1、石油工业通论石油工业通论Introduction of Petroleum Industry 主讲人：刘宗堡主讲人：刘宗堡东北石油大学地球科学学院东北石油大学地球科学学院第二节第二节 石油的生成石油的生成油气成因概述油气成因概述石油生成的物质基础石油生成的物质基础油气生成的外在条件油气生成的外在条件油气生成的主要阶段油气生成的主要阶段生油岩生油岩一、油气成因概述一、油气成因概述v成因复杂：成因复杂：1.1.油气为流体，在地下可运移；油气为流体，在地下可运移；*发现地发现地生成地生成地2.2.成份复杂：运移受外界影响大成份复杂：运移受外界影响大难以判断来源；难以判断来源；3.3.成因涉及多学科综
2、合分析（需要广泛的知识）成因涉及多学科综合分析（需要广泛的知识）4.4.缺乏对石油及其原始母质过渡形式的明确认识。缺乏对石油及其原始母质过渡形式的明确认识。v焦点与学派：焦点与学派：晚期成油说早期成油说有机成因说无机成因说生成油气的原始物质（一）油气的无机成因学说（一）油气的无机成因学说无机物在高温、高压条件下，转化为油气。无机物在高温、高压条件下，转化为油气。主要依据：主要依据：在实验室中，无机物可以合成烃类在实验室中，无机物可以合成烃类OnH)CH(nH2nCO2n22 催催化化火山喷出气体中有甲烷、乙烷等烃类成分。火山喷出气体中有甲烷、乙烷等烃类成分。慧星等天体上发现有烃类气体；慧星等天
3、体上发现有烃类气体；石油的分布常常与深大断裂有关石油的分布常常与深大断裂有关（断开地壳作为通道断开地壳作为通道）1.1.碳化说碳化说 18761876年，年，俄国化学家俄国化学家门捷列夫提出：门捷列夫提出：“地下深处有重金属碳化物（碳化铁等）与水作用可产生烃类。地下深处有重金属碳化物（碳化铁等）与水作用可产生烃类。”m8n343PT2nmHCOmFeO4mHC3Fe 、高高高高2.2.宇宙说宇宙说 18891889年，俄国学者索可洛夫提出：年，俄国学者索可洛夫提出：“碳氢化合物是宇宙间固有的。碳氢化合物是宇宙间固有的。”证据：慧星等天体上发现了碳氢化合物。证据：慧星等天体上发现了碳氢化合物。O
4、nH)CH(nH2nCO2n22 催催化化3.3.岩浆说岩浆说 19491949年，原苏联学者库德梁采夫提出：年，原苏联学者库德梁采夫提出：“基性岩浆中存在基性岩浆中存在C C、H H、O O等元素，随其冷却时可化等元素，随其冷却时可化合为碳氢化合物。合为碳氢化合物。”基岩岩浆中基岩岩浆中C C、HCHCHHCHCH2 2CHCH3 3CHCH4 4烃类物质烃类物质证据：证据：岩浆岩、变质岩中相继发现油岩浆岩、变质岩中相继发现油 气藏，基性岩浆中发现天然气藏，基性岩浆中发现天然气。气。另外，还有高温生成说、蛇纹石化生油学说等。另外，还有高温生成说、蛇纹石化生油学说等。有机成因学说：有机成因学说
5、：沉积有机质在特定的地质、还原环境中，在细菌、沉积有机质在特定的地质、还原环境中，在细菌、催化剂、温度、时间、放射性等各种作用下，经历生物化学、热催催化剂、温度、时间、放射性等各种作用下，经历生物化学、热催化、热裂解、高温变质阶段陆续转化为石油和天然气。化、热裂解、高温变质阶段陆续转化为石油和天然气。主要依据：主要依据：（二）油气有机成因学说（二）油气有机成因学说世界世界99%99%以上的石油产自沉积岩，少数岩浆岩、变质岩中的石以上的石油产自沉积岩，少数岩浆岩、变质岩中的石油也可能是来自相邻近的富含有机质的沉积岩。油也可能是来自相邻近的富含有机质的沉积岩。含油盆地中，含油层位与富含有机质的层位
