绪章绪论

我们知道，石油被喻为“工业的血液，经济的命脉！”，作为石油人，我们肩负着“为国家祖国加‘油’，为民族争‘气’”的重要使命！地质学知识告诉我们，任何一个地质作用都会在地层岩石中留下或多或少的“蛛丝马迹”，石油的形成也不例外。油气地球化学就是寻找石油形成过程中的各种“蛛丝马迹”，为油气勘探提供理论依据和实际证据的。课程绪论以对“油气地球化学是什么？我们要学些什么？为什么要学它？我们怎样才能学好它？”四个问题的回答形式系统介绍了学习油气地球化学的重要性和必要性。

●0.1什么是油气地球化学？

从学科定位和定义两方面阐述油气地球化学是什么？油气地球化学是有机地球化学的一个重要分支，有机地球化学又是地球化学的一个重要分支，而地球化学则是众多的化学边缘学科中的一个。它是应用化学原理（尤其是有机化学原理）研究地质体中各种有机质的组成、结构、性质与分布规律，并重点讨论油气生成、运移、聚集和保存过程中的地球化学原理及其在油气勘探开发中应用的一门科学。从油气地球化学知识体系结构总貌来了解油气地球化学学什么？这门课的知识体系是以沉积有机质的来源、形成和演化为主线，以烃源岩为研究载体，以其中的不溶有机质和可溶有机质为研究对象，系统阐述油气形成过程中的有机地球化学基本原理、基本概念和基本方法，并且描述沉积有机质演化过程中所形成的石油和天然气等产物的地球化学特征及其变化规律。

●0.2为什么要学油气地球化学？

关于这个问题，可以简单地用一句话来概括：油气地球化学既能解答学科基础问题，又可以解决学科应用问题。学科基础问题主要是指油气成因理论问题，它需要回答“石油是由什么生成的？”和“石油是怎么生成的？”两个问题。学科应用问题主要是指油气资源评价问题，它需要回答“烃源岩能够生多少油？”和“发现的原油来自哪里？”两个问题。

●0.3如何学好油气地球化学？

每一门课程都有它自己特点和相应的学习方法，油气地球化学也是如此。要学好油气地球化学，必须做到这几点：（1）了解学科特点，做到有的放矢；（2）了解过去，掌握现在，把握趋势；（3）勤思考，好发问，多质疑；（4）多阅读文献资料，掌握前沿动态。是由多个学科交叉结合而滋生出来的一门边缘学科，所以需要地质学、化学和生物学等多个学科领域中的相关知识支撑。同时，它具有理论性、实验性和实践性强的“三强”特点，除了老师有针对性的开展课堂讲解、实验指导和实习示范 “三重并重”的方式授课外，还需要同学们在课堂上认真听讲、在实验室里仔细操作和实习上机时用心操练 “三管齐下” 的学习方法，来配合老师共同完成学习任务。

第一章生物发育及生物化学组成

石油的有机成因理论认为，生物是油气母质的最初来源，对石油的形成起着重要作用。本章简要概述了生物的起源与进化、生物发育的基本原理、地史时期对沉积有机质有主要贡献的生物类型、不同环境的生物发育特征、生物有机质的主要化学组成、以及不同生物有机质的化学组成差异，为后续内容的讲解做铺垫。

●1.1生命的起源与进化

想要学习生命发育与生化组成，应首先了解生命的起源与进化。本节针对生命的起源与进化这两个问题，介绍了目前关于生命起源的几种假说，并概述了生命进化的一般规律与生命进化历程中的重大变革。

●1.2生物发育的基本原理

生物发育遵循一些基本原理，本节首先带大家简单了解生态系统的概念，然后着重介绍了生物与环境整体性原理、能量金字塔原理、生物物质地球化学循环原理以及限制因子原理等生物发育的基本原理。

●1.3地史时期对沉积有机质有主要贡献的生物类型

并不是所有类型的生物对沉积有机质都有贡献，本节介绍了地史时期对沉积有机质有主要贡献的生物类型，包括浮游植物、细菌和古菌、浮游动物、高等植物，并概述了它们在地质历史时期的分布，以及与沉积有机质富集的关系。

