3油气成因理论.ppt

第二章现代油气成因理论thetheoryofoil-gasgenesis基本理论原油的成因理论（有机论、无机论）天然气的成因理论油气生产模式（有机质演化）基本知识有机质的丰度及其影响因素有机质的聚集有机质如何向干酪根转化生油母质的类型基本应用天然气的成因鉴别,,石油地质学PetroleumGeology,,对于油气的成因，已经争论了一个多世纪，至今认识尚未完全统一。油气成因问题之所以这样难于解决，其原因在于①油气是流体，是可以流动的。②油气（特别是原油）的成分是非常复杂的有机混合物。③解决油气成因问题要涉及地质学科、化学学科以及其它学科及其广泛的知识领域，人们对油气原始母质与油气之间的过渡形式至今缺乏明确的认识，因而难于追寻其形成的踪迹。一个多世纪来，不同专家学者曾提出过各种不同的油气成因假说。就其观点都可归属于有机起源与无机起源两大学派twogropesoforganicandinorganicorigins。,,石油地质学PetroleumGeology,,第1节油气成因理论发展十八世纪七十年代以来，对油气成因问题的认识，基本上可归纳为无机成因（InorganicOriginstheory和有机成因（organicoriginstheory）学派。一、无机成因说无机成因认为石油及天然气是在地下深处高温、高压条件下由无机物变成的。地球内部成因假说认为油气由地球内部的无机物在一定条件下形成并通过深大断裂运移到地壳成藏。地球外部成因假说认为油气形成于宇宙，而被地球形成初期所俘获。,,石油地质学PetroleumGeology,,（一）、地球内部成因假说１.门捷列夫的碳化说地球内部的碳化铁在高温高压下与水作用生成乙炔（不饱和烃），乙炔不断加Ｈ、凝重、演化，形成各种烃类物质。３FemCn4mＨ2ＯmＦe３O４Ｃ3ｎＨ8ｍ２.岩浆说（前苏联Ｈ．Ａ．库得梁采夫）石油是基性岩浆冷却时，Ｃ、Ｈ化合物合成的。地球生命是依靠石油才起源的。证据许多天体的岩石中有Ｃ、Ｈ化合物存在。泥火山的反复喷发含有甲烷气。岩浆岩和变质岩中发现石油。石油高温生成说、蛇纹石化生油说等。,,石油地质学PetroleumGeology,,（二）、地球外部成因假说主要是宇宙成因说（ВД索可洛夫）认为地球形成初期，地球的外层大气中包含了C、H化合物，冷却过场中被岩石吸收。当岩浆进一步冷却时，C、H化合物从裂隙运移到地壳。支持此观点的有天文学家FredHolye、化学家RobertRinbson。证据宇宙中许多星体的气体是还原性气体。除了氨、氢、水蒸汽外，还有CH4，在紫外线照射和雷电作用下发生光电反应，逐渐形成重烃化合物。从碳粒球陨石中检测到6的有机质（非石墨），有烷烃、芳香烃及S、N化合物，且C13/C12与原油和海洋植物的旋光性组分类似（Orgueil研究）。地球的氧化型大气在地球的出现大约只占地球历史的1/3。欧洲航天局“惠更斯”对“土卫6”的探测表明，其大气主要由甲烷组成，与地球早期相似。,,石油地质学PetroleumGeology,,二、石油的有机成因说十九世纪下半叶，有机化学家参与了石油形成的实验研究，为油气有机成因理论的建立起了非常重要的作用。1863年，Lanrent把脂肪酸放在水蒸气中蒸馏得到了液态烷烃。两年后，Waren和Storrer也从对鮸鱼肝油的蒸馏中获得了相似的烷烃石油的混合物，并认为脂肪酸可能是烃类的母质theprimarysourcematerial。1866年，美国人Lesquereaux指出美国东部泥盆系的石油可能是海相有机质产生的，这是美国主张石油有机成因的第一人。,,石油地质学PetroleumGeology,,Enger和Heofer，自1888年起，对不同的动、植物脂肪酸类进行了成烃模拟实验和野外考查，一同完善了生物（有机）成因学说（EnglerHeofer，1909）。具有重要意义的是，他们用波罗的海海滨泻湖水底由单细胞藻类组成且正在分解的腐泥，经过蒸馏得到了24.4的腊质和沥青质液态烃和14.6的气态烃，这一实验开创了利用现代沉积物模拟石油形成的先河。