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石油地球化学复习题 第二章 沉积有机质组成及其沉积环境 1、名词解释及重要概念 、 1. 5 种生物化学组分：蛋白质、碳水化合物、脂类、木质素、色素 种生物化学组分：蛋白质、碳水化合物、脂类、木质素、色素. 2. 碳水化合物：是由多羟基醛或多羟基酮及它们的衍生物构成的有机质。 碳水化合物：是由多羟基醛或多羟基酮及它们的衍生物构成的有机质。 3. 多醣：由上千个单糖以糖苷键(单糖 单糖 相连成的高聚体 多醣：由上千个单糖以糖苷键 单糖 单糖)相连成的高聚体 单糖-O-单糖 相连成的高聚体. 4. 甾族化合物结构： 甾族化合物结构：
5、脂肪酸的基本结构 、
6、氨基酸的基本结构 、
7、缺氧环境形成的关键:水体分层 、缺氧环境形成的关键 8. 缺氧湖泊发育的重要条件 深水 缺氧湖泊发育的重要条件: 2、简答题 、 1. 沉积盆地中有机质沉积的控制因素 主要有两方面的控制因素:生物方面和物理方 生物控制因素：原始生物产率、微生物降解作用 物理控制因素：有机质的搬运作用、沉积速率、沉积环境 2. 水生生物产率决定于 水中养料(磷、氮) 含氧量(游离氧)多少 水体深浅：透光带 3. 沉积水体中细菌降解有机质的过程 1).喜氧细菌活动带：与空气接触的表层水［O］>1.0ml/l 死亡生物可以完全被降解成 CO2,H2O 2).兼氧细菌活动带:水中［O］<1.0ml/l,造氮菌和碳酸盐还原菌降解有机质，但是降解能力下降 3).硫酸盐还原菌活动带: ［O］<0.5ml/l,硫酸盐还原菌降解有机质生成有机酸，有 H2S 生成,其它生 物死亡， 4).甲烷生成菌活动带: 严格缺氧,有 CH4 生成,温度 20-80 度。 第三章 成岩演化阶段有机质的演化 一、名词解释及重要概念 1、沉积物成岩作用：沉积物沉积以后在埋藏过程中受温度、压力等外界因素的作用，失水、压实、胶 、沉积物成岩作用： 结、溶解等固结成岩的过程。通常指沉积物沉积之后直到变质作用之前的整个过程。 2、腐殖质：一词来自土壤学，是指土壤、天然水和现代沉积物中不能水解的、不溶于有机溶剂的暗色 、腐殖质： 有机质。 二、简答题
1、沉积物埋藏演化阶段 、 1）成岩作用阶段：沉积物已基本与上覆水体脱离，由疏松的沉积物转变为固结的沉积岩的作用。 2）深成作用阶段：泛指沉积岩形成以后，至沉积物风化变质以前，这一段漫长时期中的变化和作 用。 3）变质作用阶段: 泛指沉积岩形成以后，至沉积物风化变质以前，这一段漫长时期中的变化和作 用。 第四章 生物标志化合物 1.名词解释及
重要概念 名词解释及重要概念 生物标志化合物——沉积岩(物)、原油和煤中那些来自生物有机质，在沉积、成岩和热演化中没有或很 生物标志化合物 少变化的具有生物化学特征的有机化合物。 族组分系指原油或岩石氯仿沥青中饱和烃、芳烃、非烃及沥青质的组成。 族组分 总烃指原油或氯仿沥青中饱和烃和芳烃之和。 总烃 可溶有机质： 可溶有机质：沉积物(岩)中可以被有机溶剂(如 chloroform、CS2、MAB、CCl2 等)淬取(抽提)出来的吸附 或残留在岩石中的有机质. 几何异构—分子具有双键,碳环结构,则与它们相连的不同的定向排列,而造成性质不同的化合物. 几何异构 旋光异构—分子的性质相同,只因为具有不对称结构而导致的旋光性不同的立体异构现象. 旋光异构 手性分子—凡不能和它的镜像重合的分子,它具有旋光性 手性分子 手性中心—分子的手性常常和处于一个或一个以上的特定原子有关.这种特定原子称为手性中心. 手性中心 构型—连于分子刚体部分(如双键、三键或环结构)或手性部分的原子或原子团在空间的排列方式. 