石油地質(zhì)-第二章-石油成因

第二章

石油、天然氣的成因與生油巖第一節(jié)概述第二節(jié)生油的原始物質(zhì)第三節(jié)有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化的地質(zhì)環(huán)境和作用因素第四節(jié)有機(jī)質(zhì)的演化和油氣生成的階段性第五節(jié)生油巖

第一節(jié)概述

石油成因問題是石油地質(zhì)學(xué)中研究的重要問題之一，對待這個(gè)問題的研究已爭論了一個(gè)世紀(jì)，其原因主要有四個(gè)：1.石油是可以流動(dòng)的物體，產(chǎn)出地點(diǎn)非同生成地點(diǎn)。2.石油是成分復(fù)雜的有機(jī)化合物，對外界途徑的變化較為敏感，它的不同組份可能有不同的生成經(jīng)歷。3.對石油與原始母質(zhì)之間的過渡形式缺乏明確的認(rèn)識(shí)。4.解決石油成因問題涉及廣泛的地質(zhì)學(xué)科和化學(xué)學(xué)科。

一.石油的無機(jī)成因?qū)W說石油的有機(jī)成因說盛行于19世紀(jì)中葉，較為有代表性的學(xué)說有三個(gè)：1.碳化說（門捷列夫的學(xué)說影響最大－19世紀(jì)中期）石油是在地下深處的重金屬碳化物與下滲的水相互作用所形成的，經(jīng)化學(xué)反應(yīng)生成的蒸汽在沖向地殼的過程中冷凝在地層孔隙里，在有一上覆的非滲透層遮擋時(shí)，可集中形成油氣藏。2.宇宙成因說（索柯洛夫－19世紀(jì)晚期）某些天體中發(fā)現(xiàn)有碳?xì)浠衔铮鼈兪怯钪嬷兴逃械?，在地球處于熔融狀態(tài)時(shí)，氣圈中就存有碳?xì)浠衔?，后來隨著地球的冷卻，而被吸附并凝結(jié)在地殼的上部，在沿著裂縫溢向地表的過程中，便可以形成油氣藏。3.巖漿說（庫德梁采夫－20世紀(jì)50～70年代）地殼深處的巖漿中，存在碳、氫、氧、硫及石油中的其它灰分元素。在溫度高達(dá)6000～12000°C中，碳和氫形成甲炔基；在3000～4000°C時(shí)，可形成亞甲基；溫度依次降低，可分別形成甲基化合物和甲烷。同時(shí)，一氧化碳與氫可直接合成烴類化合物。當(dāng)?shù)厍蛏钐幍母邷貛r漿（基性巖漿）離開巖漿源侵入到地殼以致于噴出地表的過程中，巖漿的溫度逐漸降低，上述化學(xué)反應(yīng)依次發(fā)生，在溫度和壓力適宜的地帶，生成石油烴類。但并不否認(rèn)石油在運(yùn)移的過程中可以摻入一些生物成因化合物的可能性。

