有机地化综合Word格式.docx

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8、pr/ph

不论是石油中还是沉积岩中，最重要和研究最多的是姥鲛烷和植烷，它们来源于植物叶绿素的植醇侧链，在氧化条件下植醇先形成植烷酸，经脱羧作用形成姥鲛烷，而在还原条件下，植醇保存iC20骨架，加氢形成植烷，因此，可以利用Pr/Ph比值来指示有机质沉积环境的氧化还原条件。

9、Pr/n-c17ph/n-c18

第3题

规则甾烷：

凡是具有以下特征的甾烷称为规则甾烷：

在C-10和C-13上有一个甲基，有五个手征性碳原子（C-5,C-14,C-17，C-20和C-24）（侯读杰）。

结构如下

甾烷通常在M/Z=217和231下鉴定,M/Z代表质荷比，常见的规则甾烷为C27~C29，

C27母源：

低等水生生物和藻类；

C29母源：

藻类和陆源高等植物，

意义：

因此常根据C27、C28、C29甾烷的分布和相对含量的高低来确定原油的母质来源和进行油源对比。

m/z=191C19-C29三环萜烷：

通常用m/z=191谱图识别长侧链三环萜烷（碳数范围多从19到30），结构特征为环上带有一个异戊二烯结构单元的长链，主要为藻类或细菌成因，广泛分布于湖相、浅海相沉积物中。

C29-C35藿烷：

五环三萜烷中最重要的一类，五环三萜烷是由六个异戊二烯结构单元组成的五个环包含有30个碳原子的环烷烃，其中把E环为五元碳环并且碳数由27至35（往往缺28）的系列的称之为藿烷系列，主要生源为原核生物和细菌，细菌藿四醇是更合适的前身物。

伽马蜡烷：

非藿烷系列的五环三萜烷化合物，是通过还原四膜虫醇生成，代表高盐度湖相和非海相、强还原和水体分层（张立平等）环境，具有高特效性。

Ts，Tm：

正常的藿烷的碳数为C30，当少三个—CH2时称之为三降藿烷，其中最常见的为17α（H）-22,29,30三降藿烷和18α（H）-22,29,30三降藿烷，前者称为Tm后者称为Ts，两者比值可作为成熟度指标。

甾烷和藿烷成熟度参数：

藿烷成熟度指标:

1“莫烷”（βα）、“藿烷”（αβ）、生物构型（ββ）比

热稳定性顺序：

αβ＞βα＞ββ，ββ型藿烷在未成熟沉积物中占优势，而在成熟源岩和原油中含量低，αβ型藿烷主要存在于成熟烃源岩和原油中。

2藿烷22s/（22R+22S）

22s/（22R+22S）,随着成熟度增加到生油门限，该比值从0增大到0.6左右。

3Tm/Ts成熟度指标

随着成熟度的增加，Tm逐渐消失，Ts相对浓度增加。

与此相类似的参数还有C29Ts/αβC30藿烷和C30重排藿烷/αβC30藿烷。

甾烷成熟度参数：

120S%：

C29ααα20S/（20S+20R）

比值会随着成熟度的升高而增大，对于未成熟样品，20S/（20R+20S）值约为0，而成熟样品该值为0.5~0.6（平衡状态，20S：

20R=55%：

45%），而在生油窗比值达到终点值，相当于镜质体反射率Ro为0.8%。

国外学者常常用该参数进行有机质演化阶段划分，小于0.2为未熟，0.2~0.3为低熟，大于0.3为成熟阶段。

2ββ%：

C29αββ（20S+20R）/〔C29αββ（20S+20R）+C29ααα（20S+20R）〕

αα构型将向地质条件下更为稳定的ββ构型转化，这样比值也会随着成熟度增高而增大。

该比值在生油带的前半段骤然上升，从0到0.5最高可达0.8，终点值在生油窗的中后阶段，对中国陆相沉积物，该比值小于0.15为未成熟，0.15~0.3为低熟，大于0.3为成熟阶段。

