第三章 生物的类型与化学组成
名词解释：
1. 浮游植物：指在水中营浮游生活的微小植物。
2. 浮游动物：指没有运动器官或具极不发达运动器官，对水流等不发生作用，而只能随波
逐流的一类水生生物，浮游动物大多骨骼不发育体积小。
3. 碳水化合物：是多烃基的醛类或酮类化合物，有C、H、O3种元素组成，其中H、O原
子比例数为2：1，与水分子中H、O比例相同。
4. 蛋白质：是由氨基酸单体通过肽键组成的生物大分子多聚体。
5. 脂类：指所有生物组成的不溶于水而溶于乙醚氯仿苯等非极性溶剂中的生物体组分。 6. 蜡：是不溶于水德固体，是由高级脂肪酸与高级一元醇和甾醇形成的酯。 7. 高等植物：苔藓植物，蕨类植物，种子植物的合体。 一．概述油气成因理论的四种学说 无机成因说：油气是由无机化合物经化学反应形成的。它们或是由地球深部高温条件下原始碳或其氧化态经还原作用形成；或是在宇宙形成初期已存在，后随地球冷却被吸收并凝结在地壳的上部，有这些碳氢化合物沿裂隙溢向地表过程中便可形成油气藏。按照这一学说，无机成因油气不仅存在而且远景巨大，将有可能比有机成因的油气潜力大的多，其蕴藏量几乎是取之不尽的。
油气的早期有机成因说：石油是由沉积物（岩）中的分散有机质在早期的成岩作用阶段经生物化学和化学作用形成的。这一学说认为石油是在近现代形成的，是许多海相生物中遗留下来的天然烃的混合物，即它仅仅是生物体中烃类物质的简单分离和聚集。由于此时的有机质还埋藏较浅故也被称为浅成熟。 油气的晚期成因说：认为并入沉积物中的生物聚合体首先在生物化学和化学的作用下，经分解，聚合，缩聚，不溶等作用，在埋深较大的成岩作用晚期成为地质大分子——干酪根。之后，随着埋深的继续增大在不断升高的热应力作用下，干酪根才逐步发生催化裂解和热裂解形成大量的原石油（或称为沥青，包括烃类和非烃类）。在一定条件下，这些原石油从生成它的细粒岩中运移出来，在储层中聚集成为油气藏。与早期成因说相同的是，它也认为油气源于有机质。但不同的是，它认为石油不是生物烃类的简单分离和聚集，而是先形成干酪根，之后在较大的埋深和较高的低温条件下才在热力的作用下转化形成。它也被称为深成说（此时有机质的埋深已经较大）和干酪根成烃说（有机质先形成干酪根，干酪根再生油气）。 现代油气成因说：无机成因说+油气的早期有机成因说+油气的晚期成因说 二．脂类、蛋白质、碳水化合物、木质素的结构和元素组成有何异同？ 脂类（C，H，O）：包罗广，结构差异大，但有共性，既不溶于水而溶于低极性的有机溶剂，如氯仿，乙醚。
蛋白质（C，H，O，N）：蛋白质构成了生物机体中大部分含氮化合物，结构复杂，种类繁多，功能各异，是细胞最重要的结构成分。 碳水化合物（C，H，O）：是一切生物体的重要组成之一，是光合作用的产物，包括单糖，多糖（淀粉，纤维素，壳质）。 木质素（C，H，O，N）：是植物细胞壁的主要成分，其性质十分稳定，不易水解，但可被氧化成芳香酸和脂肪酸,含侧链很少，故生油难，但含-OCH3，可生气。
三．与油气关系密切的有哪几类生物，其化学组成有何异同，能否解释这几类生物为什么会与油气关系密切？
浮游植物：糖类富集，蛋白质含量较低，含木质素，脂类含量仅高于高等植物。浮游植物可能始终是世界上有机碳的主要来源。 浮游动物：糖类含量较低，蛋白质含量较高，脂类含量较高。其数量受浮游植物产率的控制，
浮游动物的产率及其对有机质沉积的贡献远远低于浮游植物，而且越是高等动物产率和贡献越小。