总之，石油有机起源学派主要通过自己的观察和实验，为石油有机成因提供佐证。此间有机学派提出的观点，就其形成石油的原始物质来说，有以低等动物为主的动物说；以藻类为主的植物说；也还有人主张石油与煤同源于高等植物，只是沉积环境不同而已。但其中最有生命力的还是动植物混成说。,,石油地质学PetroleumGeology,,（1865年美国的TS亨特提出有机生油理论；1873年美国JS纽伯里提出“石油地质构造的基本要素生、储、盖”；1941年潘钟祥提出陆相生油理论）。有机成因论的基本思想认为油气是在地质历史上由分散在沉积岩中的动物、植物有机体转化而成。石油总是与生物化石相伴生现象与煤的分布及其相似绝大部分产自沉积盆地有机质在一定条件下转化成石油。地化证据现代沉积物的观察，有机物能转化成油气。石油中具有有机质的“指纹”，如蜡质（waxiness、卟啉（porphyrin）、甾烷gonane等的存在。碳同位素特征与有机物类似，与无机物的碳有很大差别。,,石油地质学PetroleumGeology,,,二十世纪上半叶是各种成烃理论论战最为活跃的时期，特别是有机成因理论，得到大量实验的支持而获得了空前发展，有机成油说得到了大多数人的认可，其优势日趋明显。有机学派混成说经过波东尼（G.Potonie,1906）的发展，构成近代生油概念的雏型。古勃金（.М.Губкин,1932）认为，各种生化组分均可参与生油。它们可来自海洋动植物残体，也可来自陆地携入的生物分解产物；含有这些分散有机质的淤泥就是将来生成石油的母岩。,,石油地质学PetroleumGeology,,古勃金和维尔纳茨基将石油有机成因说推向新的高度，形成了较为完整的生油岩理论。Treibs1934首次发现并证实卟啉化合物porphyrincompound广泛存在于不同年代、不同成因的含油和沥青建造中，认为卟啉化合物porphyrincompound来自叶绿素的生物地球化学转化，是石油有机成因的重要证据。再加上石油具旋光性的确认，石油有机成因的证据进一步充实。EismaJurg（1964）、Almon（1974）对成烃机理进行了探讨，还对有机化合物醇、酯、酮和醛的成烃转化以及叶绿素、氨基酸和聚萜烯的转化作了研究。就形成石油的生化组分而言，无论是脂肪、蛋白质还是碳水化合物乃至木质素（木栓质体），都有证据证明可以形成烃类，但通常认为包括脂肪和原生烃在内的脂类物质是最主要的成油原始生化组分。,,石油地质学PetroleumGeology,,BrayEvans1961和Cooper1963提出现代沉积物和生物体中的正烷烃碳数分布具有奇偶优势，正脂肪酸的碳数分布具有偶奇优势，而在古老沉积物和石油中不具备这些优势。同时现代沉积物中烃类丰度极低，难以构成大规模油气聚集。这一发现动摇了沉积有机质直接成油（早期成油说）观点，为有机质高温降解成油理论的发展开辟了广阔的前景。,,石油地质学PetroleumGeology,,有机地球化学成功地应用于石油成因和形成条件诸方面的研究上。在有机质改造过程中，只有达到一定温度或埋藏深度时，有机质才能大量转化成石油（Abelson,1953；Philippi,1965；Tissotetal,1972）。PuseyⅢ（1973）根据古地温研究指出，原油在地下一定温度和深度范围内分布，提出了“地温窗”和“液体窗”的概念。同时认为生油原始物质主要是岩石中的不溶有机质--干酪根，因此这一时期逐步形成了干酪根晚期成油理论。TisootWelte1978和Hunt1979先后发表了两部专著，对这一成烃理论作了系统的、科学的论述，形成了一个相当完整的成油理论体系。这一理论揭示了常规油气的生成演化规律，而据此衍生出油气潜力评价的地球化学参数和研究方法，已成为近代油气勘探的主要指导思想和准则，且取得了显著成效。,,石油地质学PetroleumGeology,,还应提及，唯海相生油论在相当一段时间内很盛行，在国外尤其得势。只有Кpзг（1923）认为陆相植物是石油的原始物质；南廷格尔曾于1939年探讨过陆相生油的可能。