石油地球化学复习总提纲

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第一章 生物的发育

一、地史时期的生物 ：

1、浮游植物：有机质第一位来源。地史上有四个高产期。

a. 前寒武纪晚期-早泥盆世 b. 晚侏罗世-白垩纪

c. 晚古新世-始新世 d. 中新世达到高峰

2、细菌：是有机质第二来源，仅次于浮游植物。

3、浮游动物：以浮游植物为食物，一般紧接浮游植物高产期后出现高产期。

以浮游动物也是有机质重要来源，而高等动物对有机质的贡献非常有限。

4、高等植物：是与细菌相当，仅次于浮游植物的一类重要有机质来源。

a. 志留纪：出现高等植物，中泥盆世：爆炸性发展。

b. 晚石炭世：以蕨类植物为主的陆生植物群达到高峰，第一大成煤期。

c. 晚二叠世-早白垩世：为“裸子植物时代”，很快进入“被子植物时代“

二、生物发育的基本原理

1、生物与环境整体性原理 ：彼此之间不是互不相干，而是有规律共处，互相关联而

依存、相统一成整体。

①生产者：自养生物，主要为行光合作用能从无机物制造食物的绿色植物

②消费者：异养生物，以其它生物或有机质为食的动物

③分解者：异养生物，以分解死亡有机质供自身发育和供生产者再利用的

细菌和真菌。

以上三者组成生态系统中的群落。

④参加生态循环的无机物质；

⑤联结生物和非生物的有机物；

⑥气候环境因素。

2、生态金字塔原理：

3、生态系统的物质地球化学循环原理 ：生物所需的各种元素，沿着特定途径，从周

围环境到生物体、再从生物体回到环境中。

每个循环由两个库组成：

①储存库：容积大而循环慢的非生物部分。（①流体型：储存库为大气或水圈

②沉积型：储存库为沉积地层。）

②交换库：生物与环境间迅速交换的小而活跃的部分。

4、限制因子原理：一种生物在某个环境中生存和繁殖，必须得到各种基本物质条件。

1）最小因子定律：植物的生长取决于最小的营养物的量。

2）耐性定律：生物的生态因子都有其最大量和最小量，两者之间的限度称耐性限

度。任何因子超出耐性限度（不足或过量），都会使该生物衰退或不能生存。

其他原理：生态优势种原理 生态平衡原理

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三、不同环境的生物发育

（一）海洋环境的生物发育

海洋环境发育的生物群落特征：

1、群落结构：主要生产者——浮游植物，初级消费者——浮游动物，次级消费者——

自游动物、底栖动物、大型鱼类等。

2、能流和食物链：海洋浮游植物体小、质柔、易摄食，使海洋的初级消费者(浮游动

物)比陆地初级消费者(食素动物)多得多，成为优势种群之一。

3、狭区现象：海水的含盐度稳定，使大多数生物属狭盐性。

4、生物分布：浮游植物受光合作用影响，所以，在垂向上生物分布分带性很强。

强光带的生物量是无光带的1000倍。

（二）海陆过渡区的生物发育

1、群落结构：多样性。大型植物、小型底栖植物、浮游植物都十分发育。

2、食物链：生食型与腐食型并重。浮游植物→浮游动物为生食型。大型植物系统以腐

食为主。

3、耐性限度：多数发育广盐性和广温性生物，少数狭盐度和淡水生物。

