第五章第五章 石油和天然气的成因与生油岩石油和天然气的成因与生油岩•石油成因概述石油成因概述•石油成因的现代理论石油成因的现代理论•天然气的成因天然气的成因•生油岩生油岩•石油的地球化学对比石油的地球化学对比 §1 §1 石油成因概述石油成因概述一．无机成因说一．无机成因说 主张主张：石油是由自然界中的无机物化合而成的，：石油是由自然界中的无机物化合而成的，与有机物质无关与有机物质无关 “碳化说碳化说” （门捷列夫，（门捷列夫，1876）） 宇宙成因说宇宙成因说（索科洛夫，（索科洛夫，1889）） 岩浆说岩浆说（库德梁采夫，（库德梁采夫，1950s）） 高温生油说高温生油说（切卡留克，（切卡留克，1971）） 致命要害致命要害：解释不了为什么世界上：解释不了为什么世界上90%以上的以上的石油都埋藏在沉积岩中，为什么石油具有只有生石油都埋藏在沉积岩中，为什么石油具有只有生物有机质才有的旋光性、生物标志化合物等问题物有机质才有的旋光性、生物标志化合物等问题实验室合成生成的仅是一些烃分子，远不是代表实验室合成生成的仅是一些烃分子，远不是代表油、气本身的复杂混合物。
油、气本身的复杂混合物 发展趋势发展趋势：如根据对塔里木、准噶尔盆地干酪根、：如根据对塔里木、准噶尔盆地干酪根、沥青的沥青的Pb、、Sr、、Nd（（铌）同位素地化研究，认为铌）同位素地化研究，认为干酪根为壳源，沥青则为幔源干酪根为壳源，沥青则为幔源4646亿年前宇宙大爆炸亿年前宇宙大爆炸亿年前宇宙大爆炸亿年前宇宙大爆炸与地球的形成与地球的形成与地球的形成与地球的形成 二．早期有机成油说二．早期有机成油说 主张主张：石油是地质历史时期中：石油是地质历史时期中生物有机质生物有机质在在还原环境还原环境中转化而成的，且形成于沉积物成中转化而成的，且形成于沉积物成岩作用的岩作用的早期早期 依据依据：：A A．．实验发现，一些生物组分如类实验发现，一些生物组分如类脂物、蛋白质、碳水化合物在一定条件下都可脂物、蛋白质、碳水化合物在一定条件下都可生成烃类；生成烃类； B B．．在现代或近代的沉积物中，观察到有机质向烃类在现代或近代的沉积物中，观察到有机质向烃类的转化；的转化；C C．．某些细菌是有机物质加氢、去羧基转化某些细菌是有机物质加氢、去羧基转化为类石油物质的媒介，而这一过程完成于沉积物埋为类石油物质的媒介，而这一过程完成于沉积物埋藏不深的阶段，说明烃类只能在成岩早期生成。
藏不深的阶段，说明烃类只能在成岩早期生成难点难点：：a. a. 世界上发现的原生油气藏几乎都在上新世世界上发现的原生油气藏几乎都在上新世(N(N2 2) )以前；以前；b. b. 现代沉积中的烃类性质与真正的石油现代沉积中的烃类性质与真正的石油不同：以甲烷为主，缺乏不同：以甲烷为主，缺乏C C2-82-8重烃；正烷烃分布曲线重烃；正烷烃分布曲线上具奇数碳优势，而石油中奇偶碳几乎相等上具奇数碳优势，而石油中奇偶碳几乎相等 三．晚期有机成因说三．晚期有机成因说 1960s1960s以来，由于分析手段的提高和认识水平的以来，由于分析手段的提高和认识水平的飞跃，晚期有机成油学说逐渐占了上风飞跃，晚期有机成油学说逐渐占了上风通过对生通过对生油剖面的详细研究表明，只有当含有丰富有机质的油剖面的详细研究表明，只有当含有丰富有机质的沉积物沉积物( (称为母岩称为母岩/ /源岩源岩) )被埋藏到一定温度和深度被埋藏到一定温度和深度时，有机质才会显著地产生大量石油烃时，有机质才会显著地产生大量石油烃 AbelsonAbelson（（1963)1963)提出，石油是沉积物提出，石油是沉积物( (岩岩) )中的不溶中的不溶有机质有机质( (称为干酪根称为干酪根KerogonKerogon) )在成岩作用晚期，经在成岩作用晚期，经过热解生成的。
过热解生成的 这一理论目前已经成为这一理论目前已经成为石油生成的主流学说石油生成的主流学说 总结：总结：▲▲ 应该看到，原始有机质从沉积，埋藏到转化为石应该看到，原始有机质从沉积，埋藏到转化为石油和天然气，是一个油和天然气，是一个逐渐演化的过程逐渐演化的过程，在承认晚期成，在承认晚期成油起主要作用的同时，也不能一概否定早期成油的影油起主要作用的同时，也不能一概否定早期成油的影响，如未响，如未/ /低熟油▲▲ 现在看来，液态石油的成因主要是晚期成因，而现在看来，液态石油的成因主要是晚期成因，而天然气的成因条件较为宽松，成因机制也多种多样天然气的成因条件较为宽松，成因机制也多种多样 §2 §2 石油成因的现代理论石油成因的现代理论一、成油的原始物质一、成油的原始物质——干酪根干酪根( (一一) )沉积有机质的形成和分布沉积有机质的形成和分布 有机学说的有机学说的核心核心核心核心就是石油起源于生物物质就是石油起源于生物物质 其生物化学组成：其生物化学组成：类脂物、碳水化合物、蛋白质、木质素类脂物、碳水化合物、蛋白质、木质素 活的有机体死亡后，其活的有机体死亡后，其分解过程可有三种途径分解过程可有三种途径：： 沉积有机质由两部分组成沉积有机质由两部分组成：一部分是保留原先活的有：一部分是保留原先活的有机体化学结构的机体化学结构的继承性物质继承性物质，如地球化学化石或生物标记，如地球化学化石或生物标记化合物；另一部分是化合物；另一部分是非继承性物质非继承性物质，即原有机体分解成简，即原有机体分解成简单低分子，再聚合成结构复杂的高分子物质。