细菌：糖类，蛋白质含量较高，脂类含量仅次于浮游动物。据称是有机质的第二大来源，也是生物界的先驱，在世界上分布最广，繁殖最快，可与其他生物共生，但其对成油贡献不详。 高等植物：糖类富集，蛋白质含量较低，木质素含量高，脂类含量较低。
总之，浮游植物，浮游动物和细菌含蛋白质，主要组成元素为C，H，O，N，有利于形成成油母质；与高等植物相比，其类脂化合物含量较高，相反高等植物以碳水化合物和木质素为主，主要元素为C，H，O，是成煤的主要先质。 四．解释图5-6的地球化学意义
1.作为有机质的演化产物，石油相对富氢贫氧，煤化作用早期的泥炭相对贫氧富氢，而高阶煤相对富碳贫氢。与此相比各类生化组分中，脂类在元素组成上相对富氢贫氧，与石油最为相近，而碳水化合物（纤维素），尤其是木质素，与泥炭最为接近，蛋白质则介于两者之间。由此不难理解，脂类只需要经过少许变化即可成为石油，因而应该是最为有力的成油先质，而碳水化合物和木质素可能主要倾向于成煤，但它可以成为重要的生气先质。蛋白质则可能因为易于分解，丹宁等则可能因为数量较少而成烃意义有限。
2.就各类生物体与石油的元素组成的比较来说，浮游植物，浮游动物和细菌易于成油，而高等植物更易成煤。
第四章 沉积有机质
名词解释：
1.沉积有机质：来源于生物的沉积岩(物)中的有机质
2.陆源有机质：由水盆外搬运而来的通称，主要是高等植物
3.分散有机质：将有机质按分散程度划分的一种，是分散在沉积岩或沉积物中未聚集的有机
质，如烃原岩中的有机质。
4.可溶有机质：凡是被中性有机溶剂从沉积岩（物）中溶解（抽提）出来的有机质称为可容
有机质，或可抽提有机质，也称为沥青。
1.说明生物的发育与沉积环境的关系？能解释原因吗？
1）海洋是最大的生物生活空间，从古至今接受了地球上最大量的有机质沉积。滨海带由于位于波浪作用、潮汐进退的高能氧化环境不利于有机质的沉积和保存。浅海陆棚浪基面以上由于具适宜的温度、阳光、丰富的养分使其生物出产率高，而下部水体则为静水、低能还原环境，同时，沉积速率适中，可使有机质得到较为迅速的埋藏，保存条件良好。沉积特征为：富含有机质的细粒沉积物分布广、厚度广，有机有机质总量大；由于以水生生物的贡献为主，有机质性质较好，倾向于产油，在路表海由于陆源有机质的贡献，可能有混合型的有机质。大陆斜坡及其临近的深海盆地，其有机质主要来自上部的浮游生物和浊流、重力流沉积从大陆架和三角洲地区带来的有机质。浊流不仅搬运来大量的沙体，同时也有富含有机质的泥质物，使大陆斜坡沉积物中具有较丰富的有机质。远洋盆地，虽然环境特征为静水、低能的还原环境，但远洋盆地由于营养物质缺乏、关照度极低、生物不发育、沉积速率缓慢，有限的有机质在下沉过程中，被水中的溶解氧或某些深海生物所消耗，形成有机质沉积的贫瘠区。 2）过渡环境既受海洋的潮汐、波浪作用，也可受河流的影响，营养物质一般较海洋和淡水更为丰富，因此，生物比较发育。因此，陆源、水生生物、高等植物、浮游植物、细菌、浮游动物皆有发育。
3）湖泊环境滨湖相由于受河流注入的影响陆源和 浅湖相
2．以湖泊为例说明影响生物类型及沉积有机质发育的因素。
湖泊是大陆上地形相对低洼和流水汇集的地区，也是沉积物和有机质堆积的重要场所。
