石油地質(zhì)教案第一章油氣水性質(zhì)（4學(xué)時）§1石油瀝青類的概念及組分（0.5學(xué)時）一、概念：天然氣、石油及其固態(tài)衍生物，統(tǒng)稱為石油瀝青類。石油瀝青類、煤類、油頁巖，一部分硫，都是自然界常見的可燃礦產(chǎn)，因它們由古生物演變而來，故統(tǒng)稱為可燃有機礦產(chǎn)。巖石圈分為巖漿巖、變質(zhì)巖和沉積巖，而沉積巖又根據(jù)成因分為碎屑巖、化學(xué)巖及生物巖；而生物巖根據(jù)可燃性又可分為可燃性生物巖、非可燃生物巖。二、組成組成可燃有機礦產(chǎn)的主要元素為碳和氫，還會有少量的氧、硫、氮等雜質(zhì)。其中煤所含碳要比石油多，氫卻比石油少；氧在石油中也較少；C/H比值以石油和瀝青最小，煤類最大。碳的熱值約為34.0MJ/kg，氫的熱值約為142.2MJ/kg，即一個單位的氫所放出的熱量四倍于碳；氧則使可燃礦產(chǎn)的熱值降低。因此石油的熱值比煤類大。三、可燃有機礦產(chǎn)的分類從物理狀態(tài)分類，可燃有機礦產(chǎn)可分為三類：1．氣態(tài)可燃礦產(chǎn)：即天然氣。2．液態(tài)可燃礦產(chǎn)：以石油為代表。3．固態(tài)可燃礦產(chǎn)：種類較多，包括煤、油頁巖、硫磺及石油衍生物：地瀝青、地蠟、石瀝青等?！?石油的性質(zhì)和組成（1學(xué)時）一、石油的組成：（一）石油的元素組成石油的主要成分C、H、O、S、N。其中，C：84~87%，H：11~14%，兩者占97~99%；O、S、N總量僅占1~4%，個別情況下，高硫石油，這個比例可達(dá)3~7%。如墨西哥石油含硫3.6~5.3%。石油中氮含量很少，一般為千分之幾到萬分之幾，個別情況下N含量也很高，如美國加利福尼亞第三系石油氮含量可達(dá)1.4~2.2%。此外，石油中還有其它微量元素，構(gòu)成了石油灰份，目前，采用發(fā)射光譜法和中子活化分析法從石油灰份中發(fā)現(xiàn)了其它微量元素54種。這些元素近似自然界有機物的元素組成。說明石油與原始有機質(zhì)存在明顯的親緣關(guān)系。尤其是（V）（Ni）是分布普遍并且有成因意義的兩種元素（釩、鎳），把它們的比值（V／Ni）用來確定生油巖相，進(jìn)行油源對比。（二）石油的烴類組成石油主要由C、H兩種元素組成，按兩者之間結(jié)合的化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同可分為三類：1．烷烴類（又稱脂肪烴類），通式為CnH2n+2一般在常溫常壓下1~4個碳原子（C1~C4）的烷烴呈氣態(tài)；含五到十六個碳原子正烷烴呈液態(tài)；十七個以上碳原子的高分子烷烴呈固態(tài)。烷烴分子結(jié)構(gòu)是碳原子與碳原子以單鍵相聯(lián)接，排成直鏈?zhǔn)?，其余碳原子鍵全部為氫原子所飽和的直鏈烴類。無支鏈者為正（構(gòu)）烷烴，有支鏈者為異（構(gòu)）烷烴（結(jié)構(gòu)式參見教材）。在石油中不同碳原子數(shù)正烷烴相對含量呈一條連續(xù)的分布曲線，稱為正烷烴分布曲線。這說明石油中正烷烴同系物是一個連續(xù)系列。由于石油中正烷烴低分子多于高分子，因而在正烷烴系列的C15以內(nèi)有一個極大值。在石油的烷烴餾分中，最重要的是異戊間二烯型烷烴。其結(jié)構(gòu)特點是在直鏈上每四個碳原子有一個甲基支鏈，在結(jié)構(gòu)上宛如由若干個異戊間二烯分子加氫縮合而成。它們可能是天然色素或萜烯類衍生的產(chǎn)物。它們在石油中的含量可達(dá)0.5%，在石油和沉積物中往往以植烷、姥鮫烷和降姥鮫烷、異十六烷及法呢烷含量最高。由于同源的石油，所含異戊間二烯型烷烴的類型和含量均相似，所以它們被用來研究油源對比及運移。2．環(huán)烷烴即分子中含有碳環(huán)的飽和烴。根據(jù)組成碳環(huán)的碳原子數(shù)分為三員環(huán)、四員環(huán)、五員環(huán)……。按分子中所含碳環(huán)數(shù)目，可以分為單環(huán)烷烴（CnH2n）、雙環(huán)烷烴（CnH2n-2）、三環(huán)烷烴（CnH2n-4）及多環(huán)烷烴。石油中的環(huán)烷烴多為五員環(huán)或六員環(huán)。環(huán)烷烴和脂肪烴分子中所有化合價均被飽和，所以它們都屬飽和烴，性質(zhì)相似，化學(xué)穩(wěn)定性高，但其物性（如密度，熔點、沸點都比碳原子數(shù)相同的烷烴高，但相對密度小于1）。3．芳香烴指具有六個碳原子和六個氫原子組成的物殊碳環(huán)——苯環(huán)的化合物，其結(jié)構(gòu)特點是分子中含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，屬不飽和烴。根據(jù)其結(jié)構(gòu)，可分為單環(huán)、多環(huán)和稠環(huán)三類。單環(huán)芳烴，指分子中只含一個苯環(huán)的芳烴，包括苯及其同系物：CH3CH3苯甲苯對二甲苯CH3多環(huán)芳烴是指分子中含兩個或多個獨立苯環(huán)的芳香烴。聯(lián)苯稠環(huán)芳香烴是指分子中含兩個或多個苯環(huán)，彼此之間通過共用兩個相鄰碳原子稠合而成的芳香烴。在石油的低沸點餾分中，芳香烴含量較少，且多為單環(huán)芳烴；隨沸點升高，芳烴含量增加，并出現(xiàn)雙環(huán)芳烴。在重質(zhì)餾分中，還可出現(xiàn)稠環(huán)芳烴。（三）石油的非烴組成石油中非烴化合物主要包括含硫、含氮、含氧化合物。1．含硫化合物它在石油中的含量變化較大，從萬分之幾到百分之幾。含硫化合物主要有：單質(zhì)硫S、H2S、硫醇（RSH）、硫醚（RSR′）、環(huán)硫醚（，）、二硫化物（RSSR′）、噻吩（）及其同系物。硫是石油中的一種有害雜質(zhì)，因為它易產(chǎn)生硫化氫、硫化鐵、硫醇鐵、亞硫酸或硫酸等，對機器、管道、油罐、煉塔等金屬設(shè)備產(chǎn)生腐蝕。所以含硫量常作為評價石油質(zhì)量的一項重要指標(biāo)，我國的石油多為低硫石油。通常將含硫量大于2%的石油稱為高硫石油，低于0.5%稱為低硫石油，介于0.5~2%稱含硫石油。一般產(chǎn)于砂巖層中的石油含量低，多為低硫石油，產(chǎn)自碳酸鹽巖地層中的石油多為高硫石油。2．含氮化合物3．含氧化合物一般只有千分之幾，個別石油可高達(dá)2~3%?？煞譃樗嵝院椭行詢深?。前者有環(huán)烷酸、脂肪酸及酚，總稱為石油酸；后者有醛、酮類。環(huán)烷酸很容易生成各種鹽類，其中堿金屬鹽能很好地溶解于水中，在石油接觸的地下水中常含這種環(huán)烷酸鹽，可作為找油的標(biāo)志。（四）石油的餾份和組份組成石油的化學(xué)組成是比較復(fù)雜的，為研究和使用方便常用蒸餾方法或熔解方法對其進(jìn)行分離，分割成不同的組份。1．餾份組成：利用化合物不同沸點特征進(jìn)行加熱蒸餾得到不同餾份，如汽油、煤油、柴油、重瓦斯油、潤滑油、渣油。2．族份組成：石油的族份組成分為飽和烴、芳香烴、非烴及瀝青質(zhì)。3．組份組成：根據(jù)石油中化合物的不同組份對有機溶劑和吸附劑（如硅膠）所具有的選擇性溶解和吸附的特性，將石油劃分為四個組份。（1）油質(zhì)：是石油的主要組份，可溶解于石油醚而不被硅膠所吸附，成份主要為飽和烴和一部分芳香烴。（2）膠質(zhì)：可溶于石油醚、苯、三氯甲烷等有機溶劑而不被硅膠所吸附。可分為苯膠質(zhì)（用苯解吸的產(chǎn)物）和酒精——苯膠質(zhì)。前者多為芳香烴和一些含有雜原子（氧、硫、氮）的芳香烴化合物，后者主要為含雜原子的非烴化合物。輕質(zhì)油中膠質(zhì)含量少于5%，重質(zhì)油中膠質(zhì)含量可達(dá)20%以上。（3）瀝青質(zhì)：不溶于石油醚和酒清，而溶于苯、三氯甲烷的瀝青部分。其分子量較大，在電子顯微鏡下，其宏觀結(jié)構(gòu)呈膠狀顆粒，其分子結(jié)構(gòu)以稠環(huán)芳香烴和烷基側(cè)鏈組成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。（4）碳質(zhì)：石油中不溶于有機溶劑的非烴化合物。二、石油的物理性質(zhì)1．顏色顏色變化較大，從無色、淡黃色、黃褐色、淡紅色、深褐色、黑綠色到黑色。顏色的不同跟成份有關(guān)。膠質(zhì)—瀝青質(zhì)含量越高顏色越深，油質(zhì)含量高，顏色淺。石油一般以黑色為多。石油顏色的不同可有以下幾個原因：1）無色或淺色石油：可能在運移過程中，帶色的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)被巖石吸附，剩下淺色油質(zhì)部分。亦可能是由于高溫裂解，使高分子烴碳鏈斷裂，變成低分子烴，而形成淺色輕質(zhì)組分（如塔里木）。四川黃瓜山、華北大港，多數(shù)為黑色。2）如果石油受到氧化或菌解而形成黑色的瀝青質(zhì)、炭質(zhì)[如勝利、克拉瑪依（熱采）]。2．密度和相對密度：密度指單位體積重量；相對密度指標(biāo)準(zhǔn)條件下原油密度與4℃下純水密度之比值，無因次量剛。原油的密度在20℃下，一般介于0.75~1.0之間。通常把相對密度>9.0的石油稱為重質(zhì)石油，小于0.9的為輕質(zhì)石油。大慶、大港、克拉瑪依均為輕質(zhì)油。而勝利（0.90~0.93）、伊朗（1.016）、美國加利福尼亞石油（1.01）、墨西哥（1.06）為重質(zhì)油。美國常用API度，西歐常用波美度表示石油的相對密度，它們與相對密度之間的關(guān)系參見教科書。石油的密度與顏色有一定關(guān)系，一般淡色石油密度小，反之則大。這取于其化學(xué)組成；膠質(zhì)、瀝青質(zhì)含量↑，密度↑；高分子量含量大，密度↑。地下原油還跟所處的溫度和壓力及溶解氣量有關(guān)。3．粘度指流體質(zhì)點相對移動時所受到的內(nèi)部阻力。它是對流體流動性能的度量，單位為帕斯卡秒（Pa·S）。