石油及天然氣的成因

第二章石油的成因

研究石油的成因問(wèn)題，可以指導(dǎo)石油勘探、預(yù)測(cè)石油的儲(chǔ)量，更好地了解石油的化學(xué)組成上某些特點(diǎn)。

本章的主要內(nèi)容為：石油的無(wú)機(jī)成因說(shuō)石油的有機(jī)成因說(shuō)石油中各族烴類(lèi)的形成1精選課件

關(guān)于石油的成因，到目前為止，學(xué)術(shù)界還有爭(zhēng)論，沒(méi)有完全弄清楚，主要原因在于：石油在地下易于流動(dòng)，現(xiàn)在找到的油、氣藏的地方往往并不是石油生成的地方。通過(guò)運(yùn)移，現(xiàn)在的石油組成并不代表其本來(lái)面貌。石油的形成過(guò)程發(fā)生幾億年前的地層深處。2精選課件研究石油的成因必須解決三個(gè)問(wèn)題：生成石油的原始物質(zhì)。原始物質(zhì)變成石油的原因和過(guò)程。石油的運(yùn)移和富集。關(guān)于石油生成的原始物質(zhì)，有兩大學(xué)派：無(wú)機(jī)成因?qū)W派有機(jī)成因?qū)W派3精選課件第一節(jié)石油的無(wú)機(jī)成因?qū)W說(shuō)

無(wú)機(jī)成因?qū)W派的論據(jù)主要有以下幾點(diǎn)：通過(guò)無(wú)機(jī)途徑(例如：金屬碳化物和水)

可以形成一定量的烴類(lèi)。許多天體上存在烴類(lèi)?；鹕絿姵龅臍怏w和熔巖中含有烴類(lèi)。4精選課件一、碳化物說(shuō)

這是由俄國(guó)化學(xué)家門(mén)捷列夫于1876年創(chuàng)立的，他認(rèn)為在地球形成時(shí)期，使碳和鐵變成液態(tài)，相互作用形成碳化鐵，保存在地球深處，地表水沿著地殼裂縫向下滲透與碳化鐵作用而形成了烴類(lèi)。5精選課件二、宇宙說(shuō)這是由俄國(guó)學(xué)者索科洛夫于1889年提出的，其理論根底就是在一些天體中發(fā)現(xiàn)了碳?xì)浠衔?，認(rèn)為碳?xì)浠衔锸怯钪嬷兴逃械摹?精選課件三、巖漿說(shuō)

這是前蘇聯(lián)學(xué)者庫(kù)德梁采夫在1949年提出來(lái)的，他認(rèn)為碳和氫不僅存在于太陽(yáng)和星球中，而且也存在于地球的巖漿中，在高溫高壓下它們形成各種烴類(lèi)。7精選課件無(wú)機(jī)成因的致命弱點(diǎn)：脫離了地質(zhì)條件來(lái)討論石油的形成，而且將宇宙中發(fā)現(xiàn)的簡(jiǎn)單烴類(lèi)與復(fù)雜的石油烴類(lèi)等同起來(lái)。目前大家比較公認(rèn)是能夠指導(dǎo)生產(chǎn)并正確反映客觀(guān)規(guī)律的有機(jī)成因?qū)W說(shuō)。8精選課件第二節(jié)石油的有機(jī)成因說(shuō)生成石油及天然氣的原始物質(zhì)：既有動(dòng)物又有植物，而以低等生物為主；生成石油及天然氣的環(huán)境：既有陸相生油，又有海相生油。9精選課件一、生油的原始物質(zhì)現(xiàn)代有機(jī)學(xué)說(shuō)認(rèn)為，石油是地質(zhì)時(shí)期中生物遺體(或有機(jī)殘?bào)w)在適當(dāng)條件下生成的。形成沉積物中有機(jī)質(zhì)的最重要的生物有四種：浮游植物、浮游動(dòng)物、高等植物和細(xì)菌。其中的一小局部由于沉積在缺氧的環(huán)境中，被泥沙埋藏而保存下來(lái)，最后轉(zhuǎn)化成石油。10精選課件