6、有依存关系。含油盆地中，含油层位与富含有机质的层位有依存关系。石油中存在生物体特有的化合物，并具有旋光性等。石油中存在生物体特有的化合物，并具有旋光性等。生物物质加热催化，可形成少量烃类。生物物质加热催化，可形成少量烃类。碳的稳定同位素组成与生物物质的碳稳定同位素组成接近。碳的稳定同位素组成与生物物质的碳稳定同位素组成接近。1.1.TreibsTreibs（19331933）：）：首次发现并证实了卟啉化合物广泛存在于不同首次发现并证实了卟啉化合物广泛存在于不同时代、不同成因的石油、沥青等中。时代、不同成因的石油、沥青等中。认为：卟啉化合物来源于植物叶绿素认为：卟啉化合物来源于植物叶绿素石油有机
7、成因重要依据。石油有机成因重要依据。2.2.SmithSmith美国美国(1952(19521954)1954)；前苏联；前苏联B.B.B.B.维尔别维尔别 成功地从现代海洋沉积物中分离鉴定出微量类成功地从现代海洋沉积物中分离鉴定出微量类似于原油的烃类化合物。似于原油的烃类化合物。石油是有机质在沉积物（埋藏成岩）早期生成石油是有机质在沉积物（埋藏成岩）早期生成的，是许多海相生物遗留下来的天然烃的混合物。的，是许多海相生物遗留下来的天然烃的混合物。沉积物所含原始有机质在成岩过程中逐步转化沉积物所含原始有机质在成岩过程中逐步转化为石油和天然气，并运移到邻近的储集层中去。为石油和天然气，并运移到邻近
8、的储集层中去。3.3.Tissot Tissot 等（等（2020世纪世纪7070年代）年代）建立了干酪根热降解生烃演化模式，提出并完善了干酪根建立了干酪根热降解生烃演化模式，提出并完善了干酪根晚期生烃学说，总结了油气形成、演化与分布规律。晚期生烃学说，总结了油气形成、演化与分布规律。石油生成的现代成因理论已基本建立起来了，它不仅符合石油生成的现代成因理论已基本建立起来了，它不仅符合客观地质事实，逐渐为广大的石油地质工作者所接受，而且在客观地质事实，逐渐为广大的石油地质工作者所接受，而且在指导油气勘探中发挥了重大作用。指导油气勘探中发挥了重大作用。4.4.AlbrechtAlbrecht和和D
9、urandDurand等（等（19761976）：）：对喀麦隆杜阿拉盆地白垩系一个未成熟、成熟到过成熟的对喀麦隆杜阿拉盆地白垩系一个未成熟、成熟到过成熟的完整有机质演化剖面进行了研究。完整有机质演化剖面进行了研究。迄今最好的有机质演化研究实例之一。迄今最好的有机质演化研究实例之一。5.5.2020世纪世纪8080年代以来：年代以来：“未未低成熟低成熟”石油、煤成烃理论逐渐形成。石油、煤成烃理论逐渐形成。植物生油理论植物生油理论动物生油理论动物生油理论1.海相生油理论海相生油理论陆相生油理论陆相生油理论2.认识的局限性、片面性认识的局限性、片面性生成油气的原始物质是沉积有机质生成油气的原始物质是
10、沉积有机质早期成油说：早期成油说：沉积有机质在成岩过程中逐步转化为油气。沉积有机质在成岩过程中逐步转化为油气。晚期成油说晚期成油说：沉积有机质埋藏到较大深度，到成岩晚期沉积有机质埋藏到较大深度，到成岩晚期 达到成熟，经热降解生成大量油气。达到成熟，经热降解生成大量油气。3.油气的成因是一个非常复杂的理论问题，尽管目前油油气的成因是一个非常复杂的理论问题，尽管目前油气有机成因理论日臻完善，在油气勘探实践中发挥了重要气有机成因理论日臻完善，在油气勘探实践中发挥了重要的作用，但并不能由此否定油气无机成因理论的科学价值。的作用，但并不能由此否定油气无机成因理论的科学价值。近二十多年来，随着宇宙化学和地
