石油地質(zhì)學(xué)-第二章

石油地質(zhì)學(xué)第二章石油的成因及生油氣巖

第二章石油的成因及生油氣巖

油氣成因理論研究概況生成油氣的原始物質(zhì)有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化的條件油氣生成的熱演化模式油氣生成的地質(zhì)環(huán)境天然氣的成因類型生油氣巖第一節(jié)油氣成因理論研究概況

油氣的成因是一個(gè)長相爭論的基本理論問題。由于:(1).石油、天然氣是流體，其產(chǎn)出地與生成地往往不一致，受多種因素控制。(2).化學(xué)成分均很復(fù)雜(3).油氣水常常伴生更使油氣成因的研究變得復(fù)雜和困難。人類在長期尋找、勘探和研究油氣的基礎(chǔ)上，提出了各種假說。這些假說又在實(shí)踐中不斷受到檢驗(yàn)、修正和完善，逐步建立起油氣生成的理論。今天的干酪根熱降解成油的理論，基本能說明油氣生成的眾多現(xiàn)象，并在勘探實(shí)踐中取得了顯著的成果，這說明現(xiàn)代油氣成因理論是基本正確的。第一節(jié)油氣成因理論研究概況無機(jī)成因論石油工業(yè)發(fā)展早期，從純化學(xué)角度出發(fā)，認(rèn)為油氣是無機(jī)成因的。無機(jī)成因說大致可歸納為：1、碳化物說（門捷列夫，1876年）：認(rèn)為在地球內(nèi)部水與重金屬碳化物作用，可以產(chǎn)生碳?xì)浠衔铮?FemCn+4mH2O一mFe3O4+C3nH8m地球形成時(shí)期，溫度很高，使碳和鐵變?yōu)橐簯B(tài)，互相作用而形成碳化鐵。由于它們密度較大，保存在地球深處。后來，地表水沿地殼裂隙向下滲透，與碳化鐵作用產(chǎn)生碳?xì)浠衔?，沿著裂隙上升到地殼。有些碳?xì)浠衔锝噶藥r石，形成油頁巖、藻煤及其他含瀝青巖石；有些碳?xì)浠衔镌诘乇砀浇艿窖趸纬傻貫r青等產(chǎn)物；如果碳?xì)浠衔锷仙降貧け容^冷卻的部分，冷凝下來形成石油，并在孔隙性巖層中聚集便可形成油藏。第一節(jié)油氣成因理論研究概況2、宇宙說：索可洛夫，1889年

主張：在地球呈熔融狀態(tài)時(shí)，碳?xì)浠衔锞桶谒臍馊χ?；隨著地球冷凝，碳?xì)浠衔锉焕淠龓r漿吸收，最后，凝結(jié)于地殼中而成石油。

基本論點(diǎn)：1）在天體中碳和氫的儲(chǔ)量很大；2）由碳、氫合成碳?xì)浠衔锸浅霈F(xiàn)在天體發(fā)展的早期階段；3）同其他天體一樣，地球上形成的碳?xì)浠衔锖髞頌閹r漿所吸收；4）當(dāng)巖漿進(jìn)一步冷卻和緊縮時(shí)，包含在其中的碳?xì)浠衔锞脱財(cái)嗔鸦蛄严斗蛛x出來。碳化物說和宇宙說所依據(jù)的由無機(jī)物制成簡單碳?xì)浠衔锏膶?shí)驗(yàn)，至今未找到任何實(shí)地證據(jù)說明在自然界也發(fā)生過這樣的過程。3、巖漿說：庫得梁采夫，1949年認(rèn)為石油的生成同基性巖漿冷卻時(shí)碳?xì)浠衔锏暮铣捎嘘P(guān)。這個(gè)過程是在高壓條件下完成的，因而可以促使不飽和碳?xì)浠衔锞酆隙娠柡吞細(xì)浠衔铩２⑶?，依靠石油才在地球上產(chǎn)生了生物，石油中含有生物所需要的一切化學(xué)元素，因此，不是石油來自有機(jī)物質(zhì)，恰好相反，而是有機(jī)物質(zhì)來源于石油。第一節(jié)油氣成因理論研究概況4、高溫生成說：切卡留克，1971

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：一些礦物在高溫、高壓下可分離出甲烷、乙烷等烴類，因此認(rèn)為油氣是上地幔中的氧化鐵和水反應(yīng)所得。5、蛇紋石化生油說：耶蘭斯基，1966，1971但無機(jī)成因論者的致命點(diǎn)：（1）是脫離了地質(zhì)條件來討論油氣的成因，而且將宇宙中發(fā)現(xiàn)的簡單烴與地球上組成復(fù)雜的石油等同起來。（2）無法解釋世界上已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的油氣田99.9%都分布在沉積巖中。（3）無法解釋為什么石油具有只有生物有機(jī)質(zhì)才有的旋光性，生標(biāo)物等問題，而且石油的旋光性在300℃以上就不存在了，若為無機(jī)成因需要高溫、高壓，石油的旋光性早就消失了。第一節(jié)油氣成因理論研究概況有機(jī)成因論