●1.4不同环境的生物发育特征

沉积有机质富集需要特定的环境条件，本节介绍了有利于沉积有机质富集的主要环境特征，及其中的生物发育特征，包括海洋环境、海陆过渡环境、湖泊环境、沼泽环境和陆地环境。

●1.5生物有机质的主要化学组成

生物体中包含多种多样的化合物，但不是所有化合物都对沉积有机质的富集有贡献。本节概述了生物有机质的主要化学组成，包含碳水化合物、脂类、蛋白质和氨基酸、木质素和丹宁，并概述了它们对沉积有机质的贡献。

●1.6不同生物有机质的化学组成差异

本节介绍了地史时期对沉积有机质有重要贡献的生物类型，包含浮游植物、细菌和古菌、浮游动物、高等植物的生物有机质化学组成差异，并概述了生物的平均化学组成及其与烃类化学组成的关系。

第二章有机质来源与有机沉积作用

生油气母质是生物死亡后的残体经沉积作用埋藏于地下沉积物中的有机质，其原始来源为生物。想要认识生油气母质就必须研究沉积物中的有机质及有机沉积作用。本章介绍了有机圈及有机碳的地球化学循环、沉积有机质的来源、影响有机质沉积作用的水体环境参数、以及不同环境中有机质的沉积特征。

●2.1有机圈及有机碳的地球化学循环

本节概述了有机质沉积与有机圈的概念，包括地史时期生物发育、有机质沉积的研究方法，以及天然有机矿产在有机圈中的作用，并介绍了有机碳的地球化学循环过程。

●2.2沉积有机质的来源

本节介绍了沉积有机质的概念，其中包含三个层次，并概述了沉积有机质的来源，包括按沉积地域划分、和按沉积物来源两种划分方法。

●2.3影响有机质沉积作用的水体环境参数

本节介绍了影响有机质沉积作用的水体环境参数，包括水体物理参数、水体化学参数，以及水体生物参数，并概述了这些参数对沉积有机质富集的影响。

●2.4不同环境中有机质的沉积特征

本节以海洋环境、海陆过渡环境、湖泊环境以及沼泽环境的特征为基础，介绍了不同环境中有机质的沉积特征，其中各环境的有机质沉积特征与其环境特征密切相关。

第三章微生物的分解作用与腐殖质的形成

当年轻的沉积物随着上覆沉积物的堆积，进入岩石圈时，便立即开始新的演化阶段，以适应新的环境，这就是成岩作用阶段，在此阶段沉积物中的分散有机质以微生物的生物化学改造作用为主，经还原、缩聚等作用最终形成腐殖质和干酪根。本章介绍了沉积有机质演化阶段划分及成岩阶段特征、成岩阶段微生物的分解作用，以及成岩阶段有机质演化与产物。

●3.1沉积有机质演化阶段划分及成岩阶段特征

同一沉积有机质处于不同的热演化阶段，其组成有很大差异。本节简要介绍了有机质的演化阶段，并着重介绍了成岩阶段特征以及沉积有机质在成岩阶段的演化。

●3.2成岩阶段微生物的分解作用

成岩阶段沉积有机质主要经受微生物的生物化学改造作用。本节概述了微生物的特征、分布以及代谢机制，并介绍了地球上生命的先驱——异养微生物在有机地化中的作用。

●3.3成岩阶段有机质演化与产物

成岩阶段有机质演化的最终产物是腐殖质和干酪根。本节介绍了腐殖质的组成、结构与性质，腐殖质的形成过程，以及腐殖质的演化及成岩阶段的烃类产物。

第四章油气地球化学分析方法

油气地球化学是一门研究沉积有机质和油气组成及演化的实验科学，它的发展极大地依赖各种实验分析技术及现代分析仪器。本章从采样开始，首先介绍各类样品的采集、保存方法；然后依次介绍对烃源岩全岩样品进行总有机碳测定及岩石热解分析；对可溶有机质进行抽提并进行族组分分离；对不溶有机质干酪根进行分离并对其显微组分进行分类、对镜质体反射率进行测定；最后重点介绍了利用色谱法、色谱-质谱联用法对可溶有机组分进行检测的原理和方法。对各类分析结果及其指标在油气勘探中的应用做了简要地介绍。