二.石油的有機(jī)成因說有機(jī)學(xué)說的最早提出人是18世紀(jì)蘇聯(lián)的羅蒙諾索夫，他認(rèn)為石油是煤在地下經(jīng)受高溫蒸餾的產(chǎn)物。到19世紀(jì)，有機(jī)學(xué)派提出了一些新的方案，如以低等動(dòng)物為主的動(dòng)物說和以藻類為主的植物說。也有人主張石油與煤同源于高等植物，只是沉積環(huán)境不同而已。但具有生命力的是動(dòng)植物混成說,19世紀(jì)初波東尼認(rèn)為動(dòng)植物都是成油產(chǎn)生石油。在這一學(xué)說之后，人們又注意到有利于生油的生物化學(xué)組份，1932年前蘇聯(lián)的古勃金認(rèn)為，各種生物化學(xué)組份都可參與生油。它們來自海洋的動(dòng)植物殘?bào)w，也可以是從陸地?cái)y帶入的生物分解產(chǎn)物，含有這些有機(jī)物質(zhì)的淤泥，就是將來生成石油的母質(zhì)。母巖在早期由于細(xì)菌作用而產(chǎn)生分散態(tài)石油，晚期由于負(fù)荷加大，將油水一起擠入多孔的地層中，而油水按比重分開，形成了油藏和氣藏。本世紀(jì)的50～60年代，有人提出了原生說，認(rèn)為石油起源于生物體中固有的烴類。據(jù)估計(jì)海洋植物每年可以產(chǎn)生12×106t烴，如有0.01%被并存下來，一億年即可滿足世界石油儲(chǔ)量。但生物體中的原生烴含量太少，更難以富集，不宜作為生油的主要原料。當(dāng)時(shí)，斯密特在現(xiàn)代沉積物中發(fā)現(xiàn)了烴類，包括液態(tài)烴，得出了石油是在沉積的早期形成的理論，突破了30～40年代特拉斯克關(guān)于現(xiàn)代沉積物不存在烴類的著名研究，這是一個(gè)飛躍的突破。為此，斯密特曾獲得了諾貝爾獎(jiǎng)金。但是，早期生成的烴與晚期生成的烴無論在數(shù)量上或是在質(zhì)量上均有較大的差別。最近的一、二十年來，菲利比.蒂索、阿爾伯萊切特等對生油剖面的詳細(xì)研究表明，當(dāng)母巖埋深到一定的溫度和深度時(shí)，有機(jī)質(zhì)才能產(chǎn)生成熟的石油烴。同時(shí)也承認(rèn)，在成巖作用的晚期是石油的主要生成期，但不排除早期轉(zhuǎn)換所做的準(zhǔn)備。沉積物中的有機(jī)質(zhì)在成巖作用的過程中，逐漸地轉(zhuǎn)化成為可溶有機(jī)溶劑中的瀝青與不溶于有機(jī)溶劑中的干酪根兩大部分。60年代后期，一些前蘇聯(lián)學(xué)者傾向于把瀝青視為生成石油的直接源泉。70年代西歐的一些學(xué)者認(rèn)為干酪根為生油的母質(zhì)，而瀝青為干酪根熱解過程的中間產(chǎn)物。

關(guān)于生油相的問題，在本世紀(jì)40年代后，我國老一代石油地質(zhì)工作者潘鐘祥、黃汲青等力排眾議，以中國油田的實(shí)例，雄辯地論證了陸相生油的現(xiàn)實(shí)性。從此，使唯海相生油論發(fā)生了動(dòng)搖。目前，已很少有人反對陸相生油了。但還有一種錯(cuò)誤的傾向，認(rèn)為陸相環(huán)境是腐植有機(jī)質(zhì)堆積，海相環(huán)境是腐泥型有機(jī)質(zhì)堆積。在石油有機(jī)形成理論建立之后，爭論的焦點(diǎn)轉(zhuǎn)為石油是成巖早期還是成巖晚期生成的。本世紀(jì)50年代，早期成油主張相當(dāng)活躍，當(dāng)時(shí)，斯密特在現(xiàn)代沉積物中發(fā)現(xiàn)了烴類，包括液態(tài)烴，得出了石油是在沉積的早期形成的理論，突破了30～40年代特拉斯克關(guān)于現(xiàn)代沉積物不存在烴類的著名研究，這是一個(gè)飛躍的突破。為此，斯密特曾獲得了諾貝爾獎(jiǎng)金。但是，早期生成的烴與晚期生成的烴無論在數(shù)量上或是在質(zhì)量上均有較大的差別。最近的一、二十年來，菲利比.蒂索、阿爾伯萊切特等對生油剖面的詳細(xì)研究表明，當(dāng)母巖埋深到一定的溫度和深度時(shí)，有機(jī)質(zhì)才能產(chǎn)生成熟的石油烴。同時(shí)也承認(rèn)，在成巖作用的晚期是石油的主要生成期，但不排除早期轉(zhuǎn)換所做的準(zhǔn)備。沉積物中的有機(jī)質(zhì)在成巖作用的過程中，逐漸地轉(zhuǎn)化成為可溶有機(jī)溶劑中的瀝青與不溶于有機(jī)溶劑中的干酪根兩大部分。60年代后期，一些前蘇聯(lián)學(xué)者傾向于把瀝青視為生成石油的直接源泉。70年代西歐的一些學(xué)者認(rèn)為干酪根為生油的母質(zhì)，而瀝青為干酪根熱解過程的中間產(chǎn)物。早期成油說與晚期成油說理論