在研究石油時，通常測定的不是絕對粘度而是相對粘度，即液體的絕對粘度與同溫條件下水的絕對粘度之比。石油的粘度變化很大，如大慶石油粘度在50℃為9.3~21.8×10-3(Pa·S)、孤鳥油田館陶組原油則為103~6451×10-3Pa·S。粘度的變化受化學(xué)組成、溫度、壓力及溶解氣量影響。分子量小的烷烴、環(huán)烷烴含量多，粘度低；反之，高分子化合物含量多，則石油粘度高。T↑、粘度↓；T↓、粘度高。P↑、粘度↑；P↓、粘度↓。溶解氣量高，則粘度低；反之則高。石油的粘度是一個很重要的參數(shù)，在油田的開采和集輸方面很重要。如克拉瑪依采用注蒸氣法開采，還有一些油田注氮氣開采。4．凝固點將液體石油冷卻到失去流動性時的溫度稱為凝固點。石油凝固點的高低取決于含蠟量及烷烴碳數(shù)高低。含蠟量高，則凝固點高，反之則低。凝固點高的石油容易使井底結(jié)蠟，給開采工作造成困難。在開采和集輸過程中要研究其凝固點，而采取升溫辦法解決結(jié)蠟現(xiàn)象。5．導(dǎo)電性原油是一種非異體，其電阻率高達(dá)109~1016Ω·m。可利用此性質(zhì)，用電阻率曲線來判斷油水層。6．溶解性石油易溶于有機溶劑而難溶于水。石油在水中的溶解度取決于成份和外界條件。烴類在水中的溶解度（甲烷除外）隨分子量增大而減小。碳數(shù)相同的烴類比較：烷烴<環(huán)烷烴<芳香烴。7．熒光性石油及其大部分產(chǎn)品（輕汽油及石蠟除外），在紫外線照射下均發(fā)出特殊藍(lán)光的現(xiàn)象，稱為熒光。石油的發(fā)光現(xiàn)象取決于其化學(xué)結(jié)構(gòu)。多環(huán)芳香烴和非烴引起發(fā)光，而飽和烴則完全不發(fā)光。輕質(zhì)油的熒光為淺藍(lán)色，含膠質(zhì)多的石油呈綠色和黃色，含瀝青質(zhì)多的石油或瀝青質(zhì)則為褐色熒光。石油的熒光性現(xiàn)象非常靈敏，只要溶劑中含有十萬分之一的石油或瀝青物質(zhì)就可發(fā)光。在油氣田勘探中，熒光分析可鑒定巖樣中是否含油，并大致確定組分。用熒光錄井方法判斷含油層（例子）。8．旋光性當(dāng)偏光通過石油時，偏光面會旋轉(zhuǎn)一定角度，這個角度稱為旋光角。這種能使偏光面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的特性，稱為旋光性。如偏光面向右轉(zhuǎn)，是右旋物質(zhì)；向左轉(zhuǎn)，則為左旋物質(zhì)。引起旋光性的原因是分子中具有不對稱分子結(jié)構(gòu)。石油中的膽甾醇和植物性甾醇分子為不對稱結(jié)構(gòu)。膽甾醇存在于動物的膽汁、魚肝油和蛋黃中，而植物性甾醇存在于植物油和脂肪中。所以，石油的旋光性是石油有機成因的一個有力的佐證。（簡單總結(jié)一下石油的物性有哪些相似之外，哪些不同之處，再留一個思考題：為什么石油的物性變化較大又具有許多相似性？）石油的定義？（先回頭總結(jié)一下石油的物化性特征，而后再下定義）石油是由碳?xì)浠衔锛捌溲苌锝M成的一種混合物，是一種天然的液態(tài)可燃有機礦產(chǎn)?！?天然氣性質(zhì)及特征前面講了石油的特性，那么天然氣具有哪些特征呢？一、定義：廣義：自然界中一切氣體均稱為天然氣，即包括氣圈、水圈、巖石圈以至地幔和地核中的一切天然氣體。狹義：指與油氣田有關(guān)的烴類氣體。在古代文獻(xiàn)中，天然氣的稱謂有很多，如“火井”、“井火”、“煤氣”、“陰氣”、“毒氣”、“火池”、“地火”、“圣燈”、“火龍”、“火泉”等。二、天然氣分類：（一）成因類型天然氣按成因可分為三大類，即有機成因氣、無機成因氣和混合成因氣。有機成因氣又分為油型氣和煤成氣兩類；又根據(jù)有機質(zhì)演化的階段進(jìn)一步劃分出次一級類型，如表1-1表1-1天然氣成因分類表無機成因氣幔源氣、巖漿成因氣、放射成因氣、變質(zhì)成因氣、宇宙氣、無機鹽分解氣有機成因氣成熟度母質(zhì)成因類型類型未成熟未熟—低熟階段成熟階段過熟階段Ⅰ|ⅡA油型氣油型生物氣油型過渡帶氣油型熱解氣油型裂解氣原油伴生氣凝析氣ⅡB|Ⅲ煤型氣煤型生物氣煤型過渡帶氣煤型熱解氣（常伴生凝析油）煤型裂解氣混合成因氣大氣、氣水合物、同巖兩源混合氣、異巖兩源混合氣（二）產(chǎn)狀分類天然氣在地下由于所處的物理條件及成因的不同，它的存在狀態(tài)是不同的，即天然氣的產(chǎn)狀是不同。按天然氣的產(chǎn)狀即其分布特點不同可分為兩大類即聚集型（游離態(tài)）、分散型。1．聚集型：指呈游離狀態(tài)的天然氣聚集成藏的天然氣。包括純氣藏氣、氣頂氣和凝析氣。氣藏氣——指在圈閉中僅有天然氣而單獨聚集的氣藏氣。氣頂氣——在油氣藏中油氣共存，氣呈游離狀態(tài)存在于氣藏頂部的天然氣。凝析氣（以后再講）——在地下特定溫度、壓力條件下呈氣態(tài)，采到地面后反凝結(jié)為輕質(zhì)油。2．分散型：在地下呈分散狀態(tài)的天然氣。包括油溶氣、水溶氣、煤層氣（吸附氣）和固態(tài)氣水合物油溶氣——溶解于油中的天然氣水溶氣——溶解于水中的天然氣煤層氣——指煤層中所含的吸附氣和游離氣（瓦斯）氣水合物——在冰點附近特殊的溫度和壓力條件下，甲烷等氣態(tài)分子被天然地封閉在水分子的擴大晶格中，形成固態(tài)氣水合物。氣水合物主要分布在凍土、極地和深海沉積物中。上述分散型天然氣都是低品位的，規(guī)模不大時，無開采價值。這種低品位而非常規(guī)的氣藏稱為非常規(guī)氣藏。（三）按照天然氣與油藏分布的關(guān)系可分為伴生氣和非伴生氣。凡是在油田范圍內(nèi)，與油藏分布有密切關(guān)系的天然氣都稱為伴生氣。與油藏?zé)o明顯關(guān)系的氣藏氣稱為非伴生氣。三、天然氣的化學(xué)組成氣（油）藏氣中，天然氣的主要成分是烴類。通常甲烷占優(yōu)勢，并有數(shù)量不等的重?zé)N氣（C2+）。在某些伴生氣中（氣頂氣或油溶氣），重?zé)N含量可以超過甲烷。非烴氣在絕大多數(shù)氣藏中為次要組成，但在個別情況下可以成為主要組成，形成N2、CO2、H2S氣藏等。（一）烴類氣體組成以甲烷為主，重?zé)N氣為次，重?zé)N氣以乙烷和丙烷常見。在有些氣藏中可見丁烷、丙烷高值現(xiàn)象。有的見少量C4—C7環(huán)烷烴和芳香烴。>C7一般為液態(tài)（常溫下）。一般將C2+含量大于5%稱為濕氣，因為這些天然氣在地表能析出液態(tài)烴。C2+含量<5%稱干氣。（二）非烴氣體天然氣中的非烴氣體有N2、CO2、H2S、H2、CO、SO2、Hg蒸氣及惰性氣體。有時還含有少量有機硫、氧、氮化合物。四、天然氣的物性1．相對密度：指在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，單位體積天然氣與同體積空氣的重量比。它與分子量成正比，一般濕氣相對密度大于干氣。2．粘度：天然氣粘度隨分子量增加而減小，隨溫度壓力增高而增大。一般天然氣的粘度在0℃時為0.31×10-3mPa·S，20℃時為12×10-3mPa·S。3．蒸氣壓力：即氣體液化時所需施加的壓力。它隨溫度升高而增大。隨分子量的減小而增大。4．溶解性：天然氣在石油中的溶解度遠(yuǎn)大于在水中的溶解度。當(dāng)天然氣重?zé)N增多，或石油輕餾份增多，均可增加天然氣在石油中的溶解度，降低溫度或增大壓力，也可增加天然氣在油中的溶解性。在水中的溶度隨礦化度增大而減小。5．熱值：天然氣的熱值變化很大。尤以濕氣較高，可達(dá)2×104J/m3，相當(dāng)于油的2倍，煤的四倍。6．壓縮系數(shù)和體積系數(shù)指等溫壓縮系數(shù)：是指在溫度恒定的條件下，壓力每改變一個大氣壓時，單位氣體體積的變化率。；Cg為表示等溫壓縮系數(shù)，負(fù)號表示隨壓力增大而體積減少。在低壓下，真實氣體Cg比理想氣體大；在高壓下，真實氣體Gg比理想氣體小。天然氣的地層體積系數(shù)，指在地面標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下采出的1m3氣體在地下儲層條件下所占的體積數(shù)。7．臨界溫度和臨界壓力單組分氣體都有一特定溫度，高于此溫度時不管加多大壓力都不能使該氣體轉(zhuǎn)化為液體，該特定溫度稱為臨界溫度。在臨界溫度時使氣體液化所需的最低壓力稱為臨界壓力。天然氣的臨界溫度隨分子中C原子數(shù)增大而提高，而臨界壓力則減小（甲烷除外）?！?油田水的組成及性質(zhì)一、油田水的概念及來源：（一）定義：油田水指油氣田區(qū)域內(nèi)與油氣藏有密切聯(lián)系的（非油層水和油層水）地下水。它是一個廣義的概念。狹義的油田水指油田范圍內(nèi)直接與油層連通的地下水。即油層水。（二）油田水的來源及形成油田水的來源是一個極為復(fù)雜而尚未得到統(tǒng)一認(rèn)識的問題。一般認(rèn)為可以有三種來源，即：沉積水、滲入水、深成水。油田水的形成可以看作是這三種水以不同比例混合的水，經(jīng)過一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)作用，并與油氣相伴生的油層水。沉積水埋藏后初期經(jīng)歷的化學(xué)作用，以生物化學(xué)和氧化——還原作用為主。其結(jié)果對礦化度沒有明顯影響，但改變離子組成。硫酸鹽還原為H2S和S2-，SO42-含量明顯減少，HCO3-、CO2-3相應(yīng)地增加，此外Fe3+變?yōu)镕e2+。氯化物在水中的溶解度最大，在水溶液中最穩(wěn)定。因此，在地下深處油田水中，溶解度較低的礦物沉淀后氯化物卻不斷富集。在大多數(shù)情況下，油田水的礦化度比沉積水的礦化度要高，甚至高得多。一般認(rèn)為油田水礦化度的增高與蒸發(fā)巖被溶解或蒸發(fā)巖中沉積水的排出、進(jìn)入有密切關(guān)系。二、油田水的化學(xué)組成在油田水的形成過程中，水與油氣的相互作用使得油田水具有一般地下水不常見的組份。1．