石油主要成分

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石油的成因

江发世（jiangfashi@）

第一节概念、成分与性质

一、石油

（一）、石油的概念与成油作用

1、石油的概念

有机质经成油作用所形成的主要成分为烃的液态物质叫做石油。

2、成油作用

水生生物死亡后（或陆生生物及其它有机质被水覆盖），在水的参与下经还原条件所形

成液态碳氢化合物即烃的过程叫做成油作用。

成油作用与成煤作用的区别：

①、形成的环境不同，石油的形成过程有水；煤的形成过程是脱水。

②、物质来源不同，石油主要是由水生生物（包括水生植物和水生动物及其它有机质）

转化而成的；煤主要是由陆生植物（包括低等植物和高等植物）遗体转化而成的。

由于地质和生态环境的发展与变化，会形成石油和煤的各种过度产物如地蜡、重质油和

沥青等，或这些产物共生在一起。

（二）、石油的成分

1、石油的化学成分

石油是由各种碳氢化合物即烃与少量杂质组成的液态可燃物质，主要成分是液态烃，其

元素、烃类和非烃类物质组成如下：

（1）、石油的元素组成

组成石油的化学元素主要是碳、氢，其次为硫、氮、氧。

石油中碳的含量84—87%，氢的含量11—14%，两者在石油中以烃的形态出现，占石

油成分的97—99％。剩下的硫、氮、氧及微量元素的总含量在1—3％。

世界各地油田石油的物质成分及含量是不同的。

各油田石油中硫的含量变化很大。多数油田石油的含硫量都不到1%，例如我国任丘油

田为0.33—0.43%，克拉玛依油田为0.05%；但是有些油田石油的含硫量可高达5%以上，

如墨西哥石油就高达5.3％。

石油中氮和氧的含量，一般低于1.5％。大多数石油的含氮量很少，只有万分之几到千

分之几，但也有个别地区的石油，如美国加利福尼亚第三系石油分离出许多含氮有机化合物，

氮含量高达2.2％。

除上述五种元素外，在石油中还发现其他微量元素，构成了石油的灰分。由于石油的性

质不同，灰分含量的变化很大，从百万分之几到万分之几。这些微量元素有：

Fe、Ca、Al、V、Ni、Cu、Na、K、Mo、Pb、Sb、Mn、Sr、Ba、B、Co、Zn、Sn、

P、Cl、Bi、Be、Ge、As、Gd、Au、Ti、Cr、Cd、Ga等。这些元素同自然界动物与植物的

元素组成相近。

（2）、石油的烃类组成

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由碳和氢两种元素所组成的有机化合物叫做烃。存在于石油中的烃为：烷烃、环烷烃和