就有机质的供给来说，湖泊沉积环境出了本身产出的水生生物外，同时还由于琥珀的规模比海盆小，受陆原有机质影响较大，从而造成有机质来源的二元性。此外，湖泊被大陆所包围，入湖的河流可以从四面八方带来有机质，造成陆源有机质来源的多方向性，使得其沉积物中的有机质具有二元多向性。陆源有机质影响的大小，一方面与陆源有机质的发育程度（取决于气候条件）有关，同时还与湖盆的大小有关。但总体上讲，越往湖盆中心，陆源有机质影响越小（重力流影响除外）。 就有机质的保存条件来说，尽管不同的湖盆有明显的差异，但总体上讲，从湖泊边缘到中心，随着水体逐渐加深，湖盆从滨湖，浅湖逐步过渡到深湖半深湖相，水体的搅动程度逐渐减弱，沉积物逐渐变细，环境的还原性逐渐增强，有机质的保存条件逐渐变好。
总体上看，从湖盆边缘到中心，有机质的丰度逐渐升高，陆源有机质的贡献逐渐减少，有机质类型逐渐变好，且复杂，一般在大型湖泊的深湖相，由于远离陆源有机质的影响，基本上 以产烃能力强的水生生物贡献为主，有机质类型好。 3. 影响有机质沉积和保存的因素有哪些。
水体能量： 能量过高则含氧量增加氧化作用强，有机易被氧化，又加之有机质难以埋藏，如滨海、滨湖、河流显然有十分充足的光照也不行。
陆源供给情况： 陆源供给一方面带来了陆生高等植物；另一方面，陆源河流带来的水体中有机质为水生生物的生存提供了食物。
光照： 充足的光照为浮游植物和大部分动物所必须 古气候：温暖、湿润有利于生物的发育
地质时代：受时代的影响不言而喻，从生物发育史可以明显地看出， 4. 解释图6-1
被搬运和沉积的碎屑粒径受水流流速的控制。水流速度越快，水体的搬运能力越强。只有当流水速度逐渐降低时，水中携带的各种有机质、无机颗粒才会由粗到细逐步沉积。以颗粒形式存在的有机质，由于密度较低，易于搬运而难以沉积，仅当水流速度非常低的时候，有机碎屑才能与细小的粘土矿物一起沉积。事实上，有相当部分的有机质可能是被无机质矿物，尤其是被粘土矿物吸附后沉积下来的。矿物颗粒既可以吸附颗粒状有机质，也可以吸附溶解状有机质。被吸附的有机质因为可以更快的通过水体沉淀下去，被氧化和微生物破坏、降解的可能性减少。因此，矿物颗粒的吸附作用可能是沉积有机质聚集的主要原因。另外，水体呈胶态分布的有机质，如底栖生物和微生物提供的有机质，他们在沉积物沉积过程中直接被掩埋在沉积物中。
由于有机质颗粒一般较小，同时密度小，加上越细的矿物颗粒，比表面积越大，吸附能力越强，因此，沉积物（岩）中，有机质丰度与碎屑粒径成反比，亦即与水流流速成反比。
第五章 干酪根与油气的生成
1.干酪根是如何形成的
在微生物（酶）的作用下，源于生物体的生物聚合物，即蛋白质、碳水化合物、木质素和类脂等，首先部分被降解成单体化合物，如氨基酸、单糖、脂肪酸、酚等，这些单体化合物或者被微生物利用、消耗，或者被溶解带走，剩余的则在微生物的进一步作用下，与尚未完全分解的生物聚合体通过活泼官能团反应缩聚成为相对分子质量较大、溶解性较差的多聚体有机质（腐殖质），随后，在微生物的进一步作用下，有机质的聚合程度不断升高，多聚体表面的亲水官能团逐渐减少，从而导致有机质的水解性和在酸碱溶液中溶解性逐步降低（不溶作用），而演化成为聚合度、稳定性更高的地质聚合物——干酪根。一些类脂或烃类也可不被分解直接形成腐殖质，再经不溶作用形成干酪根，也可直接形成干酪根。 2.解释图8-3的地化意义
?可以划分干酪根类型及划分类型的有效范围：在ⅠⅡⅢ线的附近是相应的干酪根类型，一
般的Ⅰ型干酪根H/C>1.5，O/C<0.1；Ⅱ型H/C：1.0-1.5，O/C：0.1-0.2；Ⅲ型H/C<0.1，O/C：0.2-0.3。在干酪根演化程度不高时划分类型方案有效。
