的沥青矿的一门应用科学。第一章 有机化学基础和稳定同位素2.有机化合物organic compound：除CO2、碳酸盐岩和金属碳化物外的几乎所有含碳原子的化合物。3.烃类化合物hydrocarbons compound：只含碳、氢元素的化合物，包括正构烷烃、支链烷烃、环烷烃和芳香烃。4.杂原子化合物heteroatom c

2、ompound：在组成石油、沥青和干酪根的有机化合物中，除C、H原子外的其他原子均称为杂原子，含杂原子的化合物称为杂原子化合物。最常见的杂原子是N、S、O，故杂原子化合物又称NSO化合物。5.烷烃saturated group：只有碳氢单键的稳定分子称为烷烃或饱和烃6.立体化学stereochemistry：在分子中，原子之间的立体的或三维的关系。7.同分异构体isomeride：分子式相同而其结构基团排列不同的化合物。1)构造异构：具有相同的分子式，但由于分子中原子结合的顺序不同而产生的异构。a)碳架异构carbon skeleton isomerism：由于碳架中原子结合的顺序不同而产生的

3、异构。b)取代位置异构coordination isomerism：由于取代基在碳链或环上位置不同而产生的异构。c)官能团异构functional group isomerism：官能团的不同而形成的异构。d)互变异构tautomerism：活泼氢改变在分子内的位置产生的异构，该反应是可逆的。2)立体异构stereo isomerism：具有相同的分子式和相同的原子连接顺序，但是由于分子内的原子在空间排布的位置不同而产生的异构。a)顺反异构geometric Isomerism：共价键的旋转受到阻碍而产生原子在空间排布的位置不同的异构。b)构象异构conformational isomeris

4、m：分子内单键旋转位置不同而产生的异构。c)对映异构optical isomerism：分子式、构造式相同，构型不同，互呈镜像对映关系的立体异构。产生的条件是分子中存在手性碳原子。8.异构化反应：从一个同分异构体转变为另一个同分异构体的化学反应。包括结构异构化和差向异构化。9.手征性chirality碳原子：与四个不相同的原子或基团相连的碳原子。含有一个手征性碳原子的化合物可以有两种构型。10.手征性碳原子命名法a)链上手征性碳原子R、S标记法：将四个不同按原子序数排大小，编号；对含多原子的基团，第一个原子相同，看第二个大小，依次类推；将最小基团放在最远处，依照原子或基团大小看，顺时针为R，逆

5、时针为S。b)环系上手征性碳原子、命名法：位于环平面下方，键指向纸内，以虚线或空心圆表示；位于环平面上方，键指向纸外，以实线或实心圆表示。11.同位素isotope：具有相同质子数和不同中子数的元素的原子。1)放射性同位素radio isotope：能自发衰变或裂变的同位素。2)稳定同位素stable isotope：未发现有放射性衰变或裂变的同位素。12.同位素组成isotope composition：样品中某一种元素的各种同位素的含量。可用丰度、比值和值描述。1)同位素丰度isotope abundance：每一种元素的各种同位素所占的百分含量。2)同位素比值：某一元素的两种同位素含量之

6、比。用R表示。3)=（R样品/R标准1）10000，表示样品比标准富含重同位素，0，样品比标准富含轻同位素。13.同位素分馏isotope fractionation：同位素以不同比例在不同物质之间的分配。14.稳定同位素的分馏机理1)交换分馏效应exchange fractionation：由于能量差异，不同化合物之间会发生同位素交换反应/交换平衡。不发生化学反应，只是同位素分配比例变化。a)大气中CO2与水中溶解的HCO3-、CO32-的同位素交换分馏作用13CO2+H12CO3-12CO2+H13CO3-b)甲烷与二氧化碳的同位素交换分馏作用12CO2+13CH4=13CO2+12CH4