构型 生物降解： 生物降解：是指油藏或烃源岩被抬升到近地表的细菌活动带，使生物标志物被细菌降解的作用。 色谱技术: 色谱技术 将原油、氯仿沥青等混合物分离成单个混合物从而进行鉴定的技术 气相色谱图:色谱图横坐标为保留时间，纵坐标是检测信号的幅值，反映了检测物质含量。如果混合物中 气相色谱图 诸组分完全分离开了，而且各个组分在检测器上都有反应，色谱图上每一个峰代表一种纯物质，色谱峰 所包围的面积就是该物质的相对含量。保留时间值随分子结构或性质变化。正构烷烃同系物中碳数越大 保留值越大；异构烷烃沸点越高，保留值越大 质谱法:（ 质谱法 （Mass spectrometry）是以高能电子将单个分子击碎，用分子碎片的质量组成特征，推测分子的 结构组成和分子量，以达到分子鉴定的目的。 甾烷的芳构化：随温度的升高,甾烷的Ⅲ环容易芳构化,形成单芳甾烷, 甾烷的芳构化 藿烷结构示意图： 藿烷结构示意图
甾烷结构示意图： 甾烷结构示意图：
2.简答题 简答题 1. 生物标志物的研究目的和意义 1）进行油源对比:为原油及其油源岩的成因联系、油-油、气-油、气-岩成因联系提供一系列参数和指标. 2）恢复沉积环境：不同环境有不同的生物组合、不同的生物标志物，利用原油或烃源岩中生物标志物 组成特征，可以查明烃源岩及其盆地沉积环境特征 3）提供烃源岩、原油成熟度和油气运移证据:烃源岩和疏导层对油气运移起到色层效应利用这种效应可 以追溯油气运移路径和方向. 4）研究原油生
物降解程度：成藏以后原油进入细菌活动带，细菌会选择性地破坏一些生物标志物，通 过检测生物标志物被细菌降解的情况，可以确定油藏形成以后演化的历史。 2. 热解参数的应用 将 P1、P2 、和 P3 峰的面积分别称为 S1、S2 和 S3(分别为吸附烃、热解烃和 CO2). Tmax：P2 峰最高处对应的热解温度 1) 评价烃源岩有机质丰度: Pg(mg/g), CP(%) 2) 对有机质类型进行划分:用 S2/S3，S2, S3, S1+S2, S1/(S2+S3) 划分Ⅰ，Ⅱ1，Ⅱ2，Ⅲ型。
3）评价烃源岩热成熟度：Tmax (℃)，划分未熟，成熟，高熟，过熟。 4）生烃量计算： 盆地某点的生油量：Q=C 原始× （D/0.083）×S×H × d D 为有机质生烃降解率：D=Cp/TOC=(S1+S2)/TOC*0.083 5) 储层的含油气级别评价:用 S1,S2,S1+S2,S1/(S1+S2) 划分为油砂，含油，油浸，油斑，油迹，干砂。 6） 油气层产能评价：用 So,S1,S2,S1+S2,S1/(S1+S2),Tmax 划分好油层，中油层，差油层，稠油层， 气层，无油气层 3. 有机碳 有机碳(TOC)和氯仿沥青 A 的油气地质意义 和氯仿沥青 ? ? ? ? 泥页岩中 TOC 含量>0.5%为烃源岩，>2%为优质烃源岩； 泥页岩中氯仿沥青含量>0.05%为烃源岩。 碳酸盐岩中 TOC>0.2%为烃源岩，>0.5%为优质烃源岩. 碳酸盐岩中氯仿沥青含量>0.02％为烃源岩。 柱层析法族组分分离测定 液相色谱法族组分分离测定 棒状薄层色谱法族组分分离测定 5. GC-MS 分析得到的成果 总离子流图：按到达检测器的离子先后、数量多少排列出的谱图(TIC 图)该图与色谱图基本一样。 质谱图：某一时刻检测到的单个化合物碎片离子质量与其强度(棒图)排列成的谱图。 质量色谱图：将某一同系物的特征碎片离子按检测到的时间和强度排列成的谱图 6. 构型的表示法 对于链状化合物中的手性碳原子,用 R/S 构型表示法. 将与手性碳原子所连接的四个基团按原子序数大小排列，用 a 、b 、 c 、 d 编号,把 d 作为手性碳原子 四面体的顶端,a 、b 、 c 为四面体底部的三个角,从四面体的底部向顶端 方向看去: 若 a→b →c 是顺时针方向排列,则称为 R 构型. 若 a→b →c 是逆时针方向排列,则称为 S 构型. 关于 a 、b 、 c 、 d 的先后顺序规则: 1) 2) 以直接与手性碳原子相连的原子的原子序数大小为次序,最大的为 a,最小为 d. 若与手性碳原子直接相近的原子是相同的,则第二个原子,其原子序数大的为 a,最小的为 d;若第二