3C26甾烷（侯读杰书）

21-降胆甾烷的相对浓度也用来评价生油窗中晚期的成熟度，如怀俄明州原油中21-降胆甾烷/21-降胆甾烷+24-降胆甾烷+27降胆甾烷的值随着原油其他成熟度参数的增加而升高

4低相对分子质量甾烷/高相对分子质量甾烷（侯读杰书）

比如Mackenzie等认为，三芳甾烷的C20/C28+C20在生油窗末期，其值大于1。

金刚烷：

金刚烷是由四个椅式六元环形成的一个立体笼形结构的烃，分子中比环己烷多四个碳和四个氢，分子式为C10H16结构与金刚石相似，但不是金刚石制得，发现于某些地区的石油中。

含量可以还原裂解程度。

第4题

4.芳烃:

苯、菲、萘的结构式；

甲基菲成熟度参数；

单芳甾烷、三芳甾烷与成熟度；

（1）苯萘菲结构式：

苯（C6H6）：

萘（C10H8）：

菲（C14H10）：

蒽（C14H10）

（2）甲基菲成熟度参数：

未成熟样品：

1-甲基菲、9-甲基菲占优势

随温度增高，有机质成熟，2-甲基菲、3-甲基菲丰度增加

这两个指数随埋藏深度产生由小到大再逐渐变小的变化。

Radke指出：

当有机质演化达到Ro＝1.35%，各指数由峰值转为下降。

（3）单芳甾烷、三芳甾烷与成熟度：

随温度增加，甾族化合物侧链开始断裂，失去烷基，由C27-C29单芳甾烃转化为C20+C21单芳甾烃。

或由C26-C28三芳甾烃转化为C20+C21三芳甾烃。

芳构化程度指标：

三芳环甾族/（单芳环甾族＋三芳环甾族）

成熟度指标：

第5题

第6题

微生物降解的相对顺序

原油中生物标志物抗生物降解的能力一般按下列顺序增强：

正构烷烃＜异构烷烃＜类异戊间二烯烷烃＜甾烷＜藿烷（重排甾烷）＜芳构化甾烷＜卟啉

第7题

自然界中有机碳、有机硫的循环过程；

控制TOC的主要因素是什么？

有机碳循环

1）两个有机碳循环

具体如下：

重要的生物有机碳循环—生物泵

生物碳泵

在浅水区浮游植物光合作用固定CO2、在深水区有机质沉降、降解作用的总体效应是将CO2和其他营养物从表层转移到深海—生物泵。

海洋的温盐环流（特别是上升流）,能够将营养物和富CO2的水送回到表层，于是补偿了生物泵移去的营养物。

有机硫循环：

有机硫成因

有机硫循环过程：

有机硫循环图（与上面的基本一样）：

具体文字描述过程部分，每个人按图理解来写，别人理解写的反而不好记忆这里不做描述。

有机质丰度的主要控制因素

沉积物中有机质的数量和性质不仅取决于生物的发育，还取决于有机质的来源和有机沉积环境。

（1）有机物产率

原始有机物产率高，有机物的供应量也大，有机质的丰度也大。

有机质含量高，可造成还原环境，有利于有机质的保存。

影响因素：

古气候条件；

营养物质；

水体环境；

海洋上升流。

（2）有机质类型

地质历史时期水介质环境中有机质物质的天然组合

寒武-志留：

细菌、藻类和浮游动物；

泥盆-侏罗：

细菌、藻类和浮游动物，少量高等植物；

白垩-近代：

细菌、藻类和浮游动物，高等植物。

（3）沉积环境

沉积作用虽然可以发生在水上环境（如风成沉积），但绝大部分发生在覆水盆地中。

同时，水上沉积物中即使有有机质，由于与空气充分接触氧化，有机质也无法保存。

因此，下面主要讨论水体环境。