7、2)动力分馏效应dynamic fractionation：由两种同位素反应速度的差异引起。轻同位素形成的化学键键能较弱，反应速度较快。所有反应产物富集轻同位素，反应残留物富集重同位素。a)光合作用伴随发生碳同位素分馏作用，导致呼出的CO2富集13C，合成的有机化合物富集12C，因此生物体中的13C比无机碳化物的要低。b)油气生成过程中的同位素动力分馏效应：有机质生成烃类物质的过程中，受温度的影响，由于12C取代分子的化学活性较13C高，且不同同位素的化学键能也有差异，其稳定性顺序为：13C13C13C12C12C12C，因此在相同温度条件下，12C12C键断裂速度较大，致使在较低温度下形成的

8、烃类产物中富集12C，而在较高温度条件下形成的烃类产物中13C含量较高。c)蒸发和扩散作用所造成的同位素分馏效应：由于蒸发作用，使气相物质中富集轻同位素，而液相物质中则富集重同位素，如相同来源的天然气碳同位素通常较原油同位素轻。气体分子通过多孔介质的扩散速度与分子质量有关，一般情况下轻同位素的扩散速度较重同位素扩散速度高，因此在气藏形成过程中，由扩散聚集而造成天然气的同位素较轻，相反扩散损失将导致气藏中天然气的碳同位素变重。第二章 生物的化学组成及沉积有机质15.生物圈biosphere：生物活动的地球外圈，包括大气圈、地壳表面薄层、水圈。16.有机圈organic environment：是

9、指生物及其产生的有机质分布的空间，包括生物圈、沉积岩石圈。17.沉积有机质sedimentary organic matter：活体生物遗体及其分泌物和排泄物直接或间接进入沉积物；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及其衍生物的那部分有机质。18.有机碳的地球化学循环1)流体型地球化学循环/生物圈中的小循环a)CO2、光合作用、植物和自养细菌、动物、呼吸、CO2b)CO2、光合作用、植物和自养细菌、动物、死亡有机体、菌解和氧化、CO2c)CO2、光合作用、植物和自养细菌、动物、死亡有机体、水中分散有机质、菌解和氧化、CO22)沉积岩石圈的大循环

10、a)水中分散有机质、沉积物中有机质、沉积岩中有机质（褐煤和干酪根）、CO2b)沉积物中有机质、沉积岩中有机质、石油天然气和中牌号煤、CO2c)沉积物中有机质、沉积岩中有机质、石油天然气和煤变质岩中有机质（甲烷、无烟煤和石墨）、CO219.生物有机质的化学组成与成油关系1)脂类：维持正常生命活动不可缺少的物质，不溶于水，易溶于乙醚、氯仿、苯等低极性有机溶剂；包括脂肪酸、蜡、甾类及萜类化合物a)脂肪酸：复合脂类的基本结构成分。化学性质不稳定，极易发生水解形成脂肪酸。脂肪酸可与碱作用生成盐，脱羧基可形成奇碳数的脂链烃，强还原环境下加氢脱水生成偶碳数烃类。b)蜡：不溶于水的固体，它是高级脂肪酸与高级一

11、元醇或甾醇形成的酯。它是原油中高碳数正烷烃的主要来源之一。c)萜ti类和甾zi类化合物是以异戊二烯为单元而形成的一系列化合物。萜类在石油和沉积岩中表现为饱和的萜类，如藿烷类等。甾类化合物，在生命活动中起重要作用，广泛存在于近代的生物体中。2)碳水化合物：含多羟基的醛类或酮类以及由它们聚合而成的高分子化合物。组成单元为-D型葡萄糖。极易溶于水，在地质体中保存甚微。多糖中对形成有机质最有意义的是纤维素和半纤维素。3)蛋白质：动物组织中的蛋白质含量高于植物组织，低等水生生物中的蛋白质又高于高等植物。4)木质素：植物细胞壁的主要成分，可视为高分子量聚酚，性质十分稳定，不易水解，但可被氧化成芳香酸或脂肪