元素組成：油田水與天然水一樣含有60種元素，其中含量多的有以下幾種離子：陽離子Na+、K+、Ca2+、Mg2+；陰離子有Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-，此外還有碘（I）、溴（Br）、硼（B）、鍶（Sr）等。2．有機組份：有環(huán)烷酸、環(huán)烷酸鹽、酚和苯等，環(huán)烷酸可作為找油的標(biāo)志。3．溶解的氣體組份：O2、N2、CO2、CH4、He等。三、地下水產(chǎn)狀地下水由于存在于巖石的孔隙中，其存在狀態(tài)是不同的，有三種情況：1．吸附水：在分子引力作用下，吸附在巖石顆粒表面，呈薄膜狀的水，在地下的溫度和壓力條件下不能自由流動的水，亦稱束縛水。2．毛細(xì)管水：存在于毛細(xì)管孔隙和裂隙中的，當(dāng)外力超過毛細(xì)管阻力時，才能在孔隙中流動。3．自由水：存在于超毛細(xì)管孔隙、裂縫或孔洞中的水，在重力作用下可以自由流動的水。四、油田水礦化度總礦化度，即水中各種離子、分子和化合物的總含量。以水加熱至105℃蒸發(fā)后所剩下的殘渣的相對重量來表示。單位為mg/l、g/l或PPm=每升毫克數(shù)／水的相對密度。一般說，海相沉積油田水礦化度比陸相高。碳酸鹽巖儲層比碎屑巖儲層高；保存條件好的儲層比開啟程度高的高，埋藏深的比埋藏淺的高。五、油田水分類為了研究地下水的成因及其與油氣的關(guān)系，許多學(xué)者都對油田地下水進(jìn)行了分類：主要有帕勒梅爾（Palmer）法、蘇林（B·A·Cyлцн）及肖勒（Schoeller）、劉崇禧—孫世雄。這里主要介紹蘇林分類法。蘇林分類是根據(jù)Na+、Cl-最后與其它離子化合生成的鹽類來劃分的，此類鹽類的名稱即為此水型。因為水中的主要離子按化學(xué)親合力可排序如下：強弱強弱Cl-強弱強弱SO42-Mg2+HCO3-Ca2+水型是按Na+、Cl-最后與其它離子化合生成的鹽類來劃分?？梢月群外c離子的mol比來大致確定。若：時即mNa+>mCl-，則多余的Na+就與SO42-或HCO3-化合而形成硫酸鈉型或碳酸鈉型。若mNa+／mCl-<1時，則多余的Cl-就與Mg+或Ca2+化合而形成氯化鎂型或氯化鈣型。為進(jìn)一步細(xì)化，一般用下式劃分：一般說Na2SO4水型形成于大陸環(huán)境，NaHCO3也存在并形成于大陸環(huán)境，氯化鎂水型存在并形成于海洋環(huán)境，而氯化鈣水型則是地殼內(nèi)部深成環(huán)境中的主要類型，而且認(rèn)為油田水的化學(xué)類型大都屬于氯化鈣水型和重碳酸鈉水型。蘇林分類也存在一些問題，主要是它所劃分的四種水型與天然分布的實際情況存在很大差別，如我國地表水淺層水常見氯化鎂水型和氯化鈣水型，深部地層則也見到Na2SO4、NaHCO3水型。他的分類缺乏區(qū)分油田水和非油田水的特征參數(shù)，而僅僅是天然水鹽類成份的分類。在成因上他把地下水全看成是地表水滲入而成的。實際上地下水有海相原生水及內(nèi)生水（如結(jié)晶水、幔源水等）。六、油田水的物性1．相對密度一般>1.0，主要是油田水含鹽份，且含鹽越大，密度越大。2．粘度：一般比純水高，且溶解的鹽份越多，則粘度越高；溫度越高，粘度越低。3．顏色及透明度：油田水因含雜質(zhì)大多不透明，常帶顏色，含H2S時是淡青色；含鐵質(zhì)膠狀體時帶淡紅色、褐色或淡黃色。4．嗅味：水中含石油時，具汽油或煤油味；含H2S時，具腐蛋味；溶解NaCl時，帶咸味；含氯離子時，帶苦味。5．導(dǎo)電性：純水不導(dǎo)電，但油田水導(dǎo)電，且離子越多，導(dǎo)電性越強?！?重質(zhì)油與固體瀝青重質(zhì)油和固體瀝青是石油烴類能源中的重要組成部分，蘊藏著比常規(guī)原油資源數(shù)倍的巨大潛力，廣泛分布于世界各地。據(jù)統(tǒng)計，世界上已發(fā)現(xiàn)1046個重質(zhì)油和特重質(zhì)油油藏，地質(zhì)儲量15500×108t。我國重質(zhì)油資源和固體瀝青資源的分布也較為豐富，主要分布在準(zhǔn)噶爾盆地、塔北、柴達(dá)木、四川、內(nèi)蒙、泌陽等15個大中型含油氣盆地。一、重質(zhì)油（一）重質(zhì)油的概念：是指用常規(guī)原油開采技術(shù)難于開采的具較大的粘度和密度的原油。國際現(xiàn)用定量指標(biāo)來定義。在原始油層溫度下脫氣原油粘度為（100~1000）×10-3mPa·S或者在15.6℃（60℉）及0.1Mpa下密度為934~1000kg/m3的原油。原油按粘度、相對密度劃分為輕質(zhì)油、中重油、重質(zhì)油、瀝青砂四類（見教材32頁表1-14）（二）重質(zhì)油的性質(zhì)和成份由于重質(zhì)油與常規(guī)油相比包含了數(shù)量較多的高分子烴和雜原子化合物，在物理性質(zhì)上具有密度大、粘度大、含膠量高、含蠟量低、凝固點高的特點。重質(zhì)油的化學(xué)成份比常規(guī)油不同。其氧、硫、氮等元素含量高，S：0.4~1.0%以上，N：0.7~1.20%。微量元素含量也是常規(guī)原油的幾倍至幾十倍。其中S、N元素含量偏高的原因是細(xì)菌生物降解的結(jié)果。從族份組成上看，重質(zhì)油飽和烴和芳烴含量小于60%（常規(guī)原油>60%），非烴和瀝青質(zhì)可達(dá)10%~30%，個別可達(dá)50%。二、固體瀝青的成份和性質(zhì)固體瀝青是同石油有關(guān)的固態(tài)衍生物，多為深褐色至黑色的有機礦物，化學(xué)成份不甚穩(wěn)定，也無一定晶形，彼此之間常呈過渡形式，因此鑒定比較困難。鑒定固體瀝青的標(biāo)志主要依靠化學(xué)成份、密度、硬度、稠度、熔點、溶解度、可燃性、燃燒、火焰及地質(zhì)產(chǎn)狀特征。固體瀝青種類繁多，逾100種。按成因及物化性質(zhì)可分四大類11個亞類（見33頁）。重質(zhì)油一般是由于地殼抬升或斷裂作用破壞了原始油藏上覆蓋層的有效性，使地表水滲入到油藏，使油藏發(fā)生生物降解或氧化而形成。固體瀝青則一般是原始油藏已出露地表或近地表遭受較為徹底的破壞產(chǎn)物。但具體成因較復(fù)雜，目前研究程度較低，尚無明確結(jié)論。有些固體瀝青如地蠟、軟瀝青、地瀝青及石瀝青等，常在地表成為找油的直接標(biāo)志，是評價區(qū)域含油氣遠(yuǎn)景的強有力佐證。如柴達(dá)木油田的深褐色地蠟、老君廟油田的黑色瀝青、克拉瑪依油田的黑色石瀝青。我國老一代地質(zhì)學(xué)家就是依靠這些標(biāo)志（油氣苗）在西北找到一批油氣田?！?石油瀝青類的同位素同位素系指在化學(xué)元素周期表上占同一位置，具相同質(zhì)子數(shù)和不同中子數(shù)的元素原子或者說是原子核內(nèi)具相同數(shù)量的帶正電荷質(zhì)子而相對原子質(zhì)量不同的原子。一般表示為：元素符號同位素可分為穩(wěn)定同位素和放射性同位素兩類。自然界僅穩(wěn)定的同位素就有274個。放射性同位素系指能自行隨意分解（即改變自己的相對原子質(zhì)量）形成具有另外質(zhì)子數(shù)的新原子的同位素，這個過程稱為元素的放射性變化。目前用于油氣分析的同位素主要有C、H、S、O、N、其特征元素（見35頁）。一、碳同位素碳有C12、C13、C14三個同位素，前兩者為穩(wěn)定同位素。第三者為放射性同位素。C14的半衰期只有5568年。碳的放射性可用于考古中確定絕對年齡。但因半衰期太短，放射性碳不能用于第四紀(jì)以前的古代沉積。此法可測定的最大年齡為30000~45000年。目前在石油地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)使用C的穩(wěn)定同位素的相對豐度來研究油氣的成因類型。它們的相對豐度δ13C或C13/C12比值表示，計算式如下：（1-1）為了便于對比，國際上趨于使用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，即美國南卡羅萊納州白堊系箭石的碳同位素標(biāo)準(zhǔn)，簡稱PDB，其中：C13／C12=1123.7×10-5世界各地原油的δ13C值-314‰之間。我國陸相原油為-30.4‰~-25.8‰，海相原油為-26.2~-23‰。大慶原油為-29.7~-26.9‰。原油的δ13C比無機碳高，與生物體相似，這也是石油有機成因的一個重要的佐證，用于成因研究。二、氫同素氫有H1、H2、H3三個同位素。H3是放射性的，半衰期只有12.46年。氫的穩(wěn)定同位素的相對豐度H1：99.9844%，H2：0.0156%。石油中H2含量比普遍水高約60%，在天然氣中可達(dá)79.39%。與油聚集相伴生的水中H2含量增高，由于石油與水的氫同位素相交換產(chǎn)生了富H2的石油，在古代地層水中H2含量也增高。三、硫同位素硫含有S32、S33、S34、S36四個同位素，其相對豐度S32：95.1%、S33：0.74%、S34：4.2%、S36：0.016%。由于S33和S36含量少，一般只測定S32和S34。測定樣品中的硫同位素含量時，是以坎岡、迪阿布洛（CangonDiablo）隕石隕硫鐵的硫作為標(biāo)準(zhǔn)，其S34/S32=0.045。用下式求出δ34S（1-2）沉積巖中的δ34S值介于-4.14‰~+4.55‰之間。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)同時代地層中石油和天然氣的δ34S具有穩(wěn)定值；而不同時代的石油，該值卻變化較大。可為不同時代的油源對比提供一個新途徑。四、氧同位素氧的同位素有三個O16、O17、O18，而O17含量很少，一般只研究O16/O18比值。氧同位素在油氣地質(zhì)學(xué)中研究極少，一般只用于測定古地溫。由于水和碳酸鹽中的水與二氧化碳所含的氧之間存在同位素交換平衡，這個平衡受環(huán)境溫度控制。因而，可利用碳酸鹽中的O16/O18比值來測定古沉積盆地的溫度。N14、N15同位素因其含量變化較大，目前對其研究較少。但是當(dāng)含氮天然氣通過砂巖運移時，氮同位素存在分餾現(xiàn)象，卻是值得注意的。