二十世纪四十年代，我国学者潘钟祥、黄汲清等力排众议，以中国油田实例丰富的资料雄辨地论证了陆相生油是客观存在的现实，动摇了唯海相生油论，而今已很少有人再反对陆相生油了。正如朱起煌（1991）所言，石油的成因问题，终究不是一个简单的问题，它也许象一个复杂的方程，有两个或多个解。近些年来有国内学者（张恺，1996）明确提出油气成因“二元论“，也不失为一种有益的思路。,,石油地质学PetroleumGeology,,第2节油气生成物质基础一、影响有机质organicmatter多寡的因素温度temperature、环境enviornment、矿物质mineralmatter等。水中的食物链是浮游动物食浮游植物。阳光穿透的强光带（50100ｍ水深）。浮游植物的丰度取决于矿物质（无机物及有机物）的多少（环大陆带丰富）、水体的温度高低，温暖水体有利于浮游植物的繁衍。低等动植物中的脂肪酸是稳定的有机酸，除Ｏ２而外，它能抵抗水解作用和细菌分解作用，是已知的长链分子的最大来源，也是石油的基础分子。,,石油地质学PetroleumGeology,,形成石油的潜在母源物质的基础分子有四类1脂类lipids主要是脂肪、油和蜡质。如硬脂酸（Ｃ17Ｈ35COOCH）、硬脂酸钠（Ｃ17Ｈ35COONa）。脂类常含N、S具有最大的生油能力。2蛋白质Proteins动物组织和植物细胞组成的巨型分子。3碳水化合物carbohydrates主要是纤维素（C6H10O5）n。,,石油地质学PetroleumGeology,,（4）木质素lignose仅存在于高等植物中，具有比纤维素更强的抗腐能力，还有丰富的芳环结构。二、有机质如何聚集水体中的温度跃层、密度跃层、盐度跃层作用阻止了表层水与底层水的循环。,,石油地质学PetroleumGeology,,沉积岩或沉积物中有机质含量的多少与许多因素有关其一是生物物质的产量theoutputoforganicmatter。大陆以热带最丰盛；在海洋则以温湿带和较高纬度带为重要，尤以浅海区最为重要。现代的海洋和大陆每年各自可提供几百亿吨有机碳，若折算成活的生物有机质其量更大。其二是原始有机质的保存条件preservingconditionoforiginorganism。只有0.01-10可能进入到沉积物中去。,,石油地质学PetroleumGeology,,其三是沉积物的堆积速度accumulatingvelocityofsedimentary。其四是沉积物的粒度granularityofsedimentary。有机质含量与沉积物粒度的关系，首先由特拉斯克（1932）进行了系统研究，其结果显示，＜5μm的粘土沉积物其有机质含量是5-50μm粉砂的2倍，是50-250μm细砂的4倍。,,石油地质学PetroleumGeology,,另据高尔斯卡娅（1950）对近代沉积物的研究，砂的有机质含量为0.77，粉砂为1.2，粘土为1.8。沉积物的粒度越细所含有机质越多。碳酸盐岩的有机碳含量随其不溶残渣含量的增加而增加，而不溶残渣常为泥质物所组成，同样反映有机质常与细粒成分相伴生。亨特（1963）根据世界1,000多块岩样的分析得出泥质岩有机质平均含量为2.1，碳酸盐岩为0.29，砂岩为0.05。,,石油地质学PetroleumGeology,,三、沉积岩中的有机质数量知多少地球上的沉积物与沉积岩约有8010６km３，johnHunt估计,含碳总量91016吨,沉积物和沉积岩中的有机C为1.21016吨,其中分散在沉积岩石中的为1.11016吨煤和泥碳中为0.00151016吨非储层中的石油0.02651016吨储层中的石油0.00011016吨1万亿吨。这与实际已知的，可采的和不可采的，常规的和非常规的全部石油数量相当。,,石油地质学PetroleumGeology,,四、生油母质干酪根（Kerogen），来源于希腊文Κерσs（蜡的意思）。干酪根一词首先是由GrumBrown1912）提出的，原意是指苏格兰页岩中经蒸馏分解出的油状物质，后来转义为能产生油状物质的有机质，因此把干酪根称作油母质。1.干酪根的定义指沉积岩中不溶于非氧化型酸、碱和非极性有机溶剂的分散有机质。