●4.1取样要求、岩石有机碳测定及热解分析

样品是实验分析成败的关键，只有获得有代表性的、典型的样品，实验结果才有科学价值。从取样前计划的严谨性，到取样的规范性、代表性，样品保存防止污染等几个方面介绍了取样的要求。总有机碳测定和岩石热解分析是对全岩的有机质进行分析，其结果是烃源岩评价的基础性资料。本节介绍了用仪器测定总有机碳Corg%和热解参数S1、S2、S3、S4、Tmax的原理和方法，并以列表的形式简要介绍了国内外不同学者依据以上参数及相应的指标对烃源岩进行等级划分和评价的标准。

●4.2可溶有机质抽提及族组分分离

分别介绍了索氏抽提法、超声波抽提法和ASE抽提法及三种方法各自的优缺点，简要介绍了抽提后溶剂挥发、去硫过程中的注意事项；介绍了氯仿沥青“A”的概念及该指标的应用；以柱层析法为例，介绍根据相似相溶的原理，利用不同极性的有机溶剂对氯仿沥青“A”进行族组分分离；简要介绍了四大族组分含量在烃源岩评价中的应用。

●4.3干酪根制备及相关分析

本节介绍了干酪根的分离流程、干酪根显微组分的分类及各类显微组分的鉴定依据、根据显微组分计算干酪根类型指数TI并以此划分干酪根类型、镜质体反射率的测定原理、方法及精度要求，并简要介绍了镜质体反射率的应用。

●4.4气相色谱分析

本节介绍色谱的基本概念及色谱分类、色谱法的原理、气相色谱仪的组成，简要介绍毛细管柱色谱的构造和FID检测器的工作原理，重点介绍基线、色谱峰高、峰宽、保留时间等色谱术语，介绍了系列化合物保留时间与化合物碳原子数的相关关系，重点介绍利用气相色谱仪进行定性和定量分析混合物的方法，以饱和烃气相色谱图为例，说明如何对正构烷烃系列和无环类异戊二烯烃系列各化合物峰进行定性。

●4.5气相色谱-质谱联用分析

本节介绍气相色谱-质谱联用技术，重点介绍了EI离子源及四极杆质量分析器的工作原理，重点介绍了如何利用总离子流图、质量色谱图和质谱图对化合物进行定性分析。

第五章生物标志化合物

原油及烃源岩中的生物标志物研究是油气地球化学研究的主要内容，对于油气勘探实践具有重要意义。本章以时间为脉络，介绍了生物标志物概念的由来及同义词、生物标志物的特点；然后分门别类依次介绍了正构烷烃、类异戊二烯烃、长链三环萜及四环萜、五环三萜、甾类化合物及芳烃化合物等主要生物标志物类别。对每一类生物标志物的色谱、色谱-质谱定性方法做了详细介绍，对各类生物标志物及其指标的油气地球化学意义进行了重点讲解，为后述的油气生成及原油次生变化、油源对比等章节的学习打下了基础。

●5.1生物标志化合物定义、基本特征及主要类型

本节从生物标志物概念的最早提出，到不同学者提出的生物标志物同义词术语，较详细地介绍了生物标志物的含义；并以实例说明生物标志物在生命起源及生物进化研究中，以及在油气勘探实践中所具有的重要价值。总结了生物标志物与其它一般有机化合物相比较所具有的与众不同的特征。

●5.2正构烷烃

本节分两小部分，第一小部分介绍了生物标志物的分类，分为饱和烃、芳烃和非烃三类，并介绍了本课程将要重点学习的饱和烃各类生物标志物；第二小部分介绍正构烷烃生物标志物，主要讲解正构烷烃的色谱、质谱鉴定特征，重点讲解正构烷烃指标TAR、CPI、OEP、C17/Pr等的含义，以及这些指标在判断有机质母源、有机质成熟度、原油生物降解等方面的应用。