隨著油氣勘探和生油研究不斷深入，無機(jī)成因論逐步為有機(jī)成因論所代替。有機(jī)成因論的主要論據(jù)：①世界上99.9%以上的石油產(chǎn)于沉積巖區(qū)；而與沉積巖無關(guān)的大片巖漿巖、變質(zhì)巖區(qū)沒有產(chǎn)出石油；少量工業(yè)油流的巖漿巖、變質(zhì)巖都與沉積巖毗鄰；②油氣中先后鑒定出很多與活生物體有關(guān)的生物標(biāo)志化合物；③油氣中烴類與生物體中類脂物、沉積有機(jī)質(zhì)在元素組成、化學(xué)成分及結(jié)構(gòu)上都存在著相似性和連續(xù)性。④實(shí)驗(yàn)室中模擬地下條件，從多種有機(jī)質(zhì)中獲得了烴類。總之，油氣的有機(jī)成因說，由于充分考慮了油氣的生成和產(chǎn)出的地質(zhì)、地球化學(xué)條件。深入對比了油氣及有機(jī)質(zhì)的組成特征，因此，更能說明油氣的成因。為絕大多數(shù)石油地質(zhì)，地球化學(xué)工作者所接受?，F(xiàn)代研究證明，部分天然氣則很可能是無機(jī)成因的。

在油氣生成的機(jī)理和時(shí)間上，亦有早期生成論和晚期生成論之爭。

第一節(jié)油氣成因理論研究概況

早期成油論

主張：油氣是地質(zhì)歷史時(shí)期中生物有機(jī)質(zhì)在還原環(huán)境中轉(zhuǎn)化而來的。

依據(jù)：1）實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，一些生物組分如脂類、蛋白質(zhì)等在一定條件下可以生成烴類；2）在現(xiàn)代沉積物中發(fā)現(xiàn)了液態(tài)烴。Zobell（1945）和史密斯（1952）發(fā)現(xiàn)里海、黑海和墨西哥灣現(xiàn)代沉積物中不但富含有機(jī)質(zhì)，且存在自由的液態(tài)烴類，用放射性碳同位素C14測定了烴的年齡，證明它們是現(xiàn)代生成的，最老的年齡只有1.46萬年；

3）某些細(xì)菌是有機(jī)質(zhì)加氫、去羧基轉(zhuǎn)化為烴類的媒介，這一過程完成于沉積物埋藏不深的階段，說明烴類只能在早期生成；

難點(diǎn)：1）世界上發(fā)現(xiàn)的原生油氣藏幾乎都在上新世（N2）以前；2）現(xiàn)代沉積物中烴類的性質(zhì)與石油不同。第一節(jié)油氣成因理論研究概況現(xiàn)代沉積物中的烴，在性質(zhì)上與石油中的烴差異太大。這表現(xiàn)在：①現(xiàn)代沉積物中缺少C4～C7的輕烴，C8～C13也極少；現(xiàn)代沉積物C2～C7為0.005ppm，C8～C13為1ppm，古代沉積物分別為30ppm和50ppm。②現(xiàn)代沉積物中的正烷烴有明顯的奇碳數(shù)優(yōu)勢，正脂肪酸具有偶碳數(shù)優(yōu)勢，而古代生油巖和原油無此優(yōu)勢。③現(xiàn)代沉積物中很難找到苯、二甲苯等輕芳烴，而它們在石油中則是重要分子。④現(xiàn)代沉積物的可溶有機(jī)質(zhì)中非烴餾份多；而在原油中則以飽和烴及芳烴餾份占優(yōu)勢。⑤現(xiàn)代沉積物經(jīng)細(xì)菌作用后雖能生成少量烴類，但主要是甲烷，C2以上的重?zé)N很少。第一節(jié)油氣成因理論研究概況以上這些都說明：現(xiàn)代沉積物中所發(fā)現(xiàn)的烴，與石油烴有著質(zhì)的區(qū)別。它們要變到石油中的烴，還有很長一段距離的轉(zhuǎn)化路程。石油不可能在現(xiàn)代，在淺處，在沉積早期生成。早期成油論的破產(chǎn)說明，在生油研究中精密的分析手段多么重要。史密斯等人正是沒有使用氣相色譜等先進(jìn)技術(shù)，盡管發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)代沉積物中有液態(tài)烴，但卻沒能找出它們與石油質(zhì)的區(qū)別。因此，兩年后布雷等人一經(jīng)發(fā)現(xiàn)正烷烴的奇碳化勢，早期成油論就破了產(chǎn)。

第一節(jié)油氣成因理論研究概況晚期成油論

早在1964年，蘇聯(lián)人拉爾斯卡婭在研究北高索中新生代生油巖時(shí)即已發(fā)現(xiàn)：生油層埋深＞1200～1500米、地溫超過50～60℃時(shí)，烴類才會(huì)大量生成，瀝青A/C有的比值才會(huì)明顯增大。1965年，美國人菲利皮研究了文圖拉和洛杉機(jī)兩個(gè)盆地中新統(tǒng)生油巖，發(fā)現(xiàn)它們分別在3600米和2400米深處出現(xiàn)烴/C有機(jī)比值的明顯增大；與此同時(shí)，正構(gòu)、異構(gòu)和環(huán)烷烴的組成也發(fā)生了明顯變化，逐漸與石油趨于一致。值得注意的是，兩個(gè)盆地的地溫梯度不同：文圖拉盆地為2.66℃/100米，洛杉礬盆地為3.91℃/100米，烴/C有比值明顯增大的轉(zhuǎn)折點(diǎn)深度也不同（亦即上覆層的厚度和壓力不同），但轉(zhuǎn)折點(diǎn)的溫度卻都是115℃左右。這就證明：油氣的生成主要取決于溫度，而上覆層的壓力作用并不大。根據(jù)兩個(gè)盆地的研究結(jié)果，菲利皮首次提出了“生油層成熟度”的概念和一套判別成熟度的指標(biāo)，并因此而獲得了國際有機(jī)地球化學(xué)協(xié)會(huì)的第一個(gè)“特雷普斯（Tribes）獎(jiǎng)”（為紀(jì)念第一個(gè)發(fā)現(xiàn)原油中的卟啉的地球化學(xué)家而設(shè)）。