是油气与有机质的中间产物。沉积有机物干酪根。石渡良（日）认为干酪根的形成有三种途经1）不饱和化合物聚合成中间产物，再聚合成干酪根。2）碳水化合物和蛋白质聚合成腐殖酸再转化成干酪根。3）脂肪、碳水化合物和蛋白质通过微生物作用变成腐殖酸再转化为干酪根。,,石油地质学PetroleumGeology,,2.干酪根的成分和结构干酪根的化学成分，经440个样品地统计分析，C的平均含量为74.6,H的平均含量为6.3，氧的平均含量为11.1％，还含有N、S等；其组分含有活有机体的全部组分，如萜类、甾族、卟啉、氨基酸、醣、羧酸、酮、醇、烯烃、醚桥等。分子式（C12H12ONO0.16S0.43）x。结构式三维网状系统的复杂结构，由多个核被桥键和各种官能团连结而成,,石油地质学PetroleumGeology,,干酪根中大分子结构1-芳香族环；2-杂环；3-饱和烃；4-脂肪族链A-微弱演化；B-强烈演化,,石油地质学PetroleumGeology,,三、有机质类型（Typeoforganicmatter）关于有机质的类型，早在二十世纪初波东尼就已分出腐泥型和腐殖型sapropel-typeandhumic-typeorganism两大类别。腐泥型的原始物质是富含脂类的水生浮游生物，成矿方向是藻煤和油页岩；腐殖型的原始物质是富含木质素、纤维素的陆生高等植物，成矿方向是腐殖煤。干酪根是有机质的主体，所以干酪根的类型基本上代表了有机质的类型。关于干酪根的类型，目前流行的一是按化学方法，二是用光学方法划分。,,石油地质学PetroleumGeology,,（一）、化学分类（Chemicalclassification）蒂索（1974）按H/C和O/C原子比用图解法将干酪根划分为三个类型Ⅰ型干酪根（腐泥型）H/C高，一般为1.5～1.7，而O/C低，一般小于0.1，生烃潜力为0.4～0.7。以链状结构较多为特征。富含脂类化合物，只含少量多环芳香烃和含氧官能团，主要来源于水生低等浮游生物，生烃潜力大。Ⅲ型干酪根（腐殖型）H/C低，通常小于1.0，而O/C高，可达0.2～0.3，生烃潜力为0.1～0.2。以芳香结构多为特征。主要来源于富含木质素和碳水化合物的陆生高等植物，多为异地有机质。生油潜力小，但可生成天然气。Ⅱ型干酪根（过渡型）H/C较高，约1.3～1.5，O/C较低，约0.1～0.2，生烃潜力为0.3～0.5。属混合型或过渡型干酪根。其生烃潜力视其接近Ⅰ型或是接近Ⅲ型而异.,,石油地质学PetroleumGeology,,,石油地质学PetroleumGeology,,由图可见，随着演化程度的加深，三种干酪根的元素组成都向富碳方向收敛，H、O含量均不断降低，所以当演化程度很高时其类型难以明确区分。,,石油地质学PetroleumGeology,,羌塘盆地T3炭质页岩腐泥型干酪根,（二）、光学分类（Opticalclassification）包括在透射光下的孢粉学方法的划分和在反射光下煤岩学的划分。1.参照射光下的孢粉学研究方法，可将经过酸解和浮选分离出来的干酪根置于显微镜透射光下划分出无定形絮质、藻质、草质、木质和煤质五种组分。絮质组分没有清晰的几何边缘，常呈无定形的片、团或粉状，源于浮游生物之类的水生低等生物。藻质组分就其成分和来源而言与无定形组分相同，唯一的差别是其可以识别出藻类的构造。草质组分包括有孢子、花粉、角质层、叶表皮层以及其它可以辨认出植物细胞构造的分子，多来源于陆地植物。木质组分是具长形木质结构的纤维质，也是来源于陆地植物。煤质组分是经再沉积的碳质和经过自然碳化的植物质。上述各组分的H/C原子比依絮质→草质→木质→煤质顺序降低，其生烃潜力也相应依次减弱。,,石油地质学PetroleumGeology,,2.干酪根在显微镜下用25-50倍油浸镜头通过反射光可划分出三个主要煤岩学组分组，即壳质组、镜质组和惰性组exinite、vitrinite、inertinite（还可细分）。壳质组在反射光下呈暗灰色，低突起；相对富氢。镜质组在反射光下呈灰→白色，无或微突起；相对富含氧。