1.早期成油說認(rèn)為石油烴類是沉積巖中分散有機(jī)質(zhì)在成巖作用早期轉(zhuǎn)變而成的，是沉積物中的烴和經(jīng)過初步生物化學(xué)改造的烴簡單聚集而成的，這些烴的聚集所需熱力動(dòng)力條件微弱，時(shí)間也不是很長。該學(xué)說的證據(jù)是現(xiàn)代沉積物中發(fā)現(xiàn)了烴，C14分析這些烴與現(xiàn)代沉積同時(shí)生成，主要論點(diǎn)是生油過程是生物體中烴類物質(zhì)的聚集和分離。

2.晚期成油學(xué)說

本世紀(jì)60年代以后，一些學(xué)者研究表明現(xiàn)代沉積中的烴和古代巖石中的烴在分布和化學(xué)結(jié)構(gòu)上有著本質(zhì)上的差別。巖石、原油中烴的含量比生物沉積中烴的含量高很多，巖石、原油中高碳數(shù)烴具明顯奇數(shù)碳優(yōu)勢消失的特征；而生物沉積中高碳數(shù)正烷烴則存在明顯的奇數(shù)碳優(yōu)勢。因此，認(rèn)為石油是有機(jī)質(zhì)在成巖作用的晚期生成的。無機(jī)成油說學(xué)派50年代曾發(fā)起一次反攻，但沒有動(dòng)搖有機(jī)說理論在這一學(xué)說中的地位，有機(jī)起源說不僅有著充分的論據(jù)，而且形成了相當(dāng)完整的體系，被大多數(shù)人所接受。第二節(jié)生油的原始物質(zhì)

一、生油的原始物質(zhì)－有機(jī)殘?bào)w

1．脂類脂類是指動(dòng)植物的油脂。油脂易水解生成脂肪酸和醇。脂肪酸只要通過去羧基或加氫即可產(chǎn)生烴類。2．碳水化合物是植物的主要組成部分。它們在自然界分布中數(shù)量豐富，但不利于保存，易被喜氧細(xì)菌所消耗或被分解成水溶物質(zhì)。其中所含的纖維素較為穩(wěn)定，是成煤的重要母質(zhì)之一。

3．蛋白質(zhì)是不同氨基酸的聚合物。是生物體內(nèi)的重要成分，是組成細(xì)胞的基礎(chǔ)物質(zhì)。但易受喜氧細(xì)菌的破壞而不利于保存。

4．木質(zhì)素僅存在于高等植物中，抗腐能力強(qiáng)，是成煤的重要母質(zhì)。

二、生油的原始物質(zhì)－分散有機(jī)質(zhì)

烴類：沉積巖中可溶于有機(jī)溶劑的物質(zhì)。

瀝青：可溶于有機(jī)溶劑的物質(zhì)，是烴類和非烴類物質(zhì)的化合物。

干酪根：常溫、常壓下沉積巖中不溶于有機(jī)溶劑的固體有機(jī)質(zhì)。三，生油的原始物質(zhì)－干酪根干酪根在沉積物中的含量可占70～90％。MBA抽提物是極性很強(qiáng)的富含N、S、O的重質(zhì)化合物。元素組成接近于干酪根，可以代表干酪根降解生烴過程中的中間產(chǎn)物。由此人們認(rèn)為有機(jī)質(zhì)生油在很大程度上是干酪根向?yàn)r青和烴類的轉(zhuǎn)化過程。但也有一小部分抽提物是直接從有機(jī)體中繼承下來的。巖石中抽提出來的干酪根是黑色或褐色的粉末，它不是單組份，而是復(fù)雜的高分子聚合物。干酪根元素組成中一般C占65～68％；H占4～8％和少量的氧及微量的S、N。不同類型原始物質(zhì)干酪根成分、結(jié)構(gòu)和特征也不相同，因此，對干酪根的研究是相當(dāng)復(fù)雜的。