4. 族组分分离测定方法： 族组分分离测定方法：
个原子也相同,则看第三个,以此类推. 7. 不同成因类型烃源岩正构烷烃特征 同一成因类型烃源岩正构烷烃分布特征相似，因为有机母质组成和输入相 近。 不同成因类型烃源岩正构烷烃存在差异性；说明它们有机母质输入具有差异性。 湖退体系
域有机母质中陆源有机质多。 高水位-深湖成因类型的烃源岩水生有机母质输入较多。 8. 无环类异戊二烯在地化中的应用 1)、反映沉积环境和成岩作用 Pr 和 Ph 来自:叶绿素 A 的植醇侧链 强还原条件下：脱水加氢→植烷 弱还原、弱氧化环境：植烷酸→脱羧→姥鲛烯→姥鲛烷 Pr/Ph 比值 缺氧盆地中形成的生油岩和原油: 煤或煤系生油岩、原油: C20 的长链类异戊二烯烷烃： 陆相原油中较多,因为它们来自高等植物中的萜、烯、醇类.如桦树木中有 C30 —C45 的桦木间异戊 二烯醇类. 2）反映古细菌存在的生物标记化合物 3）反映成熟度 4) 油源对比 以类异戊二烯烷烃的百分含量图作为指纹图进行油—油, 油—岩对比. （1）反映陆源有机质的输入 原油或生油岩中含有二环倍半萜烷，可以肯定有机母质是有陆源输入成分。煤系富含树脂体的有机母 质生成的石油富含二环倍半萜。 一些低熟、未熟油中来自于树脂体的二环倍半萜烷含量高 （2）油源对比 m/z 123 色谱图上各种二环倍半萜烷分布指纹对比对比效果非常好 （3）成熟度研究 原油或生油岩中存在许多倍半萜烷的异构体，可用立体化学的转化规律判断成岩作用和成熟作用。 10. 二环倍半萜烷的鉴定 m/z 123 特征离子，以及 m/z 萜的相对分布。 11. 三环二萜烷的地化意义 1) 生油岩和原油中三环二萜烷有两个来源 A. 高等植物来源,如松香酸 陆相原油含三环二萜烷较多,被认为是陆相石油的特征之一. B.无环二萜烷和霍烷降解成因 2) 三环二萜烷的碳数分布可反映有机质成熟度 随地温升高,三环二萜的长侧链就会不断断裂,碳数减少,因此成熟度升高,低碳数三环二萜烷相对含量 增加. 可将(C19+C20)/总三环萜烷 作为成熟度指标 3) 三环二萜的相对分布可用于油源对比 109 和较强的分子离子峰，m/z 123 质量色谱图可见到不同碳数的倍半 9. 二环倍半萜烷的地球化学意义 Pr/Ph>2.8 Pr/Ph<1
12. 三环二萜烷的鉴定： 三环二萜烷的鉴定： 它的主要特征碎片为 m/z 191,与藿烷的一样，但是含量一般低于藿烷，在 m/z 191 质量色谱图上出现在 Ts 之前，C19-C29，而三环二萜化合物的特征离子是 m/z 123 13. 藿烷的地球化学意义 1）指示烃源岩和原油成熟度： Ts/Tm 17β21β藿烷含量 C31 和 C32 的 22S/(22R+22S) C30 和 C29 的莫烷/藿烷 C29 藿/ C30 藿. 2）油源对比：指纹对比,直接用 m/z 191 谱图对比 3）生物降解：对藿烷的分布影响很大,即可形成一系列 25-降藿烷同系物, 在 m/z 177 就有较强的峰出现而 m/2 191 的峰较弱. 14. 甾烷的鉴定 不同甾烷在 GC-MS 分析时发生不同的碎裂模式 15. 甾烷的地球化学意义 1）指示烃源岩或原油成熟度 未成熟生油岩中的甾烷为生物构型 5β1
4α17α20R 随埋深的增加,温度上升, 粪甾烷首先转化为 5α系列,约到 RO=0.7~0.8%,消失贻尽, 胆甾烷 20R 在热力作用外消旋化作用,约在 RO=1.0~1.3 时, 20R 20S. 5α14α17α20R 随深度增大 增加 降低到 0 达到平衡点 增大 加大