芳香烃。

（3）、石油的非烃组成

石油中的非烃化合物有含硫、含氮、含氧的化合物，它们对石油的质量、开采和炼制加

工有着重要影响。

2、含硫化合物

硫在石油中的含量变化很大，从万分之几到百分之几，硫在石油中可以呈以下形态存在：

元素硫、硫化氢、硫醇、硫醚、环硫醚和二硫化物等。

石油中所含的硫是一种有害物质，硫化氢是一种有毒气体，其它硫化物对机器、管道、

油罐、炼塔等金属设备能造成严重腐蚀，所以含硫量常作为评价石油质量的一项重要指标。

3、含氮化合物

石油中的含氮量一般在万分之几至千分之几。

4、含氧化合物

石油中的含氧量一般只有千分之几，个别石油可高达3％。氧在石油中均以有机化合物

状态存在，可分为酸性氧化物和中性氧化物两类。前者有环烷酸、脂肪酸及酚，总称为石油

酸；后者有醛、酮等，含量极少。

碳、氢、硫、氮、氧这五种主要元素在石油中形成了众多的化合物。

（三）、石油的物理性质

石油的物理性质，取决于它的化学组成。不同地区、不同层位、甚至同一层位不同构造

部位的石油，其物理性质也有差别。

1、颜色

石油的颜色变化范围很大，有无色、淡黄色、黄褐色、深褐色、黑绿色至黑色。如我国

四川黄瓜山和华北大港油田有的井产无色石油，塔里木盆地和克拉玛依石油呈褐至黑色，大

庆、胜利、玉门石油均为黑色。

相比深色石油占绝大多数，几乎遍布于世界各含油气盆地。石油的颜色与胶质—沥青质

含量有关，含量越高，颜色越深。

2、相对密度

石油的相对密度变化较大。在20℃时，一般介于0.75—1.00之间。如大庆原油相对密

度为0.857—0.860，胜利原油0.90—0.93，克拉玛依原油0.86，大港原油0.84—0.86，塔里

木盆地原油0.81—0.88。

少数石油相对密度大于1.00和小于0.75。

石油的密度与颜色有一定关系，浅色石油的密度小，深色石油的密度大。石油的密度决

定于其化学组成：胶质、沥青质的含量、石油组分的分子量以及溶解气的数量。密度小而颜

色浅的石油常为石蜡性质的，含油质多，加工后能获得较多汽油和润滑油；密度大而颜色深

的石油则富含高分子量的沥青质。

3、粘度

粘度是对流体流动性能的逆测定。流体粘度愈大，就愈难流动。液体在外力作用下，阻

止其质点相对移动的能力，就是该液体的粘度。

各油田石油粘度不同。

石油粘度的变化受温度、压力和石油的化学成分的影响。温度升高，粘度降低，所以石

油在地下深处比在地面粘度小，易流动。压力加大，粘度随之增加。石油中溶解气量的增加

则会使粘度降低。总之，粘度大的石油往往呈暗色，密度也较大，因而轻质石油的粘度比重

质石油的低。

石油粘度是一个很重要的物理特性，它直接影响石油流入井中及在输油管线中的流动速

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度，所以在油田开采和石油运输方面都有重要意义。

4、荧光性

石油及其大部分产品，除轻汽油和石蜡外，无论其本身或溶于有机溶剂中，在紫外线照

射下，均可发光，称为荧光。

石油的发光现象非常灵敏，只要溶剂中含有十万分之一的石油或沥青物质，即可发光。

因此在油气勘探工作中，常用荧光分析来鉴定岩样中是否含油，并可粗略确定其组分和含量。

这个方法简便快速，经济实用。

5、旋光性

凡具有能使偏光面发生旋转的特性，称为旋光性。当偏光通过石油时，偏光面会旋转一

定角度，叫旋光角。

引起石油旋光性的原因，在于其有机化合物分子结构中具有不对称的碳原子。不对称碳

原子的存在造成不对称的分子结构，使化合物本身具有旋光的性能。

6、溶解性

石油是各种碳氢化合物的混合物。由于烃类难溶于水，因此，石油在水中的溶解度很低。

若以碳数相同的分子进行比较，烷烃溶解度最小，芳香烃最大，环烷烃居中。除甲烷外，各

族烃类在水中的溶解度均随分子量增大而减小。

外界条件对石油在水中的溶解度有很大影响：当温度由150℃降低到25℃时，石油的溶

解度会降低70％以上。

石油易溶于许多有机溶剂，如氯仿、四氯化碳、苯、石油醚、醇等。

二、天然气

（一）、天然气的概念

天然气有广义和狭义之分。