應(yīng)用H/C和O/C原子比對干酪根進(jìn)行分類蒂索將干酪根按H/C和O/C原子比將干酪根分為三種類型：

I型：H/C原子比較高，H/C>1.5，O/C原子比低于0.1為特征。以鏈狀結(jié)構(gòu)較多為特征，主要來源于低等水生生物藻類，富含脂類和蛋白質(zhì)分解的產(chǎn)物，在沉積過程中藻類物質(zhì)選擇性聚集，有機(jī)質(zhì)發(fā)生強(qiáng)烈的生物降解作用。這種類型生成液態(tài)烴的能力強(qiáng)，為生油的主要母質(zhì)。相當(dāng)于腐泥型干酪根。

II型：H/C原子比大約在1.0～1.5之間，O/C原子比低于0.15為特征。富含不同長度的脂肪族鏈及飽和環(huán)烷烴,也含有多環(huán)芳香烴及雜原子官能團(tuán)。主要來源于海相浮游植物及浮游動(dòng)物，如分散狀存在,是生成大量油氣的原始物質(zhì)。

III型：H/C<1.0，O/C原子比高達(dá)0.2～0.3。主要含多環(huán)芳香烴及含氧官能團(tuán)，還有一些脂肪族鏈被聯(lián)接在多環(huán)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)上。主要來源于高等植物蠟，它們被河流帶入海、湖成三角洲或大陸邊緣環(huán)境中。該類干酪根生油潛力較小，但在深部可以成為生氣的來源。掌握要點(diǎn)：各種類型干酪根的原始物質(zhì)、沉積環(huán)境及產(chǎn)物。第三節(jié)有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化的地質(zhì)環(huán)境和作用因素

一、有利于油氣生成的地質(zhì)環(huán)境

1．古地理環(huán)境

①陸相：半深湖－深湖區(qū)、三角洲相。

深水－伴深水湖相是陸相生油巖相發(fā)育的有利環(huán)境，這里具備有機(jī)物質(zhì)含量豐富，水流弱，波浪小的靜水沉積，水底是還原的良好環(huán)境，因此，具備良好的生油條件。但處于近海地帶的深水湖盆地帶泥巖沉積物對生油更為有利，深水湖盆的共同特征是長期穩(wěn)定沉降的沉積巖系厚度達(dá)數(shù)千米以上，在湖盆長期大幅度沉降過程中，往往伴隨著震蕩運(yùn)動(dòng)，形成多旋回特點(diǎn)，旋回初期，是山麓河流相砂泥巖沉積，伴隨盆地下沉，水體加深，湖盆擴(kuò)大，達(dá)到半深水和深水湖相泥巖沉積，成為主要生油巖系。后期，湖盆沉積速度變小，湖盆變淺，沉積了不利于生油的巖系，最后，為湖濱沼澤相的炭質(zhì)頁巖沉積，一次旋回結(jié)束。之后，有可能開始一次新的沉積旋回，造成又一次有利生油的深水湖相沉積?？傊?，在地區(qū)分布上：深水湖相是最有利的生油巖相區(qū)；在空間上：湖盆中央的深水地區(qū)是生油的最有利地區(qū)；在時(shí)間上：生油最有利的時(shí)期是沉積旋回中持續(xù)沉降階段。

②海相：淺海區(qū)的瀉湖、海灣和三角洲地帶。淺海相:淺海相的碳酸鹽巖和泥質(zhì)巖具備很好的生油條件，它們多處于廣海大陸架和潮下帶，處于持續(xù)的低能環(huán)境，盆地長期穩(wěn)定沉降，氣候溫暖濕潤，生物繁盛，水體安靜，氧化－還原電位是負(fù)值，水介質(zhì)屬弱堿性，長期的還原環(huán)境使豐富的有機(jī)物質(zhì)得以順利保存，并向油氣轉(zhuǎn)化。國外許多碳酸鹽巖含油氣盆地常出現(xiàn)碳酸鹽巖－蒸發(fā)巖沉降旋回，開始是深水泥灰?guī)r，然后過渡到石灰?guī)r，局部遭受重結(jié)晶和白云巖化作用，有時(shí)出現(xiàn)生物礁沉積，最后，為原生白云巖、硬石膏及鹽巖等蒸發(fā)巖。在旋回的初、中期為有利的生油時(shí)期。