11、球形成新理论的兴起，近二十多年来，随着宇宙化学和地球形成新理论的兴起，板块构造理论的发展和应用，以及同位素地球化学研究的板块构造理论的发展和应用，以及同位素地球化学研究的深入，为油气无机成因理论提供了新的理论依据。越来越深入，为油气无机成因理论提供了新的理论依据。越来越多的研究者注意到，地球深部来源物质对沉积有机质转化多的研究者注意到，地球深部来源物质对沉积有机质转化为油气有重要影响（加氢和催化），这可以说是油气有机为油气有重要影响（加氢和催化），这可以说是油气有机和无机成因说的相互融合。和无机成因说的相互融合。有机成因理论和无机成因假说，都有许多问题尚待有机成因理论和无机成因假说，都有许多问
12、题尚待进一步深入研究。进一步深入研究。二、石油生成的物质基础二、石油生成的物质基础（一）沉积有机质（一）沉积有机质v概念：概念：在外力地质作用下，在还原环境中伴随其它在外力地质作用下，在还原环境中伴随其它矿物一起沉积、保存下来的生物残留物质。矿物一起沉积、保存下来的生物残留物质。v来源：来源：低等水生动、植物低等水生动、植物为主为主细菌、藻类最佳细菌、藻类最佳 生物体的分泌物与死亡尸体可形成生物体的分泌物与死亡尸体可形成类脂化合物、蛋白质、类脂化合物、蛋白质、糖类糖类及及木质素木质素等有机组分等有机组分，这些有机组份大部分通过生物再，这些有机组份大部分通过生物再循环或物理化学作用遭到分解，仅少
13、部分保存在沉积物循环或物理化学作用遭到分解，仅少部分保存在沉积物(岩岩)中形成有机质。中形成有机质。v分布特点：分布特点：沉积有机质主要呈分散状态分布在细粒沉积物（岩）沉积有机质主要呈分散状态分布在细粒沉积物（岩）中，总数量约为中，总数量约为3.83.810101515吨，但吨，但分布很不均衡。分布很不均衡。不同岩性中分布不均匀。不同岩性中分布不均匀。泥质岩多：泥质岩多：2.1%2.1%；砂岩；砂岩0.05%0.05%；碳酸盐岩；碳酸盐岩0.29%0.29%。不同地质时代不均衡。不同地质时代不均衡。总趋势：总趋势：地层越老地层越老，保存的沉积有机质，保存的沉积有机质越少越少。v数量的影响因素：
14、数量的影响因素：生物物质的产量、生物物质的产量、原始有机质的保存条件原始有机质的保存条件沉积物堆积速度、沉积物堆积速度、沉积物的粒度沉积物的粒度沉积物中沉积物中富含有机质的环境条件富含有机质的环境条件是：是：生物产率高，有机质来源充足；生物产率高，有机质来源充足；低能静水还原环境，有机质分解少，保存条件好；低能静水还原环境，有机质分解少，保存条件好；沉积物堆积速度较大，粒度细。沉积物堆积速度较大，粒度细。（二）干酪根（二）干酪根（KerogenKerogen）1 1、干酪根的定义和形成、干酪根的定义和形成v定义：定义：生油母质，沉积岩中不溶于非氧化型酸、生油母质，沉积岩中不溶于非氧化型酸、碱和
15、非极性有机溶剂的分散沉积有机质。碱和非极性有机溶剂的分散沉积有机质。v形成过程：形成过程：生物体生物体(藻类、细菌、浮游生物和高等植物藻类、细菌、浮游生物和高等植物)死亡死亡生物有机组分生物有机组分(类脂化合物、蛋白质、糖类和木质素类脂化合物、蛋白质、糖类和木质素)被其它被其它生物吞食生物吞食保存到保存到沉积物（岩）中沉积物（岩）中氧化分解氧化分解沉积有机质沉积有机质生物化学分解作用生物化学分解作用 可溶有机质可溶有机质不溶有机质不溶有机质(干酪根干酪根)2.干酪根的成分及结构干酪根的成分及结构v成分：成分：黑色或褐色粉末，是一种高分子聚合物，无固定的化学成分黑色或褐色粉末，是一种高分子聚合物