单低分子，再聚合成结构复杂的高分子物质 有机质是沉积物中的常见成分，但它的含量变化很大，有机质是沉积物中的常见成分，但它的含量变化很大，90%90%以上的沉积有机质呈分散状态存在于沉积物之中，一般含以上的沉积有机质呈分散状态存在于沉积物之中，一般含量量＜＜10%10%，，在暗色泥岩中为在暗色泥岩中为0.80.8～～2%2% 沉积物中有机质的含量与生物物质的产量、原始有机质的沉积物中有机质的含量与生物物质的产量、原始有机质的保存条件、堆积速度以及沉积物的粒度等因素有关保存条件、堆积速度以及沉积物的粒度等因素有关表5—1 不同沉积物中的有机碳分布 ( (二二) ) 干酪根干酪根 干酪根干酪根( (kerogenkerogen) ) ：：沉积岩中不溶于碱、非氧化型沉积岩中不溶于碱、非氧化型酸和有机溶剂的分散有机质酸和有机溶剂的分散有机质 沉积岩中的沉积岩中的有机质可以分为有机质可以分为两部分，不溶的两部分，不溶的干酪根与可溶的干酪根与可溶的沥青，沥青，后者包括后者包括烃类、胶质和沥烃类、胶质和沥青质等 随深度增随深度增加，干酪根含加，干酪根含量的减少与可量的减少与可溶烃含量增加溶烃含量增加的对应关系密的对应关系密切切——揭示了揭示了二者间的内在二者间的内在联系。
联系 1 1．干酪根的成分和结构．干酪根的成分和结构 高分子聚合物高分子聚合物，没有固定的化学成分，分子，没有固定的化学成分，分子式可用式可用[ [C C1212H H1212ONON0.160.16S S0.430.43] ]x x表示 五种元素的重量百分比平均为：五种元素的重量百分比平均为：C C－－76.4%76.4%，，H H－－6.3%6.3%，，O O－－11.1%11.1%，，S S－－3.65%3.65%，，N N－－2.02%2.02% 干酪根在结构上是一种复杂的三维大分子干酪根在结构上是一种复杂的三维大分子，，它有很多结构单元它有很多结构单元( (核核) )，多个核通过桥键相联结，，多个核通过桥键相联结，在桥和核上都可能具有官能团在桥和核上都可能具有官能团 2.2.干酪根的数量干酪根的数量 干酪根约占总有机质的干酪根约占总有机质的8080～～90%90%，是沉积有，是沉积有机质的主体机质的主体 根据杜朗根据杜朗(1980)(1980)估算，沉积岩中干酪根总估算，沉积岩中干酪根总量量10101616t t，，而化石燃料最大资源量分别是：石油而化石燃料最大资源量分别是：石油4×104×101111t t、、气气2×102×101111t t、、页岩油页岩油5×105×101111t t、、油页油页岩岩10101212t t、、地沥青地沥青3×103×101111t t，，煤和富有机页岩分煤和富有机页岩分别为别为10101313t t和和10101414t t。
干酪根总量约比化石燃料总量大干酪根总量约比化石燃料总量大10001000倍，倍，非常充足非常充足 3.3.干酪根的类型干酪根的类型(1)(1)化学分类化学分类 根根据据390390个个干干酪酪根根样样品品，，按按H/CH/C和和O/CO/C原原子子比比表表示示在在范范氏氏图图上上，，可可将将干干酪酪根根分分为为三三种种主主要要类类型型（（ⅠⅠ、、ⅡⅡ、、ⅢⅢ型） 三种类型干酪根的特征对比表有机有机 反反映映三三种种类类型型干干酪酪根根结结构构的的概概念念性性模模型型（（均均处处于于未未成成熟熟阶阶段段））Ⅰ型型Ⅱ型型Ⅲ型型 ““ⅣⅣ型型干干酪酪根根””：：O/CO/C原原子子比比特特高高( (＞＞0.25)0.25)，，H/CH/C原子比很低原子比很低(0.5(0.5～～0.6)0.6)，不具备生油能力不具备生油能力2)(2)光学分类光学分类 孢孢粉粉学学家家：：用用HClHCl和和HFHF除除去去无无机机矿矿物物质质后后，，将将有有机机残残渣渣( (干干酪酪根根) )放放在在显显微微镜镜透透射射光光下下观观测测，，可可划划分分出出藻藻质质、、无无定定形形絮絮质质、、草草质质、、木木质质和和煤煤质质五种组分。