12、酸。在缺氧水体中，在水和微生物的作用下，木质素分解，可与其它化合物形成腐殖质。5)色素：卟啉、绿素、叶绿素和血红素类的化合物广泛分布于原油、沥青、煤、沉积岩和其他许多地质体中。20.沉积有机质丰度的控制因素1)水体环境的物理参数：沉积物和有机质从中降落的沉积介质的动态和静态的物理性质，包括水流速度、粘土矿物与有机质的絮凝作用、水体深度与浪基面的深度、沉积速度与沉降速度，较深的平静水体环境以及适宜的沉积速度和沉降速度对有机质的保存有利。2)水体环境的化学参数：包括氧化还原电位（Eh值、pH值）、盐度和温度，对沉积有机质最重要的是氧化、还原条件，氧化环境不利于有机质的保存。3)水体环境的生物参数：

13、主要表现在提供有机质和沉积物来源；改变沉积环境；加速沉积过程；消耗、改变有机质。21.海洋环境的有机质沉积特征1)积场所大；2)远洋水域有机质来源是单一的，近陆水域是混合的；3)有利沉积条件：表层生物高产、下层缺氧还原，持续较快沉积、絮凝作用加速沉积；4)高能滨岸带不利于有机质沉积和保存；5)大陆架是海洋内有机质的主要沉积区；6)远洋盆地是生物钙质、硅质丰富沉积区和有机质贫乏沉积区沉积场所巨大。22.过渡环境的有机质沉积特征1)有机质来源具有二元性或多重性；2)低能缓流的还原环境有利于有机质沉积；3)干旱泻湖环境，富含有机质的泥岩常与蒸发岩组成旋回；4)过渡带以陆相淡水与海相咸水环境交替为特征

14、，使有机质生物来源更复杂。23.湖泊环境的有机质沉积特征1)有机质来源具有二元和多方向性；2)营养型湖的浪基面以下的还原环境是有机质的富集区；3)湖泊环境差异大，沉积有机质也有较大差异；4)营养型淡水湖泊的较深、深湖及前三角洲亚环境沉积富有有机质泥岩，可形成碎屑粘土岩旋回；5)盐湖中富含有机质的油页岩、泥岩可与蒸发岩形成旋回；6)单断式“箕状”断陷不对称盆地，有机质的分布亦成不对称展布。24.沼泽环境的有机质沉积特征1)有机质来源具有原地单一性；2)温和潮湿气候和长期停滞的水体有利于沼泽发育和沼泽泥炭沉积；3)沼泽沉积的有机质丰度高，但类型单一；4)沼泽煤系可与湖泊、泻湖生油层系在剖面上交替出

15、现。25.沉积有机质的演化特征（生物有机质如何转变为沉积有机质？）在成岩作用阶段，有机质基本实现了从生物聚合体向地质聚合体干酪根的转化，生物聚合物（脂类、蛋白质、碳水化合物、木质素）通过沉积、埋藏演化，其最终产物干酪根成为沉积岩中的主要有机质。总的特点：以低温、低压和生物化学及化学作用为主。演化结果：形成干酪根；出现生物标志化合物；生成甲烷气。第三章 干酪根26.干酪根kerogen：不溶于有机溶剂和含水碱性溶剂的有机质。27.影响干酪根元素组成主要因素包括：有机质母质类型、有机质的沉积环境、有机质热演化程度。28.沥青bitumen：是用常用的有机溶剂从沉积物或沉积岩中抽提的有机质。29.显

16、微组分maceral：岩样光片在反射光、透射光与荧光下可识别的有机成分。30.干酪根的显微组分1)腐泥组sapropelinite proup/类脂组：包括藻质体、无定形体，生烃潜力最大的有机显微组分，源自藻类等低等水生生物。2)壳质组exinite group：包括角质体、树脂体、孢粉体、木栓质体，高等植物的壳质组织，源自高等植物的孢子、花粉和角质层等组织器官及分泌物。煤的显微组分之一。3)镜质组（vitrinite）：包括结构镜质体、无结构镜质体、碎屑镜质体，由高等植物的木质纤维组织经腐殖凝胶化作用，形成以腐殖酸和沥青质为主要成分的凝胶化物质，再经煤化作用而成，煤的一种显微组分。4)惰质组