4、生物生产力：河口湾和热带雨林、红树林、珊瑚礁生产力相似，都是天然的富有生

产能力的生态系统。

河口湾——比海洋和淡水流域——都有较强的生产力。

（三）湖泊环境的生物发育

1、群落结构：以淡水环境为主的现代湖泊，藻类是最重要的生产者，水生种子植物第

二。在动物消费者中，主要是浮游动物、软体动物、水生昆虫、甲壳

动物和鱼类。还原者细菌和真菌起重要作用。

2、食物链：生食型与腐食型并重，细菌对沉积物中有机质改造作用较 强。

3、耐性限度：湖泊环境的不稳定性和分割性，造成生物种属单调，狭区现象明显。

4、生物分布：贫营养湖生物产率很低，营养湖中等，富营养湖具有高和特高产率。

5、气候对湖泊环境的影响相对于陆地较小。

（四）沼泽环境的生物发育

1、群落结构：生产者以水生高等植物为主，草本植物和木本植物。初级消费者所占比

例较其它环境小。

2、食物链：主要食物链为腐食型。热带亚热带细菌分解强，温寒带分解缓慢，大量堆

积植物残体形成泥炭层。

3、耐性限度：气温和湿度决定植物群落和种属，盐碱度和地下水位也有影响

4、生物生产力：稳定适宜的环境条件，使绿色植物在沼泽长期繁茂，生物产率很高。

（五）陆地环境的生物发育

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1、群落结构：陆地和水生生态系统最明显的区别——生产者绿色植 物的类型和大小。

陆地生产者通常是高等植物，其数目少，个体大。生物圈有两个极端

生态系统（生物茂密的森林和生物稀少的 沙漠）都在其中。

2、食物链：陆地环境，特别是森林，腐食型食物链占绝对优势。

3、耐性限度：陆地环境因子的极大差异——决定了生物群落的多样性。热带雨林、高

原、极地、平原、高山，等。

4、生物生产力：生物生产力的极大差异在陆地环境中表现最充分。森林是地球上生物

生产力最高的生态系统，是生物圈的重要能量基地。

结论

1、地球年龄46亿年，生命起源于38亿年前。

2、异养假说认为：最初生命是在还原性大气条件下的原始海洋中形成的。前生命有机

物—团聚体、微球体—异养生物—自养生物(生命)

3、生物生存和分布的地球外圈称为生物圈。 生物进化史上有五大变革。

4、向地史时期沉积物提供有机质，浮游植物第一，高等植物和细菌第二，浮游动物排

第三，高等动物贡献很小。

5、生态学基本原理有：整体性原理（生态系统）、能量金字塔原理（生物 的生产力

(率)）、物质地球化学循环原理（食物链和食物网）、限制因 子原理（最

小因子定律和耐性定律）、生态优势种原理（在群落中占主导地位的种

群）、生态平衡原理（系统内各因子相互协调补偿，形成动态平衡）。

第二章 有机沉积作用

沉积有机质： 活体生物的遗体及其分泌物和排泄物直接或间接进入沉积物、或经过

生物降解作用和沉积埋藏作用被掩埋在沉积物中、或经过缩聚作用演化生

成新的有机化合物及其衍生物的那部分有机质称为沉积有机质。

水体环境的物理参数：1、水流的流速2、有机质与粘土颗粒的絮凝写作用3、水体深

度与浪迹面深度4、沉积速度与沉降速度

水体环境的化学参数：①氧化-还原电位(Eh) 有机质主要保存在强还原带——弱还原

带，沉积物中有机质含量丰富，本身就指示了处于良好的还原环境。

② 酸碱度(pH值)