16、，无固定的化学成分C（79%）H（9%）O（3%）S（5%）N（2%）微量元素。）微量元素。石石油油干干酪酪根根加加氢氢、去去氧氧、富富集集碳碳3.干酪根类型干酪根类型化学分类化学分类据碳、氢、氧元素的组成，干酪根分为据碳、氢、氧元素的组成，干酪根分为型、型、型、型、型型 3种类型。种类型。类型类型型型-腐泥型腐泥型型型-混合型混合型型型-腐殖型腐殖型H/C1.1-1.61.1-1.350.7-1.1O/C0.06-0.160.08-0.20.1-0.25来源来源藻类、水生低等微藻类、水生低等微体生物体生物水生低等生物水生低等生物高等植物高等植物生油生油潜力大，主要生成潜力大，主要生成石油和油
17、页岩等石油和油页岩等潜力中等，主要生成潜力中等，主要生成石油和天然气石油和天然气潜力低，主要生潜力低，主要生成天然气成天然气三、油气生成的外在条件三、油气生成的外在条件（一）油气生成的地质环境：（一）油气生成的地质环境：1.1.大地构造条件大地构造条件长期、持续稳定下降的沉积盆地长期、持续稳定下降的沉积盆地沉积盆地沉积盆地在一定特定时期，沉积物的堆积速率明显大于其周围在一定特定时期，沉积物的堆积速率明显大于其周围区域，并具有较厚沉积物的构造单元。区域，并具有较厚沉积物的构造单元。内蒙古岱海内蒙古岱海塔里木盆地塔里木盆地-沉积速度沉降速度沉积速度沉降速度水体迅速变浅，盆地上升为陆地水体迅速变浅，
18、盆地上升为陆地沉积物暴露于地表不利于有机质堆积、沉积物暴露于地表不利于有机质堆积、保存。保存。-沉积速度沉降速度沉积速度沉降速度水体急剧变深，有机质容易遭巨厚水体水体急剧变深，有机质容易遭巨厚水体所含氧的破坏不利于有机质保存。所含氧的破坏不利于有机质保存。-沉积速度沉积速度沉降速度沉降速度丰富的沉积有机质、埋藏深度大、地丰富的沉积有机质、埋藏深度大、地温梯度大、生储广泛接触迅速向油气温梯度大、生储广泛接触迅速向油气转化的地质环境。转化的地质环境。2.岩相古地理条岩相古地理条件件滨海滨海 浅海（陆棚）浅海（陆棚）半深海（陆坡）深海（深海平原）半深海（陆坡）深海（深海平原）高能环境、海水高能环境、
19、海水进退频繁，沉积进退频繁，沉积物粗，不利于繁物粗，不利于繁殖、堆积和保存。殖、堆积和保存。水体营养丰富，阳水体营养丰富，阳光充足、水体较安光充足、水体较安静，最有利于生物静，最有利于生物大量繁殖。大量繁殖。水体营养不足、生物不发育，水体营养不足、生物不发育，生物遗体下沉经历巨厚水体生物遗体下沉经历巨厚水体大部分遭到氧化，而且陆源大部分遭到氧化，而且陆源有机质很少。有机质很少。有利的岩相、古地理环境：有利的岩相、古地理环境：深度适当、面积较大、有机质丰富的水体、低能还原环境深度适当、面积较大、有机质丰富的水体、低能还原环境海相：海相：浅海、三角洲相（波斯湾、墨西哥湾含油气盆地）（波斯湾、墨西哥
20、湾含油气盆地）陆相：陆相：深湖、半深湖相（松辽、渤海湾）（松辽、渤海湾）3.古气候条古气候条件件温暖、潮湿的气候有利于生物的繁殖和发育温暖、潮湿的气候有利于生物的繁殖和发育大地构造条件是根本的，它控制着岩相古地理及古气候特征大地构造条件是根本的，它控制着岩相古地理及古气候特征我国主要大型陆相湖盆的发育特征（二）油气生成的理化条件（二）油气生成的理化条件1温度与时间温度与时间最主要作用最主要作用温度温度最持久、最有效的作用因素最持久、最有效的作用因素时间时间补偿温度之不足补偿温度之不足温度和时间在温度和时间在一定范围内一定范围内互补，即高温短时热力作用等效于低温长时互补，即高温短时热力作用等效于