17、inertinite group/惰性组：高等植物的木质纤维组织经丝煤化作用形成。31.各类干酪根的显微组分特征1)型干酪根：主要是藻质体、藻屑体、腐泥无定形体，少量细菌残体。2)型干酪根：主要是腐泥无定形体、稳定碎屑树脂体，少量藻质体、团块镜质体、腐泥质体、基质镜质体。3)型干酪根：主要是镜质组，少量树脂体、惰质组、孢子体。4)型干酪根：主要是惰质组，少量镜质组。32.各类干酪根与油气关系1)型干酪根：H/C原子比一般大于1.5，O/C原子比一般小于0.1，主要来源于藻类和微生物的脂类化合物，以生油为主。2)型干酪根：H/C原子比1.01.5，O/C原子0.10.2，主要来源于浮游动、植物和

18、微生物，既能生油，也能生气。3)型干酪根：H/C原子比一般小于1.0，O/C原子比可达0.2或0.3，来源于陆地植物的木质素、纤维素等，以成气为主。4)型干酪根：H/C原子比约0.50.6，O/C原子比大于0.3，为残余有机质或再循环有机质，其生烃能力极低。33.干酪根类型划分方法的优缺点1)依据原子比优点：采用的是原子比参数，反映干酪根总体的元素组成及其性质，对确定干酪根的类型和生油潜力是有意义的。不足：该分类方法受有机质演化程度的影响，各类型干酪根随埋深增加、温度升高而发生演化，其H/C、O/C原子比逐渐趋于接近，因而在干酪根成熟度较高的情况下用此法分类较困难。另一方面，相同类型干酪根，因

19、受近地表风化的影响，其O/C原子比有较大增加，H/C原子比稍下降。2)依据显微组分优点：能通过干酪根的形态、颜色、透明度、荧光等特征，直接观察干酪根，确定干酪根的显微组分，具有直观、快速、经济、简单等优点，应用也较广泛。不足：观察到的只是一个样品中干酪根的很少一部分，而具有形态的干酪根，包括一些动、植物微化石和碎屑，如藻、孢子等，又只代表干酪根显微组分的一小部分。完整的微化石很少，大部分为无定形干酪根，没有确定的形态和结构，无法根据光学性质加以鉴定。视域有限。3)热解色谱分类方法优点：快速不足：S3测不准；随成熟度增高，S2不断降低，导致H/C变低，而且在成熟度高时与应用H/C原子比和O/C原

20、子比划分干酪根类型一样，无法区分；和之间的界限太宽。34.干酪根的制备流程称取一定量（根据岩性和有机质丰度，泥岩以50g为宜，碳酸盐岩可以多取样）抽提过的岩样直接倒入反应缸内加水浸没，开动搅拌器，按流程进行各种处理。整个过程需注意安全操作和防止污染。1)50g岩粉经氯仿抽提，加水浸没。2)处理碳酸盐岩，1：1HCl；洗涤二次，盐酸酸化热水。3)处理硅酸盐，1：1HCl+40%HF（150ml）；洗涤二次，盐酸酸化热水。4)处理硅酸盐，1：1HCl（100ml）+40%HF（150ml）；洗涤二次，第一次酸化热水，第二次热水。5)处理黄铁矿，重液浮选或用10-20g锌粉+1：1HCl（350ml

21、）；洗涤，酸化热水三次，热水三次。6)烘干、检查、过筛、装入称样瓶，保存干燥器中备用。35.干酪根结构研究的方法1)直接法：光学显微镜观察分析、扫描电镜与投射电镜、红外光谱、核磁共振、顺磁共振、X射线，电子，中子衍射、电子能谱。2)降解分析法：化学元素分析、热分析、热解聚与超临界溶剂抽提、热普-色谱-质谱、同位素质谱、轻度化学降解（氧化，氢化）、选择性化学降解（氧化，烷基化）、杂原子官能团化学分析、计算机模拟。第四章 油气生成与演化模式36.生油门限threshold of oil generation：烃源岩中油气开始大量生成时所对应的地层温度或地层埋藏深度37.生油窗oil-generat

