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油气地球化学复习概要
西南石油大学 地球科学与技术学院
油气地球化学复习概要
适用专业:资源勘查工程
适用教材:油气勘探地球化学
绪论
油气地球化学:应用化学原理研究石油和天然气的生成、运移、聚集和演化,阐明油气分布规律,并用这些知识指导勘探和开发石油、天然气及有关的沥青矿的一门应用科学。
有机化学基础和稳定同位素
有机化合物[organic compound]:除CO2、碳酸盐岩和金属碳化物外的几乎所有含碳原子的化合物。
烃类化合物[hydrocarbons compound]:只含碳、氢元素的化合物,包括正构烷烃、支链烷烃、环烷烃和芳香烃。
杂原子化合物[heteroatom compound]:在组成石油、沥青和干酪根的有机化合物中,除C、H原子外的其他原子均称为杂原子,含杂原子的化合物称为杂原子化合物。最常见的杂原子是N、S、O,故杂原子化合物又称NSO化合物。
烷烃[saturated group]:只有碳氢单键的稳定分子称为烷烃或饱和烃
立体化学[stereochemistry]:在分子中,原子之间的立体的或三维的关系。
同分异构体[isomeride]:分子式相同而其结构基团排列不同的化合物。
构造异构:具有相同的分子式,但由于分子中原子结合的顺序不同而产生的异构。
碳架异构[carbon skeleton isomerism]:由于碳架中原子结合的顺序不同而产生的异构。
取代位置异构[coordination isomerism]:由于取代基在碳链或环上位置不同而产生的异构。
官能团异构[functional group isomerism]:官能团的不同而形成的异构。
互变异构[tautomerism]:活泼氢改变在分子内的位置产生的异构,该反应是可逆的。
立体异构[stereo isomerism]:具有相同的分子式和相同的原子连接顺序,但是由于分子内的原子在空间排布的位置不同而产生的异构。
顺反异构[geometric Isomerism]:共价键的旋转受到阻碍而产生原子在空间排布的位置不同的异构。
构象异构[conformational isomerism]:分子内单键旋转位置不同而产生的异构。
对映异构[optical isomerism]:分子式、构造式相同,构型不同,互呈镜像对映关系的立体异构。产生的条件是分子中存在手性碳原子。
异构化反应:从一个同分异构体转变为另一个同分异构体的化学反应。包括结构异构化和差向异构化。
手征性[chirality]碳原子:与四个不相同的原子或基团相连的碳原子。含有一个手征性碳原子的化合物可以有两种构型。
手征性碳原子命名法
链上手征性碳原子R、S标记法:将四个不同按原子序数排大小,编号;对含多原子的基团,第一个原子相同,看第二个大小,依次类推;将最小基团放在最远处,依照原子或基团大小看,顺时针为R,逆时针为S。
环系上手征性碳原子α、β命名法:α—位于环平面下方,键指向纸内,以虚线或空心圆表示;β—位于环平面上方,键指向纸外,以实线或实心圆表示。
同位素[isotope]:具有相同质子数和不同中子数的元素的原子。
放射性同位素[radio isotope]:能自发衰变或裂变的同位素。
稳定同位素[stable isotope]:未发现有放射性衰变或裂变的同位素。
同位素组成[isotope composition]:样品中某一种元素的各种同位素的含量。可用丰度、比值和δ值描述。
同位素丰度[isotope abundance]:每一种元素的各种同位素所占的百分含量。
同位素比值:某一元素的两种同位素含量之比。用R表示。
δ‰=(R样品/R标准–1)×1000‰
δ0,表示样品比标准富含重同位素,δ0,样品比标准富含轻同位素。
同位素分馏[isotope fractionation]:同位素以不同比例在不同物质之间的分配。
稳定同位素的分馏机理
交换分馏效应[exchange fractionation]:由于能量差异,不同化合物之间会发生同位素交换反应/交换平衡。不发生化学反应,只是同位素分配比例变化。
大气中CO2与水中溶解的HCO3-、CO32-的同位素交换分馏作用
13CO2+H12CO3-﹦12CO2+H13CO3-
甲烷与二氧化碳的同位素交换分馏作用
12CO2+13CH4=13CO2+12CH4
动力分馏效应[dynamic fractionation]:由两种同位素反应速度的差异引起。轻同位素形成的化学键键能较弱,反应速度较快。所有反应产物富集轻同位素,反应残留物富集重同位素。
光合作用伴随发生碳同位素分馏作用,导致呼出的CO2富集13C,合成的有机化合物富集12C,因此生物体中的δ13C比无机碳化物的要低。
油气生成过程中的同位素动力分馏效应:有机质生成烃类物质的过程
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