2）指示母质来源和沉积环境 海相有机质及原油含 C30 胆甾烷陆相则不含. 煤系地层中 C29 甾烷占优势,有时 C27 甾烷不存在. 3）油源对比和运移估测 由于地质色层作用, 使得原油在运移中 14α17β甾烷富集 4）原油生物降程度分析 16. 芳香甾烷的地球化学意义 A. 反映有机质和原油的成熟度 由于甾烷需要较高的温度才能脱甲基、脱氢成为芳香化合物，所以在有机质成熟以后，芳甾烷 特别是三芳甾才明显增多 B．原油单芳甾的分布反映烃源岩岩性和海陆相 a.海相原油含较多的 C27 单芳甾。 b.陆相原油 C28 单芳甾较多。 c.二叠纪以前的原油 C28 单芳甾比较富集，它们的源岩为碳酸盐岩。 17. 联苯系列化合物的地球化学意义 1）甲基联苯一般认为来源于高等植物木质素 2）苯、甲苯、乙苯、丙基苯、二甲苯、三甲苯及二环芳烃联苯一般出现在高成熟源岩和石油中, 易受运移过程中水洗影响 3）甲基联苯/2-甲基联苯比值随 Ro 的增加而增大 18. 菲系列化合物的地化意义 1）1,7-二甲基菲(海松烯)与海松酸具有相同的环系结构和取代基。一般认为后者是前者的生物前 体,所以海松烯具有生源指示意义
2） 1-甲基-7-异丙基菲(惹烯)被认为是由陆生高等植物树脂衍生而来,尤其是松柏类高等植物树脂是 形成惹烯的主要生源 3）菲和甲基菲反映成熟度 19. 三芴系列化合物的地化意义 1）烷基硫芴系列化合物反映成熟度参数 2）不同沉积环境中三芴系列化合物的组成不同 弱氧化和弱还原的环境通常以氧芴系列为主 正常还原环境：芴系列较为丰富 强还原环境中：以硫芴系列占优势 3）常用硫芴/氧芴比值可以判别沉积环境氧化还原程度指标 20. 卟啉的石油地化意义 1）成熟度研究 DPEP 中的五元环对温度很敏感,当成熟读增加时,此环断裂,生成 ETIO,所以常以 ETIO/DPEP,作为成熟度的指标. 2）沉积环境分析 这里指示沉积环境的主要是钒卟啉和镍卟啉的相对组成.在石油地质学中大家都知道 V/Ni 在 判断海陆相中的应用.这只是在原油中的情况,沉积物中则还是如此,各种沉积物中都含卟啉,只 是颗粒细.颜色越暗,含量越高. 3）油源对比和运移方向分析 ? ? ? ? 原油钒卟啉/镍卟啉的值和卟啉的 HPLC 图是油源对比指标，卟啉是大骨架分 子,有杂原子和极性键石油运移过程中,易被岩石基质吸附,或层析随着距油源 区距离增加,卟啉丰度降低.
21、17β21β藿烷 α21β藿烷和 17β21α莫烷的识别 、 β β
藿烷,17α β β α 1）色谱图上的识别：同碳数的藿烷与莫烷在气相色谱图成对出现,保留时间不同,藿烷在前,莫烷 在后. 2）质谱图上的识别 ? ? ? 17α21β藿烷 m/z191 峰高 > B 片峰高 莫烷 m/z191 峰高 < B 片峰高 17β21β藿烷 m/z191 << B 片峰高
第五章 干酪根研究方法及结构特征 一、概念 1、干酪根：一切不溶于常用有机溶剂，也不溶于非氧化无机酸、碱的沉积有机质 、干酪根： 2、干酪根的显微组分：壳质组（孢粉体、树脂体、角质体、木拴体、表皮体） 、干酪根的显微组分： 腐泥组（无定形、藻质体） 镜质组（结构镜质体、无结构镜质体） 惰质体（丝质体） 3、干酪根芳香度 fa：干酪根中芳香环中的碳原子数目与干酪根碳原子总数的比值。fa 是成熟度指 、 ： 标，干酪根类型一定时，成熟度↑， fa↓,当 Ro>1.5%时，fa→1。 二、简答题 1、镜质体反射率的应用 、镜质体反射率的应用 成熟度的标尺、古地温预测、剥蚀厚度的恢复 2、稳定碳同位素表示方法 、 δ13C( ‰)=（13C / 12C(样品)— 13C / 12C(标准)）×1000/13C / 12C (标样) 3、干酪根δ13C 的组成和应用 、干酪根δ