第一節(jié)油氣成因理論研究概況晚期成油論的主要依據(jù)：世界油氣的分布有一定的深度范圍，太淺、太深都很少。

第一節(jié)油氣成因理論研究概況據(jù)哈爾布蒂(1970)統(tǒng)計(jì)，全世界266個(gè)“巨型”油田（可采儲(chǔ)量＞5億桶），其產(chǎn)層深度為：產(chǎn)層深度（米）占“巨型”油田總儲(chǔ)量的％<6001600～240086>240013根據(jù)蘭迪斯(1967)統(tǒng)計(jì)，在1949～1965年期間發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)層深度＞4570米的油氣田，其中4/5是凝析氣田和干氣田。世界油氣分布與地溫的關(guān)系更加密切。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上99％的油田，油藏溫度＜148.9℃，其中油藏溫度＜121℃濕氣、凝析油藏溫度121～149℃干氣藏溫度149～177℃工業(yè)性氣藏很少177～204℃無工業(yè)性氣藏＞204℃世界油氣分布的溫度，又隨生油層的年代而變化。

第一節(jié)油氣成因理論研究概況晚期成油論的意義①提出了生油巖“成熟度”的概念；指出石油的生成需要一定的溫度；生油過程有階段性；從而區(qū)分出未成熟生油層與成熟生油層、過成熟生氣層；并且提出了一套劃分成熟度的指標(biāo)；②預(yù)測一個(gè)盆地能找到油還是能找到氣，如是根本沒有成熟生油層，找油希望甚??；③根據(jù)不同演化階段的生油率，更精確地計(jì)算生油量。

第一節(jié)油氣成因理論研究概況干酪根熱降解成油論

依據(jù)：①現(xiàn)代沉積物中干酪根多；古代巖石中干酪根少，因?yàn)橄挠谏墒汀?jù)測定：55個(gè)現(xiàn)代沉積物的干酪根含量為95％～97％；烴類含量65ppm；791個(gè)古代頁巖的干酪根含量為90％；烴類含量300ppm；289個(gè)古代碳酸鹽巖的干酪根含量為65％；烴類含量340ppm；第一節(jié)油氣成因理論研究概況元素組成干酪根瀝青原油變化O，%820.5

脫去O、N、SS，%542.0N，%210.5C，%798384富集C特別富集HH，%61013H/C原子比0.911.451.86

②從干酪根到可溶瀝青到原油，元素組成有規(guī)律地遞變，說明它們之間有成因聯(lián)系。第一節(jié)油氣成因理論研究概況③在自然剖面上可觀察到；隨理深增大、溫度壓力增高，干酪根逐漸因消耗于生油而減少，MAB抽提物也減少，含O、N、S化合物略有增多，特別是到了一定深度，烴類明顯增多，這是干酪根生油的自然實(shí)例。

第一節(jié)油氣成因理論研究概況④實(shí)驗(yàn)室同樣模擬出干酪根生成石油的過程。干酪根在人工加溫?zé)峤到膺^程中，先是生成液態(tài)烴，然后液態(tài)烴裂解，生成氣態(tài)烴。

法國石油研究院人工加熱現(xiàn)代沉積物中的干酪根實(shí)驗(yàn)結(jié)果（以產(chǎn)物占干酪根質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示）加熱溫度℃加熱時(shí)間h干酪根固體殘余物，％液態(tài)烴％氣態(tài)產(chǎn)物％15020025031035041055555592.482.477.965.165.356.51.53.23.86.06.62.76.114.118.328.928.140.8第一節(jié)油氣成因理論研究概況干酪根熱降解成油理論①成巖作用階段早期（在生物化學(xué)作用階段）：各種生物有機(jī)碎片結(jié)合成不同類型的不溶“干酪根”；②在成巖作用階段晚期和深成作用階段早期：隨著溫度升高，干酪根核與核之間或核外的橋鍵，先沿“薄弱環(huán)節(jié)”即O－N一S等極性鍵斷開，然后是脂鏈發(fā)生斷裂；瀝青和烴類脫離干酪根核的束縛，從不溶轉(zhuǎn)入可溶狀態(tài)，“游離”在生油巖中成為“原始”的石油烴和“游離”瀝青組份；③深成作用階段后期和變質(zhì)階段：在更高溫度下，游離瀝青繼續(xù)脫去O—N－S等雜原子，烴類則從長鏈斷裂成短鍵，最終變成CH4氣體；與此同時(shí)，干酪根的核則不斷縮合，最后只剩下碳原子，變成石墨—兩極分化。第一節(jié)油氣成因理論研究概況有機(jī)質(zhì)從沉積、埋藏到轉(zhuǎn)化為油氣，是一個(gè)逐漸轉(zhuǎn)化的過程，在承認(rèn)晚期成油論（干酪根熱降解成油論）的同時(shí)，不能一概否定早期成油論，只不過在生油氣的數(shù)量上可能多少不一，以晚期為主，實(shí)際上，有些地區(qū)油氣還是早期生成的，如柴達(dá)木盆地第四系生物氣藏。

現(xiàn)在看來，液態(tài)石油的成因主要是晚期的，天然氣的生成條件比較寬松，機(jī)制也比較復(fù)雜。第二節(jié)生成油氣的原始物質(zhì)