第二章石油與天然氣的現(xiàn)代成因理論石油的成因是一個極為復(fù)雜的課題，至今還存在一些爭論。這主要原因是：1．從物態(tài)上看：石油與天然氣是流體，在地下一定條件下，它不斷流動，現(xiàn)在所找到的油氣藏并非其生成地方，而是經(jīng)過一定距離運移而聚集起來的。2．從化學(xué)組成上看：石油與天然氣的組份很復(fù)雜，并非單一物質(zhì)，且在地下運移過程中或其它條件的改變，其成份也在發(fā)生變化，其現(xiàn)今的組成并不代表其原貌。3．由于分離及鑒定手段的限制，目前對石油組份的了解尚不充分。由于石油的成因問題，關(guān)系到油氣的勘探方向，所以，多年來，它一直吸引著許多國家地質(zhì)學(xué)家、生物化學(xué)家和地球化學(xué)家?！?油氣成因研究現(xiàn)狀從十八世紀(jì)七十年代以來，對油氣成因的認(rèn)識基本上分為無機成油和有機成油學(xué)說兩大學(xué)派。無機成油學(xué)說認(rèn)為，石油是在地殼深處形成的，后來沿著深大斷裂滲透到地殼上部，或者在天體形成時形成，當(dāng)?shù)貧だ淠龝r以“烴雨”的形式降落下來，后聚集成油氣藏。其基本觀點是石油是在地下高溫、高壓條件下形成的而非生物成因。其依據(jù)是：（1）在實驗室，用無機C、H元素合成了烴類；（2）在巖漿巖內(nèi)曾發(fā)現(xiàn)過石油、瀝青；（3）在宇宙其它星球大氣層中也發(fā)現(xiàn)有碳?xì)浠衔锎嬖?；?）在隕石中也發(fā)現(xiàn)有碳?xì)浠衔锛鞍被岬榷噙_(dá)100多種；（5）認(rèn)為用有機觀點對世界上有些大的瀝青礦（如加拿大的阿薩巴斯卡瀝青礦，儲量達(dá)856億噸以上）不能作出令人滿意的解釋。但是，隨著油氣勘探的不斷深入，越來越多的事實用無機學(xué)說無法自圓其說，只能證明現(xiàn)代有機成油理論的正確性。這些實事有1．世界上已發(fā)現(xiàn)的油氣田99.9%都分布在沉積巖中，只有極少數(shù)石油分布在巖漿巖和變質(zhì)巖中，且這少數(shù)石油也被證明是從沉積巖中運移而來的，而與沉積巖無關(guān)的地盾和巨大的結(jié)晶巖突起發(fā)育區(qū)，至今未找到油氣聚集。2．石油在地層時代的分布上與煤、油頁巖及有機質(zhì)的分布狀況相吻合的，表明它們在成因上是有聯(lián)系的。3．雖然世界上的石油沒有成份完全相同的，但所有石油的元素組成和化合物組成是相近的或相似的，說明它們的成因可能大致相同。4．大量油田測試結(jié)果可知，油層溫度很少超過100℃，有些深部油層溫度可以高達(dá)141℃，而當(dāng)T超過250℃時，烴類就會發(fā)生急劇而徹底的裂解，生成石墨及H2，說明石油不可能在高溫下形成。5．從目前發(fā)現(xiàn)的油氣藏分析看，石油生成、聚集成藏不需很長的時間，大約需不到一百萬年。6．石油中含的卟啉化合物，異戊間二烯型化合物，甾醇類，石油的旋光性都證明石油是在低溫下，由生物有機質(zhì)生成的。7．石油地質(zhì)工作者對近代沉積的研究成果表明，在近代沉積中確實存在著油氣生成過程，且至今還在進(jìn)行著，生成的數(shù)量也很可觀。并且，在實驗條件下，用有機質(zhì)進(jìn)行地下條件模擬，轉(zhuǎn)化出了烴類，這為有機成因?qū)W說提供了有力的科學(xué)依據(jù)。以上重要事實的存在，大大促進(jìn)了石油有機生成理論的發(fā)展。特別是近代物理、化學(xué)、生物、地質(zhì)學(xué)等基礎(chǔ)理論的發(fā)展，及色譜、光譜、質(zhì)譜、電子顯微鏡、同位素分析等先進(jìn)技術(shù)手段的廣泛采用，為應(yīng)用有機地球化學(xué)知識來解決油氣成因問題創(chuàng)造了條件，推動了石油生成現(xiàn)代科學(xué)理論的日臻完善。在油氣勘探初期，石油大部分被發(fā)現(xiàn)于海相地層中，使得不少石油地質(zhì)家認(rèn)為只有海相沉積才能生成油氣，特別是在我國清末、民初，國外在中國陸相盆地進(jìn)行油氣勘探的失敗，使得“唯海相生油論”猖獗一時。對此，以潘鐘祥為代表的我國老一輩地質(zhì)學(xué)家，通過對陜西、四川等地進(jìn)行詳盡的油氣地研究，于1941年提出了陸相也能生油的理論，有力地駁斥了中國貧油論，極大地豐富了石油理論。在油氣有機學(xué)說中還存在著早期成因?qū)W說和晚期成因?qū)W說兩種觀點。前者主張沉積有機質(zhì)在成巖過程中，逐步轉(zhuǎn)化為石油和天然氣，并運移到鄰近的儲層中去；后者則認(rèn)為沉積物埋藏到較大深度后，到了成巖作用晚期或后生作用初期，沉積巖中的不溶有機質(zhì)（干酪根）才開始發(fā)生熱降解，生成大量液態(tài)石油和天然氣。在油氣生成理論方面貢獻(xiàn)比較大的是法國著明地球化學(xué)家B·P·Tissot，他在前人研究的基礎(chǔ)上提出了干酷根熱降解生烴演化模式，提出并完善了干酪根晚期生烴學(xué)說，揭示了油氣生成、演化與分布的規(guī)律。我們應(yīng)該看到，任何的成油理論，不管它多么完善，終歸只是一種假說，不是終極真理，都有待發(fā)展和完善。我們必須用客觀的、發(fā)展的觀點去對待它們，即不能完全迷信流行的新理論，也不能完全否定過時的舊理論。晚期成油理論雖然已廣泛為國際石油界所接受，但隨油氣勘探的不斷深入，“未熟—低熟”油不斷被發(fā)現(xiàn)，顯然自然界中確實存在相當(dāng)數(shù)量的各類早期生成的非常規(guī)油氣資源。這樣早期成油說和晚期成油說也結(jié)合起來，視為一個統(tǒng)一的油氣演化過程，這就更拓寬了油氣勘探領(lǐng)域。近來，石油有機成油理論的又一進(jìn)展是煤成烴理論的發(fā)展與完善。二十世紀(jì)六十年代以來，在世界各地相繼發(fā)現(xiàn)了一批與中、新生代煤系地層有關(guān)的油氣田。這表明煤系地層不僅是天然氣的主要來源，而且也能形成相當(dāng)數(shù)量的石油聚集和大油田。到了二十世紀(jì)八十年代，人們通過有機巖石學(xué)與地球化學(xué)相結(jié)合的方法和實驗?zāi)M對煤成油問題進(jìn)行了深入的理論探討，提出了煤系地層有機質(zhì)生烴機理和演化模式。盡管目前油氣有機成因理論日臻完善，并在油氣勘探實踐中發(fā)揮了重要作用，但并不能由此否定油氣無機成因理論的科學(xué)價值。尤其是近20多年來，一些無機成因天然氣的發(fā)現(xiàn)，為無機成烴理論提供了依據(jù)，新理論和新手段的發(fā)展也為無機成油理論研究奠定了基礎(chǔ)。目前又出現(xiàn)了幾個假說。由于有機成油理論已經(jīng)成熟，而無機成油理論尚處在探討中，故本章只介紹前者?！?石油生成的物質(zhì)基礎(chǔ)按照現(xiàn)代有機成油理論，油氣生成需要滿足兩個基本條件：即有利于石油生成的豐富的有機質(zhì)及有機質(zhì)向石油的轉(zhuǎn)化條件。一、生油氣母質(zhì)及其化學(xué)組成根據(jù)油氣有機成因理論，生物體是生成油氣的最初來源。生物死亡之后的殘體經(jīng)沉積作用埋藏于水下的沉積物中，經(jīng)過一定的生物化學(xué)、物理化學(xué)變化形成石油和天然氣。其中細(xì)菌、浮游植物、浮游動物和高等植物是沉積物中有機質(zhì)的主要供應(yīng)者。在不同的沉積環(huán)境中，生物的天然組合類型不同，決定了沉積物中有機質(zhì)的組合類型不同。那么生成油氣的沉積有機質(zhì)有那些類型呢？經(jīng)前人研究主要有四大類：即類脂化合物、蛋白質(zhì)、碳水化合物及木質(zhì)素等。它們都有比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。（一）脂類又稱類脂化合物，它們包括的范圍很廣，其中包括一些化學(xué)結(jié)構(gòu)和化學(xué)成份不相同，但物態(tài)和物理性質(zhì)與油脂相似的化合物，如磷脂、脂肪、蠟、甾類、萜類等化合物，它們是生物維持生命活動不可缺少的物質(zhì)之一。盡管它們的化學(xué)組成不同，但它們也有共性，即不溶于水而溶于低極性的有機溶劑中（如乙醚、氯化苯等）。動植物的脂肪（油脂類）是最重要的脂類，它們分布于動物的皮下組織、植物的孢子、種子及果實中。細(xì)菌的藻類也含豐富的脂類。此外，高等植物的角質(zhì)、孢粉也含脂類（結(jié)構(gòu)式中含長鏈烴基）。脂類化合物極易水解為脂肪酸和甘油，脂肪酸化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，所以沉積巖中脂肪酸分布相當(dāng)廣泛。脂肪酸在沉積物演化過程中，易發(fā)生脫羧反應(yīng)，失去CO2轉(zhuǎn)化為正構(gòu)烷烴。（二）蛋白質(zhì)它是生物體中一切組織的基本組成部分，是生物體賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)。在生物細(xì)胞中，除水外，80%以上的物質(zhì)為蛋白質(zhì)，約占動物干重的50%，同時它是生物體中含氮化合物的主要成份。蛋白質(zhì)性質(zhì)不穩(wěn)定，在酸、堿或酶的作用下發(fā)生水解形成氨基酸。氨基酸在一定條件下脫羧、去氨基生成低分子烴類。所以，氨基酸是各種低分子石油烴類的先體。（三）碳水化合物又稱糖類，是自然界分布極廣的一種有機質(zhì)。它是多羥基醛或多羥基酮及其衍生物，尤以植物含量最高。主要由C、H、O三種元素組成。按其水解產(chǎn)物可分為單糖、雙糖和多糖。多糖是天然高分子化合物，在自然界分布很廣，一般不溶于水，個別能在水中形成膠體溶液。植物中的纖維素、淀粉、樹膠，動物體內(nèi)的糖原，昆蟲的甲殼等都是由多糖組成的。藻類、放射蟲等低等生物中沒有或很少有木質(zhì)素，但有類似的藻酸、果膠等。（四）木質(zhì)素和丹寧木質(zhì)素和丹寧都具有芳香結(jié)構(gòu)特征。木質(zhì)素是植物細(xì)胞壁的主要成份，在高等植物中可由芳香醇脫水縮合而成。