生物有機(jī)質(zhì)的主要生化組成是：木質(zhì)素、碳水化合物、蛋白質(zhì)、類(lèi)脂。與石油組成最相近的類(lèi)脂在成油過(guò)程中的作用最大，而木質(zhì)素和纖維素在成氣和成煤過(guò)程中最重要。11精選課件1、木質(zhì)素木質(zhì)素是高等植物的主要組成局部，不易水解，但可被氧化成芳香酸和脂肪酸。在缺氧的水體中，在水和微生物的作用下，木質(zhì)素分解，與其它化合物生成腐植酸。腐植酸又能與烴類(lèi)形成絡(luò)合物，從而可以成為烴類(lèi)從陸上流到海洋的運(yùn)載體。

與木質(zhì)素具有相似結(jié)構(gòu)的物質(zhì)是丹寧，它們都是沉積物有機(jī)質(zhì)中芳香結(jié)構(gòu)的重要來(lái)源，是成煤的重要前身物，也可生成天然氣。12精選課件2、碳水化合物

亦稱(chēng)糖類(lèi)，幾乎所有的動(dòng)、植物及微生物中都含有糖，糖的通式可用Cx(H2O)y表示，故稱(chēng)碳水化合物。糖按分子大小可分為單糖、低聚糖和多糖。

多糖中對(duì)形成沉積巖中有機(jī)質(zhì)最有意義的是纖維素和半纖維素。

纖維素和半纖維素是成煤和成氣的主要原始物質(zhì)。13精選課件3、蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)是生物體內(nèi)一切組織的根本組成局部，細(xì)胞中除水外，其余80%都是蛋白質(zhì)。它是20多種氨基酸分子通過(guò)肽鍵連接而成的復(fù)雜的高分子化合物。在酸、堿、酶的作用下，蛋白質(zhì)發(fā)生水解形成氨基酸。有機(jī)體死亡之后，氨基酸仍保存在遺骸中。14精選課件4、類(lèi)脂

指所有不溶于水而易溶于乙醚、氯仿、苯等低極性有機(jī)溶劑的脂狀物質(zhì)，其中包括：油脂、蠟、萜類(lèi)、烴類(lèi)和色素等。

其元素組成和分子結(jié)構(gòu)與石油烴類(lèi)最接近，因而被認(rèn)為是生油的主要原始物質(zhì)。15精選課件二、生油環(huán)境

溫暖、潮濕的氣候環(huán)境有利于生物的大量繁殖和發(fā)育，從而具備了豐富的生油原始物質(zhì)。

在海洋或湖泊中，不僅有豐富的水生生物，還因水體起到了隔絕空氣的作用，阻止了有機(jī)殘?bào)w的腐爛分解，于是與礦物質(zhì)一起被沉積埋藏起來(lái)。因此海洋、湖泊、三角洲等古地理區(qū)域都是生油的有利地區(qū)。16精選課件

隨著沉積盆地的不斷下沉，沉積物不斷加厚，隨著地層壓力的增加，溫度的不斷升高，沉積物經(jīng)歷一系列的物理化學(xué)變化而變成了沉積巖。而含有分散有機(jī)質(zhì)的沉積巖稱(chēng)為生油巖。除了淺海外，內(nèi)陸湖泊也有豐富的有機(jī)殘?bào)w，并具備復(fù)原條件，是良好的生油區(qū)。在我國(guó)除塔里木屬于海相生油外，絕大多數(shù)油田都是在陸相條件下形成的。17精選課件三、有機(jī)殘?bào)w的演化和油氣生成的階段性通過(guò)對(duì)生油剖面的詳細(xì)研究說(shuō)明，只有當(dāng)生油巖埋藏到一定深度并具備一定溫度時(shí)，生油巖中的原始有機(jī)質(zhì)才能轉(zhuǎn)化成石油烴。18精選課件沉積巖中分散的有機(jī)質(zhì)瀝青：溶于有機(jī)溶劑干酪根：不溶于常用的有機(jī)溶劑，是高分子聚合物，呈暗棕色細(xì)軟粉末，分散在沉積巖中，占80～99%，是由有機(jī)殘?bào)w演化而成的。19精選課件

干酪根演化生成石油烴的三個(gè)階段：未成熟階段：干酪根形成及生成甲烷氣階段；成熟階段：干酪根裂解成油階段；過(guò)熟階段：干酪根裂解成氣階段。20精選課件1、干酪根形成及生成甲烷氣階段〔未熟階段〕分解