一、沉積有機(jī)質(zhì)的形成和分布有機(jī)質(zhì)要生成油氣，必須：1）有數(shù)量充足的、品質(zhì)良好的原始生油氣母質(zhì)2）有利于有機(jī)質(zhì)向油氣演化、改造的環(huán)境只有二者兼?zhèn)洌趴赡苌捎蜌?。第二?jié)生成油氣的原始物質(zhì)1、形成：活的生物體：脂類——脂肪酸和醇蛋白質(zhì)——氨基酸碳水化合物——糖木質(zhì)素——芳香酸、酚等有機(jī)物質(zhì)分解中的產(chǎn)物富含活潑官能團(tuán)，如：—OH、—COOH等，因此分解產(chǎn)物相互作用合成新的物質(zhì)是必然的結(jié)果。在演化過程中，有機(jī)質(zhì)中C增加，O減少，芳香核的縮合程度增加，分子量增大，逐漸形成不溶于酸、和堿及有機(jī)溶劑的中性有機(jī)聚合物，這個(gè)過程稱為非溶解作用。

脂類①生物當(dāng)作能源利用，從而參加了生物圈有機(jī)碳的再循環(huán)生物有機(jī)質(zhì)蛋白質(zhì)②經(jīng)過物理一化學(xué)作用而變?yōu)楹唵蔚姆肿?，如CO2、H2O等的化學(xué)組成碳水化合物③進(jìn)入沉積物中形成沉積有機(jī)質(zhì)，沒有經(jīng)歷完全的再循環(huán)和木質(zhì)素物理一化學(xué)分解，占生物原始數(shù)量的極小部分

第二節(jié)生成油氣的原始物質(zhì)

沉積有機(jī)質(zhì)：指來源于活的生物的遺體及其分泌物和排泄物，直接或間接進(jìn)人沉積物中，或經(jīng)過生物降解作用和沉積埋藏作用被掩埋在沉積物中，或經(jīng)過縮聚作用演化生成新的有機(jī)化合物及其衍生物的那部分有機(jī)質(zhì)。

沉積有機(jī)質(zhì)由兩部分組成：1）活的生物體化學(xué)結(jié)構(gòu)的繼承物質(zhì)，包括烷烴、脂肪酸、甾、萜、卟啉等生標(biāo)物；2）非繼承物質(zhì)，生物有機(jī)體分解成簡單的分子，再聚合形成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的高分子物質(zhì)。

第二節(jié)生成油氣的原始物質(zhì)第二節(jié)生成油氣的原始物質(zhì)2、分布：

有機(jī)沉積物3367.9（單位：1013噸）

富集有機(jī)質(zhì)7.9分散有機(jī)質(zhì)3360

煤石油瀝青干酪根烴類分散瀝青70.60.3320060100

干酪根在巖石圈中的數(shù)量，占了有機(jī)質(zhì)的絕大部分，自然界中煤與干酪根重量之比為1：457；石油與干酪根之比為1：5330，可見，干酪根的數(shù)量足以保證全球石油和煤的生成量。第二節(jié)生成油氣的原始物質(zhì)2、分布：有機(jī)質(zhì)在沉積物（巖）中含量變化較大，含量小于10%，90%以上呈分散狀態(tài)存在，極不均衡，與原始生物物質(zhì)數(shù)量、保存條件、沉積物堆積速度、沉積環(huán)境有關(guān)。結(jié)果造成了不同沉積環(huán)境、巖性、時(shí)代的巖石，有機(jī)質(zhì)含量不同。沉積有機(jī)質(zhì)豐度，以有機(jī)碳表示，因?yàn)樵诔练e物中碳含量最大且最穩(wěn)定，單位：kg/t（巖石）。第二節(jié)生成油氣的原始物質(zhì)二、沉積有機(jī)質(zhì)中的干酪根

（一）干酪根（Kerogen）Kerogen：指沉積物不溶于非氧化無機(jī)酸、堿和有機(jī)溶劑的有機(jī)質(zhì)，但在熱解或加氫分解產(chǎn)生烴類物質(zhì)。巖石中可溶于有機(jī)溶劑的部分—瀝青（bitumen）。

據(jù)Durand（1980）估算，沉積巖中干酪根總量1016t化石燃料資源量：石油：4?1011t天然氣：2?1011t煤：1013t油頁巖：1012t地瀝青：3?1011t有機(jī)頁巖：1014t因此，干酪根總量大于化石燃料1000倍，是充足的。第二節(jié)生成油氣的原始物質(zhì)（二）元素組成占沉積有機(jī)質(zhì)的95%±，細(xì)軟粉末，暗棕到黑色。為高分子聚合物，C為主，H、O次之，少量S、N等。C：70～85％，H：3～10％，O：3～20％。類似于石油中的膠質(zhì)和瀝青質(zhì)，但縮合程度更高，分子量也更大。沒有一定組成，只有一個(gè)組成范圍。如有人測定過美國湖相始新統(tǒng)綠河頁巖干酪根的分子式約為：C235H397O13N3S5（分子量為3627）。干酪根類型不同，成熟度不同，元素組成變化也很大。第二節(jié)生成油氣的原始物質(zhì)（三）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，環(huán)狀結(jié)構(gòu)，三維網(wǎng)狀系統(tǒng)，由多個(gè)核被橋鍵和官能團(tuán)連接而成。（三）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，環(huán)狀結(jié)構(gòu)，三維網(wǎng)狀系統(tǒng)，由多個(gè)核被橋鍵和官能團(tuán)連接而成。顯微組分生物來源透射光反射光熒光掃描電鏡藻質(zhì)體藻類透明，黃色、淡黃色、黃褐色深灰色，微突起，有內(nèi)反射強(qiáng)，鮮黃色、黃褐、綠黃色橢圓、外緣不規(guī)則，外表蜂窩狀群，見黑色斑點(diǎn)無定形富氫水生生物、藻、細(xì)菌、陸生植物殼質(zhì)體透明—半透明，從鮮黃、褐黃棕灰色表面粗糙，不顯突起較強(qiáng)，黃色、灰黃、棕色