木質(zhì)素十分穩(wěn)定，不易水解，但可被氧化成芳香酸和脂肪酸。在缺氧水體中，在水和微生物的作用下，木質(zhì)素可分解，與其他化合物生成腐殖質(zhì)。丹寧的組織和特征介于木質(zhì)素與纖維素之間，主要出現(xiàn)在高等植物中。此外，還有一系列醛類和芳香酸及其衍生物廣泛分布在植物中。它們是有機質(zhì)中芳香結(jié)構(gòu)的主要來源，也是成煤的重要有機組分。生物有機質(zhì)并非是生油的直接母質(zhì)。生物死之后，與沉積物一起沉積下來，構(gòu)成了沉積物的分散有機質(zhì)。這些有機質(zhì)經(jīng)歷了復(fù)雜的生物化學(xué)及化學(xué)變化，通過腐泥化及腐殖化過程才形成一種結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜的生油母質(zhì)——干酪根，成為生成油氣的直接先驅(qū)，下面介紹干酪根。二、干酪根（一）概念及成因干酪根（Kerogen）一詞最初是被用來描述蘇格蘭油頁巖中的有機質(zhì)，經(jīng)蒸餾后產(chǎn)出似蠟質(zhì)的粘稠石油。后來被引用泛指沉積巖中不溶于一般有機溶劑的沉積有機質(zhì)。1979年，Hunt將干酪根定義為：沉積巖中所有不溶于非氧化性的酸、堿和非極性有機質(zhì)溶劑的分散有機質(zhì)。與其相對應(yīng)的可溶部分稱為瀝青。干酪根的形成實際上在生物體衰老期就已經(jīng)開始，直到生物死亡被埋藏下來的成巖作用早期，有機組織發(fā)生化學(xué)及生物降解和轉(zhuǎn)化，結(jié)構(gòu)規(guī)則的大分子生物聚合物（如蛋白質(zhì)、碳水化合物）部分或完全被分解形成一些單體分子，它們或者遭破壞，或通過腐泥化或腐殖化作用發(fā)生縮合或聚合，形成結(jié)構(gòu)不規(guī)則的大分子。這些地質(zhì)聚合物是干酪根的先驅(qū)，但還不是真正的干酪根，在沉積成巖過程中，在還原環(huán)境下，由于厭氧細(xì)菌的作用，發(fā)生去氧加氫富碳作用，地質(zhì)聚合物、變化得更大、更復(fù)雜、更不規(guī)則，這時干酪根才真正形成起來。（二）干酪根的成分和結(jié)構(gòu)干酪根是沉積有機質(zhì)的主體約占總有機質(zhì)的80%~90%。Hunt認(rèn)為80~95%的石油烴是干酪根轉(zhuǎn)化而成的。Durand估計，沉積巖中干酪根總量約比化石燃料資源總量大1000倍。所以，人們?nèi)找嬲J(rèn)識到研究干酪根的重要性。但干酪根的成分和結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，它們的不溶性及來源和經(jīng)歷的多變性給研究帶來困難。國內(nèi)外研究表明，干酪根無固定的成份和結(jié)構(gòu)，不能用分子式來表達(dá)，主要成份為C、H、O。C：76.4%、H：6.3%、O：11.1%、三者共占93.8%。此外還包括小量S、N等其它元素。（三）干酪根的類型及演化由于在不同的沉積環(huán)境中，有機質(zhì)的來源不同，形成的干酪根類型也不同，其性質(zhì)和生油氣潛能有很大的差別，目前主要有如下幾種分類方法：1．兩分法：這是一種比較常用的方法，把沉積有機質(zhì)分為兩大類即：腐泥型、腐殖型。前者系指脂肪族有機質(zhì)在缺氧條件下分解和聚合的產(chǎn)物，它們來自海洋和湖泊環(huán)境水下淤泥中的孢子及浮游類生物，它們主要生成石油、油頁巖、藻煤和燭煤；后者系泥炭形成的產(chǎn)物，來自有氧條件下沼澤環(huán)境的陸生植物，主要可以形成天然氣和腐殖煤，在一定條件下也可以生成液態(tài)石油。2．光學(xué)分類方法：（1）孢粉學(xué)家的分類：孢粉學(xué)家用鹽酸和氫氟酸除去無機礦物質(zhì)后，將有機質(zhì)殘渣放在顯微鏡下透射光觀測，劃分出藻質(zhì)、無定形、草質(zhì)、木質(zhì)和煤質(zhì)五種組分。藻質(zhì)和無定形組分均來源于海、湖水浮游生物，前者可識別出藻類形態(tài)，后者呈多孔狀、無結(jié)構(gòu)、非晶型、無定形的云霧狀，沒有清晰的輪廓；草質(zhì)組分由孢子、花粉、角質(zhì)層、葉子表皮和植物細(xì)胞構(gòu)造所組成，大部分來源于陸地；木質(zhì)組分呈易辯認(rèn)的長形木質(zhì)構(gòu)造的纖維狀物質(zhì)，來源于陸地高等植物；煤質(zhì)組分，是陸地天然碳化的植物物質(zhì)和再沉積的碳化物質(zhì)。上述組分的生油氣潛能按藻質(zhì)→無定形→草質(zhì)→木質(zhì)→煤的順序依次減少。（2）煤巖學(xué)家分類：在顯微鏡下放大25~50倍的油浸物鏡，在反射光下觀測煤或干酪根的顯微組分，可劃分出腐泥組、殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組及惰質(zhì)組四組。腐泥組包括了藻質(zhì)體和無定形體；殼質(zhì)組呈暗灰色，由孢子、角質(zhì)、樹脂、蠟組成；鏡質(zhì)組呈灰白色，具鏡煤特征，由泥炭成因的腐殖質(zhì)組成。惰質(zhì)組呈黃白色，包括了碎質(zhì)體、菌質(zhì)體、絲質(zhì)體、半絲質(zhì)體。3．化學(xué)分類：法國石油研究院根據(jù)干酪根中的C、H、O元素分析結(jié)果劃分為三種類型：Ⅰ型：H/C原子比介于1.25~1.75，O/C原子比介于0.026~0.12，以含類脂化合物為主，直鏈烷烴很多，多環(huán)芳香烴及含氧官能團很少；主要來自于藻類、細(xì)菌類等低等生物，生油潛能大。Ⅱ型：H/C原子比介于0.65~1.25，O/C原子比介于0.04~0.13，屬高度飽和的多環(huán)碳骨架，含中等長度直鏈烷烴和環(huán)烷烴很多，也含多環(huán)芳香烴及雜原子官能團；它們來源于浮游生物（以浮游植物為主）和微生物的混合有機質(zhì)。生油潛能中等。Ⅲ型：H/C：0.46~0.93，O/C：0.05~0.30，以含多環(huán)芳烴及含氧官能團為主，飽和烴鏈很少，來源于陸地高等植物。它生油不利，可利于生氣。目前還劃出若干中間類型。目前還比較流行著巖石熱解參數(shù)劃分干酪根類型，用生油巖評價儀測定生油巖中的游離烴（S1）、熱解烴（S2）、CO2（S3）和最大熱解峰溫（Tmax），用這些參數(shù)直接或間接劃分有機質(zhì)類型。較常用的是氫指數(shù)IH和氧指數(shù)IO，產(chǎn)率指數(shù)IP來劃分。其中IH=S2／有機碳含量，IO=S3／有機碳含量§3油氣生成的外在條件生物有機質(zhì)的存在及其數(shù)量的多少，是油氣生成的內(nèi)在物質(zhì)基礎(chǔ)；要生成大量的油氣還要靠外部條件。這主要是指地質(zhì)環(huán)境和物化條件。一、油氣生成的地質(zhì)環(huán)境要生成大量的油氣，必須有足夠的生物有機質(zhì)，這就要求必須要有利于生物的大量生長和繁殖的環(huán)境。另一方面，有機質(zhì)在陸地表面易被氧化，不易保存，需要有保存條件。此外，還要求有利于有機質(zhì)大量向油氣轉(zhuǎn)化的地質(zhì)條件。這種有利于有機質(zhì)大量堆積、保存和轉(zhuǎn)化的地質(zhì)環(huán)境受區(qū)域大地構(gòu)造和巖相古地理條件的控制。（一）大地構(gòu)造條件首先在地質(zhì)歷史上只有哪些曾發(fā)生過持續(xù)下沉的沉積盆地才是有利于生物生長的環(huán)境，才有沉積物的沉積，才能為油氣生成、運聚提供有利場所。盆地的形成是板塊運動的結(jié)果。板塊運動分為離散運動、聚斂運動及轉(zhuǎn)換運動。離散板塊分離處，地殼變薄下沉、彎曲，出現(xiàn)了張性環(huán)境的各種沉積盆地；聚斂板塊接合處，伴隨洋殼消亡、陸殼增厚和碰撞造山帶上升，沿造山帶的翼部出現(xiàn)許多沉積盆地。而純轉(zhuǎn)換運動不能形成垂直運動，則不形成沉積盆地。板塊的邊緣活動帶、板塊內(nèi)部的裂谷、坳陷以及造山帶的前陸盆地、山間盆地等大地構(gòu)造單元，是地質(zhì)歷史上曾經(jīng)發(fā)生長期持續(xù)下沉的區(qū)域，是地殼上油氣資源分布的主要沉積盆地類型。在這些盆地內(nèi)生物的生長及其遺體的保存與盆地沉降速度及沉積物的沉積速度有直接關(guān)系。若沉降速度Vs》沉積速度（Vd），則水體不斷變深，生物死亡后，在下沉過程中易遭受巨厚水體所含氧氣的氧化破壞，且因陽光不足、溫度低，不利于生物生存。若Vd》Vs，則相反，沉積物會迅速填滿盆地；水體快速變淺，乃至上升為陸地，沉積物暴露地表，有機質(zhì)會易受空氣氧化，也不利于有機質(zhì)的堆積和保存。只有在長期持續(xù)下沉過程中，并伴隨適當(dāng)?shù)纳担两邓俣扰c沉積速度相近或前者稍大時，才能持久保持還原環(huán)境。在這種條件下，不僅可以長期保持適于生物大量繁殖和有機質(zhì)免遭氧化的有利水體深度，保證豐富的原始有機質(zhì)沉積下來，而且可以造成沉積厚度大、埋藏深度大、地溫梯度大、生、儲頻繁相間廣泛接觸、有助于原始有機質(zhì)迅速向油氣轉(zhuǎn)化并廣泛排烴的優(yōu)越環(huán)境。此外，在大型沉積盆地內(nèi)，由于斷裂分割或沉降速度的差異，造成盆地起伏不平，出現(xiàn)許多次級凸起與凹陷，使有機質(zhì)不必經(jīng)過長距離搬運便可就近沉積下來，避免途中氧化。所以，沉積盆地的分割性對有機質(zhì)的堆積與保存有利。（二）巖相古地理條件在海相環(huán)境中，淺海區(qū)及三角洲區(qū)是最有利于油氣生成的古地理區(qū)域。濱海區(qū)海進(jìn)、海退頻繁，浪潮作用強烈，不利于生物繁殖和有機質(zhì)堆積和保存。深海區(qū)生物少，生物死亡后還要下沉至海底需經(jīng)歷巨厚水體易遭氧化破壞；加上離岸又遠(yuǎn)，陸源有機質(zhì)需經(jīng)長途搬運，易被淘汰氧化，不利于有機質(zhì)的堆積和保存。