首先需要剖析环境的物理、化学及生物学参数及其对有机质沉积的影响。

水体环境的物理参数

物理环境是指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。

对有机质沉积有重要影响的物理参数：

1）水流流速

碎屑颗粒在流水中的三种搬运方式：

悬浮、跳越、滚动分散有机质主要呈悬浮搬运。

沉积物颗粒在水体中的沉降速度（mm/s），可用斯托克斯公式计算：

该公式对砂粒沉积大体适合，对于粘土和有机质颗粒，一经搬运，很不容易沉积下来，大都搬运到水盆地比较平静的环境，通过粘土与有机质的粘合作用才能沉积。

2）粘土矿物与有机质的絮凝作用

机理：

（J.Bernal&

E.T.Degens）

●浮游植物释放、分泌有机物与粘土矿物，特别呈悬浮状态粘土发生絮凝作用，形成大粒聚合体迅速沉积下来。

●浮游动物以泥质物为食，在体内粘土与有机成分粘合，以粪粒形式排出，迅速沉积。

主要在波浪弱的静水盆地中发育，对溶解有机质的凝絮。

3）水体深度与波浪基面的的深度

浪基面以下——静水低能环境

浪基面以上——湍流高能环境

水体过深，不利有机质保存，因在有机质经过很深水体时，常被其它生物或氧气所消耗。

4）沉积速度与沉降速度

沉积速度对有机质的影响较为复杂，一般说，过快沉积有“稀释作用”，而过慢有机质会被“暴露氧化”，都不利于有机质的保存。

“稀释效应”（dilutingeffect）：

在有机物供应恒定时，有机质丰度与碎屑沉积速度成反比，无机物“稀释”了有机物。

水体环境的化学参数

●氧化-还原电位（Eh）：

当Eh值等于零时为中性，正值为氧化环境，负值为还原环境。

有机质只有沉积在还原条件下才能保存持久。

有机质主要保存在强还原带——弱还原带，沉积物中有机质含量丰富，本身就指示了处于良好的还原环境。

如“黄铁矿”。

●酸碱度（pH值）：

当pH≥7.8时，有机质常与碳酸盐一起沉积，有机质含量较高，就形成碳酸盐岩生油岩。

这种环境缺乏陆源沉积物补给，有机质多为腐泥型。

在pH＜7的强酸沼泽环境，堆积了以腐植型为主的有机质。

●盐度：

在淡水、微咸水和正常咸水环境，水生生物都可大量发育。

超咸水环境不利于生物发育，只剩下少数喜盐生物。

咸度周期性变化的环境，可造成不同生物群落的周期性繁殖和死亡，提供十分丰富的有机质沉积。

一定水深的湖水的盐度分层可以造成底水缺氧，有利于有机质的保存。

●温度：

温度影响许多矿物和气体的溶解度，故对化学沉淀有重大影响。

如一些盐类矿物需要在具有一定封闭的环境、气候炎热干燥，蒸发作用强烈的水盆地中才能沉积。

水生生物的发育与温度有关。

生物礁生活在热带海洋中；

显微粒状灰质藻，主要生长在温暖地区；

硅藻大量发育在寒冷地区。

对有机质沉积和保存最有影响的是热带、温带水盆地内温跃层的存在。

水体环境的生物参数

●提供有机质和沉积物来源：

生物的高生产率提供大量的有机质来源。

●改变沉积环境：

生物活动引起CO2含量的变化可以影响碳酸盐的沉淀或溶解搬运。

特别是生物的呼吸作用和有机质分解作用都消耗氧气，并产生大量CO2、H2S、NH3、CH4等气体，造成下部水体和沉积物的缺氧还原环境，为有机质沉积、保存创造了基本条件。