干酪根的碳同位素组成决定于生物先质的碳同位素组成、演化过程中的分馏作用。 1) 干酪根的δ13C 决定于先质的δ13C 海相生物同位素较重、陆相生物碳同位素较轻, 生物有机质的δ13C 必然反映到干酪根 中来 2）干酪根δ13C 分析母质组成和沉积环境 3）历史中干酪根δ13C 的分布 地质 D 以前δ13C 低，C 以后δ13C 变重，T 以后平稳变化 4）干酪根δ13C 指示成熟度研究 干酪根在埋藏作用中，当温度升高发生生烃降解时， 13C 会相对富集，即δ13C 增大 4、干酪根研究的常用方法 干酪根研究的常用方法 1）.光学类方法 ：显微镜 SEM 荧光显光镜 2）化学类方法：元素分析 稳定同位素 热解分析 超临界抽提、氧化分解 这种方法的特点是彻底的破坏干酪根，看它由什么零件组成。 3）物理类方法 ：IR 吸收光谱 X-ray 核磁共振（NMR） ，顺磁共振(ESR) 5、镜质体的形成： 、镜质体的形成： 高等植物残体（细胞壁）中的木质素和纤维素经凝胶化作用形成。 6、凝胶化作用： 、凝胶化作用： 植物死亡后分解出的细胞壁(木质素、纤维素)吸水膨胀，使细胞胶体缩小，变无，形成无结构的胶 体，在沉积和埋藏过程中介质的 PH、T 等变化，又固化变成凝胶体——镜质体。 7、干酪根红外光谱指标及应用 、 （1）常用指标 ） 芳烃结构指数 ASI=810cm-1/740cm-1 干酪根脂/芳比值和含氧比值 干酪根脂 芳比值和含氧比值 （2）指标应用 ） 区分有机质类型 干酪根 2920、2860、7460、1380 等为脂肪结构的吸收峰，以它们其中一个吸收峰与 1700
含氧 吸收峰和 1600 作三角图 Ⅰ型干酪根分布在 1460 区 Ⅱ型干酪根为过渡状态 Ⅲ干酪根靠近 1700 区 8、腐泥型干酪根的结构与腐殖型干酪根结构差别 、 腐泥型干酪根 骨架 桥 外围结构 脂肪环 聚亚甲基桥 直链脂肪结构 腐殖型干酪根 稠合芳香环 羰基桥、 羰基桥、氧桥 甲基、短链烷基、羟 甲基、 短链烷基、 基 杂环化合物 包裹成份 少 多
树脂等二、 甾萜等生物标志化合 树脂等二、三环萜类 物
含 H、O 情况 、 生油气情况
富氢贫氧 生油气潜力大
富氧贫氢 生气为主，少量油， 生气为主 ， 少量油 ， 潜力较小
第六章
天然气成因类型和评价 1、生物成因气：指在生物化学作用带内，有机质经过微生物的发酵和合成作用形成的气体。 、生物成因气：
一、概念 二、简答题 1、生物气的两种途径 、 1）甲烷菌发酵作用 2）二氧化碳还原菌作用 2、生物气最主要标志：δ13C<-52‰. 、生物气最主要标志： 3、形成生物气的条件 、 ①适中的温度范围 ②厌氧、还原环境 ③一定的空隙空间 ④低硫酸盐含量 4、低熟气与过渡带气概念的差别 、 过渡带气属于生物气形成阶段已经基本结束，热成因气还没有开始大规模形成的过渡区间。 低熟气包含一定量的热成因气体，它把过渡带气向前得到了延伸。 5、用天然气组分识别天然气成因 、 干燥系数：C1/(C1-C5) 笨指数：笨/所有 C6 湿度： （C1-C5）/C1 6、生物气成因类型和生成机理 、 生物气特征： ? ? 干气、甲烷占 98％以上、乙烷在 0.2 以下、非烃成分很少 甲烷碳同位素组成在-55‰以下、乙烷在-40‰以下 乙酸发酵生成甲烷 二氧化碳还原生成甲烷 原油生物降解生成甲烷 烃源岩生物降解生成甲烷 低温热催化生成低熟气 >=95% 为干气 <95% 为湿气 重烃：天然气中 C2+以上的烃类
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