大陸架內(nèi)，水深不超過200米，水體較寧靜，陽光、溫度適宜，生物繁盛，尤其各種浮游生物異常發(fā)育，死亡后不需經(jīng)過太厚的水體即可堆積下來；在三角洲地區(qū)，陸源有機質(zhì)源源不斷地搬運而來，加上原地繁殖的海相生物，致使沉積物中的有機質(zhì)含量特別高，是極為有利的生油區(qū)域；至于海灣及澙湖，屬于半閉塞無底流的環(huán)境，也對保存有機質(zhì)有利。在這些淺海區(qū)域，浮游生物特別發(fā)育，屬于Ⅰ—Ⅱ型干酪根。大陸環(huán)境的深水、半深水湖泊是陸相生油巖發(fā)育區(qū)域。因為一方面湖泊能夠匯聚周圍河流帶來的大量陸源有機質(zhì)，增加了湖泊營養(yǎng)和有機質(zhì)數(shù)量；另一方面湖泊有一定深度的穩(wěn)定水體，提供水生物的繁殖發(fā)育條件。特別是近海地帶深水湖盆，更是最有利的生油坳陷，因為那兒地勢低洼、沉降較快，能長期保持深水湖泊環(huán)境，保持安靜的還原環(huán)境。淺水湖泊和沼澤地區(qū)，水體動蕩，氧氣易于進(jìn)入水體，不利于有機質(zhì)的保存；這里的生物以高等植物為主，有機質(zhì)多屬Ⅲ干酪根，生油潛能差，適于造煤和生氣。此外，古氣候條件也影響生物的發(fā)育。溫暖潮濕的氣候、日照時間長，能增加生物的繁殖力。三、油氣生成的理化條件油氣生成除需大量有機質(zhì)提供物質(zhì)條件外，還必須具備外部條件如溫度、壓力、細(xì)菌、催化劑、放射性等物化條件，只有這樣，有機質(zhì)才能逐步轉(zhuǎn)化為油氣。（一）溫度與時間1．溫度與時間作用機理沉積有機質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化的過程，溫度是最有效、最持久的作用因素。在轉(zhuǎn)化的過程，溫度的不足可用延長反應(yīng)時間來彌補。溫度與時間可以互相補償：高溫短時作用與低溫長時作用可能產(chǎn)生近乎同樣的效果?？的希–onnan,1974）在研究有機質(zhì)向石油轉(zhuǎn)化的機理時，認(rèn)為有機質(zhì)向石油的轉(zhuǎn)化符合化學(xué)動力學(xué)定律的一級反應(yīng)，即反應(yīng)速度只同反應(yīng)物濃度的一次方成正比，推導(dǎo)出了時間—溫度定量關(guān)系式：（2-1）式中：T——絕對溫度（oK）；t——時間；A——頻率常數(shù)；R——氣體常數(shù)；E——活化能。上式表明，反應(yīng)時間自然對數(shù)與絕對溫度成反比直線關(guān)系。這說明在石油形成過程中，時間與溫度存在著互相補償?shù)年P(guān)系，即溫度不足可用延長反應(yīng)時間來補償。若沉積物埋藏太淺，地溫太低，有機質(zhì)熱解生成烴類所需反應(yīng)時間很長，實際難以生成工業(yè)數(shù)量的石油。隨埋藏深度的加大，當(dāng)溫度升高一定數(shù)值，有機質(zhì)才開始大量轉(zhuǎn)化為石油，這個溫度界限稱為有機質(zhì)的成熟門限溫度，其相應(yīng)的深度稱為門限深度。在地溫梯度很高的地區(qū)，有機質(zhì)不用埋藏太深就可以轉(zhuǎn)化為石油和天然氣。反之，在地溫梯度很低的地區(qū)，有機質(zhì)埋藏很深才能大量轉(zhuǎn)化為油氣。此外，有機質(zhì)類型不同，其有機質(zhì)成熟度的溫度也不同。如樹脂體和高硫Ⅱ型干酪根成熟較早?？梢姡欣谟蜌馍刹⒈４娴呐璧貞?yīng)為年輕的熱盆地和古老的冷盆地。（二）細(xì)菌活動細(xì)菌是地球上分布最廣、繁殖最快，對環(huán)境適應(yīng)能力最強的一種生物。按其生活習(xí)性，可分為三類：喜氧細(xì)菌、厭氧細(xì)菌、通性細(xì)菌。對油氣生成來說，最有意義的是厭氧細(xì)菌。在還原條件下，厭氧細(xì)菌可將有機質(zhì)中的O、S、H、P等元素分離出來，使碳、氫，特別是氫富集起來，產(chǎn)生CH4、H2、CO2、有機酚和其它碳?xì)浠衔?。此外，?xì)菌還可將植物選擇性分解，使其中原來合成的大最烴類分離出來，直接埋藏于沉積物中。（三）催化作用在油氣生成過程中催化劑的催化作用在于催化劑與分散有機質(zhì)作用，使后者的原始結(jié)構(gòu)破壞，促使分子重新分布，形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的烴類。這種催化劑主要有無機鹽類和有機酵母兩大類。粘土礦物是自然界分布最廣、成本最低的無機鹽類催化劑。在實驗室用粘土礦物做催化劑在150~250℃下，可以使酒精和酮脫去水或使脂肪酸去羧基，都可以產(chǎn)生類似石油的物質(zhì)。粘土礦物質(zhì)的催化能力同其吸附性有關(guān)，催化劑表面吸附兩種或兩種以上物質(zhì)的原子時，它們便會互相作用而形成新的化合物。蒙脫石粘土催化能力最強，高嶺石粘土最弱。有機酵母催化劑能加速有機質(zhì)的分解。當(dāng)有酵母存在時，有機質(zhì)的分解比在細(xì)菌活動時還要快很多。實踐證明，在富含植物殘余的巖石中，酵母的活動性最大。它幾乎不需外部能量來源。（四）放射性放射性作用可能是促使有機質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化的能源之一。主要放射性元素有鈾、釷和鉀。在砂巖和礫巖中的重礦物組份中，這些放射性元素含量高；鉀K40在化學(xué)鹽類含量高；鈾和釷在頁巖、粘土巖、泥灰?guī)r及其它含大量膠體團塊的巖石中含量最大。索可夫認(rèn)為，放射元素釋放出的α射線可以產(chǎn)生氫和氧2H2O→2H2+O2，O2+C→CO2，4H2+CO2→CH4+2H2O。甲烷在α射線轟擊下發(fā)生聚合作用產(chǎn)生長鏈烴類。（五）壓力一般認(rèn)為，高壓對于使體積增大的裂解反應(yīng)是不利的，它可以阻止液態(tài)烴裂解為氣態(tài)烴。如華盛頓油田、巴爾湖油田地層溫度均超過200℃，仍為油藏?？梢妷毫τ蜌獾男纬杉稗D(zhuǎn)化可以起到某些作用。§4有機質(zhì)演化與成烴模式一、有機質(zhì)向石油轉(zhuǎn)化的階段及一般模式生物有機質(zhì)隨沉積物沉積后，隨埋深加大，地溫不斷升高，在還原條件下，有機質(zhì)逐步向油氣轉(zhuǎn)化。由于在不同深度范圍內(nèi)，各種能源顯示不同的作用效果，致使有機質(zhì)的轉(zhuǎn)化反應(yīng)性質(zhì)及主要產(chǎn)物都有明顯區(qū)別，表明有機質(zhì)向油氣的轉(zhuǎn)化具明顯的階段性。主要可以概括為四個階段：圖2-1沉積物有機質(zhì)鎦分的深部熱演化模式（一）生物化學(xué)生氣階段深度：0~1500m，溫度：10~60℃與沉積物成巖作用階段相符，相當(dāng)于碳化作用的泥炭—褐煤階段。主要能量以細(xì)菌活動為主。在還原環(huán)境下，厭氧細(xì)菌非常活躍，其結(jié)果是：有機質(zhì)中不穩(wěn)定組分被完全分解成CO2、CH4、NH3、H2S、H2O等簡單分子，生物體被分解成分子量低的生物化學(xué)單體（苯酚、氨基酸、單糖、脂肪酸），而這些產(chǎn)物再聚合成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的干酪根。（二）熱催化生油氣階段沉積物埋深H：>1500~2500m，溫度：60℃~180℃時，進(jìn)入后生作用階段，相當(dāng)于長焰煤——焦煤階段。這時有機質(zhì)轉(zhuǎn)化最活躍的因素是熱催化作用，催化劑為粘土礦物。由于成巖作用增強，粘土礦物對有機質(zhì)的吸附能力加大，加快了有機質(zhì)向石油轉(zhuǎn)化的速度，降低有機質(zhì)成熟的溫度。有人研究粘土礦物的催化作用可能使長鏈烴類裂解成小分子烴，還可造成烯烴含量相對減少，異構(gòu)烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴含量相對增多。其中蒙脫石對干酪根熱解烴組成和產(chǎn)率的影響最大，伊利石、高嶺石的影響較弱。在進(jìn)入此階段，干酪根發(fā)生熱降解，雜原子（O、H、S）鍵破裂產(chǎn)生二氧化碳、水、氨、硫化氫等揮發(fā)性物質(zhì)逸散，同時獲得大量低分子液態(tài)烴和氣烴，是主要生油時期。國外稱為“生油窗”或“液態(tài)窗口”。有機質(zhì)進(jìn)入油氣大量生成的最低的溫度界限，稱為生烴門限或成熟門限，所對應(yīng)的深度稱為門限深度。需要指出的是，有機質(zhì)成熟的早晚跟有機質(zhì)的類型有關(guān)，相同條件下，樹脂體和高含硫的海相有機質(zhì)成熟早，腐殖質(zhì)成熟晚，且以生氣為主。（三）熱裂解生凝析氣階段H：>3500~4000m，T：180℃~250℃，進(jìn)入后生成巖階段后期，相當(dāng)于碳化作用的瘦煤—貧煤階段。此時溫度超過了烴類物質(zhì)的臨界溫度，除繼續(xù)斷開雜原子官能團和側(cè)鏈生烴外，主要反應(yīng)是大量C—C鏈斷裂及環(huán)烷烴的開環(huán)和破裂，長鏈烴急劇減少，C25以上趨于零，低分子的正烷烴劇增，加少量低碳原子數(shù)的環(huán)烷烴和芳烴。在地下呈氣態(tài)，采到地上反凝結(jié)為液態(tài)輕質(zhì)油，并伴有濕氣，這是進(jìn)入了高成熟期。（四）深部高溫生氣階段當(dāng)深度超過6000~7000m時，沉積物已進(jìn)入變生作用階段，相當(dāng)于半無煙—無煙煤的高度碳化階段，溫度超過了250℃，已形成的液態(tài)烴和重質(zhì)氣態(tài)烴強烈裂解，變成最穩(wěn)定的甲烷，干酪根殘渣釋出甲烷后，進(jìn)一步縮聚形成碳瀝青或石墨。對不同的沉積盆地而言，由于其沉降歷史、地溫歷史及原始有機質(zhì)類型的不同，可能只進(jìn)入了前二或三個階段，并且每個階段的深度和溫度界限也可能略有差別。