③盐度

④温度

水体环境的生物参数：①提供有机质和沉积物来源 ②改变沉积环境 ③加速沉积

过程 ④消耗、改造有机质⑤富集稀有微量元素

不同环境有机质沉积特征：

（一）海洋环境的有机质沉积 ，当pH≥7.8时，有机质多为腐泥型。在pH＜7的强酸沼泽环境，堆积了以腐植型为主的有机质。

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1、沉积场所最大

2、远洋水域有机质来源是单一的，近陆海域是混合的

3、有机质的有利沉积条件：表层生物产量高、下层缺氧还原，持续较快沉降、絮凝作

用加速沉积。

4、高能滨岸带(滨海)不利于有机质沉积保存

5、大陆架是海洋内有机质的主要沉积区

6、远洋盆地是生物钙质、硅质丰富沉积区和有机质贫乏沉积区，以化学沉积为主。

7、“堰塞”小洋盆和毗邻大陆架的深海盆是有机质重要沉积区

（二）过渡环境的有机质沉积

1、有机质来源的二元性：淡水生物、半咸水、咸水生物并存。陆源搬运而来的高等物。

2、低能缓流还原环境，有利于有机质沉积。

3、干旱泻湖环境，富有机质泥岩常与蒸发岩组成旋回。

4、过渡带以陆相淡水与海相咸水环境交替为特征，有机质来源更复杂

（三）湖泊环境的有机质沉积

1、有机质来源也具有二元性，并具有多向性。

2、营养型湖的浪基面以下的还原环境是有机质的富集区。

3、湖泊环境差异大，沉积的有机质差异也大。

4、营养型淡水湖泊的较深—深湖及前三角洲亚环境沉积富。有机质泥质岩

5、盐湖中富有机质的油页岩、泥质岩常与蒸发岩组成旋回。

6、单断式“箕状”断陷不对称湖盆，有机质亦呈不对称展布。

（四）沼泽环境的有机质沉积

1、有机质来源的原地单一性：原地大量繁殖的植物就地堆积，异地碎屑和有机

质稀少。

2、温和潮湿的气候和长期停滞的水体有利于沼泽发育和泥炭沉积：在地表浅层，

死亡的有机体是处在氧化—弱氧化环境中，而在停滞水体的下层，随着氧

被消耗，逐渐转化成还原环境，使部分有机质堆积保留下来。一般来说，

泥炭的形成率(即泥炭的堆积量与植物的生产量之比)不到10%，即只有

不到植物总产量的10%可以形成泥炭。

3、沼泽沉积的有机质丰度最高、类型单一。

4、沼泽煤系常与湖泊、泻湖生油层系交替：形成沼泽一条重要途径是湖泊，泻

湖的淤积陆化。湖泊相或泻湖富有机质沉积常组成剖面下部，向上逐渐过

渡为煤系沉积。

结论： 1、地球上古今生物机死亡后有机物展布、演变的空间——有机圈。地球化学

家最感兴趣的碳循环。

2、原始有机质来源可分为：水盆内水生生物来源、陆地高等植物来源和混合来

源。水盆内生物来源并不意味着是原地来源。

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3、沉积环境控制有机质的沉积。环境是具有一套特定的物理、化学和生物学变

量，形成的岩层具有专门特征的地理单元。有机相是有机质数量和类型、

来源和沉积环境的有规律的综合。

4、有利于有机质沉积的物理参数——水流缓慢、粘土絮凝、水能低、水深中等、

适当的沉积速率和沉降速率，等。

5、有利于有机质沉积的化学参数——水体保持还原环境、温度、酸碱度、盐度

适当。盐跃层、温跃层——对形成还原环境、生物发育和有机质沉积都有

利。

6、生物既是有机质来源，又是有机质沉积的重要环境参数。自身耗氧造成还原

环境；与粘土絮凝加速沉积；微生物对有机质有重要的改造作用；富集稀

有微量元素。

7、海洋环境有机质沉积的主要特征是——最大的有机质沉积空间；远洋盆地有

机质来源单一，近陆海具有二元性；有利的环境——表层生物高产、下层

缺氧还原、持续较快沉降、絮凝加速沉积。

8、海陆过渡环境有机质沉积特点是——有机质来源的二元性，多为混合型有机

质；低能缓流环境有利于有机质沉积，主要是前三角洲亚环境、河口湾滨

外亚环境、海湖、泻湖浪基面以下环境。干旱泻湖环境，富有机质的泥岩

常与蒸发岩组成旋回。

9、湖泊环境有机质沉积的主要特征是——有机质来源的二元性和多向性，湖泊

亚环境及其有机质数量、类型多呈环带状分布。深湖-半深湖、湖湾、湖

泊三角洲、水下扇扇端等都是有利的有机质沉积区。

10、沼泽环境有机质沉积的特点是——有机质来源的原地单一性，温和潮湿气候

和长期停滞的水体、植物持续繁盛是沼泽泥炭沉积的良好环境。

第三章 生物有机质的化学组成

蛋白质的分解产物及其对石油的意义：蛋白质分解的产物氨基酸广泛地存在于不同时

代的地质体中，对石油的形成亦有一定的意义。

木质素具有增强细胞壁、粘合纤维的作用。在缺氧水体中，在水和微生物的作用

下，木质素分解，与其它化合物生成腐殖质。

类脂化合物是形成石油的最重要生化组分。木质素、纤维素是形成

煤的最主要生化组分。

1．生物体的生化组分主要有蛋白质、碳水化合物、脂类、木质素四大类。与石油化学

组成最近似的脂类对提供成油有机质最为重要。纤维素和木质素则是成煤和成气最重

要有机质。

2．碳水化合物(糖)是多羟基醛或酮，其中纤维素、半纤维素是构成高等植物躯干的主

要物质，也是成煤和成气的原始有机质主要来源。

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3．脂类是细胞中水不溶性组分，能用低极性溶剂如乙醚，氯仿和苯进行萃取。它包括