惰性组在反射光下呈白→亮黄白色，较高突起；相对富含碳。三个组的反射率由壳质组→镜质组→惰性组依次升高，而生烃潜力则依次降低。通过干酪根的镜下观察还可得到有机质演化程度的信息，随着演化程度的加深，透明度逐渐降低，反射率逐渐增高，颜色逐渐加深（黄→橙→褐→黑）。以上各种分类的大致对应关系如下表所示。世界上大多数油气都是产自富含腐泥成分的有机质，而富含腐植成分的有机质主要是生成气。,,石油地质学PetroleumGeology,,,石油地质学PetroleumGeology,,3.李庆媛的光学分类干酪根组分权值无定形100藻70角质35镜质-75惰质-100,,石油地质学PetroleumGeology,,,解释标准45以上为腐泥型（Ⅰ）45～０为混合型１（Ⅱ１）,或腐殖腐泥型０～（-45）为混合型２Ⅱ2）或腐泥腐殖型-４５以下为腐殖型（Ⅲ）,4.美埃克森石油公司的光学分类干酪根组分权值煤质-100木质-75非丝状体-35草本35藻65分散良好藻75无定形藻100,,石油地质学PetroleumGeology,,解释标准-100（-15）主要生气-1515油气同生15100主要生油,干酪根类型与地质意义（Theclassificationofkerogenanditsgeologicalmeanings）,,石油地质学PetroleumGeology,,干酪根的组成不仅关系到生烃潜力的大小，而且涉及到生成石油的类型。一般说来，陆源有机质丰富的干酪根主要生成石蜡基石油，陆相和近岸碎屑沉积体系中的石油常具有高蜡特征，就与丰富的陆源有机质有关。而海洋湖泊原地有机质丰富的干酪根主要生成环烷基石油。碳酸盐岩多含无定形干酪根，有利于生成环烷烃。由于无定形干酪根的生烃潜力高，所以碳酸盐岩可以在有机碳含量比泥质岩低得多的情况下生成相对高得多的烃类。,,石油地质学PetroleumGeology,,第3节油气生成地质环境Geologicenvironmentofoilandgasation油气生成的地质环境决定生油母质多寡、类型、成油环境等。一、地质环境（Geologicenvironment）有利油气生成的地质环境必须既要有利于有机质的生产和保存，又要有利于有机质的埋藏和转化。有机质的堆积、保存和演化成烃，都是在地壳的负向单元即沉积盆地内发生的；盆地的存在和发展，对油气的生成、运移和聚集都有明显的控制作用。单从油气生成角度考虑，就涉及到有利于有机质生产和保存的盆地沉积古地理环境及有利于有机质埋藏和转化的成岩环境，同时还牵涉到二者得以协调发展的构造条件。,,石油地质学PetroleumGeology,,（一）、沉积古地理环境（Sedimentgeographyenvironment）有足够数量和适当质量的有机质产生。能够沉积到水底。能够保存不被破坏。海域可分为滨海、浅海和深海。滨海浅海河流入海口附近外侧的前三角洲地带半深海与深海（）,,石油地质学PetroleumGeology,,地质历史中的前三角洲、泻湖、海湾及其它带有封闭性质的坳陷区，是最有利的海域古地理环境。此外近些年来有人发现，某些陆坡部分也有相当丰富的有机质沉积，这是值得注意的新情况。一般内陆湖泊的情况与海盆极为相似。需要强调指出的是，具有一定水深的大陆湖泊尤其是大型湖泊中的半深湖-深湖区，具有与浅海相似环境条件。我国已知的油田绝大多数都是陆相条件下形成的。陆相生烃与海相生烃只在特色上有异，而无本质上的差别。,,石油地质学PetroleumGeology,,（二）、地质构造背景（Backgroundofgeodeticstructure）确保有利生物繁盛的古地理环境的长期存在和沉积物长期处于还原环境。一方面地壳必须有一个持续下沉的大地构造环境；同时长期持续下沉的大地构造背景，又需要得到沉积物的相应补偿。另一方面，需要相当的时间和厚度来累积足够数量的有机质。并产生足够的温度，这也要求在上述地壳的负向单元（沉积盆地），必须有一个长期持续稳定下沉的大地构造背景。,,石油地质学PetroleumGeology,,油气生成的数量与沉积物的厚度或体积是相对成比例的。