22、ing window/液态窗：液态烃类能够大量形成并保存的温度区间。38.石油窗petroleum window：液态烃生成的上、下门限之间的深度段称为石油窗，即相当于生物化学阶段结束，干酪根开始大量热降解成烃，直到液态烃生成结束，其镜质组反射率值一般确定为0.5%1.3。39.镜质体反射率Ro：在油浸条件下所测得的镜质体反射光与入射光比值的百分数。40.未成熟、低成熟油immature-low-mature oil：所有非干酪根晚期热降解成因的各类低温早熟的非常规油气。41.影响油气生成的主要因素（促使石油和天然气生成的动力有哪些？）1)温度是油气生成的主要控制因素：干酪根开始大量裂解成油只

23、是在地壳中提供的热能达到反应所需的活化能时才能发生，油气开始大量生成时需要一定的地层温度。2)温度和时间的综合效应：在石油生成过程中，时间和温度存在着补偿关系，门限温度不仅取决于古地温，还取决于烃源岩的地质时代，即该温度下的时间间隔。当干酪根类型相同时，烃源岩时代越新，门限温度就越高，反之，烃源岩层越老，其门限温度就越低。3)压力作用：压力升高对生油岩中的干酪根的热解有阻滞作用，在相同温度下增加反应压力，实验样品的镜煤反射率降低，导致凝析油烷烃峰态趋向于正常油峰态变化。4)矿物基质的影响：主要表现在催化和吸附作用两个方面。 42.根据油气生成机理和产物特征，可以把有机质生油过程划分为哪几个阶段

24、？（干酪根的一般生烃模式）1)成岩作用阶段/生物甲烷气阶段：包括从生物被埋藏，到经生物化学解聚及缩聚作用等作用形成黄腐酸和腐黑物，最终形成多聚集的干酪根这一过程。主要产物：甲烷和低成熟油。干酪根中结构不稳定的最先脱落下来，在有利的保存条件下可形成生物油藏，在不利条件会影响下一阶段的存储。2)深成阶段作用/石油形成阶段：分为生油主带、凝析油和湿气带。a)生油主带：当达到门限值时，干酪根便在热催化下大量降解形成液态烃及一定量的气体，是生油的主要阶段。主要产物：液态石油和伴生气。b)凝析油和湿气带：在高温下，剩余的干酪根和已经形成的重烃继续热裂解，轻烃（C1C8）比例迅速增加，发生逆蒸发，反溶解于气

25、态烃中，形成凝析气和更富含气态烃的湿气。主要产物：凝析油和凝析气。3)准变质作用/热裂解甲烷气阶段：经过深成阶段，干酪根已不再具有形成长链液态烃的能力。残余的少量烷基链、已经形成的轻质液态烃在高温下继续裂解形成大量甲烷。主要产物：甲烷。43.凝析油气藏形成条件：高汽油比和高渗透压，使油溶解于气中。44.根据有机质的成熟度，可以把有机质的演化过程划分为哪几个阶段？结合镜质体反射率，可将有机质演化过程划分为未成熟、低成熟、成熟、过成熟阶段。1)未成熟阶段：Ro0.5%0.7%为成岩阶段，有机质未成熟；2)低成熟阶段：0.5%0.7%Ro1.15%1.3%为深成阶段，有机质从低成熟到成熟；3)成熟阶

26、段：1.15%1.3%Ro2%为深成阶段后期，有机质为高成熟；4)过成熟阶段：2%Ro为准变质阶段。第五章 天然气地球化学45.天然气：广义上指自然界中的一切气体，包括水圈、大气圈、岩石圈以及地核、地幔中的一切气体；狭义上指以烃类气为主，分布于岩石圈、水圈以及地幔和地核中的气体。46.天然气分类1)按天然气来源：有机成因气、无机成因气（幔源气、岩石化学反应气）。无机成因气abiogenetic gas：泛指任何环境下无机物质形成的天然气。2)按天然气组分：干气、湿气、烃类气、非烃气。a)干气dry gas：C2+含量不低于5%的天然气，蓝色火焰，含少量汽油蒸汽。b)湿气wet gas：C2+含