蛋白質(zhì)碳水化合物木質(zhì)素類(lèi)脂CO2、CH4、NH3、H2S、H2O氨基酸、糖、酚、脂肪酸〔1〕干酪根的形成21精選課件縮聚氨基酸糖、酚脂肪酸腐殖物質(zhì)：來(lái)源于高等植物，以酚結(jié)構(gòu)為主，脂肪結(jié)構(gòu)較少。腐泥物質(zhì)：來(lái)源于水生生物，富含脂鏈、脂環(huán)、肽鏈。22精選課件不溶于NaOH水溶液的胡敏素

腐殖(泥)物質(zhì)溶于NaOH水溶液的腐植酸

隨著埋藏深度的增加，腐殖(泥)物質(zhì)最終完全轉(zhuǎn)化成胡敏素，與周?chē)V物質(zhì)絡(luò)合，穩(wěn)定保存下來(lái)，它們就是干酪根的前身物。隨著埋藏深度的進(jìn)一步增加，胡敏素縮合，官能團(tuán)損失，演變成干酪根。23精選課件〔2〕干酪根的類(lèi)型最早的一種方法是把干酪根分為腐泥型和腐殖型。干酪根腐泥型：H/C為1.3～1.7，呈富集狀態(tài)時(shí)形成油頁(yè)巖，而呈分散狀態(tài)時(shí)形成生油巖。腐殖型：H/C小于1.0；呈富集狀態(tài)時(shí)形成煤，而呈分散狀態(tài)時(shí)分布于沉積巖中，最終形成天然氣。

干酪根是一種大分子的縮聚物，由于其分子量高而具有較高的不溶解性；由于它不是均一的分子，而是由相似的而又不同的結(jié)構(gòu)單元所組成的雜亂聚合物。24精選課件2、干酪根裂解成油階段〔成熟階段〕

當(dāng)有機(jī)質(zhì)埋藏深度達(dá)1500～2500米時(shí)，溫度升高至60～180℃，干酪根便在熱催化作用下大量裂解形成液態(tài)烴以及一定量的氣體，這一階段被稱(chēng)之為生油的主要階段。25精選課件這一階段生成的石油，按其組成可分為：低成熟原油：非烴組分較多，重質(zhì)烴比例高，生物標(biāo)志物多，密度較大。成熟原油：形成更多的輕質(zhì)烴，非烴組分大大減少，密度較低。26精選課件影響干酪根等有機(jī)質(zhì)熱解生油的主要因素：溫度在有機(jī)質(zhì)成油過(guò)程中起主要作用。在形成油氣的漫長(zhǎng)地質(zhì)年代過(guò)程中，時(shí)間具有不可無(wú)視的作用。生油巖是一種有機(jī)質(zhì)分散于礦物基質(zhì)中的巖石，因此礦物質(zhì)不可防止地影響有機(jī)質(zhì)的熱轉(zhuǎn)化，這種影響主要表現(xiàn)為催化作用和吸附作用。27精選課件3、干酪根裂解成氣階段〔過(guò)熟階段〕隨著埋藏深度繼續(xù)增加，干酪根大量轉(zhuǎn)化成石油之后，熱裂解成為主要的轉(zhuǎn)化反響，干酪根不再具有生成長(zhǎng)鏈液態(tài)烴的能力，其結(jié)果是輕質(zhì)液態(tài)烴數(shù)量迅速增加，在高溫下繼續(xù)裂化形成甲烷。干酪根在生油、氣的演化過(guò)程中實(shí)際上是向得氫和失氫兩極方向轉(zhuǎn)化的過(guò)程。得氫的方向形成油、氣；失氫的方向形成剩余炭。28精選課件四、石油的運(yùn)移與富集

石油和天然氣在地殼中的任何移動(dòng)都稱(chēng)為油氣的運(yùn)移。通過(guò)運(yùn)移，分散的油氣由生油層進(jìn)入儲(chǔ)油層，又通過(guò)儲(chǔ)油層進(jìn)入阻礙油氣繼續(xù)運(yùn)移的閉圈，聚集起來(lái)成為油氣藏。所以油氣運(yùn)移是油氣由分散到集中的必要條件。29精選課件