原地底栖生物及遗迹化石大量发育的沉积层，反而说明当时为含氧环境，不利于有机质保存。

●加速沉积过程：

主要表现为有机质与粘土矿物的絮凝作用，它既是物理过程，又是生物过程。

●消耗、改造有机质：

对于大量的高等植物有机质，细菌的分解，还原作用更是主要的。

在营养丰富、条件适宜时，细菌的繁殖速度是极其惊人的。

它大量消耗各种有机质，本身的有机质体又提供了更富类脂物的有机质。

这可视为对有机质的改造作用。

有利的沉积环境是：

表面水体中具有高的有机生产力（率）；

下部水体中为还原环境；

地理上为封闭-半封闭环境；

停滞的水体，低能沉积环境和超过浪基面深度的中等水深；

较高的沉降速率，欠补偿的沉积环境。

第8题

8、索式抽提的含义、族组分有哪些？

如何进行分离？

索氏抽提:

利用相似相容原理从固体物质中反复萃取可溶化合物的一种方法，因其反复抽提，所以又叫连续抽提法。

通常用索氏抽提器进行，索氏抽提器由提取瓶、虹吸管、滤纸套、玻璃管和冷凝器组成。

工作原理：

称取已经碎好的岩样（100目以下，＜0.177m）装入滤纸套内，有机溶剂（国内通常用三氯甲烷）装入提取瓶中——然后对提取瓶进行加热，使有机溶剂气化通过玻璃管进入冷凝管——液化之后滴进滤纸套内开始浸提样品，待虹吸管内三氯甲烷液面达到一定高度，溶解萃取化合物的溶液进入提取瓶中，然后反复循环进行提取。

这种抽提比较完全，适用于定量分析，但抽提时间长，不同岩样有严格的抽提事件碳酸盐岩氯仿抽提48h，泥岩和页岩氯仿抽提72h，，煤样更难抽提所需时间更长。

族组分：

国内常用的有机溶剂为三氯甲烷（氯仿），用氯仿抽提岩样中的可溶有机物统称为氯仿沥青“A”，可溶沥青是十分复杂的混合物，可以把其分为饱和烃、芳烃、非烃和沥青质四个组分。

分离方法：

主要采用柱色层、薄层色谱、液相色谱等

基本原理:

根据可溶沥青中不同化合物在流经分离柱内的吸附剂时，同吸附剂间的吸附性能不同，以及各种有机冲洗剂的极性不同，其脱附快慢不同的原理，选择适当的吸附剂配比及冲洗剂用量，可以把原油中各组分分离。

目前常采用柱色层法，以硅胶和氧化铝为吸附剂，用正己烷可以把可溶组分和沥青质分离—然后用石油醚、苯、苯-乙醇可以依次将可溶组分的饱和烃、芳香烃、非烃馏分分离—然后用质量法计算并求得各组分含量。