五种组分 煤岩学家：在显微镜下用煤岩学家：在显微镜下用2525～～5050倍油浸镜头倍油浸镜头，通，通过过反射光反射光观察煤或干酪根的显微组分，其划分方案如观察煤或干酪根的显微组分，其划分方案如下：下： 壳质组壳质组/ /脂质组：脂质组：( (孢质体、角质体、藻质体、树孢质体、角质体、藻质体、树脂体；脂体；) ) 镜质组镜质组：：( (前镜质体、真镜质体及其变种；前镜质体、真镜质体及其变种；)“)“Ro”Ro” 惰性组惰性组：：( (碎质体、菌质体、丝质体、半丝质体碎质体、菌质体、丝质体、半丝质体) ) 干酪根的宏观分类干酪根的宏观分类：：腐泥型和腐殖型腐泥型和腐殖型 干酪根的显微构成干酪根的显微构成1 1．标准腐殖型干酪根．标准腐殖型干酪根(Ⅲ(Ⅲ2 2) )，抚顺长焰煤抚顺长焰煤×250×2502 2．油页岩无定形干酪根．油页岩无定形干酪根(Ⅰ(Ⅰ2 2) )，扶顺× 250× 2503 3，，4 4．含腐殖的腐泥型干酪．含腐殖的腐泥型干酪根根(Ⅰ(Ⅰ2 2) )，南阳，魏，南阳，魏134134、、156156井。
井×500×5005 5．藻腐泥型干酪根．藻腐泥型干酪根(Ⅰ(Ⅰ2 2) )，，左侧为盘星藻，南阳，魏左侧为盘星藻，南阳，魏134134井×500×5006 6．藻无定型干酪根．藻无定型干酪根(Ⅰ(Ⅰ1 1) )，，南阳，魏南阳，魏134134井×250×250( (据黄第藩等，据黄第藩等，1984)1984) 干酪根的显微组分干酪根的显微组分1 1．藻纤维体．藻纤维体( (藻基藻基) )南阳，魏魏134134井×500×5002 2．丝质菌孢辽河大民屯，．丝质菌孢辽河大民屯，沈沈1313井×250×2503 3．结构树皮南阳，张．结构树皮南阳，张5 5井×500×5004 4．结构镜质体南阳，张．结构镜质体南阳，张5 5井×500×5005 5．镜质体南阳，张．镜质体南阳，张7 7井×800×8006 6．镜质体南阳，张．镜质体南阳，张5 5井×800×800( (据黄第藩等，据黄第藩等，1984)1984) 1 1－结构镜质体，油浸反光，－结构镜质体，油浸反光，10×5010×50，康古，康古1 1井，井，P P1 1s s2 2－－基质镜质体，油浸反光，基质镜质体，油浸反光，10×5010×50，义古，义古1 1井，井，C C3 3t t3 3－－荧光镜质体，内有壳屑体，荧光，荧光镜质体，内有壳屑体，荧光，10×5010×50，煤，肥城，，煤，肥城，C C3 3t t4 4－－孢子体，荧光，孢子体，荧光，10×5010×50，煤，肥，煤，肥城，城，C C3 3t t5 5－－角质体，荧光，角质体，荧光，6×506×50，煤，济，煤，济古古1 1井，井，C C3 3t t6 6－－树质体，荧光，树质体，荧光，8×508×50，煤，肥，煤，肥城，城，C C3 3t t7 7－－木栓质体，荧光，木栓质体，荧光，5×505×50，煤，，煤，康古康古1 1井，井，C C3 3t t8 8－－丝质体，油浸反光，丝质体，油浸反光，10×5010×50，泥，泥岩，曲古岩，曲古1 1井，井，C C3 3t t煤系烃源岩中的有机质煤系烃源岩中的有机质显微组分显微组分（据李荣西，（据李荣西，20042004）） 二、石油形成中的生物与物理化学作用二、石油形成中的生物与物理化学作用 石油的生成是一个石油的生成是一个““生物化学和物理化学作用的过生物化学和物理化学作用的过程程””。
1.1.细菌细菌 细菌按其生活习性可分为三类，即喜氧细菌、厌氧细菌按其生活习性可分为三类，即喜氧细菌、厌氧细菌和通性细菌细菌和通性细菌 厌氧细菌对油气生成的意义更大厌氧细菌对油气生成的意义更大在还原条件下，在还原条件下，有机质经细菌分解成甲烷、氢、有机质经细菌分解成甲烷、氢、COCO2 2、、有机酸及其它碳有机酸及其它碳氢化合物细菌所起的作用，是将原始有机质中的氢化合物细菌所起的作用，是将原始有机质中的O O、、S S、、N N、、P P等元素分离出来，使等元素分离出来，使C C、、H H特别是特别是H H富集起来富集起来 2.2.温度和时间温度和时间 地球是一个巨大的地球是一个巨大的地热场地热场地温梯度地温梯度（（℃/100℃/100m m）） 通过大量研究，得出如下结论：通过大量研究，得出如下结论： (1)(1)并非对一般有机质，而是对由沉积有机质演并非对一般有机质，而是对由沉积有机质演化成的干酪根加热以后，才能生成石油烃类；化成的干酪根加热以后，才能生成石油烃类； (2)(2)温度较低时，加热干酪根生成的液态烃和挥温度较低时，加热干酪根生成的液态烃和挥发组分产率较低，只有到达一定温度，才会大量生发组分产率较低，只有到达一定温度，才会大量生成液态烃，而温度继续上升到一定程度，液态产物成液态烃，而温度继续上升到一定程度，液态产物( (烃烃) )又会减少，而气态烃生成量继续增加；又会减少，而气态烃生成量继续增加； (3)(3)洛杉矶盆地和洛杉矶盆地和文图拉盆地新近系文图拉盆地新近系的地层剖面表明，的地层剖面表明，烃烃( (C C1515+ +) )的含量随的含量随深度的变化在不同深度的变化在不同阶段是不一样的阶段是不一样的。