2．大地構(gòu)造環(huán)境

①沉降幅度能夠補(bǔ)償沉積厚度。②下降的速度快、時(shí)間長的地區(qū)。二、有機(jī)質(zhì)演化成油的作用因素促使有機(jī)質(zhì)演化和生成石油過程主要是生物化學(xué)和化學(xué)過程，涉及的主要因素有細(xì)菌、溫度、時(shí)間和催化劑。

1．細(xì)菌由于細(xì)菌生存條件的限制，細(xì)菌作用主要出現(xiàn)在有機(jī)質(zhì)改造的早期。主要起到以下作用：

（1）細(xì)菌本身是良好的生油原始材料，有的細(xì)菌可在自身細(xì)胞中合成少許固態(tài)的高分子烴類。

（2）它的作用實(shí)質(zhì)是將有機(jī)物中的O、N、S、P等元素分離出來，使C、H元素富集起來。

（3）它可加速石油烴的轉(zhuǎn)化，因它的存在增加了石油烴的化學(xué)活性，促進(jìn)油氣運(yùn)移。

（4）通過酵素可使原始生物質(zhì)中的許多組份被氧化和消化。當(dāng)游離氧耗盡，在有機(jī)質(zhì)附近造成還原環(huán)境，這時(shí)厭氧細(xì)菌繼續(xù)和它發(fā)生作用。在通氧的條件下游離產(chǎn)物為H2O、CO2、硫酸鹽、銨和磷酸鹽離子；在厭氧條件下主要游離產(chǎn)物為CH4、CO2、H2S、H2O、銨和磷酸鹽離子。細(xì)菌作用是以氣態(tài)和溶解態(tài)移走N、S、O和P等雜原子的有機(jī)質(zhì)，此時(shí)，C、H相對富集。

2．溫度

地溫梯度：深度每增加100m所增加的溫度值。

人們曾對天然的有機(jī)質(zhì)（脂肪酸、氨基酸）進(jìn)行加熱實(shí)驗(yàn)，得到了烴的產(chǎn)物，并對沉積物中的不溶有機(jī)質(zhì)做實(shí)驗(yàn)，也得到了烴類產(chǎn)物。證實(shí)了隨溫度的增高，產(chǎn)物在數(shù)量上相應(yīng)地增加，產(chǎn)物中的低分子成分也在逐漸地增多。在有機(jī)質(zhì)向烴類轉(zhuǎn)化的過程中，溫度起到如下作用：

(1)促進(jìn)不溶有機(jī)質(zhì)熱降解，生成石油烴。

(2)加速化學(xué)反應(yīng)，增加反應(yīng)速率，它的大小決定了生烴的數(shù)量。

實(shí)驗(yàn)表明，低溫時(shí)烴的增長速度是緩慢的，當(dāng)達(dá)到某一溫度時(shí)，烴開始大量的增長，生油數(shù)量開始顯著增加。門限溫度：（成熟溫度、熟化溫度）：生油母質(zhì)開始大量向石油烴類轉(zhuǎn)化時(shí)的溫度。