脂肪酸、腊、甾萜化合物、色素、生物烃和树脂。

4．蛋白质是由大量氨基酸分子通过肽键连接而成的生物大分子。蛋白质水解物中分离

出的20多种氨基酸都是α-氨基酸。它也可能是烃的有机质来源。

5．木质素是高分子聚酚类，丹宁是高分子芳香酸类。它们是高等植物的主要组成部分。煤、原油中芳香结构与它们有关。

6．浮游生物，细菌的脂类和蛋白质含量较高，有利于生油。高等植物以纤维素、木质

素为主，有利于成煤和成气。但高等植物的某些部分，如孢粉、树脂，角质等含较高

脂类，可提供部分生油母质来源。

第四章 成岩阶段有机质的微生物分解和演变

腐殖质的演化及成岩阶段产物 :从FA→HA，C↑O↓；羧基、酚羟基消去，酸度↓；

失去氨基，N↓；芳香缩合度↑，分子量↑。最后转化为不溶于有机溶剂和碱溶液的中

性聚合物——胡敏素。

以高等植物为主来源的有机质经过腐殖化作用——腐殖型干酪根。

以水生生物为主来源的有机质经过腐泥化作用——腐泥型干酪根。

环境条件:上覆压力不大，温度不高(低于50-60℃)，富含孔隙水，无机矿物与有机

质混杂，底栖生物尤其是微生物活跃，组成了复杂的体系。

作用结果: 大部分原始有机质被微生物分解和选择性吸收，剩余的组分和参与的微生

物 残体一起，经还原、缩聚等作用形成了腐植质和干酪根。

有

氧呼吸与发酵和无氧呼吸的区别在于：

a. 有氧呼吸有氧参加，最终使有机质彻底氧化成CO2和H2O。也就是它既大量

消耗有机质，又大量消耗氧。前者对有机质沉积、保存有害；后者造成无氧还原环境，对其它有机质沉积保存有利。

而发酵和无氧呼吸没有氧参与，分解主要产物仍是有机物。特别是发酵作用可以

说主要是改造有机质，而不是消耗有机质。故还原环境及在其中进行的发酵作用有利

于有机质的沉积和保存。

b. 有氧呼吸比发酵效率约高10倍。

c. 在氧化环境下几乎所有有机质都能降解。在还原环境的发酵作用只能部分被发

酵氧化。

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在年青沉积物中，由大分子生物化合物降解的产物（糖类、氨基酸、脂肪酸等）