说明干酪根演化中说明干酪根演化中最关键的因素是温最关键的因素是温度而不是深度度而不是深度 有机质开始大量转化成石油的温度叫有机质开始大量转化成石油的温度叫门限温度门限温度它的它的高低首先取决于有机质的组分，并与有机质受热持续时高低首先取决于有机质的组分，并与有机质受热持续时间或地质年代有关，此外还受催化作用影响间或地质年代有关，此外还受催化作用影响 (4)(4)干酪根热降解生烃的过程，符合化学动力干酪根热降解生烃的过程，符合化学动力学定律的一级反应规律学定律的一级反应规律 反应速度只同反应物浓度的一次方成正比，反反应速度只同反应物浓度的一次方成正比，反应速度系数应速度系数K K可用阿伦尼乌斯可用阿伦尼乌斯( (ArrheniusArrhenius) )方程描方程描述，从而可推导出：述，从而可推导出：式中，式中，C C0 0- -反应物初始浓度，反应物初始浓度，C-C-反应物在某一时刻的浓反应物在某一时刻的浓度，度，t-t-反应时间，反应时间，A—A—频率因子频率因子( (指前因子指前因子) )，，E—E—活化活化能，能，R—R—气体常数，气体常数，T—T—绝对温度绝对温度(°(°K)K)。
康南公式康南公式：：式中式中t t的单位是的单位是MaMa 埋藏史和受热史相结合，才能算出累计的总成熟度埋藏史和受热史相结合，才能算出累计的总成熟度效应，目前多用效应，目前多用TTITTI值值( (时间时间——温度指数温度指数) )来表示 TTITTI的积分形式是：的积分形式是：离散形式为离散形式为: : 若已知若已知E E、、A A、、沉积速度、埋藏深度、温度梯度等，沉积速度、埋藏深度、温度梯度等，则可算出则可算出TTITTI，，但但E E、、A A往往不易得到，因此就有了各种近往往不易得到，因此就有了各种近似方法（实习中使用似方法（实习中使用WaplesWaples模型） 3.3.催化剂催化剂 催化剂的参与可以降低反应所需活化能，加催化剂的参与可以降低反应所需活化能，加快成烃反应速度，并改造烃的性质自然界中这快成烃反应速度，并改造烃的性质自然界中这种催化剂主要有无机盐类和有机酵母素两类种催化剂主要有无机盐类和有机酵母素两类 催化实验发现，催化实验发现，250℃250℃时，粘土时，粘土/ /油酸由油酸由2∶12∶1增加到增加到3∶13∶1时，烃产率由时，烃产率由20%20%升至升至36%36%。
而从而从粘土粘土种类种类看，蒙脱石催化能力最强，高岭石最弱看，蒙脱石催化能力最强，高岭石最弱4 4．地层压力．地层压力 超超压压容容易易引引起起反反应应活活化化能能的的升升高高，，抑抑制制有有机机质的热成熟作用质的热成熟作用 三．有机质成岩演化与三．有机质成岩演化与油气生成的阶段性油气生成的阶段性 石油和天然气是有石油和天然气是有机质成岩演化过程中附机质成岩演化过程中附带的、自然的产物不带的、自然的产物不同的演化阶段，伴随有同的演化阶段，伴随有不同的烃类产物不同的烃类产物 有机质的演化可分有机质的演化可分4 4个阶段：即成岩作用、个阶段：即成岩作用、深成热解作用、后成作深成热解作用、后成作用和变质作用阶段用和变质作用阶段 1.1.成岩作用阶段成岩作用阶段 成岩作用是在浅埋条件下使成岩作用是在浅埋条件下使( (大量水、矿物、大量水、矿物、死亡的有机质和活着的微生物组成的不平衡死亡的有机质和活着的微生物组成的不平衡) )体系体系趋于平衡，并在正常条件下促使其固结的一种作趋于平衡，并在正常条件下促使其固结的一种作用涉及的深度较浅用。
涉及的深度较浅( (几百米几百米) )，温度较低，一般，温度较低，一般R Ro o＜＜0.50.5－－0.7%0.7%，，称称未成熟阶段未成熟阶段 ““生物聚合物生物聚合物”” ““地质聚合物地质聚合物”” 最重要烃类最重要烃类：甲烷 结束标志结束标志：沉积物中可抽提腐殖酸已减小到最：沉积物中可抽提腐殖酸已减小到最小量，并失去大多数羧基小量，并失去大多数羧基 2.2.深成热解作用阶段深成热解作用阶段 矿物的组分和结构矿物的组分和结构方面，主要是粘土矿物发生方面，主要是粘土矿物发生某些变化某些变化( (如：蒙脱石如：蒙脱石----伊利石伊利石) ) 有机质有机质方面，原来作为地质聚合物的方面，原来作为地质聚合物的干酪根开始干酪根开始向低分子的地质单体物转化向低分子的地质单体物转化，干酪根通过演化首先生，干酪根通过演化首先生成液态石油，在晚期又生成湿气和凝析油成液态石油，在晚期又生成湿气和凝析油 石油在性质上更为成熟石油在性质上更为成熟 当干酪根中脂肪族当干酪根中脂肪族C C链完全消失时，就链完全消失时，就标志标志着深着深成热解作用的结束，此时成热解作用的结束，此时R Ro o=2%=2%。