广义的天然气是指自然界一切天然生成的气体，它们常为各种气体化合物或气态元素的

混合物，其成因复杂，状态多样。

根据气体存在的环境将广义天然气分为：大气、表层沉积物中的气体、沉积岩中的气体、

海洋中的气体、变质岩中的气体、岩浆岩中的气体、地幔排出气、宇宙气等。

狭义的天然气是指与油田和气田有关的可燃气体，成分以气态烃为主，本教材所指天然

气是狭义的天然气。

（二）、天然气的化学成分

天然气的主要成分是气态烃，其中以甲烷为主。非烃气为氮气、二氧化碳、一氧化碳、

硫化氢、氢气及微量惰性气体。

（三）、天然气的产出状态

地壳中的天然气，依其分布特征可分为分散型和聚集型两大类，依其与石油产出的关系

可分为伴生气和非伴生气。

分散型天然气属非常规天然气，主要包括以溶解于石油或水形式存在的溶解气，以吸附

或游离状态存在于煤层中的煤层气，以及由甲烷等气体分子被封闭冻结在水分子的扩大晶格

中而形成的固态气水合物等类型。

天然气的产出状态有：气藏气、气顶气、溶解气、凝析气等。

1、气藏气

气藏气是不与石油伴生，单独聚集成纯气藏的天然气。甲烷含量在气体成分中占95％

以上，重烃气含量极少，不超过4%。

这种纯气藏在世界上发现的数量与日俱增。气源多样，不同成因的可燃气体都可能聚集

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成纯气藏。

此外，有时可见纯气藏是与下伏或侧向分布的油气藏或油藏有关，这是在特定地质条件

下，油气运移作用的结果。

2、气顶气

气顶气是与石油共存于油气藏中，分布在油层顶部的天然气。它在成因和分布上均与石

油关系密切，重烃气含量可达百分之几至几十，仅次于甲烷。随着地层压力的增减，气顶气

可溶于石油或析出。

3、溶解气

溶解气是溶于石油或地下水中的天然气。因此，可区分为油内溶解气和水内溶解气。

油内溶解气常见于饱和或过饱和油藏中，其主要特点是重烃气含量高，有时可达40％。

油内溶解气的数量不等，少则每吨几至几十立方米，多则每吨可达几百一上千立方米。油内

溶解气含量高时，采出后可收集回注油藏以保持油层能量。

水内溶解气的主要成分是甲烷和氮，重烃气和二氧化碳，含量一般不超12%。

4、凝析气

凝析气是指当地下温度、压力超过临界条件后，液态烃逆蒸发而形成的气体。凝析气采

出后，由于地表压力、温度降低而逆凝结为轻质油，即凝析油。

凝析气在地下聚集成凝析气藏。它们通常埋藏深度较大，多分布在地下深处。

（四）、天然气的物理性质

天然气一般无色，可有汽油味或硫化氢味，可燃。由于其化学组成变化大，致使物理性

质也变化甚大。

1、相对密度

指在标准状况下，单位体积天然气与同体积空气的质量之比。天然气的相对密度一般与

相对分子质量成正比。

2、粘度

天然气的粘度与其化学组成及所处环境有关，天然气的粘度，一般随相对分子质量增加

而减小，随温度和压力增高而增大。

3、蒸气压力

将气体液化时所需施加的压力，称为该气体的饱和蒸气压力。蒸气压力随温度升高而增

大。在同一温度条件下，碳氢化合物的分子量越小，则其蒸气压力越大，因此甲烷比其同系

物的蒸气压大得多，这也正是在天然气的组成中往往甲烷等轻质碳氢化合物含量较多的原

因。

随着油田开发，地层压力逐渐下降，天然气的组成也会随之改变。一般在自喷阶段，轻

分子的碳氢化合物是天然气的主要成分；随着地层压力下降，较重分子的碳氢化合物蒸气就

随之进人天然气中，因此天然气的密度也会随着油田开采期的延长而略有增加。

4、溶解性

天然气能溶于石油和水，在相同条件下，在石油中的溶解度远远大于在水中的溶解度，

例如甲烷在石油中的溶解度比在水中的大10倍。

在石油中溶有天然气时，可以降低石油的相对密度、粘度及表面张力。

5、热值

单位体积（或单位质量）的天然气燃烧时所产生的热量，称为热值，单位为kJ/m3。

三、重质油

（一）、重质油的概念

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是指用常规原油开采技术难于开采的具有较大的粘度和密度的原油。