不均勻絮狀、團(tuán)塊狀、花朵狀、顆粒狀貧氫陸生植物的木質(zhì)素、纖維素暗，近黑色灰、白色，微突起弱或無熒光殼質(zhì)組植物孢子花粉、角質(zhì)、樹脂、蠟、木栓質(zhì)體透明，輪廓清楚，黃、綠黃、橙黃、褐黃色深灰色，具突起中等，黃綠、橙黃、褐黃色外形特殊，輪廓清楚，常保留植物構(gòu)鏡質(zhì)組植物結(jié)構(gòu)和無結(jié)構(gòu)木質(zhì)纖維部分透明—半透明，棕紅、桔紅、褐紅色灰色，無突起，中反射率弱熒光，褐色、鐵銹色棱角狀、棒狀、枝狀惰質(zhì)組炭化的木質(zhì)纖維部分，真核不透明，黑色白色，高突起，高反射率無熒光棱角狀、棒狀、顆粒狀（四）、類型：

1、干酪根顯微組分特征第二節(jié)生成油氣的原始物質(zhì)第二節(jié)生成油氣的原始物質(zhì)腐泥型（南陽，魏134井，?500腐植-腐泥型（南陽，魏135井，?500腐植型（撫順，長煙煤，?250第二節(jié)生成油氣的原始物質(zhì)

ST1-2

寒武系

黑色泥巖

粒絮狀集合體ST2-1寒武系

黑色泥巖

無定形、絮片狀

QT5-1S黑色泥巖粒絮狀集合體QT7-4SS灰色泥巖粒狀與桿狀鏡質(zhì)體掃描電鏡特征第二節(jié)生成油氣的原始物質(zhì)2、H/CO/C，可分為三類

Ⅰ型干酪根：單細(xì)胞藻類（海藻）殘?bào)w組成，富含脂類化合物，H/C(hydrogencarbonratio)高，O/C低，鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)為主，少環(huán)芳烴，含氧官能團(tuán)，生成液態(tài)石油潛力大，油頁巖屬此類。典型腐泥質(zhì)類型。

Ⅱ型干酪根：介于Ⅰ、Ⅲ之間，過渡性，來源于海洋飄浮植物及浮游動(dòng)物，生油氣潛能介于二者之間。

Ⅲ型干酪根：源于富木質(zhì)素和碳水化合物的高等陸源植物碎屑形成的，河流搬運(yùn)至海、湖三角洲或大陸邊緣，H/C低，O/C高，芳香結(jié)構(gòu)為主，生油潛力小，天然氣的主要母質(zhì)。典型腐殖質(zhì)類型第三節(jié)油氣生成的地質(zhì)環(huán)境

沉積有機(jī)質(zhì)向油氣演化的過程是有機(jī)質(zhì)不斷的去氧、加氫、富集碳的過程。這個(gè)過程需要一定的地質(zhì)條件,它們是：一、油氣生成需要的基本地質(zhì)條件(一).必須具有足夠數(shù)量和一定質(zhì)量的原始有機(jī)物質(zhì)--生油母質(zhì)--基礎(chǔ)；(二).沉積物必須具有一定的堆積速度--只有這樣，才能使沉積有機(jī)質(zhì)迅速埋藏、保存以勉遭受氧化，形成還原環(huán)境（reducingenvironments）。(三).必須具有長期穩(wěn)定下沉的構(gòu)造環(huán)境，才能使沉積物不斷得到補(bǔ)償，不斷增加埋藏深度，造成沉積有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化所需要的溫度。二、有利于油氣生成的構(gòu)造條件(一).根據(jù)板塊學(xué)說：地殼上板塊的邊緣活動(dòng)帶、板塊內(nèi)部的裂谷、坳陷以及造山帶的前陸盆地、山間盆地等大地構(gòu)造部位，是在地質(zhì)歷史時(shí)期中曾經(jīng)發(fā)生長期持續(xù)下沉的地區(qū)，是地殼上油氣資源最主要的分布地區(qū)。(二).沉積盆地中處于長期持續(xù)穩(wěn)定下沉的沉積坳陷是含油氣盆地內(nèi)最有利的生油凹陷，是因?yàn)椋?．坳陷中沉積物厚度最大，埋藏深度最大，地溫較高；2．坳陷中水體最深，沉積物以細(xì)粒為主，是生油巖最發(fā)育的地區(qū)；3．沉積盆地中的坳陷區(qū)下沉快，沉積物補(bǔ)償快，形成還原環(huán)境，有利于沉積有機(jī)質(zhì)的保存和油氣轉(zhuǎn)化。（三）盆地的下沉速度與沉積物沉積速度大致相當(dāng)，持久保持還原環(huán)境。