3.3.后成作用和变质作用阶段后成作用和变质作用阶段 后成作用阶段后成作用阶段：：Ro=2Ro=2～～4%4%，，煤阶对应于无烟煤煤阶对应于无烟煤 由由于于温温度度升升高高，，有有机机质质热热裂裂解解反反应应迅迅速速进进行行，，氢氢的的过过量量消消耗耗，，干干酪酪根根H/CH/C原原子子比比已已经经很很低低，，生生油油潜潜力力逐逐渐渐枯竭枯竭 有有机机质质仅仅由由甲甲烷烷和和C C质质不不溶溶残残渣渣组组成成，，某某些些结结晶晶序序列列开开始始发发育育，，同同时时，，先先期期形形成成的的液液态态烃烃和和湿湿气气也也会会被被裂解裂解成热力学上最为稳定的甲烷成热力学上最为稳定的甲烷 变变质质作作用用阶阶段段：：RoRo＞＞4%4%，，残残余余的的干干酪酪根根成成分分转转变变成成石墨 四．有利油、气生成的地质环境四．有利油、气生成的地质环境 两点要求：一是有丰富的有机质（物质基础），两点要求：一是有丰富的有机质（物质基础），二是有适宜的物理、化学条件二是有适宜的物理、化学条件（外部保障）外部保障）1.1.岩相古地理环境岩相古地理环境 海洋中以浅海为最有利的生油环境；海洋中以浅海为最有利的生油环境； 陆地上的深水一半深水湖泊最有利；陆地上的深水一半深水湖泊最有利； 温暖、湿润的气候。
温暖、湿润的气候2 2．大地构造条件．大地构造条件 只只有有在在长长期期持持续续下下沉沉过过程程中中伴伴随随适适当当升升降降、、沉沉降降速速度度略略大大于于或或接接近近沉沉积积速速度度（（接接近近补补偿偿））的的地地区区，，才能持久保持还原环境才能持久保持还原环境 附：两种重要的有机岩石1 1、煤、煤 一一种种常常见见的的可可燃燃岩岩石石，，有有机机质质含含量量占占重重量量的的50%50%以以上上、、体体积积的的70%70%以以上上由由各各种种蚀蚀变变植植物物经经压压实实或或固固结结作作用用形形成成其其中中，，腐腐殖殖煤煤由由植植物物细细胞胞和和表表皮皮物物质质在在喜喜氧氧条条件件下下形形成成，，而腐泥煤则由厌氧环境中沉积的孢子、花粉和藻类形成而腐泥煤则由厌氧环境中沉积的孢子、花粉和藻类形成2 2、油页岩、油页岩 一种沉积成因的致密岩石，灰分含量超过一种沉积成因的致密岩石，灰分含量超过33% 33% ，其中，其中所含的有机质被破坏性蒸馏（所含的有机质被破坏性蒸馏（““干馏干馏””）时可生成石油，）时可生成石油，但当用有机溶剂抽提时，却很难见到石油。
但当用有机溶剂抽提时，却很难见到石油 §3 §3 天然气的成因天然气的成因一、生物成因气一、生物成因气1.1.概念和形成过程概念和形成过程 生物成因气生物成因气— “— “群体发酵和合成作用群体发酵和合成作用”” 它它出现出现在埋藏浅、时代新和演化程度低的岩层中，在埋藏浅、时代新和演化程度低的岩层中，以含甲烷气为主以含甲烷气为主 形成过程形成过程：： 不溶有机质不溶有机质 ↓酶的发酵作用酶的发酵作用 可溶有机质可溶有机质 ↓产酸菌产酸菌 ↓￣￣￣￣￣↓￣￣￣￣￣↓菌体菌体 挥发性酸挥发性酸 其它产物其它产物 ↓产甲烷菌产甲烷菌 ↓￣￣￣￣￣↓￣￣￣￣￣↓菌体菌体 CHCH4 4 + CO + CO2 2 其它产物其它产物 2.2.形成条件形成条件 最有利的有机母质最有利的有机母质是草本腐植型是草本腐植型——腐泥腐植型；腐泥腐植型； 环境环境：：①①足够强的还原条件足够强的还原条件，一般，一般EhEh＜＜-300 -300 mVmV为宜；为宜；②②pHpH值要求接近中性值要求接近中性，最佳值，最佳值7.27.2～～7.67.6；；③③甲烷菌生长甲烷菌生长温度温度O O～～75℃75℃，，最佳值最佳值3737～～42℃42℃。
3.3.化学组成化学组成 几几乎乎全全是是甲甲烷烷，，其其含含量量一一般般＞＞98%98%，，因因此此干干燥燥系系数数( (C Cl l/∑C/∑C2+2+) )一一般般在在数数百百～～数数千千以以上上，，为为典典型型的的干气干气，甲烷的，甲烷的δδ1313C C1 1值一般值一般-85‰-85‰～～-55‰-55‰ 二．油型气二．油型气1.1.概念概念2.2.形成与分布形成与分布 天然气的形成也具天然气的形成也具明显的垂直分带性明显的垂直分带性，上，上部部( (成岩阶段成岩阶段) )是生物成是生物成因气，向下依次是石油因气，向下依次是石油伴生气伴生气→→凝析气凝析气→→干气，干气，甲烷甲烷δδ1313C C1 1值随有机质值随有机质演化程度增大而增大演化程度增大而增大 三．煤型气三．煤型气1 1．概述．概述 煤型气煤型气--“--“煤系煤系”” 是一种多成分的是一种多成分的混合气体混合气体，其中烃类气体以甲，其中烃类气体以甲烷为主，重烃气含量少，一般为干气有时可含较烷为主，重烃气含量少，一般为干气有时可含较多多HgHg蒸气和蒸气和N N2 2等。