重质油与常规油相比包含了数量较多的高分子烃和杂原子化合物，在物理性质上，具有

密度大、粘度大、含胶量高、含蜡量低、凝固点低的特点。

（二）、重质油的成分和性质

1、重质油元素组成特征

常规原油一般氧、硫和氮等元素含量低，而重质油的氧、硫、氮等元素含量高。

2、重质油微量元素

重质油与常规原油相比，一般均富含微量元素，高于常规原油几倍至几十倍。

四、沥青

（一）、沥青的概念

主要由碳氢化合物组成的棕黑色或黑色有机固态物质。有天然产的，也有从分馏石油或

煤焦油而获得的。

（二）、沥青的成分、特征和分类

天然沥青多为深褐色至黑色的有机物质，化学成分不稳定，也无一定晶形，彼此之间常

呈过渡形式，因此鉴定比较困难。

现在，一般是根据化学成分、密度、硬度、稠度、熔点、溶解度、可燃性、燃烧火焰及

地质产状等特征来研究和鉴定天然固体沥青。

天然固体沥青种类繁多，逾100种。根据它们的成因和物理化学特征，将天然固体沥青

分为下列类型：

表13-1-1天然沥青分类表

成因类型

特征

相对密度硬度熔点（℃）溶解性

物理分异

产物

地蜡0.9—

0.94

固—半

固态

65—85溶于有机溶剂

高氮沥青土状溶于水

贫胶地蜡0.5—2溶于有机溶剂

风化产物

软沥青0.5—280—100溶于有机溶剂

地沥青1—1.20.5—2100溶于有机溶剂

石沥青

硬沥青1.0—2.00.5—380—320选择性

溶于有机溶剂

脆沥青1.0—1.90.5—380—320选择性

溶于有机溶剂

腐殖化产物

酸性碳质沥青土状溶于苏打水

腐殖碳质沥青土状溶于苏打水

变质产物

碳质沥青

黑沥青1.0—1.42—3不熔化溶于有机溶剂

焦性沥青2—3不熔化溶于有机溶剂

碳沥青2.5—3不熔化不溶解

次石墨3.0—4.53—4.5不熔化不溶解

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第二节油气藏

一、油气藏的概念

石油和天然气所在的地质空间或者说石油天然气所在的地质“库房”叫做油气藏。油气

藏是由油气和地质空间组成的，有的教材将油气藏叫做油气聚集的单元。

油气藏的上覆地质体叫做盖层，下伏地质体叫做底层或基底，四壁起遮挡作用的地质体

叫做围层。盖层弯曲形成围层，如褶皱构造形成的油气藏，盖层和围层为一体。如果是平卧

或倒转褶皱，该油气藏的盖层、一侧围层和底层均为一体。

油气藏存在于特定的地质体中，它可以是单纯的空间，也可以是具有孔隙或裂隙的地质

体。油气藏的形态和大小各异，类型很多。只有石油的地质空间叫做油藏；只有天然气的地

质空间叫做气藏；二者同时都有的地质空间叫做油气藏。具有开采价值的叫做商业性油气藏，

没有开采价值的叫做非商业性油气藏。

什么样的和多大的油气藏才有开采价值，取决定于政治、技术、经济等各方面的条件。

过去认为没有开采价值的非商业性油气藏，由于开采技术及工业条件的发展，或者由于对石

油的特别需要，油气的市场价格提高了，有利可图，可以成为有开采价值的商业性油气藏。

商业性油气藏是随时间、条件和市场价格的改变而变化的。

二、油气藏的类型

依据不同的分类标准，油气藏可以分为很多类型。

1、按照地质空间和油气形成的关系分为：共生油气藏和客生油气藏。

共生油气藏是油气形成时所在的地质空间，油气是在该空间所生成的；客生油气藏是

油气形成后运移到的地质空间，油气是后来的。

2、按照油气藏的构造类型分为：褶皱油气藏和断层油气藏。

褶皱油气藏可以分为：向斜油气藏、背斜油气藏、单斜油气藏等；断层油气藏可以分

为正断层油气藏、逆断层油气藏、平移断层油气藏等。

3、按照地质空间性质可以分为：原生油气藏和次生油气藏。

原生油气藏是指岩体在形成过程中产生的孔隙和裂隙，如碎屑岩颗粒间的孔隙、层面裂