第三節(jié)油氣生成的地質(zhì)環(huán)境三、油氣生成的巖相古地理?xiàng)l件形成沉積有機(jī)質(zhì)的主要場所是海洋、湖泊。1.淺海大陸架(continentalshelf)是浮游生物最發(fā)育的海洋環(huán)境。水體寧靜，水深不超過200米，陽光充足，溫度適宜,因此是生物繁衍最有利的地區(qū)，保存好。2.海灣和瀉湖(lagoon)由于群島、半島、堤壩或生物礁的阻止，使其與海洋隔離，含氧海水不易進(jìn)入，形成封閉、半封閉環(huán)境，對沉積有機(jī)質(zhì)的形成、保存有利，如:三大灣.3.三角洲地區(qū)(delta)是海洋和陸地交匯的地區(qū)。原地生長的海生生物發(fā)育，河流搬運(yùn)來自陸地，陸源有機(jī)質(zhì)豐富，故生油母質(zhì)非常充足。4.大陸環(huán)境下的湖泊(lacustrine)中，深水湖相—半深水湖相是陸相盆地中油氣生成最有利的地區(qū)。

第四節(jié)有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化的能源條件

一、細(xì)菌（bacteria）微生物（microbials），在咸水、淡水中均有，包括：喜氧細(xì)菌（aerobicbacteria）通氧細(xì)菌厭氧細(xì)菌（anaerobicbacteria）—對石油生成最有意義，游離氧不存在。在隔氧條件下，有機(jī)質(zhì)的大分子被分解，ONS被分離，使CH富集—有機(jī)化合物—分解、聚合—穩(wěn)定干酪根，伴有部分甲烷、CO2、H2作用：促進(jìn)作用，在早期階段顯著。二、溫度與時(shí)間地球是一個(gè)地溫場，在地殼中的溫度由內(nèi)向外逐漸降低，因此，隨著埋藏深度增加，溫度增加。大量實(shí)驗(yàn)和野外觀察表明：1）對沉積巖中的干酪根加熱后，才能生成石油；2）低溫下，干酪根生成液態(tài)烴和揮發(fā)組分量少，只有達(dá)到一定溫度，才能大量生成，隨著溫度再增高，生成烴的量減少，且主要是氣。3）烴含量隨深度變化不同階段不一樣，低溫下速度慢，到一定溫度快。第四節(jié)有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化的能源條件文圖拉和洛杉機(jī)兩個(gè)盆地中新統(tǒng)生油巖，發(fā)現(xiàn)它們分別在3600米和2400米深處出現(xiàn)烴/C有機(jī)比值的明顯增大；兩個(gè)盆地的地溫梯度不同：文圖拉盆地為2.66℃/100米，洛杉礬盆地為3.91℃/100米，烴/C有比值明顯增大的轉(zhuǎn)折點(diǎn)深度也不同（亦即上覆層的厚度和壓力不同），但轉(zhuǎn)折點(diǎn)的溫度卻都是115℃左右。這就證明：油氣的生成主要取決于溫度，而上覆層的壓力作用并不大。門限溫度：有機(jī)質(zhì)開始大量轉(zhuǎn)化成石油的溫度。達(dá)到門限溫度的深度叫成熟點(diǎn)。一般地，50~120℃作為石油門限溫度范圍。不同沉積盆地，不同層位，門限溫度不同。與有機(jī)質(zhì)類型、埋藏時(shí)間有關(guān)。松遼盆地3.1~4.8℃/100m加瓦爾油田（中東）5.1℃/100m（世界第一大油田）但是，不是溫度越高越好。太高，石油裂解成氣態(tài)烴；太低，生油速度太慢。第四節(jié)有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化的能源條件4）干酪根生成烴類符合化學(xué)動(dòng)力學(xué)的一級(jí)反應(yīng)，用阿侖尼烏斯方程表示。溫度是影響油氣生成的主要控制因素。時(shí)間與溫度相互補(bǔ)償。一般沉積盆地越老，門限溫度越低。上述公式適用于連續(xù)沉降且均勻沉積的盆地，有機(jī)質(zhì)的受熱史與地層的埋藏史有關(guān)，只有二者結(jié)合，才能算出總成熟度效應(yīng)，目前多用TTI值。只要已知E、A、H、沉積速度、地溫梯度，則可算出TTI值，但一般E、A不易求得，近似計(jì)算。如Waples法，認(rèn)為溫度每增高10℃，化學(xué)反應(yīng)速度增加一倍。第四節(jié)有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化的能源條件式中：TTI—時(shí)間t時(shí)的TTI值；T(H,t)—古地溫。P60表2—6

鏡質(zhì)體反射率Ro與TTI值的關(guān)系式：Ro=0.2TTI<0.3Ro=(logTTI＋1.28)/3.80.3TTI10Ro=(logTTI＋0.69)/2.8210TTI30Ro=(logTTI－0.14)/1.7430TTI75Ro=(logTTI－0.67)/1.275TTI300Ro=(logTTI－1.01)/0.98300TTI2000Ro=(LogTTI－1.59)/0.732000TTI6000Ro=(logTTI－2.09)/0.576000TTI40000

第四節(jié)有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化的能源條件未成熟低成熟成熟成熟晚期高成熟期過成熟期第四節(jié)有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化的能源條件三、催化劑一定的促進(jìn)作用。破壞原始結(jié)構(gòu)，分子重新分布—穩(wěn)定的烴類物質(zhì)1、