?指示演化路径和推测演化方式：随深度的增加演化程度增加，演化方式分为三个阶段： 第一阶段：H元素含量缓慢减少，O元素含量减少很快，C元素含量增加，O/C比值迅速下降，H/C比值略有降低。
第二阶段：以H/C比值迅速下降为特征，O/C比值变化不大，大量的H元素因形成烃类而排出。
第三阶段：H/C和O/C比值降到了最低值，从元素组成看，干酪根的热演化是脱氧去氢相对富集碳的过程。 ?刻画演化程度与阶段：根据H/C、O/C原子比可以判断出镜质组反射率及干酪根演化阶段，R0越大，干酪根演化程度越高，在图中可以化出演化阶段：成岩作用（R0<0.5）、深成作用（0.5
3、评价干酪根的元素组成、显微组分组成有何意义
?元素组成：干酪根是一种复杂的高分子缩聚物，它不同于一般的纯有机化合物，因此没有固定的化学组成，只有一定的组成范围。干酪根元素分析表明，它主要由C、H、O和少量的S、N这五种元素组成。其中含碳量为70%-85%，含氢量在3%-11%，含氧量在3%-24%，含氮量小于2%，S含量较少。但不同来源的干酪根元素组成有所不同，源于水生生物富含类脂组的干酪根相对富氢贫氧。与原油的平均元素组成（C、H、O分别约为84%、13%、2%）相比，干酪根明显贫氢富氧。由此得知，相对富氢贫氧的干酪根将会生成更多的石油。干酪根中各元素含量的变化，既与干酪根的来源和成因有关，也与干酪根的演化（向油气的转化）程度密切相关。所以干酪根的元素组成为划分干酪根的类型，判断其生油气能力的重要指标。
?显微组成：干洛根按显微组分分为腐泥组（藻质体、无定形体）、壳质
TI 类型 组（孢粉体、角质体、树脂体、木栓质体、表皮体）、镜质组（结构镜
Ⅰ ≥80 质体、无结构镜质体）、惰质组（丝质体）
可以由下面公式判断干洛根的类型：TI=100a+80b1+50b2-75c-100d ⅡA 40～80 a腐泥组 b1树脂体 b2壳质组中其它组分 c镜质组 d惰质组
ⅡB 0～40 显微组分的应用：藻质体和以藻和细菌为主形成的富氢无定形体，生油
＜0 潜能最大；壳质体及部分富氢无定形体次之；镜质组及贫氢无定形体生Ⅲ 油潜能差，以生气为主；惰质组生油气潜能极低。 4、图9-1，生烃模式图有何意义
答：左侧的图中表示不同深度有机物经历的地质作用阶段以及从生成物角度划分的各个带，中间的图中显示的是不同深度地层中各物质的累积含量，右侧的图中表示不同深度各种物质、各种烃类的碳原子数、环数。
浅层中有机物主要经过成岩作用形成生物成因气带，大部分为地球化学化石，小部分为气。中层中有机物经过深成作用上层为油带，下层为湿气带，残余部分地球化学化石，随深度增加油的含量先增加后减少、含气量逐渐增加。深层中有机物继续经过变质作用形成干气带。有机物继续向其转化，大部分为气，油含量很少。
即：随时间增加，有机物由从有机质直接继承而来的可溶有机物（即图中地球化学化石）逐渐转化为油，而油又向其转化，直至全部转化为气。
刚开始时：地球化学化石中含有的正构烷烃中的碳原子数主要集中在25左右且有明显的奇偶优势。直链烷烃含量较多，环烷烃中碳环环数集中在4左右。芳香烃中碳原子数集中在13-20、25-30两段。
有机物刚向油转化时：地球化学化石中含有的正构烷烃主峰C数前移且奇偶优势小。直
链烃含量增加，环烷烃的含量减少，主峰位置不变。芳烃中碳原子数分布在25-33，集中在30左右。油中含有的正构烷烃中碳原子数分布在15-28，集中在17左右。大多为直链烃，环烷烃的环数不超过2。芳烃中碳原子数分布在13-27，集中在17左右。