●5.3异戊二烯类

本节主要讲解4个方面的内容：异戊二烯类的基础知识、无环规则类异戊二烯烃的色谱质谱鉴定特征、无环规则类异戊二烯烃的生源及成因、无环规则类异戊二烯烃的应用。重点讲解了姥鲛烷和植烷的来源和成因，以及利用姥植比判断沉积环境、利用姥鲛烷/C17判断微生物降解作用。

●5.4环状萜类

本节主要介绍长链三环萜、四环萜和五环三萜类生物标志物。介绍它们在m/z 191质量色谱图上的定性方法及主要化合物的质谱图特征，重点讲解了各类化合物的生物母源、出现的地质时代和特定的沉积环境。特别强调了五环三萜藿烷系列化合物在热演化过程中的构型变化及其在判断有机质成熟度中的应用。

●5.5甾类化合物

本节首先介绍甾类化合物的主要生物母源，特别是具有27、28、29和30个碳原子数的甾烷的生物母源，然后重点介绍了甾类化合物由αααR生物构型向αααS,αββR, 和αββS地质构型的转化过程、以及重排化合物的构型变化，讲解了甾类化合物在m/z 217质量色谱图上的出峰顺序及各类化合物的质谱图特征。最后介绍了利用甾类化合物判断有机质母源和有机质成熟度。本节还简要地介绍了单芳甾和三芳甾的色质鉴定特征、甲基菲的色-质鉴定和利用甲基菲判断有机质成熟度。

第六章干酪根地球化学

目前主流的石油成因学说为干酪根成油说。因此，了解干酪根的定义、组成、类型和结构十分就显得十分重要。因此，本章主要内容是厘清干酪根定义的基础上，了解干酪根的物理性质，熟悉干酪根的元素、显微和基团组成，分析各种组成存在不同的原因，进而掌握干酪根类型划分方法及意义，最后了解一下目前干酪根结构的研究进展。

●6.1干酪根定义及分布

从干酪根英文单词的来源来讲述不同时代干酪根的定义，分析这些定义的异同，进而厘清干酪根定义中的关键点，并了解干酪根的分布。

●6.2干酪根的物理性质

从实验室制备出的干酪根照片带领大家了解颜色和形态，并进一步通过各种仪器对其观察的照片了解其他物理性质，并分析不同样品的差异，探讨原因。

●6.3干酪根的组成

主要讲述干酪根的显微组成、元素组成、红外光谱和碳同位素组成等，分析组成不同的可能原因，了解干酪根组成与生物来源、沉积环境和演化程度等都有很大关系。

●6.4干酪根的分类

干酪根类型在很大程度上影响着干酪根生油气潜能，了解干酪根类型是评价干酪根生油气潜力的基础。本节主要讲述目前最常用的三种干酪根分类方案：元素分类、显微组成分类和热解参数分类。

●6.5干酪根的结构

不同类型干酪根组成不同，其结构也有着很大差别。但遗憾的是目前仍然没有能够准确确定干酪根的结构。本节主要介绍目前的研究方法和获得的一些结构，以及干酪根结构与干酪根类型、成熟度等等之间的关系。

第七章石油的形成

了解石油的形成，掌握沉积有机质演化规律，对油气地球化学的学习至关重要。如何研究沉积有机质演化规律？目前主要采用自然地质剖面法和人工热模拟法两种，不管采用哪种方法，都是通过考察样品中的不溶有机质-干酪根和可溶有机质-沥青的物理性质和化学组成的变化规律来实现的。因此，本章主要内容是在刻画干酪根和沥青演化特征的基础上，进一步讨论石油形成的化学动力学基本原理及其影响因素，最后总结出石油形成的一般模式。

●7.1干酪根和沥青的演化特征

干酪根和沥青都是同处在油气地球化学研究主要对象：烃源岩中的主要有机质，了解它们的演化特征与规律可以帮助我们掌握沉积有机质的演化规律。由于本节内容较多，因此分成干酪根演化特征和沥青演化特征两段视频录制。从它们的演化特征了解到，无论是干酪根还是沥青，它们的物理性质和化学组成与结构都会随着埋深增加而发生相应的变化，并且具有明显的阶段性。