21、低温长时随有机质埋深的加大和温随有机质埋深的加大和温度的升高，有机质逐渐开度的升高，有机质逐渐开始生成油气。当温度升高始生成油气。当温度升高到一定数值有机质开始大到一定数值有机质开始大量生成石油，这个温度界量生成石油，这个温度界限称为有机质的限称为有机质的成熟温度成熟温度或称为或称为门限温度门限温度。成熟温度所在的深度称为成熟温度所在的深度称为成熟点成熟点(门限深度门限深度)。在实。在实际中用的较多的往往是指际中用的较多的往往是指门限深度门限深度(生油门限生油门限)。2.细菌作用细菌作用 细菌本身为细菌本身为生油原始物质生油原始物质 细菌对有机质分解，产生相应的有机化合物和甲烷气。细菌对有机质
22、分解，产生相应的有机化合物和甲烷气。由于细菌怕热，只能在由于细菌怕热，只能在100的浅层中起作用：的浅层中起作用：3.催化作用催化作用无机催化剂最主要的是粘土矿物：蒙脱石、伊利石等蒙脱石、伊利石等有机催化剂酵母：动植物与微生物产生的一种胶体物质，催化作用强，但不耐高温。有机质有机质 脂肪酸脱去羧基脂肪酸脱去羧基 类似石油的物质类似石油的物质150250粘土粘土蛋白质蛋白质 酵母酵母 氨基酸氨基酸碳水化合物碳水化合物 单糖单糖催化作用主要发生在催化作用主要发生在中浅层中浅层，地温，地温125125。4.放射性作放射性作用用许多沉积岩中都含有少量的放射性元素：许多沉积岩中都含有少量的放射性元素：钾
23、、铀、钍钾、铀、钍粘土岩、页岩中多见粘土岩、页岩中多见 放射性元素所造成的局部地温增高有利于有机质的热演化，放射性元素所造成的局部地温增高有利于有机质的热演化，但沉积岩中的放射性元素含量很低但沉积岩中的放射性元素含量很低非主要因素。非主要因素。钾钾铀铀钍钍生成油气的物理化学条件生成油气的物理化学条件 在有机质向油气转化的过程中，不同物化条件在有机质向油气转化的过程中，不同物化条件的作用强度不同。细菌和催化剂都是在特定阶段作的作用强度不同。细菌和催化剂都是在特定阶段作用显著，加速有机质降解生油、生气；用显著，加速有机质降解生油、生气；放射性作用放射性作用则可不断提供游离氢的来源；则可不断提供游离
24、氢的来源；只有温度与时间在油只有温度与时间在油气生成全过程中都有着重要作用。气生成全过程中都有着重要作用。所以，有机质向油气的转化，是在适宜的地质所以，有机质向油气的转化，是在适宜的地质环境里，多种因素综合作用的结果。环境里，多种因素综合作用的结果。四、油气生成的主要阶段四、油气生成的主要阶段生物化学生气阶段生物化学生气阶段热催化生油气阶段热催化生油气阶段热裂解生凝析气阶段热裂解生凝析气阶段深部高温生气阶段深部高温生气阶段腐泥组（腐泥组（sapropelitesapropelite）：主要包括无定形体和藻类体，是富氢组分。主要包括无定形体和藻类体，是富氢组分。壳质组（壳质组（exiniteex
25、inite）：）：主要来源于植物的孢子、角质、植物的表皮组织、树脂、主要来源于植物的孢子、角质、植物的表皮组织、树脂、蜡质等。包括孢子体、角质体、树脂体和木栓质体。是富氢蜡质等。包括孢子体、角质体、树脂体和木栓质体。是富氢组分。组分。镜质组（镜质组（vitrinitevitrinite）：是植物的茎、叶和木质纤维经过凝胶化作用形成的各种凝是植物的茎、叶和木质纤维经过凝胶化作用形成的各种凝胶体。镜质体是富氧组分。胶体。镜质体是富氧组分。惰质组（惰质组（inertiniteinertinite）：是一种丝炭化组分。由木质纤维素经丝炭化作用而形成。是一种丝炭化组分。由木质纤维素经丝炭化作用而形成。属