当地层中大部分为油时：地球化学化石仅为小部分芳烃，其碳原子数分布在26-33。油中正构烷烃主峰含量增加，C数继续前移，分布范围增大。直链烃含量增加，环烷烃中环数扩展到6，但含量不多。芳烃含量增加，主峰C数前移。
即：地层中正构烷烃随深度增加，主峰C数前移，奇偶优势减小；随深度增加，直链烃含量增加，环烷烃含量减少，环数前移；芳烃随深度增加，主峰C数前移。 5、举例说明”A” /TOC、总烃/TOC 随深度变化趋势线的地化意义 答：?书中图8-12的意义：
在干酪根的含量、组成、性质、分子结构等随埋藏深度的增大（温度升高）而发生有规律变化的同时，其演化产物的含量及组成也在发生相应的变化。因此，对于有机质的演化，也可以通过研究其演化产物的分布特征和规律来加以认识。沥青和总烃含量随深度变化的趋势线显示了明显的低值-高值-低值的完整三段式特征。
?书中图8-14为杜阿拉盆地白垩纪地层中的饱和烃和芳香烃随埋深的变化，它们均可以划分出3个变化带，并可与沉积有机质演化的3个阶段进行对比。
（1）在浅于1200m时，饱和烃的浓度很低，且与现代沉积物和未成熟的生油岩中相当低的烷烃值一致。此深度相当于沉积有机质演化的成岩作用阶段。
（2）在深度为1200~2200m时，饱和烃的含量迅速增加，在2200m左右达到了最大值。这种情况的出现大部分是由于可溶有机质中的极性分子失去官能团或由于干酪根侧链脱落引起的。饱和烃的大量出现说明，沉积有机质的演化已达到深成作用阶段，石油大量生成。 （3）在深度超过2200m时，饱和烃的含量又迅速下降，至3000m以下降至最低值。这种现象的出现主要是由于干酪根上的侧链已基本脱落，热降解率低，只生成短链烃，而前期生成的长链烃受热，C-C键发生断裂形成轻质烃和甲烷气所致。与沉积有机质演化阶段对比，它相当于变质作用阶段。
6、教材中图9-5说明了哪些问题
答：此图给出了国内在外不同研究机构或研究者所发表的代表性的生烃模式。从图中可见，不同显微组分、不同类型的有机质成烃的气油比、成烃量、成烃门限、高峰、油窗宽窄都有或多或少甚至是很大的差别。随着有机质类型的变差，有机质的生油、生气能力降低，所生成产物的气油比升高，但生烃门限、高峰不一定单调变化，并且不同学者得到的顺序不完全相同。如Tissot的模式中，Ⅱ型有机质的生烃门限和高峰都远远早于Ⅰ型有机质，但另外两个模式则有所不同。这些都反映了母质来源和组成对生烃模式的重要影响。因而，不同沉积盆地或者不同沉积单元中，显微组分组成的千差万别也会造成有机质生烃模式的千差万别。
第六章 有机质的成烃模式及阶段划分
名词解释： 1.显微组分：
2.镜质组：是沉积有机质中显微组分的一种，来源于高等植物的木质素和纤维素，由缩合的多环芳烃化合物组成，有光泽，随着地质条件下时间的增加和温度的增加，其反射率增加；相对其他显微组分，反射率增加幅度大，因而是良好的成熟度标志，而且不会出现退化现象。 一、简要说明沉积有机质的演化阶段及其产物特征 1.生物化学生气和非干酪根生油阶段
Ro值在0.3%—0.6%之间 从有机质堆积到盆地之后开始了这一阶段，一般温度在10—60摄氏度，深度小于1500米，生物作用为主，厌氧细菌活跃，部分有机质完全分解为二氧化碳，甲烷，硫化氢，水。部分生物体被选择性分解生成小分子量化学单体，如苯酚，氨基酸，