門限深度：生油母質(zhì)開始大量向石油烴類轉(zhuǎn)化時(shí)的深度。生油主要階段的起始溫度不低于50°C，終止溫度不高于175°C，也可以說地殼中的生油過程僅出現(xiàn)在有限的溫度或深度范圍。溫度在導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)發(fā)生熱降解生成石油烴過程中起決定性的因素。3.時(shí)間時(shí)間本身對有機(jī)質(zhì)向石油轉(zhuǎn)化不能單獨(dú)起作用，但與其它因素相配合，卻是不可忽視的因素。時(shí)間與溫度是可以互補(bǔ)的，有機(jī)質(zhì)向石油轉(zhuǎn)化作用符合化學(xué)動(dòng)力學(xué)的一級(jí)反應(yīng)，即反應(yīng)速度只同反應(yīng)物濃度的一次方成正比。據(jù)此得出了時(shí)溫指數(shù)（TTI），它是計(jì)算有機(jī)質(zhì)成熟程度的方法之一。4.催化劑自然條件下的催化劑主要是粘土，其中蒙脫石的催化能力最強(qiáng)，高嶺土的催化能力最弱。催化劑的作用主要是一種復(fù)雜的自然表面能現(xiàn)象。被催化劑吸附的各種原子在催化劑原子的激發(fā)下變得活躍起來，而有利于結(jié)合成新的化合物。在有機(jī)質(zhì)生油過程中催化劑可以改變生物體原有的化學(xué)結(jié)構(gòu)，斷開C－C鍵和C－H鍵，從而分裂出輕的烴?？傊谟袡C(jī)質(zhì)生油轉(zhuǎn)化中，有催化劑的參與可以加快成烴的反應(yīng)速度，降低反應(yīng)所需的活化能，改造烴的性質(zhì)。隨著埋藏的加深，有機(jī)質(zhì)受逐漸增大的溫度作用，同時(shí)也受到增大壓力的作用，對壓力的作用目前尚缺乏明確的認(rèn)識(shí)，但普遍認(rèn)為有機(jī)質(zhì)生油轉(zhuǎn)化中壓力無明顯和直接的作用，但壓力影響反應(yīng)系統(tǒng)中的物質(zhì)相態(tài)，可以說溫度決定了生油氣的數(shù)量，壓力決定了生成烴的相態(tài)。第四節(jié)有機(jī)質(zhì)的演化和油氣生成的階段性

生油原始物質(zhì)有機(jī)質(zhì)是沉積物的一部分，有機(jī)質(zhì)經(jīng)干酪根演變成石油和天然氣是有機(jī)質(zhì)成巖演化過程中附帶的自然產(chǎn)物，有機(jī)質(zhì)向油氣演化的過程受埋藏深度、溫度、壓力的作用，即在有機(jī)質(zhì)演化進(jìn)程的同時(shí)，所得到的烴類產(chǎn)物也是不同的。由此，可按石油地質(zhì)的觀點(diǎn)將有機(jī)質(zhì)的成巖和油氣生成劃分出階段來。巖石的成巖作用分為三個(gè)階段，對應(yīng)的油氣生成階段分為四個(gè)階段。1．成巖作用階段（生物化學(xué)生氣階段－未成熟階段）有機(jī)質(zhì)經(jīng)沉積作用進(jìn)入了埋藏狀態(tài)，是沉積物固結(jié)成巖的過程，生物殘?bào)w有機(jī)質(zhì)受細(xì)菌作用和水解作用，使原來的脂肪、蛋白質(zhì)、碳水化合物、木質(zhì)素、核酸等生物化學(xué)聚合物轉(zhuǎn)化成為分子量較低的脂肪酸、氨基酸、糖、酚等生物化學(xué)單體物質(zhì)。同時(shí)，成熟CO2、CH4、NH3、H2S、H2O等簡單分子。這些單體物質(zhì)有些不再反應(yīng)或成為瀝青，而大部分重新聚合成為一種新的產(chǎn)物，成為腐植酸、富啡酸、腐植素之類的腐植質(zhì)物質(zhì)。這種高分子聚合物大多不再被細(xì)菌用做食物，而與周圍的礦物質(zhì)絡(luò)合，穩(wěn)定的保存下來，這些物質(zhì)就是生油的母質(zhì)干酪根。作用深度<1000m，不足以使分子發(fā)生有意義的熱降解。溫度<50°C，在成巖的早期生成少量的氣態(tài)烴，它與石油的差別有如下幾點(diǎn)：（1）早期生成的烴是從生物體中繼承下來的高分子烴，缺乏C3－14低分子烴或無C4～C8烴，而石油中的低分子烴占50％。（2）早期生成的烴正烷烴奇數(shù)碳原子具明顯的優(yōu)勢，而石油中烷烴這種優(yōu)勢接近消失。（3）早期生成的烴缺乏低分子芳香烴，而石油則含有相當(dāng)?shù)谋健⒓妆胶投妆?。?）在烴的數(shù)量方面，巖石所含烴（幾百ppm）比沉積物所含烴（幾ppm）多2～10倍。從以上烴的特征來看，石油應(yīng)該是晚期生成的。