粘土礦物（吸附性）：蒙脫石比表面大，催化能力最強(qiáng)；伊利石次之；高嶺石最弱；250℃對油酸的催化實(shí)驗(yàn)表明：粘土：油酸=2：1增加到3：1時(shí)，烴產(chǎn)率從20%增加到36%。2、酵母素：由動(dòng)植物，微生物產(chǎn)生，在有機(jī)質(zhì)分解早期有重要意義。四、放射性UThK放射性元素，粘土巖（泥、頁巖）、碳酸鹽巖中有一定的富集?？偨Y(jié)：1細(xì)菌的作用主要發(fā)生在沉積物埋藏不深、溫度不是很高的情況下；2放射性作用不斷提供游離氫的來源，但并非必要；3溫度與催化劑在成油過程中起著重要作用，溫度與時(shí)間互為補(bǔ)償。第五節(jié)油氣生成的熱演化模式第五節(jié)油氣生成的熱演化模式第五節(jié)油氣生成的熱演化模式

一般生烴模式1.生物甲烷氣階段——成巖階段主要特點(diǎn)：以低溫、低壓和微生物生物化學(xué)作用為主。有機(jī)質(zhì)未成熟，Ro<0.5%，沒有大量轉(zhuǎn)化為烴類。產(chǎn)物：主要形成的烴是甲烷，在有利的保存條件下也可形成生物氣藏。有少量的烴類來自于活生物體，大部分為C15+重?zé)N，具特征結(jié)構(gòu)，為生物標(biāo)志化合物。原始的干酪根組成取決于有機(jī)質(zhì)的類型及細(xì)菌改造的程度，在成巖階段后期雜原子鍵斷裂，形成CO2和H2O以及一些高分子量的雜原子化合物，如膠質(zhì)、瀝青質(zhì)。成巖階段后期也可形成一些非生物成因的熱降解天然氣及未成熟油。第五節(jié)油氣生成的熱演化模式2.石油形成階段

生油主帶：隨著溫度持續(xù)上升，有機(jī)質(zhì)開始成熟，當(dāng)達(dá)到門限值時(shí)，干酪根便在熱催化下大量裂解形成液態(tài)烴及一定量的氣體，這是生油的主要階段。新生的烴具有中到低分子量，沒有特征的結(jié)構(gòu)及特殊的分布，它們數(shù)量不斷增加，逐漸稀釋了繼承性的生物標(biāo)志化合物。

按照形成的原油組成，可以將其分為低成熟原油，成熟原油。石油成熟度愈低，非烴組分愈豐富，重質(zhì)烴比例愈高，繼承性的生物分子多，原油比重大。成熟度高的原油，由于干酪根和已形成的重質(zhì)烴繼續(xù)裂解，形成了更多的輕質(zhì)烴，非烴組分大大減少，石油比重變輕。

凝析油和濕氣帶：在高溫下C—C鍵斷裂更快，剩余的干酪根和已經(jīng)形成的重?zé)N繼續(xù)熱裂解，輕烴（C1—C8）比例迅速增加。在地層溫度和壓力超過烴類相態(tài)轉(zhuǎn)變的臨界值時(shí)，這些輕質(zhì)烴就會(huì)發(fā)生逆蒸發(fā)，反溶解于氣態(tài)烴中，形成凝析氣和更富含氣態(tài)烴的濕氣。這是高成熟階段，凝析油也主要形成于該階段。

第五節(jié)油氣生成的熱演化模式3.熱裂解甲烷氣階段——準(zhǔn)變質(zhì)階段經(jīng)過上述的深成階段，干酪根上絕大部分可以斷裂的側(cè)鏈和基團(tuán)基本消失，已不再具有形成長鏈液態(tài)烴的能力。殘余的少量烷基鏈，尤其是已經(jīng)形成的輕質(zhì)液態(tài)烴在高溫下繼續(xù)裂解形成大量的最穩(wěn)定的甲烷。干酪根的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步縮聚形成富碳的殘余物質(zhì)。因此，該階段也稱為干氣階段。

注意：一般生烴模式，往往不能全面地概括各地區(qū)不同生油母質(zhì)生油巖的成烴特征。因此，20世紀(jì)80年代有許多學(xué)者利用更多的資料，試圖突破“一般生烴模式”的示意性質(zhì)，提出不同類型干酪根或烴源巖的成烴模式。

第五節(jié)油氣生成的熱演化模式第五節(jié)油氣生成的熱演化模式第六節(jié)天然氣的成因類型第六節(jié)天然氣的成因類型第六節(jié)天然氣的成因類型一、無機(jī)成因氣（一）火山氣：與火山噴發(fā)有關(guān)的氣體.包括噴出氣、高溫氣、溫泉?dú)狻＃ǘr漿氣：巖漿活動(dòng)過程中，由于化學(xué)作用形成的氣體。（三）變質(zhì)巖氣：在變質(zhì)過程中，由于化學(xué)作用形成的氣體。（四）宇宙氣：宇宙空間由于核反應(yīng)、放射性作用及化學(xué)反應(yīng)生成的氣體

（五）無機(jī)鹽類分解氣：沉積巖中無機(jī)鹽類分解產(chǎn)生的氣體。如：碳酸鹽巖分解產(chǎn)生的CO2，硫酸鹽巖還原產(chǎn)生的H2S氣體。

第六節(jié)天然氣的成因類型二、有機(jī)成因氣（一）生物化學(xué)氣：還原環(huán)境下，溫度<75度，細(xì)菌分解有機(jī)質(zhì)產(chǎn)生的CH4氣體。（二）煤型氣：凡與煤系有機(jī)質(zhì)(包括煤層和煤系地層中的分散有機(jī)質(zhì))熱演化有關(guān)的天然氣。（三）油型氣：與成油有關(guān)的Kerogen在熱演化過程中達(dá)到成熟、高成熟、過成熟階段所生成的天然氣。分為：1.石油伴生氣(濕氣)2.凝析油伴生氣3.腐泥型裂解氣