隙、岩浆岩的原生节理、喷出岩的孔隙等；次生油气藏是指地层或岩体形成后所产生的地质

空间，如构造运动所形成的地质空间、灰岩所形成的溶洞等。

4、按照油气藏形成后是否发生变化可以分为：原形油气藏和变形油气藏。

油气藏形成后没有发生形态变化的叫做原形油气藏；发生了形态变化的叫做变形油气

藏。在构造运动、岩浆活动、地下水活动等的作用下，绝大多数油气藏的形态、大小、埋藏

深度等都发生变化，而且变化可能是多次的。

以上是本教材关于油气藏的分类。不同的研究者和不同的教材有不同的分类，如有的教

材将油气藏类型分为：构造油气藏、地层油气藏、岩性油气藏、水动力油气藏和复合油气藏

等五大类。

三、油气藏的成因与油气的运移

1、共生油气藏的成因

不同类型的油气藏有不同的成因。石油和天然气是水生生物或水中的其它有机质在水的

参入和还原条件下，经成油作用形成的。

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还原条件必须同外界隔绝，这样就需要对产油气的有机质进行封闭。封闭产油气物质的

过程叫做油气的封闭作用。

依据成因可以将封闭作用分为：沉积封闭作用、构造封闭作用、火山封闭作用和结冰封

闭作用。

（1）、沉积封闭作用：湖泊和海洋为盆地或洼地，风化作用所形成的物质在水和风的介

质搬运下到湖泊和海洋中沉积，这些沉积物覆盖在有机质之上形成盖层，盖层使有机质同外

界隔绝，完成封闭。

在盖层之上还会形成有机质的沉积，其上还会形成盖层，可以形成多层有机质及盖层。

在成油作用下，形成一层或多层油气层。

（2）、构造封闭作用：构造运动使岩层弯曲、错动，上升或下降等变化。这些变化能直

接或间接地将有机质覆盖和封闭。

（3）、火山封闭作用：火山作用所形成的熔岩或火山碎屑、火山灰能覆盖在有机质之上

形成封闭。

（4）、结冰封闭作用：当水结冰后使水中的有机质与外部空气的隔绝形成封闭。

经封闭作用后，在成油作用下，油气就在被封闭的空间内形成——这是共生油气藏的形

成过程。

2、油气的运移

石油和天然气形成后在地质作用下离开共生油气藏到客生油气藏的过程叫做油气的运

移或者叫做油气的运移作用。

油气发生运移作用的动力：各种压力作用在油气上迫使油气发生运移。这些压力有：

（1）、油气自身的压力。油气形成的过程是体积增大的过程。封闭后，在确定的油气藏

内随着油气体积的增大内压也随着增大。盖层、底层或围层如果存在孔隙、裂隙或薄弱处，

油气将由此发生运移。

（2）、盖层的压力。如果盖层是沉积物，盖层的成岩作用和有机质的成油作用是同时进

行的，所形成的油气存在于沉积物的孔隙中，有的教材将这一层沉积物叫做生油层。这一层

成岩叫做生油岩层。将生油岩层的上覆岩层叫做盖层。

盖层的重力对油气产生压力。

（3）、构造运动所产生的压力。构造运动使地质体发生弯曲、错位和破碎。这些地质活

动不仅对油气产生压力，而且对油气藏造成破坏或改造。

（4）、岩浆侵入作用所产生的压力。岩浆侵入到油气藏中或外围都会对油气产生压力。

3、客生油气藏的成因

已存在的各种地质空间，如岩层中的孔隙、裂隙、破碎带、背斜空间等等，油气在地质

压力作用下运移到这些空间保存下来，就形成了客生油气藏。

地质作用是在不停地进行着，油气在各种地质压力的作用下，会发生一次、两次或多次

的运移，在不同成因、不同形态、不同大小、不同深度等的空间中保存下来，形成不同的油

气藏。

第三节油气矿床的地质特征

一、油气矿床的分布特征

1、我国陆地油气矿床的分布特征

图13-3-1是我国主要油气田分布略图，从图中可以看出，我国油气田主要分布在中新

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生代盆地中，在古生代盆地中少。在盆地的中部和边部都有油气田存在，但主要分布在盆地