●7.2石油形成的化学动力学

为了更好地说明油气形成的化学动力学原理及其控制因素，我们在本节简单地回顾了化学动力学中的一级化学反应、阿仑尼乌斯方程、反应碰撞理论和反应活化能等概念。干酪根演化形成油气的过程，实质上是干酪根在地下进行的化学反应过程，它完全可以根据化学动力学的基本原理，通过研究干酪根演化的生烃速率和影响干酪根演化进程的基本条件来揭示干酪根演化的全过程，了解干酪根演化过程中的基本步骤和总的反应。因此，阿仑尼乌斯方程对解释干酪根热降解成烃机理-具有重要的理论和实际意义。

●7.3石油形成的影响因素

通过干酪根和沥青的演化特征，以及石油形成的化学动力学原理的学习，了解到干酪根和沥青的演化过程具有明显的阶段性，也了解到干酪根向石油转化过程属于一级化学反应，同样遵守化学动力学规律，同样受温度、压力、时间和催化剂等外界因素影响，当然，有机质的性质是影响油气形成的内在因素。因此，本节重点介绍有机质性质、地层温度、压力、有机质埋藏时间和与有机质伴生的黏土矿物催化剂等因素对石油形成的影响。

●7.4石油形成的一般模式

沉积有机质是油气形成的物质基础，而油气又是沉积有机质的演化产物，两者关系密切。从前面干酪根和沥青的演化特征可以看出，有机质演化和油气生成具有明显的阶段性。在不同的演化阶段，对有机质演化的影响因素不同，所形成产物的数量和组成也明显不同，这直接影响到油气在地质剖面上的分布规律。那么，石油形成的一般模式正是对有机质演化规律和油气生成特征的一般性总结。可以这么说，它是指导油气勘探的重要理论基础。总之，油气形成过程或有机质演化过程可分为，未成熟、成熟和过成熟三个阶段，或者叫生物甲烷气阶段、石油形成阶段和裂解气形成阶段，它们分别对应于有机质演化的成岩作用、深成作用和变质作用三个阶段。

第八章天然气地球化学特征

天然气作为一种清洁能源，较为安全，也能大大改善环境污染问题，是当今中国能源战略的一个新的焦点。本章带领大家了解简单的天然气地球化学特征，搞清楚什么是天然气，它的组成和来源，并进一步了解天然气的成因分类和判识。

●8.1天然气定义及分布

从广义和狭义角度介绍天然气定义，并介绍我国天然气的分布和战略地位。

●8.2天然气分类

天然气类型是依据特定的地质地球化学特征为原则划分的，不同的分类原则可将天然气分为不同类型。本节我们主要介绍天然气的相态、组分和成因三种分类方案。

●8.3天然气组分特征

天然气是以甲烷等烃类气体为主，但同时也含有一些非烃气体和稀有气体。本节我们就来了解天然气的各类组分特征，并在此基础上，进一步了解天然气中这些组分的含量及其影响因素。

●8.4天然气同位素特征

与原油相比，天然气组成相对简单，携带的信息量相对较少，对天然气成因（母质类型、成熟度）和成藏（运移、次生变化等）能提供的信息也就较少，这给天然气研究带来一些困难。所以，常借助于同位素组成，尤其是气态烃的碳、氢同位素蕴含着丰富的地球化学信息，在天然气地球化学研究中具有极为重要的意义。本节介绍烷烃气的碳、氢同位素特征及其影响因素。

●8.5天然气成因判识

天然气具有不同的成因分类，如何来判识成因？本节主要介绍一些基本方法和图版来识别不同成因的天然气，并带领大家一起分析生物成因气、油型气和煤型气等的天然气组分和同位素特征，熟悉这些常见成因类型天然气的判识方法。

第九章石油的组成及次生变化

开采出的原油无论在颜色还是状态上都有很大差别，原因是什么？本章主要介绍石油的物理性质、化学组成和分类，并在此基础上，分析影响石油组成的主要因素。

●9.1石油的物理性质

从实际原油的颜色、状态的照片以及分析数据来介绍石油物理性质的差异，并分析物理性质差异的原因。

●9.2石油的组成

石油是由多种化学组分组成的一种复杂混合物，根据不同的研究目的，采用不同的实验方法和手段，获得的石油化学组成信息也不尽相同。本节我们主要介绍石油的元素组成、族组成和化合物组成。