的含量随深度增加而迅速减少。 这是由于：一方面不断被微生物利用吸收；另一方面

或被地下水带走或产生聚合作用。

同时，一些不能水解和不溶于有机溶剂的组分越来越丰富，占沉积物中有机质的

75%~95%，这就是土壤中的腐殖质.没有固定的元素组成，也没有特定的化学性

质。

可将近代沉积物有机质分为两类：

1)主要来源于高等植物，在土壤、泥炭中的是真正腐殖质。

2)而主要来源于水生生物，在还原环境下形成的物质可称为腐泥质。

腐殖酸性质:① 溶解和溶胶性质 ② 弱酸性质 ③ 热解性质 ④没有固定的分子量

结 论

1．成岩阶段的有机质演变——指沉积有机质在青年沉积物固结成岩过程中，在低温低

压条件下经历的以微生物作用和缩合作用为主的一系列演化。

2．微生物代谢机制——微生物分泌各种具高催化效率、高专一化的胞外酶将各种有机

质分解成小分子单体，被微生物吸收。

3．微生物特点——体积小、形态简单；种类繁多、高度专一；适应力强、无处不在；

代谢力强、繁殖迅速，因而是生命起源的先驱者，生态系统的分解者，生物元素和物

质循环的主要承担者。

4．不同的生化组分抗微生物分解的能力不同：蛋白质和碳水化合物首先被微生物分解，木质素和类脂物较难分解，部分得以保存。类脂物中特别稳定的化合物被保存下来—

—成为生物标志化合物。

5．在年青沉积物埋藏到一定深度，抗微生物分解的残留有机质，在微生物作用和自身

有机质参与下，发生一系列地球化学缩合反应，形成稳定的地质聚合体——腐殖质、

腐泥质、干酪根。

腐殖物质经历富啡酸→胡敏酸→胡敏素→腐殖型干酪根的演化途径。腐泥物质经历了

类似的演化，形成腐泥型干酪根。

6．在成岩阶段可形成部分烃类。主要是成岩作用早期的生物甲烷气和成岩作用晚期的

未成熟石油。

成岩阶段的最终产物——干酪根和部分烃类。

第五章 生物标志化合物

生物标志化合物:

机质演化过程中具有一定稳定性，没有或较少发生变化，基本保存了原始生化组分的碳骨架，记载了原始生物母质的特殊分子结构信息的有机化合物。

常见的生物标志化合物类型:包括正构烷烃、无环异戊二烯烷烃、萜烷、甾烷、以及 芳烃化合物 .

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姥鲛烷/植烷比值（Pr/Ph）:

环境;

Pr／Ph＞3 弱氧化环境 Pr／Ph＜1～3 强还原环境; Pr／Ph为1～3 还原

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定义：干酪根是指不溶于非氧化的无机酸、碱和有机溶剂的一切有机质。实际应用时，重点还是在古代沉积物和沉积岩中的分散有机质。