2．深層作用階段

本階段為石油的成熟階段，是有機(jī)質(zhì)生油階段，進(jìn)入該階段達(dá)到了生油的門限深度和溫度，有機(jī)質(zhì)發(fā)生裂解，即干酪根逐漸熱降解，低分子烴大量生成，烴類成熟度逐漸增加。此階段有機(jī)質(zhì)呈分散狀態(tài)存在于巖石中，因此，干酪根的裂解伴隨著粘土催化作用，這個(gè)階段是生油的熱催化生油階段，產(chǎn)物是干酪根大量演化成液態(tài)烴。本成巖階段的后期，隨著溫度的進(jìn)一步升高，熱催化優(yōu)勢逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃呀鈨?yōu)勢，產(chǎn)生裂解凝析氣是本階段的次要成烴作用。按物理化學(xué)條件和生成物的產(chǎn)物將本階段分為二個(gè)成礦期：（1）熱催化生成油氣作用階段（催化作用－低成熟）深度約為1000～4000m。溫度50～150°C，有機(jī)質(zhì)成油主要因素是熱催化作用。

干酪根向低分子單體物質(zhì)轉(zhuǎn)化。在溫度逐漸增高的條件下，干酪根依次斷開雜原子鍵（O、N、S）和C－C鍵，生成CO2、CH4、NH3、H2S等揮發(fā)物和較低的可溶有機(jī)質(zhì)（包括烴類），這些產(chǎn)物的釋放，使干酪根的數(shù)量減少，H/C和O/C原子比降低，聚縮程度增強(qiáng)，反射率升高，顏色變深。此時(shí)，產(chǎn)生的烴類已經(jīng)成熟，在化學(xué)結(jié)構(gòu)上同原始有機(jī)質(zhì)有明顯的區(qū)別，而與石油很相似。該階段的烴類特征是碳原子數(shù)及分子量遞減，奇數(shù)碳優(yōu)勢消失，環(huán)烷烴及芳香烴碳原子數(shù)也遞減，曲線由雙峰變?yōu)閱畏?，多環(huán)或多環(huán)芳核的化合物也顯著減少。晚期成油學(xué)說指的就是這一個(gè)階段。

（2）熱裂解生成凝析氣階段（碳化作用－高成熟）進(jìn)入成巖演化的后生作用階段后期，深度為4000～6000m，溫度為150～200°C，該溫度超過了烴類物質(zhì)的臨界溫度。臨界溫度：是氣態(tài)物質(zhì)維持液相的最高溫度。超過臨界溫度無論施加多大壓力，氣體也不可液化。進(jìn)入該階段，烴類物質(zhì)的C－C鍵裂解，生成大量的濕氣和凝析氣，液態(tài)烴量減少，C25以上的高分子正烷烴含量趨于零，只有少量的低碳數(shù)的環(huán)烷烴和芳香烴，低分子正烷烴劇增，產(chǎn)物是CH4及氣態(tài)同系物，它們在地下是氣體，采到地面后，由于溫度、壓力降低，凝結(jié)為液態(tài)的輕質(zhì)油，成為凝析油。主要反應(yīng)是熱裂解反應(yīng)，主要產(chǎn)物是凝析油和濕氣。

3．準(zhǔn)變質(zhì)作用階段（高溫、高壓生氣階段－過成熟階段）深度>6000m，溫度>200°C，以高溫、高壓為特征，有機(jī)物和已生成的石油發(fā)生強(qiáng)烈的裂解，由于H的消耗，干酪根H/C原子比很低，生油潛力枯竭，當(dāng)H/C<0.45時(shí)，無液態(tài)烴生成；當(dāng)H/C<0.3時(shí)，接近于甲烷生成的最低限。該階段上部可含甲烷族氣態(tài)同系物；下部是干氣甲烷。有機(jī)質(zhì)釋放出甲烷后，本身進(jìn)一步聚縮，最終將成為石墨。