●9.3石油的分类

与石油的组成类似，研究目的不同，对石油的分类方案也是不同的。本节主要介绍Tissot根据石油化合物组成对原油进行分类的方法。

●9.4影响石油组成的因素

石油的化学组成以烃类化合物为主，但其中的各类化合物含量并不是定值。不同盆地或地区，或同一地区不同深度的石油，它们的化学组成可以有很大的差异。造成这些差异的原因可能很多，本节主要从石油成因的内在和外部因素介绍各自如何影响石油组成。

●9.5油气运移地球化学

让学生掌握油气运移地球化学的基本原理，学会使用油气地球化学手段判识油气运移方向和路径

第十章烃源岩评价

烃源岩是油气地球化学主要研究对象，也是石油和天然气形成的物质基础，因此，在油气地球化学中，对烃源岩的研究显得尤为重要。本章包括烃源岩定义与研究内容、烃源岩质量定性评价和烃源岩定量评价三个方面。

●10.1烃源岩定义及研究内容

本节在理解前人对烃源岩的定义基础上，给出本课程对烃源岩的定义，即烃源岩就是指能够生成并提供烃源的一种岩石，也就是说具有生烃能力并能够生成超过其自身吸附量的岩石。并对各种含义的烃源岩做了简单的说明。同时介绍了烃源岩研究内容包括地质、地球物理和地球化学三个方面，其中，对烃源岩有机质的丰度、类型和成熟度等质量评价属于地球化学对烃源岩的研究范畴。

●10.2烃源岩质量的定性评价

烃源岩质量的定性评价简称烃源岩评价，它是根据烃源岩中有机质丰度、类型和成熟度特征，按照评价标准，对烃源岩质量做出好、中、差等不同等级的定性评价。烃源岩的有机质丰度、类型和成熟度是决定油气形成的三个地球化学要素，也是识别烃源岩的三个要素。这是本章重点内容，需要重点掌握。因内容较多，故分成两个视频，其中第一个视频重点讲述有机质丰度和类型评价，第二个视频着重讲解有机质成熟度评价。

●10.3烃源岩的定量评价

对烃源岩的质量做了定性评价，回答了能不能生油，是生油还是生气等这样的问题，那么，一个盆地，或一个凹陷，或一个地区的烃源岩到底能生多少油？它不仅取决于烃源岩的质量，还取决于烃源岩的数量。在有机质成熟度评价的视频里，用最后一张片子简单地介绍了烃源岩的定量评价。

第十一章油源对比

油源对比是油气地球化学在油气勘探中另一个最基本的应用，通常包括油-油对比、油-岩对比、油-气对比、气-气对比和气-岩对比。本章简要介绍油源对比概念、对比依据、对比参数选择原则和对比方法，以及对比时需要的注意事项。

●11.1油源对比的基本原理

油源对比就是运用油气地球化学原理，选择合理的地球化学参数，建立起油与源的成因关系。因为石油是流动性矿产资源，生油的地方不一定产油，产油的地方不一定生油。所以，当我们发现了油气，就需要知道它的来源，而发现了源岩，也需要知道它所生的油气的去向。如果源岩中的干酪根和沥青与来自该层系的油气有亲缘关系，则它们在化学组成上必然存在某种程度的相似性，反之非同源的油气则会表现出较大的差异。

●11.2油源对比原则与方法

油源对比是一项综合性较强的复杂的研究工作。想要做好油源对比，首先必须要充分认识到油与源的差异性和油源对比的复杂性，其次是要选择合理的对比参数，要注意对比参数的有效性，再次（也是关键的）还要选择合适的对比方法，尽可能多种方法综合对比。油源对比方法大致可归纳为指纹谱图直接对比法和参数指标间接对比法两大类，其中参数指标间接对比法根据对比参数个数又分为双参数相关图法、三参数三角图法和多参数折线图法三种。最后给出油源对比的对联。上联：方法易懂不易学，下联：关键参数难选择，横批：认真细致！