油氣運(yùn)移的兩個(gè)過(guò)程：初次運(yùn)移：由于干酪根裂解生成的油氣混合物因體積增大而產(chǎn)生的壓力使生油層發(fā)生裂隙，使混合油氣從生油巖通過(guò)裂隙向外排出并從生油層驅(qū)出進(jìn)入滲透性更強(qiáng)，孔隙性更高的儲(chǔ)油層的過(guò)程。二次運(yùn)移：油氣進(jìn)入儲(chǔ)油層后的一切運(yùn)移過(guò)程。30精選課件

石油進(jìn)入儲(chǔ)油層后，在相應(yīng)的環(huán)境下受到各種地球化學(xué)作用的影響，會(huì)和在儲(chǔ)油層中的礦物質(zhì)發(fā)生相應(yīng)變化，使其組成和結(jié)構(gòu)發(fā)生次生改造，使石油中組分變輕，雜原子含量降低。

造成石油在儲(chǔ)油層中發(fā)生次生改造的地球化學(xué)作用有：熱催化作用：儲(chǔ)油層中的石油和天然氣中的烴類(lèi)在更高溫度的地?zé)嵯到y(tǒng)中向著分子結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定的方向繼續(xù)演化，形成最穩(wěn)定的混合物。31精選課件氧化作用和生物降解作用：生物降解和氧化作用的綜合效應(yīng)就是形成密度大，粘度高的重質(zhì)原油，強(qiáng)烈的次生改造可以使原油轉(zhuǎn)化成天然瀝青。硫化作用：硫酸鹽復(fù)原細(xì)菌作用下，硫酸鹽可以氧化烴類(lèi)，而其自身復(fù)原成H2S和S，元素S與烴反響形成烷基噻吩、硫醇、硫醚等含硫化合物。脫瀝青作用：當(dāng)油藏中含有大量的C1～C6的輕烴時(shí)，它們?nèi)芙庥谑椭?，使石油中的瀝青質(zhì)沉淀下來(lái)，導(dǎo)致石油的密度降低，輕質(zhì)組分增加，重質(zhì)組分減少。

32精選課件第三節(jié)石油中各種烴類(lèi)的形成

石油中烴類(lèi)的三個(gè)來(lái)源：生物體內(nèi)的原生烴。類(lèi)脂化合物中的醇類(lèi)、醛類(lèi)、羧酸類(lèi)以及環(huán)狀萜烯類(lèi)，經(jīng)微生物降解生成的烴類(lèi)。干酪根受熱裂解或催化裂解時(shí)產(chǎn)生的烴類(lèi)。33精選課件一、正構(gòu)烷烴的形成一局部來(lái)源于活的生物體以及脂肪酸、脂肪醛、蠟等類(lèi)脂化合物。一局部正構(gòu)烷烴是由沉積物中的脂肪醇、脂肪酸、脂肪醛等經(jīng)生物化學(xué)發(fā)酵而生成的。大局部是在生油主帶、在較高溫度下由高分子的一元脂肪酸脫除羧基后而生成的。一局部是高級(jí)脂肪酸轉(zhuǎn)化成兩倍碳鏈的脂肪酮，而酮隨之復(fù)原成烴類(lèi)。34精選課件二、異構(gòu)烷烴的形成來(lái)源之一是生物合成，與正構(gòu)烷烴共生。在海洋有機(jī)物和細(xì)菌的類(lèi)脂化合物中的異構(gòu)脂肪酸是異構(gòu)烷烴的前身。大局部異構(gòu)烷烴是干酪根中脂肪結(jié)構(gòu)熱解而生成的。此時(shí)既生成飽和烴，也生成不飽和烴，生成的烷烴經(jīng)催化作用形成異構(gòu)烷烴。35精選課件三、環(huán)烷烴的形成環(huán)烷烴可由生物直接合成，更重要的是來(lái)源于生物體內(nèi)的各種環(huán)狀萜的衍生物。環(huán)烷烴的另一重要來(lái)源是不飽和脂肪酸脫水環(huán)化，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成環(huán)烷烴。36精選課件四、芳香烴的形成在細(xì)菌作用下，生物體內(nèi)的環(huán)狀物質(zhì)發(fā)生芳構(gòu)化反響轉(zhuǎn)化成芳香烴和環(huán)烷芳香烴。不飽和脂肪酸在催化劑作用下經(jīng)環(huán)化、脫水轉(zhuǎn)化成芳香烴和環(huán)烷芳香烴。干酪根在