第二节 石油、 天然气、油页岩的物质组成,一、分散有机质的分类 和有机质的类型 二、石油的化学组成 三、天然气的物质组成 四、油页岩的物质组成,（一）国际上分散有机质的分类 1、全岩法（煤岩学法） 把岩石中的有机组分分为五类，即腐植类、惰质类、 类脂类、动物类和有机矿物基质。 动物类中的动物遗体，包括几丁虫类、笔石、牙 形石、沟鞭藻囊、鱼和螯虾的残体和骨骼等；矿物 沥青基质是矿物吸收或结合了亚微有机物质的部分， 这些有机物含油气更多，具强荧光，尤以粘土矿物更 为典型。,一、分散有机质 的分类和有机质的类型,2、干酪根法（孢粉学法） 以干酪根为基础的显微组分划分比较简单。影响最大 的是Burgess（1974）提出的分类，他将沉积岩中的干酪根类型划分为五类：腐植型：木质的（V）、煤质的（I） 腐泥型：草质的、藻质的及无定形有机质。 干酪根方法最大的优点是富集了存在于矿物沥青基质 中的那部分有机质，使其能直接研究，但它同时破坏了有 机组分原始产状和结构，难以准确鉴别某些显微组分的成 因，使研究结果的可靠性和代表性受到影响。因此合理的 做法是将全岩研究和干酪根的研究结合起来，,3、统一分类法 Mukhopadhyay等的分类（1985）。考虑了显微组分在成 熟过程中的演变规律，提出了富氢显微组分所形成的次 生产物，该分类中的一些特殊组分特征如下： （1）腐泥质体I：是藻、细菌的混合不定形产物，产烃 潜力大于700mg HC/gCorg，H/C1.5。 （2）腐泥质体：是动物、植物、浮游生物、陆生壳 质体及细菌的混合产物，有时是壳 质组及细菌类脂物降解混合物，它 的产烃潜力为300- 650mg HC/g,Corg H/C为1.0-1.5 （3）粒状稳定体A：包括沟鞭藻、疑源类、几丁虫、 鱼、有孔虫等碎屑(10m)，一 般为富脂类物质，有形态，黄至 褐色荧光。,（4）粒状稳定体B：指高等植物的稳定组分，包括孢子体、 木栓质体、角质体等。 （5）树脂体B：指类脂树脂体。 （6）粒状镜质体：反射光下呈多孔粒状、类似基质镜质 体，有时有暗褐色荧光。 （7）变质惰质体或变质碎屑惰质体：具高反射率，有 时为孢子体，藻类体或其它粒状壳质 体的煤化破碎的惰质产物。 （8）群集微粒体：是粒状微粒体聚结而成。 （9）固体沥青：见于油源岩中，或以脉状见于沉积岩中。 （10）液态沥青和油滴：具绿-褐色荧光，滴状。,4、有机质的类型 有机质类型干酪根类型 TeiChmller（1982）根据Tissot 、Durand （1980） 等人资料划分为三种类型： I 型干酪根主要由藻类生成，生油量高， 型干酪根主要由高等植物生成，生油量很少， 型 干酪根生油量也较高，含部分壳质组分。 I、型干酪根可称为腐泥型 型干酪根可称为 腐植型。 德国核研究中心地球化学研究所等1985年在干酪根类型划分中加入了地球化学参数（H/C），干酪根分为：I型、（1.5）A型（1.11.5）、B型（0.91.1）、型（0.50.8）和型（0.5） 。,（二）中国烃源岩与干酪根的划分 1 原石油工业部部颁标准（1986年） 有机组分分为4组，即腐泥组、壳质组、镜质组、惰 质组。干酪根类型的划分按各组分的百分含量进行加权 计算，求出类型指数TI值，即可确定出干酪根的类型。,a、b、c、d分别代表腐泥组、壳质组、镜质组、惰质组百分含量 TI 80 为干酪根类型I 40 TI 80 为干酪根类型1 0 TI 40 为干酪根类型2 TI 0 为干酪根类型,2 石油勘探院的油气源岩有机组分分类 1989年提出了以煤岩显微组分分类为基础的油气源岩 显微组分分类 镜质组：结构镜质体、无结构镜质体、碎屑镜质体 惰质组：粗粒体、半丝质体、丝质体、菌类体、碎屑惰性体 壳质组：孢粉体、树脂体、角质体、本栓体、荧光质体、壳屑体 腐泥组：无定形腐泥体、藻类体 动物有机碎屑组：笔石、几丁虫、牙形刺等 次生有机质：渗出沥青体、微粒体、各向异性体,石油: 地下岩石空隙中天然生成的以液态烃为主的 可燃有机矿产。 （一）石油的元素组成 石油的元素组成主要是C、H、S、N、O。其中碳约占8487%，氢占1114%，碳和氢的含量约为9799%，而硫、氮、氧和微量元素约占14%。 微量元素：Fe、Ca、Mg、Si、Al、V、Ni、Cu、Sb、Mn、Sr、Ba、B、Co、Zn、 Mo、Pb、Sn、Na、K、P、Li、Cl、Bi、Be、Ge、Ag、As、At、Au、Ti、Cr、Cd、U、Nd、Ce、Sc、Y、LaLu、Rb、Tl等,二、石油的化学组成,国内石油与煤元素组成的差异/%,同位素 原油中常见的稳定同位素有C（C12、C13）、H（H1、 H2）、Ar（Ar40、Ar36）。衡量其大小通常用比值和 值（千分数）表示。 值（）=（Rs/Rr - 1）1000 式中Rs和Rr分别代表样品和相应标准的同位素比值 （重/轻）。可看出，Rs越小，值越小。 关于稳定同位素的标准值，国际上通用氢为SMOW， 碳用美国南卡州皮狄组美洲拟箭石（PDB）。 （二）石油的烃类组成 1、烷烃（脂肪烃） 属饱和烃，通式为CnH2n+2，石油中含量一般为555%。,常温常压下：n=14 气态；n=516 液态；n17 固态 密度1g/cm3，几乎不溶于水。随分子量的增加， 密度、熔点、沸点均上升。 （1）正烷烃（或正构烷烃） 碳与碳原子都以单键CC直链相连，无支链 （2）异烷烃（或异构烷烃） 碳与碳原子都以单键CC直链相连，有支链。,不同碳原子数的正烷烃相对含量呈一条连续的曲线，称为正烷烃分布曲线。 A、陆相有机质形成的石油中，高碳数的（C22）正烷烃多； B、海相（浮游生物菌藻类） 形成的石油 中低碳数 （C21）正烷烃含量多； C、年代老、埋深大，有机质 演化程度较高的石油中， 低碳数正 烷烃多； D、有机质演化程度较低的石 油中，正烷烃碳数偏高。,E、受微生物强烈降解的原油中，正烷烃常被选择性降解，一般 含量较低，低碳数的更少。 F、C15以内，有一个极大值，通常 低分子含量大于高分子含量； G、C20以上高分子奇偶碳原子相对 接近，但现代沉积有机质中 ， 奇碳原子含量偶碳原子含量 用于成熟度分析, 油源对比的标志异戊间二烯型烷烃 其特点是直链上每4个碳原子就有一个甲基支链，结构上似若干个异戊间二烯分子加氢缩合而成。在沉积物和原油中，往往以植烷(Ph)、姥鲛烷(Pr) 、降姥鲛烷、异十六烷及法呢烷的含量 最高，其结构式如下 ：,同源石油异戊间二烯类型和含量十分相似（“指纹”意义） 常用姥鲛烷(Pr)/植烷(Ph)确定成熟度和油源对比 成熟 Pr/ Ph 1 未成熟 Pr/ Ph 2.8 Pr均势 0.8Pr/ Ph2.8 Ph优势 Pr/ Ph0.8,2、环烷烃 分子中含有碳环结构的饱和烃。石油中含量一般为 2575%。它们由许多圈成环的多个次甲基（-CH2-）组 成。组成环的碳原子数是3个以上。 按分子中所含碳环数目可分为单环烷烃（通式CnH2n）， 双环烷烃（通式CnH2n-2），三环烷烃（通式CnH2n-4）和多环 烷烃。石油中的环烷烃多为五员环和六员环，其结构式和类 型如下 ： 应用：环已烷/环戊烷推测生油温度,3、芳香烃 具有六个碳原子和六个氢原子组成的苯环化合物， 其特征是含有苯环结构，属不饱和烃。石油中含量一般 为1040%。 据结构的不同，可分为单环、多环和稠环三类芳香烃。 （1）单环芳香烃：是指分子中含有一个苯环的芳香烃，包 括苯及其同系物，,（2）多环芳香烃：是指分子中含有两个或多个独立苯环的 芳香烃，如联苯、三苯甲烷。 （3）稠环芳香烃：是指分子中含有两个或多个苯环，彼此 间通过共用两个相邻碳原子稠合而成的 芳香烃。, 应用：四环、五环多与甾、萜类化合物有关， 属生物成因标志物。,（三）石油的非烃组成 1、含硫化合物 硫在石油中可呈元素硫、硫化氢、硫醇、硫醚、 环硫醚、二硫化物、噻吩及其同系物等形态出现。 高硫石油： 硫含量 2% 含硫石油: 硫含量0.52% 低硫石油: 硫含量0.5% 2、含氮化合物 （1）碱性氮化 物：多为吡啶、喹啉、异喹啉和吖 啶及其同系物。 （2）非碱性氮化物：主要是吡咯、卟啉、吲哚和 咔唑及其同系物。 ,石油中的V、Ni等重金属都与卟啉分子中的N呈络合 状态。动物中的血红素和植物中的叶绿素都属卟啉化合 物，研究卟啉化合物有助于确定石油的成因。 V、Ni低，V/Ni1海相 卟啉类与生物色素有亲缘关系，被作为石油有机成 因重要证据。高温（250）或氧化条件下，卟啉即被 破坏、分解、所以一般石油中存在卟啉，说明石油形成 和经受的温度都不高于250，所以地层越老卟啉越少。 3、含氧化合物 （1）酸性氧化物：石油酸，如环烷酸、脂肪酸和酚 （2）中性氧化物：含量较少，如醛、酮等。,石油酸中以环烷酸最重要，含量多数1%，环烷酸很易生成各种盐类，碱金属环烷酸盐可溶于水，地下水中含这种环烷酸盐，可作为找油的标志。 上述已经分离和鉴定出的各种化合物外，石油中还有一定数量的、由多种元素组成的、结构极为复杂的高分子化合物，因受分离技术的限制，目前对其具体的结构特征尚不清楚，统称其为沥青质。 思考题： 1、石油元素组成研究的成因及环境意义？ 2、异戊间二烯型异构烷烃研究的环境意义？ 3、石油的非烃组成研究的意义？,海、陆相石油物质组成的差异,（一）概述 1、天然气（藏）的概念 广义天然气：泛指自然界一切天然生成的气体。 大气 表层沉积物中 沉积岩中 海洋中 变质岩中 岩浆岩中 地幔中 宇宙气 狭义天然气：主要是指与油田、煤田和气田有关的 可燃气体，成分以气态烃为主，多与 生物成因有关。 气藏：是指地下储集层圈闭中聚集的具有一定工 业价值的游离气。,三、天然气的物质组成,2、天然气（藏）的类型,（二）天然气的化学成分 1、烃与非烃组成 烃：以甲烷为主，其次是乙烷、丙烷、丁烷、异丁烷。 非烃：有氮、二氧化碳、 一氧化碳、硫化氢、氢及 微量的惰性气体。 2、干气与湿气 干气（贫气）：CH490% 或 C1% 95% 湿气（富气）： CH45%,（三）典型气藏特征 1、气藏气 单独聚集成纯气藏的天然气，不与石油伴生。 甲烷的含量在气体成分中占95%以上，重烃的含量 极少，一般在14%左右，属于干气（贫气）。 2、气顶气 与石油共存于油气藏中，呈游离气顶状的天 然气，其成因和分布与石油关系密切，重烃含量 百分之几至百分之几十，仅次于甲烷 ，属于湿气 （富气）。,3、溶解气 （1） 油内溶解气： 饱和或过饱和的油藏中，重烃含量高。 地史过程中，古老地层的油内溶解气比年轻地层含重烃气更 多，随含油时代变老，正丁烷、正戊烷与其异构物的比值增加。 油内溶解气几几百m3，采出后可回收，或回注至油藏内，以维 持油层的能量。 在稳定的地台区含油气盆地中 ，水内溶解气主要成分是甲烷 和氮气，重烃气和二氧化碳含量一般小于10-12%，但在年青的 褶皱区含油气盆地中，水内溶解气的特点是二氧化碳的浓度比 较高，在褶皱山系的山前常发育有二氧化碳气带、盆地中以含 烃气为主，过渡地带则为二氧化碳和甲烷，气带分布有规律性。,4、凝析气 当地下温度和压力起过临界条件时，液态烃逆蒸 发而形成的物质。 临界温度：气相纯物质维持液相的最高温度。高于 此温度，不论多大压力，都不能使其液化。 临界压力：气、液两相共存的最高压力。高于此压 力，