在一些地質(zhì)發(fā)展演化史較復(fù)雜的盆地，由于某種原因歷經(jīng)多次大的構(gòu)造運動，生油巖中的有機質(zhì)可能由于在埋藏較淺尚未成熟就被抬升，后來再度沉降埋藏到相當(dāng)深度后，方達(dá)到成熟溫度，有機質(zhì)可以大量生石油，即所謂“二次生油”。此外，由于源巖有機顯微組成的非均質(zhì)性，不同顯微組成的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)的差別，決定了有機質(zhì)不可能有完全統(tǒng)一的生烴界線，不同演化階段可能存在不同的生烴機制。二、現(xiàn)代油氣成因理論新進(jìn)展（一）未熟—低熟油形成機理系指非干酪根晚期熱降解成因的各種低溫早熟的非常規(guī)油氣。包括在生物甲烷生烴高峰后，在埋藏升溫達(dá)到干酪根晚期熱降解大量生油之前（Ro<0.7%），經(jīng)由不同生烴機制的低溫生物化學(xué)或低溫化學(xué)反應(yīng)生成并釋放出來的液態(tài)和氣態(tài)烴。低熟油生烴高峰對應(yīng)的源巖鏡質(zhì)組反射率Ro大約為0.2~0.7%。相當(dāng)于干酪根生烴模式的未熟和低熟階段。二十世紀(jì)七十年代以來，許多國家和地區(qū)相繼發(fā)現(xiàn)了低熟油氣。我國東部渤海海灣、泌陽、江漢、百色、松遼、蘇北、柴達(dá)木、準(zhǔn)噶爾等盆地均發(fā)現(xiàn)了低熟油氣資源。隨后，國外學(xué)者對低熟油氣的成因機理進(jìn)行了較多的研究，提出了一些假說和模式。我國對其認(rèn)識和研究始于二十世紀(jì)八十年代初，到目前取得了可喜的進(jìn)展。其中以王鐵冠等人的研究結(jié)果最具代表性。他們通過研究，提出了五種不同有機質(zhì)類型的生烴機理。1．樹脂體早期生烴在化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)上，樹脂體由揮發(fā)性和非揮發(fā)性萜類餾分組成。揮發(fā)性餾分包括單萜、倍半萜和某些二萜烯類，均不易保留在樹脂中；非揮發(fā)性餾分主要為二萜烯酸類和三萜類，此外還有醇類、醛類、酯類和樹脂素等。樹脂酸作為含羧基的非烴生物類脂物，其化學(xué)成分、分子結(jié)構(gòu)及聚合程度均比干酪根簡單的多，樹脂酸脫羧基、加氫轉(zhuǎn)化成環(huán)烷烴的化學(xué)反應(yīng)所必須的活化能和熱力學(xué)條件，也較一般干酪根熱降解生烴的條件低的多。因此，當(dāng)干酪根處于未熟—低熟階段時，樹脂體可能在低溫度條件下率先早期生烴。這已被試驗和實際資料證明。2．木栓質(zhì)體早期生烴木栓質(zhì)體來源于高等植物的木栓質(zhì)組織。在木栓質(zhì)組織中，栓化層由木栓脂和蠟質(zhì)交替疊合而成。木栓脂作為本栓質(zhì)體的前生物具低聚合度和多長鏈類脂物的特點，決定了木栓質(zhì)體可在低的熱力條件下，發(fā)生低活化能的化學(xué)反應(yīng)，生成并釋放以鏈狀結(jié)構(gòu)為主的烴類。3．細(xì)菌改造陸源有機質(zhì)早期生烴沉積物在沉積成巖過程中，在適宜的介質(zhì)環(huán)境條件下，大量陸源有機質(zhì)的存在可以為細(xì)菌繁衍提供充足的碳源和能源，而細(xì)菌作用的結(jié)果又對有機質(zhì)進(jìn)行降解改造，細(xì)菌類脂物代謝產(chǎn)物的加入，改造了有機質(zhì)的結(jié)構(gòu)，增加其H/C原子比，提高了富氫程度和“腐泥化”程度，并使有機質(zhì)熱裂解或熱降解脫官能團與加氫生烴反應(yīng)所需要的活化能降低，從而有利于生成低熟油。4．高等植物蠟質(zhì)早期生烴高等植物蠟質(zhì)是指覆蓋于植物莖、葉、花和果實表面的蠟狀薄層。其化學(xué)組成是一元長鏈脂肪酸和一元長鏈脂肪醇所形成的脂類。此外，還含有C21~C27奇碳數(shù)正烷烴、C24~C34偶碳數(shù)游離脂肪酸、長鏈單酮，伯醇和仲醇以及β—羥酮等。這類化合物生烴反應(yīng)無須高活化能，可在低溫階段完成。5．藻類類脂物早期生烴藻類活體細(xì)胞內(nèi)壁包裹的細(xì)胞中具有一些油珠，外壁內(nèi)鑲嵌大小不等的油珠，并不斷分泌油狀物質(zhì)。這些油狀物質(zhì)構(gòu)成藻類的儲備類油脂，其主要成分為脂肪酸和烴類，它們在低溫化學(xué)反應(yīng)階段，即可轉(zhuǎn)化成鏈狀烷烴和環(huán)烷烴，成為低熟油的主要成分。6．富硫大分子有機質(zhì)早期降解生烴干酪根中不同原子間的鍵能差別較明顯，S—S鍵能最低，其次為S—C鍵，C—C鍵高，干酪根早期低溫降解作用只能使S—S、S—C鍵斷裂。沉積盆地水體咸化至硫酸鹽階段，有硫酸鹽沉積，細(xì)菌還原硫酸鹽可提供一定數(shù)量的無機硫與具兩個雙鍵的鏈烯烴有機分子加成反應(yīng)，形成大量硫化物進(jìn)入大分子有機質(zhì)。所以硫酸鹽相沉積環(huán)境有利于形成富硫大分子有機質(zhì)，S—S：S—C鍵的優(yōu)先斷裂利于低熟油形成。（二）腐殖煤的成烴機理及生烴模式過去人們只認(rèn)識到煤可產(chǎn)氣，不能產(chǎn)油。但自20世紀(jì)60年代在澳大利亞、印度尼西亞、加拿大及北海發(fā)現(xiàn)了與煤系地層有關(guān)的油田后，引起了人們對煤成油的研究興趣。80年代，我國在吐哈盆地也發(fā)現(xiàn)了與侏羅系煤系地層有關(guān)的大油田，這引起了國內(nèi)學(xué)者的研究熱情?，F(xiàn)在人們已普遍承認(rèn)煤系地層不僅可生氣而且可生油。由煤和煤系地層中的有機質(zhì)，在煤化作用的同時所形成的液態(tài)烴，稱為煤成油。1．褐煤的有機組成及其生烴潛力目前研究認(rèn)為煤究竟生氣還是生油取決于其顯微組分，富含富氫顯微組分的無定形體、藻質(zhì)體及其它殼質(zhì)體的煤均有生成液態(tài)烴的潛力。一般認(rèn)為殼質(zhì)組生烴潛力最大，鏡質(zhì)組次之，惰質(zhì)組最差。但深入研究表明，鏡質(zhì)組本身極不均勻的組成，決定了其中某些顯微組分可能成為煤成油的主要貢獻(xiàn)者。2．煤的成烴地球化學(xué)特征煤成烴一般具有飽和烴含量高、非烴和瀝青質(zhì)含量低的特點。煤成烴最明顯的特征是具有姥鮫烷優(yōu)勢。其它特征還有高碳數(shù)峰更突出，CPI值較高；富含三萜烷，具明顯的藿烷類和C29甾烷優(yōu)勢；含豐富的各種芳香烴類；碳同位素組成以高δ13C值為特征，一般為-27.00‰~-25.00‰。多數(shù)出現(xiàn)在-26.50‰~-26.00‰之間。3．生烴模式煤及煤系地層中陸源有機質(zhì)有兩種演化途徑，向煤演化稱為煤化作用，向生液烴方向演化，稱為瀝青化作用。瀝青化作用結(jié)果是產(chǎn)生石油和天然氣，另一方面是固體殘余物進(jìn)行芳構(gòu)化和縮聚作用。煤的不同顯微組分瀝青化作用在時間上是不一致的，其生烴特征和演化模式存在差異，所以煤中液態(tài)烴的生成具多階段性（見圖2-2），使不同演化階段各種顯微組分對生烴的貢獻(xiàn)有別。圖2-2煤中不同顯微組分生烴模式（據(jù)程克明等，1995）§5生油層研究與油源對比一、生油層研究能夠生成石油和天然氣的巖石，稱為生油氣巖（或烴源巖、生油氣母巖），由該類巖石組成的地層，即為生油（氣）層。對一個盆地的含油氣遠(yuǎn)景的評價，關(guān)鍵是看生烴層的生烴潛力大小。主要從兩個方面進(jìn)行研究。即地質(zhì)研究和地球化學(xué)研究。（一）生油層的地質(zhì)研究生油層的地質(zhì)研究包括巖性、巖相、厚度及分布范圍。巖性和巖相決定有機質(zhì)的含量即豐富程度及其類型和生烴潛能；厚度及分布范圍決定有機質(zhì)的總量→決定了烴量，也決定排烴效率。從巖性上看，能夠作為生油層的巖性主要有二大類即泥質(zhì)巖和碳酸鹽巖。泥質(zhì)巖類主要為暗色的富含有機質(zhì)的泥巖、頁巖、粘土巖；碳酸鹽類生油層的巖類以灰色、深灰色的瀝青灰?guī)r、隱晶質(zhì)灰?guī)r、豹斑灰?guī)r、生物灰?guī)r、泥灰?guī)r為主。從沉積環(huán)境或巖相看，一般在利于生物大量繁殖、保存，且利于生油巖發(fā)育的環(huán)境最有利。這樣的環(huán)境只有深水和半深水湖相及淺海相，沼澤相則主要為成煤環(huán)境。從生油層的厚度及分布看，分布面積越大，厚度越大，有機質(zhì)的總量越大，則生烴量越大。但單層厚度很大的塊狀泥巖因往往欠壓實，產(chǎn)生超壓，會抑制生烴能力，不利于排烴。研究認(rèn)為，粘土巖層厚30~40m，砂層單層厚10~15m，二者顯略等厚互層的地區(qū)，生儲巖接觸面積大，最利于石油的生成與聚集?？梢姡蛯雍穸忍×瞬缓?，太小了也不好。（二）生油層的地球化學(xué)研究主要利用各種地球化學(xué)指標(biāo)，評價生烴潛力。主要包括豐度指標(biāo)、成熟度指標(biāo)、類型指標(biāo)等。1．有機質(zhì)的豐度指標(biāo)巖石中有足夠數(shù)量的有機質(zhì)是形成油氣的物質(zhì)基礎(chǔ)，是決定巖石生烴潛力的主要因素。有機質(zhì)豐度指標(biāo)主要有有機碳含量（TOC）、巖石熱解參數(shù)、氯仿瀝青“A”和總烴（CH）含量等。（1）有機碳含量（TOC）系指巖石中殘留的有機碳含量，以單位重量巖石中有機質(zhì)的重量百分?jǐn)?shù)表示。由于生油層內(nèi)只有很少一部分有機質(zhì)轉(zhuǎn)化成油氣，大部分仍殘留在生油層中，且碳又是有機質(zhì)中所占比例最大、最穩(wěn)定的元素，因此剩余有機碳含量能夠近似地表示生油巖內(nèi)的有機質(zhì)豐度。巖石中剩余有機碳與剩余有機質(zhì)含量之間存在一定的比例關(guān)系，一般將剩余有機質(zhì)碳乘以1.22（或1.33）即為剩余有機質(zhì)的含量。我國東部中新生代陸相淡水一半咸水沉積盆地，主力生油巖的有機碳含量均為1.0%以上，平均為1.2%~2.3%，最高達(dá)2.6%。尚慧蕓研究認(rèn)為，我國中新生代主要含油氣盆地暗色生油巖的有機碳含量的下限為0.4%，較好生油巖為1%左右。