三、天然氣成因類型綜合判識(shí)（一）、有機(jī)甲烷（生物成因）和無機(jī)甲烷（非生物成因）的鑒別1、甲烷碳同位素：甲烷氣體的δ13C1值分布范圍很寬。一般而言，無機(jī)成因甲烷的δ13C1值要比有機(jī)成國甲烷大得多。前者δ13C1值都在-30‰以上，后者δ13C1值除一些特殊情況外，一般都小于－30‰，目前世界上已知的有機(jī)甲烷δ13C1值最重者都出現(xiàn)在煤層甲烷樣品中，但均不超過-10‰，所以，幾乎可以肯定，δ13C1值大于-10‰者為無機(jī)成因甲烷。第六節(jié)天然氣的成因類型第六節(jié)天然氣的成因類型第六節(jié)天然氣的成因類型在-30‰<δ13C1<－10‰的區(qū)間內(nèi)，有機(jī)成因甲烷與無機(jī)成因甲烷都有分布。但對于有機(jī)甲烷而言，只有高成熟和過成熟的煤成氣（包括煤層甲烷）δ13C1值才大于-30‰。戴金星（1993）指出，用上圖所示的甲烷碳同位素組成與甲烷含量圖版可以很容易區(qū)別有機(jī)煤成氣甲烷與無機(jī)甲烷。2、地質(zhì)的方法：無機(jī)甲烷多與地?zé)釁^(qū)、火山區(qū)和洋中脊有關(guān)，即直接與巖漿活動(dòng)有關(guān)。煤成甲烷氣則產(chǎn)出自煤系或煤盆地之中。此外，無機(jī)成因甲烷氣中CO2較多，常含N2，He。第六節(jié)天然氣的成因類型（二）、有機(jī)成因烴氣組分的進(jìn)一步鑒別1、生物氣甲烷

生物氣甲烷的鑒別主要標(biāo)志是其碳、氫同位素的組成。據(jù)世界范圍生物氣甲烷的碳同位素組成數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，具有工業(yè)價(jià)值的生物氣藏的δ13C1分布范圍為-55‰～-85‰，明顯富集輕碳同位素，組成主要以甲烷為主。另外，生物氣甲烷不與油伴生，這是判別生物氣甲烷的重要地質(zhì)依據(jù)。第六節(jié)天然氣的成因類型2、油型烴氣與煤成烴氣的判別

a、甲烷碳同位素組成判別法。不論是油型甲烷，還是煤型甲烷，δ13C1值都有隨母巖成熟度增加而增大的特點(diǎn)，而且有可以相對確定的變化區(qū)間。我國學(xué)者戴金星等等給出的判別方程如下：煤型甲烷：δ13C1=14.12lgRo－34.39油型甲烷：δ13C1=15.80lgRo－42.20第六節(jié)天然氣的成因類型

b、C1－C4烷烴系列的單體烴同位素組成判別法。有機(jī)成因的C1－C4烷烴系列同位素組成有這樣的規(guī)律：同源同期的烷烴氣中，隨碳數(shù)增加，δ13C1值增大，即：δ13C1<δ13C2<δ13C3<δ13C4在成熟度相當(dāng)時(shí)，煤型烷烴的C1－C4系列同位素組成一般都重于油型烷烴的對應(yīng)組分。第六節(jié)天然氣的成因類型第六節(jié)天然氣的成因類型烷烴氣單體烴同位素δ13C1<δ13C2<δ13C3<δ13C4的變化規(guī)律，有時(shí)會(huì)發(fā)生某個(gè)組分的逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象，或稱倒轉(zhuǎn)。戴金星（1990）認(rèn)為，導(dǎo)致C1－C4單體烴同位素組成變化規(guī)律倒轉(zhuǎn)的原因有：①有機(jī)烴氣與無機(jī)烴氣的混合；②煤型氣與油型氣的混合；③同型不同源氣的混合或同源不同期氣的混合；④烷烴氣全部或某些組分被細(xì)菌氧化；⑤地溫增高。

第六節(jié)天然氣的成因類型c、C4－C10輕烴指紋和組成判別法。輕烴術(shù)語源出石油化學(xué)，是指沸程在200以前的汽油餾分，主要為C4－C10的化合物。這與天然氣中伴生凝析油和輕質(zhì)油的碳數(shù)范圍相近。所有的天然氣，包括濕氣、凝析氣和干氣，都可通過低溫或吸附的方法進(jìn)行重?zé)N濃縮，獲得或多或少的輕烴，其中包含正烷烴、環(huán)烷烴、芳烴及其同分異構(gòu)體有上百個(gè)化合物。

第六節(jié)天然氣的成因類型在C7輕烴化合物的組成中，一般正庚烷的含量主要反映藻類和細(xì)菌生烴的貢獻(xiàn)，甲基環(huán)己烷主要反映高等植物的木質(zhì)素和纖維素的貢獻(xiàn)，二甲基環(huán)戊烷主要來源于水生生物的類脂化合物，因此采用這三個(gè)化合物組成的三角圖可以區(qū)分不同成因的油氣。

第六節(jié)天然氣的成因類型源于腐泥母質(zhì)的輕烴組分中富含正構(gòu)烷烴源于腐植母質(zhì)的輕烴組分中則富含異構(gòu)烷烴和芳香烴，利用不同母質(zhì)所生成輕烴的這些特征，可以鑒別與之同生油型氣和煤成氣。第六節(jié)天然氣的成因類型除氣體同位素組成和成分組成的判別方