影响干酪根元素组成主要因素包括：有机质母质类型、有机质的沉积环境、有机质热演化程度。

重点：干酪根的显微组分及其特征

干酪根的显微组成分类

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干酪根的热演化中元素组成也是富碳、去氢、脱氧的过程

影响油气生成的主要因素

1、温度是油气生成的主要控制因素

生油门限：烃源岩中油气开始大量生成时所对应的地层温度或地层埋藏深度。 生油门限温度：烃源岩中油气开始大量生成时所对应的地层温度。

生油门限深度：烃源岩中油气开始大量生成时所对应的地层埋藏深度。

2、温度和时间的综合效应

干酪根成烃过程中，时间和温度的作用并不完全相当，温度对有机质的热演化起主导作用，反应速率与温度成指数关系，与时间成线性关系。

3、压力作用：压力升高对生油岩中的干酪根的热解有阻滞作用

4、矿物基质的影响：催化和吸附作用

5、微生物的影响

油气的形成模式：分3个阶段。

成岩作用阶段——生物甲烷气阶段

深成作用阶段——石油形成阶段

准变质作用阶段——热裂解甲烷气阶段

液态窗——是指液态烃类能够大量形成并保存的温度区间。

石油窗——液态烃生成的上、下门限之间的深度段称之为“石油窗”，

（1）不同类型干酪根或生油岩生油门限先后顺序不同；

(2)各类干酪根的最大产烃率不相同；

(3)不同类型干酪根产物中油气比例不同；

(4)有机质的演化阶段的划分也各不相同。

第八章 天然气的形成

天然气的定义：

1、狭义的：指以烃类气为主的，分布于岩石圈，水圈以及地幔和地核中的气体

2、广义的：自然界中的一切气体。

天然气的分类

（1）无机成因气：泛指在任何环境下由无机物质形成的天然气。

①幔源气②宇宙气③岩浆岩气④变质岩气⑤无机盐类分解气

（2）有机成因气：它是指沉积岩中分散状或集中状的有机质通过细菌作用、物理化学

作用等形成的天然气。

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a）腐泥型天然气b）腐殖型天然气

生物成因气概念:指在成岩作用阶段早期，在生物化学作用带内，有机质由微生物发酵

和合成作用形成的天然气。有时也混有早期低温降解作用形成的天然气。

天然气组分分类

干气:C2+＜5％ 湿气:C2+≥5％

天然气水合物：是天然气和水分子组成的固体结晶物质，是水和以甲烷等为主的有机

气体构成的可燃性物质。所以又叫可燃冰。

鉴别天然气成因类型

1、烃类气体的相对丰度是判识成因类型的主要标志之一，其指标有C1/C2+、C2/C3及nC4/iC4等等

2、天然气中化合物及元素C、H、O、N、S的稳定同位素是判识天然气成因类型最主要的标志，

有机成因与无机成因气的鉴别

1）碳同位素系列区别

无机成因：δ13C1>δ13C2>δ13C3

有机成因：δ13C1＜δ13C2＜δ13C3＜δ13C4＜δ13C5

2）δ13C1>－10％均是无机成因甲烷；

3）除高成熟和过成熟的煤成气外， δ13C1>－30％的皆是无机成因甲烷

油型气与煤成气的判别——乙烷碳同位素

第九章 石油的组成

石油的族组成包括饱和烃、芳香烃、胶质和沥青质。

影响石油化学组成的主要因素

（一）有机质的类型

1、 腐泥型有机质主要由浮游植物藻类、其次是各种浮游动物提供。

2、高等植物来源为主的腐殖型有机质形成的石油多为高蜡型，但有时也形成石

蜡—环烷型石油

（二）有机质的热演化程度

（三）油气运移的影响

二次运移对石油组成的影响类似于色层分离过程，所以称之为“地质色层

（四）油气成藏的后期的次生变化

1．热成熟作用

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2．生物降解作用和水洗作用

水洗作用是指地下水把溶解的分子氧和微生物带入油藏并运移到油水

界面附近，在这种条件下，好氧的生物处于优势地位，但同时油气藏中

极性分子不断溶解在地下水中被带走

3．氧化作用

4．气侵或脱沥青作用

第十章 油气地球化学的分析方法

气相色谱法：一般用难以挥发的高沸点固定液或固体吸附剂作固定相，用氮、氢或氦

等气体作载气，携带溶质作为流动相，由于固定相分子和溶质分子之间

作用力大小、形质不同，决定了固定相对样品中各组分吸附和溶解能力

的差异。从而达到分离效果。

第十一章 油源岩评价

烃源岩：是指能够生成具有工业价值油气流的岩石

潜在烃源岩：是指能够生成但尚未生成具有工业价值油气流的岩石。

有效烃源岩：是指已经生成并排出具有工业价值油气流的岩石

烃源岩有两类：一类是细粒碎屑岩，泥岩，页岩；另一类是碳酸盐岩。

烃源岩评价主要包括两大方面：

（l）烃源岩的地球化学特征评价，如有机质的丰度、类型和成熟度；

（2）烃源岩的生烃能力定量评价，如生烃强度、生烃量、排烃强度，等。 烃源岩的有机质丰度是指单位重量的烃源岩中有机质的百分含量。常用有机碳含量、

氯仿沥青“A”、总烃、岩石热解参数来加以评价。

有机质的类型

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有机质的成熟度

Q—烃源岩生烃量；

H—烃源岩厚度； Q H S Corg K Dorg

ρ—烃源岩的岩石密度；

S—烃源岩的分布面积

Corg—烃源岩的残余有机碳含量(%)；

Dorg—有机碳的产烃率(kg/t)；

K—有机质的恢复系数；

第十二章 油源对比

油源对比的定义：指在综合地质和地球化学资料的基础上，建立油、气与烃源岩的成

因关系

原理：其实质是运用有机地球化学的基本原理，合理地选择对比参数（指标）来研究

石油、天然气、烃源岩之间的相互关系

基本依据：同源的油气及油、气与其母岩之间的化学组成相似性，不同源的油气则有

较大的差异。

油源对比的主要对象：源岩中不溶的干酪根，可溶的沥青以及聚集圈闭中的石油、凝

析油和天然气。

选择参数的原则：应选择那些在油气形成过程中相对稳定并具明显结构特征的有机化

合物。主要是生物标志化合物。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/jc71.html