一般碳酸鹽巖比泥質(zhì)巖低。Humt測定的結(jié)果碳酸鹽巖的平均值僅為0.17%。所以兩者的評價標(biāo)準(zhǔn)不同。陣建平的評價標(biāo)準(zhǔn)生油巖級別泥巖（%）碳酸鹽巖（%）差<0.5<0.12中0.5~1.00.12~0.25好1.0~2.00.25~0.50非常好2.0~4.00.5~1.00極好4.0~>8.01.00~2.00（2）氯仿瀝青“A”和總烴（HC）含量氯仿瀝青“A”是指巖石中可抽提的有機質(zhì)含量；總烴為瀝青“A”中的飽和烴和芳香烴含量。我國陸相生油層的氯仿瀝青“A”均>0.1%，一般在0.1~0.3%，較好的生油巖為0.1~0.2%；總烴>410×10-6，平均為550~1800×10-6，好的為1000×10-6，較好>500×10-6。此外，不少學(xué)者還利用熱解參數(shù)、氨基酸含量作為評價有機質(zhì)豐度指標(biāo)，不再此詳述。2．有機質(zhì)的類型有機質(zhì)的類型不同，其生烴潛力及產(chǎn)物是有差異的。一般認(rèn)為Ⅰ型干酪根生烴潛力最大，且生油為主，Ⅲ型生烴潛力最差，且以生氣為主，Ⅱ型介于兩者之間。3．有機質(zhì)的成熟度是指有機質(zhì)向石油和天然氣的熱演化程度。它顯然是評價生油巖生烴能力的重要指標(biāo)。常用的指標(biāo)有TTI、鏡質(zhì)組反射率、熱變指數(shù)、孢粉碳化程度、熱解參數(shù)、可溶抽提物化學(xué)組成。此外，還有飽和烴組成、自由基含量、干酪根顏色、H/C—O/C原子比關(guān)系、生物標(biāo)志物等。這里主要介紹常用的幾個指標(biāo)。（1）鏡質(zhì)組反射率（R0）鏡質(zhì)組是一組富氧的顯微組份，由泥炭成因有關(guān)的腐殖質(zhì)組成，具鏡煤（或煤素質(zhì)）特征，其結(jié)構(gòu)為以芳香烴為核，常有不同的支鏈烷基。在熱演化過程中，鏈烷熱解析出，芳環(huán)稠合，出現(xiàn)微片狀結(jié)構(gòu)，芳環(huán)片間距逐漸縮小，致使反射率增大，透射率減小，顏色變暗，這是一種不可逆反應(yīng)。鏡質(zhì)組反射率與成巖作用關(guān)系密切相關(guān)，熱變質(zhì)作用愈深，鏡質(zhì)組反射率愈大。R0<0.5%，生物化學(xué)生氣階段R00.5~1.3%，為熱催化生油氣階段R01.3~2.0%，為凝析氣和干氣階段R0>2.0%，無油氣生成（2）熱變質(zhì)指數(shù)（TAI）它是一種在顯微鏡下通過透射光觀測到的由熱引起的孢粉、藻類等顏色變化的標(biāo)度，按顏色變化確定有機質(zhì)的演化程度，共分5個級別：1級—黃色，未變化2級—桔色，輕微熱變化3級—棕色或褐色，中等熱變質(zhì)4級—黑色，強變質(zhì)5級—黑色，強烈熱變質(zhì)，伴有巖石變質(zhì)現(xiàn)象油氣生成的熱變質(zhì)指數(shù)介于2.5~3.7之間。（3）干酪根顏色及H/C~O/C原子比關(guān)系。主要根據(jù)干酪根的顏色，結(jié)合H/C~O/C原子比關(guān)系圖（圖2-1、2-2），來判斷其轉(zhuǎn)化程度，一般其顏色從暗褐色至深褐色標(biāo)志著最大量生成正烷烴的區(qū)間，殘渣H/C原子比約為0.80。（4）正烷烴分布特征和奇偶優(yōu)勢比由于有機質(zhì)成熟轉(zhuǎn)化是一個加氫裂解的過程，隨著熱演化作用的加強，氧、硫、氮等雜質(zhì)元素含量顯著減少，碳鏈破裂，正烷烴的低碳組份含量增高，正烷烴分布曲線顯示主峰碳數(shù)小，曲線平滑，尖峰特征明顯，代表成熟度高。巖石抽提物中奇、偶碳原子正烷烴的相對豐度，稱為正烷烴奇偶優(yōu)勢比，有兩種表示方法：CPI值——以C29H60為中心，將C24H50到C34H70的百分含量Ci代入下式計算：（2-2）在近代沉積物中，奇數(shù)正烷烴有明顯優(yōu)勢，CPI均勻分布在2.4~5.5之間。在巖石有機質(zhì)抽提物中，CPI值<2.1，表示奇數(shù)正烷烴略占優(yōu)勢，說明巖石中有機質(zhì)向石油轉(zhuǎn)化程度高。OEP是取主峰碳前后5個相鄰之正烷烴的重量百分?jǐn)?shù)。（2-3）二者計算結(jié)果差不多。（5）TTI以后再講二、油源對比油氣生成后要運移，確定其來源和運動軌跡是油氣遠(yuǎn)景評價的主要方面之一。油源對比包括了油氣來源與源巖的對比及不同油層之間的對比。目的是追蹤油氣，確定油氣與源巖的成因聯(lián)系、油氣運移方向、距離和次生變化，從而圈定可靠的油、氣源區(qū)，確定勘探目標(biāo)，有效地指導(dǎo)油氣勘探開發(fā)。油源對比是基于同一源巖的油氣在化學(xué)組成上具相似性，而不同源巖的油氣則表現(xiàn)出較大差異這一基本原則的。油源對比需具備兩個條件。（1）油氣運移過程中，沒有或很少發(fā)生混源；（2）源巖及油氣中的特征化合物性質(zhì)穩(wěn)定，很少或幾乎無損失。主要指標(biāo)有正烷烴的分布特征，異戊間二烯型烷烴的類型及含量，甾、萜化合物特征等。三、生油層綜合評價和研究（一）地質(zhì)研究與評價：①確定生油凹陷；②確定生油層；③確定生油層的分布平面及剖面分布，計算其總體積；④研究生油層的沉積相；⑤研究古地溫史。（二）生油層生烴潛力的地球化學(xué)研究與評價。（1）有機質(zhì)豐度；（2）類型；（3）成熟度；（4）轉(zhuǎn)化程度；（5）排烴效率。（三）計算生烴量及排烴量?！?時間——溫度指數(shù)TTI前已述及，時間和溫度兩個因素對沉積物有機質(zhì)熱成熟有很大影響。那么是否可找到一個數(shù)值來衡量油氣的熱成熟度，而這個數(shù)據(jù)是由時間和溫度為函數(shù)的？首先提出這一方法的是前蘇聯(lián)學(xué)者洛泊京（1971）。后來，美國學(xué)者魏泊斯進(jìn)行了發(fā)展和改進(jìn)，并作了系統(tǒng)介紹。目前主要利用這種方法。一、基本原理根據(jù)化學(xué)動力學(xué)原理，對一級化學(xué)反應(yīng)有下表達(dá)式：（2-4）K：為反應(yīng)速率常數(shù)；C：為反應(yīng)物濃度；t：為反應(yīng)時間。上式表示單位時間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減少量與反應(yīng)速率常數(shù)、反應(yīng)物濃度的乘積呈正比。對于特定的化學(xué)反應(yīng)，有下述關(guān)系：對2-4式兩邊積分為：（2-5）c0、t0分別為反應(yīng)起始濃度與起始時間；c1、t1為反應(yīng)終了濃度與終了時間；K=K（T），T為絕對溫度。由于K（T）為T的函數(shù)；T又隨時間而變化，因此須給出明確的函數(shù)關(guān)系式。根據(jù)范特霍夫規(guī)則，化學(xué)反應(yīng)的溫度每增加10℃，則K增加2~4倍，由此近似地認(rèn)為在10℃為間隔的溫度段內(nèi)K是一個常數(shù)，可表示為K（i）=rn(i)，式中：i為所處溫度段的順序號，n是溫度指數(shù)，為自然數(shù)，每增加一個溫度段，i增加1，則n增加1。n=0時所對應(yīng)的溫度稱為基礎(chǔ)溫度段，它所對應(yīng)的溫度區(qū)間在不同的化學(xué)反應(yīng)中各不相同。r為溫度系數(shù)，介于2~4之間，具體數(shù)據(jù)與化學(xué)反應(yīng)性質(zhì)有關(guān)：上式可以改寫成（2-6）m：為化學(xué)反應(yīng)所經(jīng)歷的溫度段個數(shù)。因而等式左端是一個反映化學(xué)反應(yīng)程度的指數(shù)，而右端則是控制著化學(xué)反應(yīng)程度的因素，即時間和溫度兩個變量。這說明化學(xué)反應(yīng)程度可由時間和溫度兩因素來反應(yīng)。由此把等式左端稱為時間、溫度指數(shù)，記為TTI（TimeaneTemperatureIndex）（2-7）二、計算步驟1．作埋藏史曲線圖在地震剖面或鉆井剖面上讀取各地質(zhì)界面的深度和厚度，并確定地質(zhì)年代，以深度為縱座標(biāo)，年代為橫座標(biāo)（單位為百萬年），將所研究層段在各地質(zhì)年代所處的埋藏深度標(biāo)在圖上，則可算出該界面的埋藏史，并注意以下幾點：a)作壓實恢復(fù)（利用聲波曲線）。b)如果缺乏絕對年齡資料，則可用相對年代所對應(yīng)的年齡值換算。界面之間地層時代只能根據(jù)界面年齡和厚度換算。c)在不整合處，應(yīng)根據(jù)削蝕、超覆等現(xiàn)象大至推測不整合面原始沉降深度和后期抬升的高度，將其表現(xiàn)在埋藏史曲線上。2．編制古地溫剖面圖古地溫?zé)o法求得，通常用現(xiàn)代地溫場近似代替古地溫場，并假設(shè)在重塑的所有的時間間隔內(nèi)，地溫梯度和地表溫度都是常數(shù)。3．溫度系數(shù)和基礎(chǔ)段的確定確定兩個參數(shù)的方法是利用鉆井中不同時代地層的鏡質(zhì)組反射率值與用不同參數(shù)求出的相應(yīng)層位的多組TTT值進(jìn)行回歸分析，直到找出一組與鏡質(zhì)組反射率相關(guān)系數(shù)最大的TTI值為止。這個值所采用的r和基礎(chǔ)溫度為合適的。道格拉斯對地球上31口井402塊樣品進(jìn)行統(tǒng)計分析，得出r=2，基礎(chǔ)溫度100℃~110℃。4．計算及編圖在埋藏史剖面上讀取所研究層段在各個溫度段中所經(jīng)歷的時間長短，代入計算公式中即得值。有機質(zhì)演化階段TTIR0開始生油150.65生油主峰751.0生油終止1601.3密度為0.8251的油的消亡線5001.75密度為0.7796的油的消亡線10002.00濕氣的消亡線15002.2干氣的消亡線650004.8

第三章儲集層與蓋層（5學(xué)時）源巖層生成的油氣要被排出，那么它到那里去了？即源源不斷生成的大量油氣儲存在哪里呢？哪些巖石可作為油氣儲存的場所