等 2.2.成煤作用与煤型气的形成成煤作用与煤型气的形成 成煤作用可分为成煤作用可分为泥炭化泥炭化和和煤化煤化作用两个阶段作用两个阶段 在在T T、、P P和和t t作用下，堆作用下，堆积的植物遗体和碎片按泥积的植物遗体和碎片按泥炭炭→→褐煤褐煤→→长焰煤长焰煤→→气煤气煤→→肥煤肥煤→→焦煤焦煤→→瘦煤瘦煤→→贫贫煤煤→→无烟煤的无烟煤的序列序列转化 实测表明，实测表明，煤的挥发分煤的挥发分随煤化作用增强明显降低随煤化作用增强明显降低 ▲▲ 成煤物质的成煤物质的四次煤化跃变四次煤化跃变：：第一次，长焰煤开始第一次，长焰煤开始, ,碳含量碳含量C Cr r=75-80%,=75-80%,挥发分挥发分V Vr r=43%,R=43%,Ro o=0.6%=0.6%；；第二次，肥煤阶段，第二次，肥煤阶段，C Cr r=87%,V=87%,Vr r=29%,R=29%,Ro o=1.3%=1.3%；；第三次，烟煤第三次，烟煤→→无烟煤，无烟煤，C Cr r=91%=91%，，V Vr r=8%,R=8%,Ro o=2.5%=2.5%；；第四次，无烟煤第四次，无烟煤→→变质无烟煤，变质无烟煤，C Cr r=93.5%,V=93.5%,Vr r=4%=4%，，R Ro o=3.7%=3.7%，，芳芳香族稠环缩合程度大大提高。
香族稠环缩合程度大大提高煤阶煤级 煤化作用的反应模式煤化作用的反应模式 煤型气的形成及产率不仅与煤型气的形成及产率不仅与煤阶煤阶有关，而且还与煤有关，而且还与煤的的煤岩组成煤岩组成有关镜：惰：壳有关镜：惰：壳=3.3:1:0.8=3.3:1:0.8 1. 1. 甲烷甲烷 ① ① 无机合成无机合成 ② ② 地球原始大气中甲烷地球原始大气中甲烷 ③ ③ 板块俯冲带甲烷板块俯冲带甲烷四．无机成因气四．无机成因气 地球深部岩浆活动、变质岩和宇宙空间分布的气体，地球深部岩浆活动、变质岩和宇宙空间分布的气体，以及岩石无机盐类分解产生的气体，都属于以及岩石无机盐类分解产生的气体，都属于无机成因气无机成因气2. 2. COCO2 2 ① ① 上地幔岩浆中富含上地幔岩浆中富含COCO2 2气体气体 ② ② 碳酸盐岩受高温烘烤或深成变质可生成大量碳酸盐岩受高温烘烤或深成变质可生成大量COCO2 2 ③ ③ 碳酸盐矿物与其它矿物相互作用也可生成碳酸盐矿物与其它矿物相互作用也可生成COCO2 2 3. 3. N N2 2 出现在古地台边缘的含氮地层中，出现在古地台边缘的含氮地层中，N N2 2含量大于含量大于15%15%者为富氮气藏。
者为富氮气藏 成因：成因： ① ①地壳岩石热解脱气地壳岩石热解脱气 ② ②地下卤水地下卤水( (硝酸盐硝酸盐) )脱氮作用脱氮作用 ③ ③地幔源的地幔源的N N2 2：： ④ ④大气源的大气源的N N2 2：： 4 4．．H H2 2S S H H2 2S S含量＞含量＞1%1%的气藏为富的气藏为富H H2 2S S的气藏，具有商业的气藏，具有商业意义者须＞意义者须＞5%5%后者富集于含厚的碳酸盐一蒸发盐后者富集于含厚的碳酸盐一蒸发盐岩系的大型盆地内岩系的大型盆地内 热化学成因热化学成因( (无机无机) )：有热降解、热化学还原、：有热降解、热化学还原、高温合成等高温合成等5.5.稀有气体稀有气体( (HeHe、、ArAr、、…)…) 用途：地球化学过程的用途：地球化学过程的““示踪剂示踪剂”” 3 3He/He/4 4HeHe、、4040Ar/Ar/3636ArAr是查明天然气成因的极重要手是查明天然气成因的极重要手段 五．各种成因气识别标志 (据戴金星,1993简化) Ø因识别标志的多解性，故切忌：单一指标的绝对化因识别标志的多解性，故切忌：单一指标的绝对化Ø应综合利用多种资料，进行综合分析，才能得出正确结论应综合利用多种资料，进行综合分析，才能得出正确结论 §4 §4 生油岩生油岩一、定义一、定义 生油生油( (气气) )岩岩/ /生油母岩生油母岩/ /烃源岩烃源岩: : 生油生油( (气气) )层层/ /生油层系生油层系: :含油层系含油层系 研究生油岩的目的研究生油岩的目的, ,是要解决是要解决哪里生油、怎么生、哪里生油、怎么生、生多少生多少的问题。
的问题 一般要从一般要从有机质的丰度有机质的丰度、、类型类型和和成熟作用成熟作用等三个等三个方面开展工作，才能对生油岩进行定性、定量评价方面开展工作，才能对生油岩进行定性、定量评价 1.1.岩性特征岩性特征 理想的生油岩主要为粘土岩类和碳酸盐岩类理想的生油岩主要为粘土岩类和碳酸盐岩类，一，一般是暗色的、细粒的岩石，富含有机质和微体古生物般是暗色的、细粒的岩石，富含有机质和微体古生物化石，常含指示还原环境的黄铁矿，偶见原生油苗，化石，常含指示还原环境的黄铁矿，偶见原生油苗，为低能环境下的产物为低能环境下的产物 二、生油岩的岩性岩相特征二、生油岩的岩性岩相特征2.2.岩相特征岩相特征 浅海相、三角洲相和深水浅海相、三角洲相和深水——半深水湖相最有利半深水湖相最有利 三、生油岩的地球化学特征三、生油岩的地球化学特征 此外，还常此外，还常将将““A”=250 A”=250 ～～ 300ppm 300ppm 和和HC=50HC=50～～100ppm100ppm作为下限值作为下限值 (一一) ) 有机质的丰度有机质的丰度( (数量数量) ) 普遍采用的指标是普遍采用的指标是残余有机碳含量残余有机碳含量 国内将国内将泥质岩泥质岩生油岩有机生油岩有机C C的下限值定为的下限值定为0.5%0.5%，碳酸盐岩，碳酸盐岩：：CorCor≥0.3≥0.3％～％～0.1%0.1%即可。