27、量低于5%的天然气，黄色火焰，含重烃气。3)按生储盖组合：自生自储型、新生古储型、古生新储型。4)按天然气相态：气藏气、溶解气、凝析气。凝析气condensate gas：在较高温度、压力下以气态形式存在于地层中，而在采出地面后，由于温度、压力降低逆凝结为液态烃的天然气。5)按有机质母质类型：油型气、煤型气、腐殖腐泥气/陆源有机气。a)油型气petroliferous gas/腐泥型天然气：在有机质的各个演化阶段以、型干酪根为主的生气母质所生成的天然气。b)煤型气coaliferous gas/腐殖型天然气：成气母质以、型有机质为主，是在煤化作用过程中形成的气态烃，包括热解气和高温裂解气。6)

28、按有机质演化阶段：生物气、生物热催化过渡带气、热解气、裂解气。生物气biogenetic gas：广义的生物成因气包括一切生物作用下生成的天然气。狭义生物气亦称细菌气或生物化学气，是指在未成熟阶段，在还原条件下，由厌氧细菌降解所生成的以甲烷气体为主的天然气。47.影响天然气组成的主要因素A.烃类组分：1)成熟作用：天然气烃类组成随成熟度变化，从未成熟到成熟到过成熟，甲烷含量从高到低到高。2)母质类型：在成熟阶段，腐泥母质生成的天然气比腐殖母质的天然气的重烃含量高。3)运移与保存条件：天然气运移过程中，甲烷运移会更快和更远，致使天然气组分自下而上甲烷含量逐渐增高，重烃气含量逐渐减少。4)生物降解

29、作用：长链成分降解比短链快；正构烷烃快于异构烷烃快于环烷烃。5)混合作用：同源不同期发生混合，不同源发生混合，混合比例影响组分变化。B.非烃组分（CO2、N2、H2S、CO、SO2、Hg）：1)N2：有机成因、大气成因。2)CO2：有机成因、大气成因。3)H2S：含S化合物的热裂解；细菌硫酸盐还原作用；热化学硫酸盐还原作用。第六章 原油的化学组成及其影响因素48.馏分distillation cut：将原油按沸点的高低切割成若干部分。49.族组成group composition：将原油的饱和烃、芳烃、非烃（胶质）和沥青质称为原油的族组成。50.地质色层geochromatography效应：

30、二次运移对石油组成的影响类似于色层分离的过程，称为地质色层效应。51.油气的二次运移secondary migration of oil and gas：油气进入储集层后所发生的一切运移。52.脱沥青作用deasphalting：在油气藏过程中或多期次成藏时，当大量气态烃（特别是湿气或凝析气）注入时，使原油中沥青质、胶质分离出来，称为脱沥青作用。53.生物降解作用biodegradation：由微生物新陈代谢作用导致的石油物理性质、烃类化学组成与原油质量的显著变化的作用。54.影响石油化学组成的主要因素1)有机质的类型：不同的生物来源和沉积环境所形成的有机质类型是不同的，腐泥型有机质在热演化过

31、程中以生油为主，依次为原油、凝析油和湿气。腐殖型有机质以生气为主，有少量油和凝析油。2)有机质的热演化程度：随成熟度增加，石油密度和含硫量降低，轻馏分和烷烃，尤其是正构烷烃增加，在成熟度较低的石油中，正构烷烃主峰碳数较高，而高成熟石油中以低分子量的正构烷烃为主。3)油气运移的影响：在油气运移过程中，岩石矿物对石油中不同组分的吸附能力不同以及油气运移路径的差异等可引起石油化学组成的变化。4)油气成藏后期的次生变化：总的来说，热成熟作用、气侵或脱沥青作用使石油这组分减少，轻组分增加，油质变好，密度变小；相反的是氧化作用、生物降解作用和水洗作用使石油的重组分即胶质、沥青质组分增加，密度增加。a)热成熟作用：当油气藏埋藏到了一定深度时，石油就会发生热成熟作用或裂解作用，向分子结构稳定、自由能降低的方向继续演化，形成该温度、压力条件下稳定的混合物，最后形成轻组分和一些剩余物（如焦沥青），在热成熟作用下，原油的品质将逐渐变好。b)生物降