以上各階段是連續(xù)過渡的，相應(yīng)的反應(yīng)和產(chǎn)物是可以疊置交錯(cuò)的，況且生成烴類的有機(jī)質(zhì)類型不同，實(shí)際上不可能用統(tǒng)一的指標(biāo)作出截然的劃分。

總之，石油烴的絕大部分是在有機(jī)質(zhì)成熟階段產(chǎn)生的，液態(tài)烴相始終存在于65～150°C之間，晚期成油說和干酪根生油說指的就是這個(gè)階段。蒂索曾指出，最適合于石油生成的深度為2000～3000m，但并不是說2000m以前及3000m以后就不能形成石油。最適合生成天然氣的深度是3000～4000m，雖然在較淺的地方也有相當(dāng)多的天然氣形成。第五節(jié)生油巖

一．概述

1．概念生油巖：產(chǎn)生并足以形成工業(yè)性油、氣聚集之烴類的細(xì)粒沉積。

生油巖系：相同的地質(zhì)背景下和一定的地史時(shí)期中，形成的生油巖與非生油巖的巖性組合。含油巖系：生油巖系中儲(chǔ)集層含油。此時(shí)，形成的油藏稱原生油藏。有的含油巖系并非生油巖系，而形成的油藏稱為次生油藏。

2．生油巖類型生油巖主要是低能帶形成的粘土巖和碳酸鹽巖淤泥沉積物質(zhì),它們一般粒細(xì)、色暗,富含有機(jī)質(zhì)和微體生物化石,常含原生分散狀黃鐵礦。（1）泥質(zhì)巖泥巖、頁巖和粘土巖是在一定深度穩(wěn)定水體中形成的，沉積環(huán)境安靜乏氧，浮游生物和陸源有機(jī)膠體隨粘土礦物大量堆積，得以保存并向油氣轉(zhuǎn)化。所以，這些細(xì)粒的粘土巖類富含有機(jī)質(zhì)及低鐵化合物，顏色多為暗色。

（2）碳酸鹽巖以低能環(huán)境下形成的富含有機(jī)質(zhì)的石灰?guī)r、生物灰?guī)r和泥灰?guī)r為主。它們多呈厚層－塊狀，水平層理或波狀層理發(fā)育，含黃鐵礦及生物化石，偶見原生油苗，捶擊可聞到瀝青臭味。我國四川盆地豐富的天然氣資源就是二疊系、三疊系的石灰?guī)r生成的；華南地臺(tái)廣泛發(fā)育的古生代碳酸鹽巖和華北地臺(tái)震旦亞界、下古生界的許多碳酸鹽巖都具有良好的生油條件。二．生油巖的地球化學(xué)指標(biāo)鑒定沉積巖是否能成為生油巖，鑒別生油巖的好壞要有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)包括沉積巖中有機(jī)物質(zhì)的豐富程度、有機(jī)質(zhì)類型和演化程度等地球化學(xué)指標(biāo)。（一）有機(jī)質(zhì)的數(shù)量（有機(jī)質(zhì)豐度指標(biāo)）指巖石種殘留的有機(jī)碳的含量，以單位重量巖石中有機(jī)碳的重量百分?jǐn)?shù)表示。剩余有機(jī)碳是生油層內(nèi)油氣逸散后，巖石中殘留下來的有機(jī)物中碳的含量。是從實(shí)驗(yàn)室所測得的數(shù)值，固而得名。因生油層內(nèi)只有很少一部分殘留下來的有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化成油氣離去，大部分仍殘留在生油層中，并且，碳又是有機(jī)物質(zhì)中所占比例最大、最穩(wěn)定的元素，所以，殘余有機(jī)碳的含量，能夠近似地代表生油巖中有機(jī)質(zhì)的數(shù)量。列為生油巖的下限：泥質(zhì)巖≧0.4％碳酸鹽