即可 ( (二二) )有机质的类型有机质的类型 举例：全岩样品的热解法举例：全岩样品的热解法 生油潜力评价热解测定法生油潜力评价热解测定法( (Rock—Rock—EvalEval) )检测结果：检测结果：S S1 1——已有已有烃类烃类( (游离游离/ /吸附吸附) )在在中等温度下的挥发量；中等温度下的挥发量；S S2 2——更高温时更高温时热解生成热解生成的烃的烃和似烃化合物；和似烃化合物；S S3 3—CO—CO2 2和水这些和水这些含氧挥发物含氧挥发物；；TmaxTmax：：烃类最大生成量时的烃类最大生成量时的温度温度( (峰温峰温) ) 干酪根的类干酪根的类型可由氢指数型可由氢指数( (I IH H=S=S2 2/ /有机有机C)C)和和氧指数氧指数( (I Io o=S=S3 3/ /有有机机C)C)来鉴定来鉴定，用，用I IH H和和I IO O作范氏图可以作范氏图可以很清楚地辨认出很清楚地辨认出ⅠⅠ、、ⅡⅡ、、ⅢⅢ类干类干酪根及其演化途酪根及其演化途径 ( (三三) )有机质的成熟度有机质的成熟度1.1.光学鉴定光学鉴定 孢粉和干酪根的颜色孢粉和干酪根的颜色：：黄黄————→————→黑黑 镜煤反射率镜煤反射率( (R Ro o) )的测定：的测定： R Ro o＜＜0.50.5～～0.7%0.7% 成岩作用阶段，生油岩未成熟；成岩作用阶段，生油岩未成熟； 0.50.5～～0.7%0.7%＜＜R Ro o＜＜1.3%1.3% 深成作用阶段，成油主带；深成作用阶段，成油主带； 1.3%1.3%＜＜R Ro o＜＜2.0%2.0% 湿气和凝析油带；湿气和凝析油带； R Ro o＞＞2.0%2.0% 准变质准变质——干气带，只有甲烷生成。
干气带，只有甲烷生成 不同类型干酪根的成熟期限并不完全一致不同类型干酪根的成熟期限并不完全一致，，ⅡⅡ型最型最早早(0.5%)(0.5%)，，ⅢⅢ型次之（型次之（0.6%0.6%），），ⅠⅠ型最晚（型最晚（0.7%0.7%） 2.2.干酪根元素组成和干酪根元素组成和红外光谱红外光谱 通过元素分析，通过元素分析，得到得到H/CH/C、、O/CO/C比值，比值，将其投到范氏图上，将其投到范氏图上，即可知处于哪一个演即可知处于哪一个演化阶段 根据烃源岩的根据烃源岩的红外光谱图、磁化红外光谱图、磁化率等图件，也可推率等图件，也可推测岩石的成熟程度测岩石的成熟程度 3.3.岩石热解法岩石热解法 S S1 1/(S/(S1 1+S+S2 2) )和和T Tmaxmax随温度增加不随温度增加不断增加 不同深度的不同深度的S S1 1/(S/(S1 1+S+S2 2) )值和值和T Tmaxmax综合作图，即综合作图，即可确定未成熟带、可确定未成熟带、生油带、湿气带生油带、湿气带等的分布位置等的分布位置 4. 4. 碳优势指数碳优势指数 用正烷烃分布曲线判别成熟度的用正烷烃分布曲线判别成熟度的理论依据理论依据是：是：①①石油中石油中的正烷烃，主要是新生的，并且随有机质成熟度增加，正的正烷烃，主要是新生的，并且随有机质成熟度增加，正烷烃分布曲线的主峰移至低烷烃分布曲线的主峰移至低C C数范围数范围( (C C2929→C→C2121±)±)；；②②奇奇C C优优势逐渐消失，在原油中奇、偶数势逐渐消失，在原油中奇、偶数C C原子含量几乎相等。
原子含量几乎相等 ① ① CPICPI②②OEPOEP（（主峰碳主峰碳— — C Ci+2i+2，，幂（－幂（－1 1））i-1i-1保证了分子项永远是保证了分子项永远是奇数碳原子数正烷烃）奇数碳原子数正烷烃）CPICPI、、OEPOEP＞＞1.21.2时，未成熟，时，未成熟，CPICPI、、OEPOEP＜＜1.21.2时成熟 现在回答：哪里生油，怎么生油？现在回答：哪里生油，怎么生油？•哪里生油？哪里生油？满足上述条件（有机质丰度、类型、满足上述条件（有机质丰度、类型、成熟度等）的，一般为暗色、细粒沉积发育的成熟度等）的，一般为暗色、细粒沉积发育的生油凹陷，生油凹陷，因为相对于隆起而言，其沉积性质、因为相对于隆起而言，其沉积性质、有机质成熟度等具有优势有机质成熟度等具有优势•怎么生油？怎么生油？