的外侧。

2、油气矿床在盆地中的分布特征

图13-3-2是东营盆地油气田分布图，图13-3-3是黄骅盆地油气田分布图。从这两份盆

地中油气田分布图可以看出：在地质盆地中，油气田主要分布在盆地的边缘。这是由于，在

图13-3-1中国油气田分布略图

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图13-3-2东营盆地油气田分布图

图13-3-3黄骅盆地油气田分布图

地质盆地中，水生生物和有机物集中在盆地的边缘，在盆地中心和深水区相对要少，这是其

一；其二，封闭作用的沉积物是由盆地边缘向盆地中心发展，首先形成盖层的地区在盆地的

边缘；其三，盆地中心盖层封闭后，其盖层厚度深，油气所受到的静压力大，将驱使油气向

盆地边缘压力相对小的地方运移。所以，在大的地质盆地中，油气将主要分布在盆地的边缘。

在地质盆地中，盆地深浅各处不同，盆地基底岩性和构造各处不同，水中生物和有机质

种类与数量不同，盖层物质来源和数量不同等等情况，各处是不相同的，只有在符合条件的

地方才能形成油气藏。

二、油气矿床的剖面特征

1、基底性质控制油气矿床的分布和油气藏的形态

形成油气的物质是成油作用的物质基础，气候环境是成油作用的重要条件，基底是共生

油气藏的基础。

基底有的是岩体，有的是古老的沉积岩，如灰岩、碎屑岩、泥质岩等。基底凹凸高低不

平，有的灰岩形成溶洞。基底的构造性质和复杂程度不同，有的褶皱隆起、有的为单斜岩层、

有的存在各种性质的断层、有的为古老的风化面，等等。基底的这些性质影响并控制油气矿

床的分布和油气藏的形态。

单一的岩性和简单的地质构造是理想的形成油气藏条件，但大部分地质盆地的基底都是

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经过长期和多次构造运动而形成的，岩性不完整，存在各种破碎和错动。

图13-3-4是美国潘汉得尔油气田剖面图。该油气田的基底为花岗闪长岩、灰岩和碎屑

岩。

图13-3-4美国潘汉得尔油气田平面图和剖面图

在地质压力作用下，有的油气运移到基底的灰岩溶洞内，形成溶洞型油气藏。有的油气

运移到基底岩石的孔隙或裂隙中储存，形成地层型油气藏。褶皱和断层构造都能形成基底岩

层裂隙。

2、多层油气田特征

有众多油气田存在多层油气层，图13-3-5是坨庄油田平面和剖面图。从图中可以看出，

该油田存在多层油气层。

图13-3-5坨庄油田平面和剖面图

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多层油气田可以存在背斜构造、向斜构造、单斜岩层及水平岩层中。以背斜构造为多。

多层油气田的成因：成油作用能形成多层油气层，油气运移作用也能形成多层油气层。

成油作用时期能形成多层油气层，前面已叙述。在褶皱和断层构造作用中，呈层状的岩层都

可以产生层间虚脱，油气运移到这些虚脱空间储存起来就形成多层油气层。在地质时期，发

生地壳多次升降运动，在同一盆地形成多次水进水退，形成多层碎屑岩。这些碎屑岩有孔隙

或裂隙，油气就可以运移到这里，形成多层油气层。

图13-3-6青海油砂山油田构造图

图13-3-6是青海油砂山油田构造图，三层油层储存在背斜构造的核部虚脱中，由于断

层作用将褶皱右翼断掉，现在的油田存在于褶皱的左翼中。

图13-3-7花岗岩侵入油田剖面图13-3-8闪长岩侵入油田剖面

岩体侵入会破坏已经形成的油气藏，图13-3-7是花岗岩侵入到背斜油气藏中，图13-3-8

是闪长岩侵入到近水平状油气藏中。

由于基底地层和岩性的不同、地质构造及程度不同、大小形态凹凸不同、生油物质不同、

封闭作用不同等等；又由于油气藏形成后的地质作用，油气藏在平面、在剖面和空间呈多种

多样，没有完全相同的油气藏。

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