流程图如下：

第9题

第10题

第11题

第12题

第13题

13.不同阶段有机质的演化特征和Tissot的生油气模式；

（1）不同阶段有机质演化特征：

1）成岩作用阶段

2）深成作用阶段

3）准变质作用阶段

（2）Tissot生烃模式

1）生物化学生气阶段

2）热催化生油气阶段

3）热裂解生凝析气阶段

4）深部高温生气阶段

课本P158

第14题

14、试根据有机地球化学课程所学习的分析测试内容，设计一套对野外考察进行烃源岩评价的分析测试方案，并说明其主要分析测试的目的。

实验步骤：

（1）野外采集烃源岩样品（全岩）；

（2）结合化学分离法和物理分离法，分离提取干酪根；

（3）利用全岩样品和Rock-eval分析仪进行岩石热解分析，测出Tmax，S0，S1，S2，S3和S4；

（4）将全岩样品粉碎，并用索氏抽提法抽提氯仿沥青“A”并测其含量；

（5）将干酪根样品粉碎，在显微镜下观察并统计干酪根显微组分和相对含量；

（6）利用干酪根样品和元素分析仪测出干酪根的H/C和O/C；

（7）利用干酪根样品在油浸状态下测出其镜质体反射率Ro。

评价：

（1）有机质丰度

1）利用岩石热解法得到的数据求TOC，TOC=0.083（S0+S1+S2）+S4/10；

利用TOC评价有机质丰度

2）利用氯仿沥青“A”含量评价有机质丰度。

1）利用干酪根显微组分评价有机质类型；

2）利用H/C和O/C投至图版中，评价有机质类型；

3）利用岩石热解法得到的数据求类型指数TI，TI=S2/S3,用TI评价有机质类型。

（3）有机质成熟度

1）利用镜质体反射率Ro评价有机质成熟度；

2）利用干酪根显微组分评价有机质成熟度；

3）利用岩石热解法得到的数据求产率指数PI，PI=（S0+S1）/（S0+S1+S2），用Tmax和PI评价有机质成熟度。

第15题

十五、油源、油油对比方法:

总组成对比法：

包括：

物理特性（颜色、比重、粘度）、烃类组成、元素浓度（硫、氮、钒、镍）和比值（V/（V+Ni））、全油同位素、族组成同位素等。

它们反映的是油和烃源岩中有机物分子的综合特征。

分子组成法：

1、轻烃组成，有两种方法：

配对法和单组分浓度对比

单组分浓度对比：

将c5-c10各种化合物浓度进行对比，由于影响浓度的因素很多，应用受到限制；

配对法：

将化学结构和沸点相同（近）的烃类成分配对。

用每对中的各组分的浓度比值进行对比

．2、C15+正构烷烃

常根据正构烷烃气相色谱图计算单个组分的百分含量，以碳数为横坐标，百分含量为纵坐标，绘出碳数分布曲线图。

33

3、类异戊二烯烷烃

4、甾类和萜类化合物

结构独特，性质稳定，尤其是可以抵抗微生物降解，所以在油源对比中起着很大的作用。

常采用甾类和萜类化合物系列的分布型式及特征化合物作为油、油和油、源对比参数。

对于遭受中等甚至强烈的生物降解的石油，生物标志化合物具有独特的效能。

5、碳同位素

6、硫同位素

通过实验模拟研究显示原油与干罗根的硫同位素接近，相差小于2%；

Caietal.（2009a&

b）提出快速埋藏、快速生烃的盆地，有机硫同位素值可应用于油—源对比

7、微量元素

常用钒和镍，V/Ni<

1为陆相环境，V/Ni>

1为海相环境，而且，V/Ni随年代越老，比值越小，可能由于V较Ni不稳定。

可能受到后期改造的参数:

1、利用C15+正构烷烃进行油源对比是要十分慎重，

2、碳同位素

第16题

如何区别不同成因类型的天然气？

成因分类：

可将其划分为无机成因气、有机成因气及混合成因气三大类。

天然气成因分类方案（据戴金星等，1992）

基本概念：

无机成因：

主要与岩浆岩、变质岩、火山岩喷发有关的气体。

有机成因：

来源于沉积岩中有机质，经演化形成，包括生物气、油型气和煤成气；

混合成因：

地球的大气圈是由生物作用、化学作用、放射作用等生成的气体混合物组成，兼具有机与无机来源。

具体分类和概念

1无机成因气

1）幔源气，又称深源气，指在地幔或地幔通过不同方式上升到沉积

圈的天然气。

2）宇宙气

指在宇宙空间由放射性反应、核反应及化学反应等作用形成的天然气。

以含H2、He为特征，并有CH基、CH2基等混杂。

3）岩浆岩气

指在岩浆岩中由高温化学作用形成的气体。

包括在岩浆岩、火山岩矿物包裹体气及大部分火山气。

以含CO2、H2为主，混有N2、CH4、H2S及稀有气体。

4）变质岩气

指在变质岩中由高温化学变质作用形成的气体。

富含CO2、N2、H2，并有CH4、H2S及稀有气体混杂。

5）无机盐类分解气

指在沉积岩中由无机盐类化学分解产生的气体。

如碳酸盐分解产生的CO2、磷酸盐被还原产生的H2S等。

2有机成因气

有机质的热演化程度可分为生物气、热解气和裂解气。

（1）生物气biogas：

或称细菌气、生物化学气。

指有机质在未成熟阶段（Ro<

0.5％）经厌氧细菌进行生物化学降解的气态产物。

以高甲烷含量及低甲烷碳同位素值为

识别特征：

一般δ13C1<

-55‰，这是鉴别生物气的良好标志。

（2）热解气thermogenicgas：

指有机质在成熟阶段（Ro=0.5％～2.0％）经热

催化作用降解而形成的天然气。

由于有机质母质类型不同，形成热解气的性质也就有别，所以根据有机质母质类型可将热解气分为两种：

即油型热解气和煤型（成）热解气。

（3）裂解气pyrolysisgas：

指在过成熟阶段（Ro>

2％）已生成的液态烃和残余干

酪根以及部分重烃气经高温裂解作用形成的天然气。

裂解气的化学组分以甲烷为主，重烃气含量极少（小于2％）。

3混合成因气，没有具体的分类

综合判视（八种常用方法）

在区别天然气成因类型时，常用的指标为：

（一）天然气碳同位素：

可用来判别无机成因气与有机成因气的鉴别、生物气与油型热解气、油型气与煤型气的鉴别

（1）有机与无机成因气的鉴别：

1）碳同位素系列区别

δ13C1>

δ13C2>

δ13C3

δ13C1＜δ13C2＜δ13C3＜δ13C4＜δ13C5

2）CO2δ13C1>

-10％均是无机成因气；

3）除高成熟和过成熟的煤成气外，δ13C1>

-30％的皆是无机成因甲烷

4）利用δ13C1和CH4的含量判别：

—10‰无机成因，δ13C1＜—30‰有机成因，介于其间为混合区。

（2）生物成因气的鉴别

从组成上看，生物气甲烷是生物气的主体，

A、干燥系数（C1/C1-5）大，一般在0.95以上；

B、据世界范围生物气甲烷的碳同位素组成数据的统计，具有工业价值的生物气藏的δ13C1分布范围为-55‰～-85‰，明显富集轻碳同位素；

C、生物气甲烷的同位素组成受环境水介质的氢同位素组成的制约，随着伴生水的δD值的增加，甲烷的δD值也增大；

D、在海相环境中形成的生物气甲烷明显比陆相淡水环境形成的生物气甲烷富集氘；

E、从世界范围看，由于环境的水介质的氢同位素组成的差异，生物气甲烷的δD变化较大。

（3）油型气和煤成气的鉴别（利用碳同位素进行鉴别）

1）煤系有机质相对于腐泥型有机质常富集13C。

相应地煤成气和油型气甲烷系列的碳同位素组成在相同演化阶段，油型气较明显地富集12C，而煤型气富集13C。

2）乙烷的碳同位素在我国广泛作为有机成因气两大亚类的划分准绳，一般将13C2≥-29‰作为煤成气乙烷的判识标准。

由于受多源复合或细菌破坏等因素的影响，天然气的碳同位素组成会出现与一般规律相背的现象，在实际研究中应加以区分。

其他天然气鉴别方法：

（二）天然气中CH4和C2H6的δ13C1和δ13C2的简单识别模式

（三）利用δ13C1-C1/（C2+C3）图版鉴别

（四）利用δ13C1与源岩镜质体反射率的相关关系判别油型气和煤型气

（五）乙烷碳同位素组成判别法：

由于甲烷成因的多源性，根据大量实践乙烷（C2）碳同位素–28‰做为区分油型与煤成气的界限更符合实际。

（六）C1－C4烷烃系列的单体烃同位素组成判别法；

（七）轻烃：

C7轻烃系统三角图版、C5-C7轻烃组成三角图版、烷-芳烃指数和石蜡指数

1）C5、C6、C7脂族烃组成编制三角图判