不同类型有（无）机质，具有不同不同类型有（无）机质，具有不同的生油、生气机理随着分析、测试技术的提的生油、生气机理随着分析、测试技术的提高（分子级），不同显微组分的生烃机理的刻高（分子级），不同显微组分的生烃机理的刻画越来越精细画越来越精细 举例：青海湖（生烃凹陷）举例：青海湖（生烃凹陷）举例：青海湖（生烃凹陷）举例：青海湖（生烃凹陷）柴达木盆地柴达木盆地N N2 2－－N N1 1岩石抽提物的烷烃特征参数分布岩石抽提物的烷烃特征参数分布沉沉积积类类型型有有机机碳碳含含量量 §5 §5 石油的地球化学对比石油的地球化学对比某油藏中的原油生油层D生油层C生油层B生油层A原油来自某一层，原油来自某一层，还是几层的混合？还是几层的混合？以哪一层为主？以哪一层为主？对比内容对比内容：油－源（岩）、油－油、油－气、油－气－源：油－源（岩）、油－油、油－气、油－气－源（岩）对比等（岩）对比等 一、对比的目的和依据一、对比的目的和依据•两个主要目的两个主要目的————（（1 1）对多油层油气，看其是否同源；）对多油层油气，看其是否同源；（（2 2）在油、气与生油岩之间进行对比，看其是否）在油、气与生油岩之间进行对比，看其是否有亲缘关系，从而可区别各含油层的具体生油层位。
有亲缘关系，从而可区别各含油层的具体生油层位•依据依据————按照石油现代的成因理论，油、气主要按照石油现代的成因理论，油、气主要来源岩中的沉积有机质，在油、气、源岩之间必然来源岩中的沉积有机质，在油、气、源岩之间必然存在某种物质联系，如生物标志化合物、同位素等，存在某种物质联系，如生物标志化合物、同位素等，有可能建立其成因联系，判别其来源有可能建立其成因联系，判别其来源 二、对比参数的选择二、对比参数的选择 作为作为对比指标，必须满足两个条件方可使用对比指标，必须满足两个条件方可使用：： ① ①在成油过程中具有很好的稳定性；在成油过程中具有很好的稳定性； ② ②在运移过程中没有或很少有来自不同生油层在运移过程中没有或很少有来自不同生油层的油气混杂的油气混杂 因此，因此，生物标记化合物生物标记化合物（（““地球化学化石地球化学化石””））最符合上述条件，其次有最符合上述条件，其次有C C同位素、正构烷烃和一同位素、正构烷烃和一般环烷径般环烷径 三、对比方法举例三、对比方法举例 1 1、异戊间二烯型烷烃、异戊间二烯型烷烃 鄂尔多斯盆地中生界有两套含油层系延长组鄂尔多斯盆地中生界有两套含油层系延长组T T3 3y y和和延安组延安组J J1 1y y，，前人分析二者均有生油可能前人分析二者均有生油可能，对其中已发现，对其中已发现的石油来自哪一生油层，一直存在争议。
的石油来自哪一生油层，一直存在争议 黄第藩等（黄第藩等（19861986）采用了多种指标进行综合对比，）采用了多种指标进行综合对比，其中包括其中包括类异戌二烯型烷烃类异戌二烯型烷烃的比值对比，并对同时代的的比值对比，并对同时代的原油饱和烃与泥岩抽提物中的饱和烃比值指标求取了相原油饱和烃与泥岩抽提物中的饱和烃比值指标求取了相似系数 鄂尔多斯盆地延安组、延长组类异戊二烯型烷烃对比表鄂尔多斯盆地延安组、延长组类异戊二烯型烷烃对比表对比发现：对比发现： T T3 3y y原油原油/ /T T3 3y y泥岩、泥岩、J J1 1y y原油原油/ /T T3 3y y泥岩泥岩>75%>75%从而确定：从而确定：两层的石油均来自延长组两层的石油均来自延长组T T3 3y y 2 2、、C C2727+ +环状化合物环状化合物 比较常用的有比较常用的有甾烷、三萜烷甾烷、三萜烷 分析鉴定主要采用分析鉴定主要采用色色——质联仪质联仪，将分析结果绘，将分析结果绘成成质谱图质谱图油源对比是根据分析得到的分子离子峰油源对比是根据分析得到的分子离子峰和碎片离子峰中各种化合物的相对浓度进行的。
和碎片离子峰中各种化合物的相对浓度进行的 目前常用的有两种对比方法目前常用的有两种对比方法：： (1)(1)根据甾、萜类化合物不同组成分布进行对比；根据甾、萜类化合物不同组成分布进行对比； (2)(2)根根据据离离子子碎碎片片质质量量色色谱谱图图进进行行对对比比，，视视原原油油与与源源岩岩之之间间特特征征是是否否相相似似，，对对比比性性如如何何，，判判断断是是否否具有亲缘关系具有亲缘关系 •对比表明，原油与地面、对比表明，原油与地面、22552255m m深处的生油岩甾、萜烷分布深处的生油岩甾、萜烷分布特征非常相似特征非常相似•相似与否，早先是人工判别，可用模糊模式识别相似与否，早先是人工判别，可用模糊模式识别 对比表明，对比表明，台参台参1 1井和七克台油井和七克台油田原油来自田原油来自J J1 1b b煤系，煤系，胜金口油胜金口油田原油则来自田原油则来自J J2 2q q生油岩 埕埕1515井原油为混合来源井原油为混合来源J J2 2石油来自石油来自J J2 2页岩页岩 阿尔及利亚艾利盆阿尔及利亚艾利盆地：地： 根据根据质谱质谱研究研究总芳烃、单芳烃的总芳烃、单芳烃的质量百分比，将质量百分比，将4 4种原油归纳为种原油归纳为3 3类。
类 §6 §6 生油研究进展生油研究进展* *Ø低低/ /未熟油未熟油Ø煤成油煤成油Ø碳酸盐岩生油碳酸盐岩生油 。