26、稳定的不活泼组分，富含氧。属稳定的不活泼组分，富含氧。目前，测镜质组的反射率已经成为判断有机质成熟度的主要标志目前，测镜质组的反射率已经成为判断有机质成熟度的主要标志反射光下观察有机质可以划分为四种反射光下观察有机质可以划分为四种镜质体反射率镜质体反射率RoRo范围：范围：Ro0.5%Ro2.0%；温度：温度：250；深度：深度：（6000-7000m）；）；作用：作用：高温热裂解，高温热裂解，前一阶段湿气，液态烃的进步裂解，干酪前一阶段湿气，液态烃的进步裂解，干酪根残渣的裂解和缩聚；根残渣的裂解和缩聚；产物：产物：甲烷（干气甲烷（干气），固体沥青，次石墨。），固体沥青，次石墨。4 4深部高温
27、生干气阶段深部高温生干气阶段（过成熟阶段）（过成熟阶段）五、生油（气）岩五、生油（气）岩烃源岩（烃源岩（source rocksource rock）：）：能够生成油气，能够生成油气，并能排出油气并能排出油气的岩石称的岩石称为烃源岩（油源岩，气源岩）。为烃源岩（油源岩，气源岩）。有效烃源岩有效烃源岩（effective source effective source rockrock）：）：能够生成油能够生成油气，并能排出足以形气，并能排出足以形成商业性油气聚集油成商业性油气聚集油气的岩石称为有效烃气的岩石称为有效烃源岩（油源岩，气源源岩（油源岩，气源岩）。岩）。烃源层（烃源层（source
28、source bedbed）：）：由烃源岩组由烃源岩组成的地层称为烃源层。成的地层称为烃源层。生油（烃源）岩形成于生油（烃源）岩形成于低能静水环境低能静水环境，呈暗色、细粒、富含，呈暗色、细粒、富含有机质和微体生物化石，常见分散状原生黄铁矿或菱镁矿，偶尔有机质和微体生物化石，常见分散状原生黄铁矿或菱镁矿，偶尔可见原生油苗。主要包括粘土岩和碳酸盐岩两大类。主要沉积于可见原生油苗。主要包括粘土岩和碳酸盐岩两大类。主要沉积于浅海、三角洲和深水浅海、三角洲和深水-半深水湖泊环境中。半深水湖泊环境中。好的生油岩应该具有好的生油岩应该具有细粒岩性、合适的厚度、比较大的面细粒岩性、合适的厚度、比较大的面积、
29、处在还原的环境、含有丰富的有机质、具有适当的有积、处在还原的环境、含有丰富的有机质、具有适当的有机质类型和成熟度，有机质处在合适的转化阶段。机质类型和成熟度，有机质处在合适的转化阶段。地 质地 质特征特征岩相岩相深湖深湖半深湖半深湖浅浅半深半深滨浅湖滨浅湖河河滨滨岩性岩性灰黑色灰黑色泥岩泥岩黑灰色黑灰色泥岩泥岩黑褐色泥岩黑褐色泥岩灰绿色泥岩灰绿色泥岩红色泥岩红色泥岩 地地质质特特征征TOCTOC1.51.52.02.01.01.01.51.50.60.61.01.00.40.40.60.60.40.150.150.10.1 0.150.150.0 50.0 5 0.10.10.0 10.0 1 0.050.050.01100010005 0 0 5 0 0 10001000200 200 500500100100 200 200100664 4 6 62 2 4 41 1 2 211R R0 0（%）1.21.2 0.6 0.61.21.2 0.6 0.61.2 1.2 0.60.61.21.2 0.6 0.60.51.31.322干酪根干酪根类型类型1 12 2#评价评价评价评价极好极好好好较好较好差差非烃源岩非烃源岩我国陆相烃源岩评价标准