主要含油气盆地大多有数千米乃至上万米的沉积。沉积物的快速堆积有利于有机质较快地进入还原环境，有机质较早进入成熟阶段。据统计堆积速度大于40103km3/Ma的盆地，油气最丰富，其中大油气田储量占全部大油气田储量的65；在40103-14103km3/Ma者，油气较丰，占32；而在1.5103-4103km3/Ma者和小于1.5103km3/Ma者，则分别仅占2和1。综观上述数据可见，堆积速度大者较优。,,石油地质学PetroleumGeology,,（三）、物化条件（GeophysicalandGeochimicalrequirement促使有机质转化成烃的因素主要有细菌bacteria、温度temperature、时间time和催化剂catalyzer等，且在不同的演化阶段起主导作用的因素不尽相同。1.细菌活动（BacterialAction）细菌最原始的生物在自然界具有非常广泛的适应性。有些生存在有游离氧的环境中，还有些细菌可以生存在缺氧的环境中。不同种类细菌的生存或消亡，抑制或活跃，受温度、湿度、养料以及介质化学环境等因素的控制。,,石油地质学PetroleumGeology,,2.时间（Time）时间本身不能单独起作用，但在有机质的热降解演化过程中，时间却是一个不可忽略的因素。与温度相比，时间居于次要地位；因为根据化学动力学原理，温度每增加10℃，反应速度可增加1-2倍。温度与时间是可以互补的。假定干酪根生烃反应速度以平均每增加10℃其反应速度增加1倍计（高温时实际上不只1倍），尚若在120℃的地下历经2500万年所形成的石油量，在110℃的地层条件下就需要5000万年，在100℃的地下就需要1亿年。生油剖面的实际资料也证实温度与时间存在互相弥补的关系。也就是说温度少10℃，时间将增加1倍。例如，西加拿大盆地上泥盆统生油门限温度为50℃；巴黎盆地下侏罗统为60℃；西非下第三系为70℃，我国东营盆地下第三系为93℃，美国洛杉矶盆地上第三系为115℃。这一系列的数据说明，生油层的年代越久远，受热时间越漫长，门限温度thresholdtemperature就越低。康南依据世界若干盆地的实际资料绘制出了时间、温度关系图（图）。所得到的关系式为,,石油地质学PetroleumGeology,,图中说明什么温度太低沉积有机质不会生成油气。沉积有机质的时代越新，生油门限温度越高；时代越老，门限温度越低。沉积物古老而地温梯度较大的盆地（图中的右上方）中，地温已超过生油门限，即使有油也已破坏（裂解成气）。图中时-温线的斜率是由活化能所决定的。图中的虚线绘出了油气生成过程开始与结束的界限。,,石油地质学PetroleumGeology,,油气生成的时间-温度关系图（Theconnectionoftimetemperatureinthegenerationofoi）（据Connan,1974,引自Hunt,1979）1-巴西亚马逊盆地；2-法国巴黎盆地；3-法国阿奎特因盆地；4-西非阿尤恩地区；5-喀麦隆杜阿拉盆地；6-新西兰塔拉纳基盆地；7-法国卡马格盆地；8-新西兰塔拉纳基盆地；9-美国洛杉矶盆地；10-美国文图拉盆地；11-法国阿奎特因盆地,,3.温度（Temperature）温度在有机质成烃转化中的作用早就被人们所注意，是促使有机质转化成油气最重要的因素。曾对多种天然有机质（如脂肪酸、氨基酸等）进行加热实验得到了烃类产物。对沉积有机质也做过类似的实验。如伊什瓦塔里（R.Ishiwatari）对海洋沉积物中的不溶有机质（表）和亨特对始新世绿河页岩中不溶有机质（表）的加热实验，都获得了烃类产物。,,石油地质学PetroleumGeology,,加热现代海洋沉积物的可溶有机质（Theheatingresultofinsolubleorganismincurrentseasediments）,,石油地质学PetroleumGeology,,加热绿河页岩可容有机质中的低分子重烃变化（Thelow-molecular-weighthydrocarbonofinsolubleorganismwithheatinggreen-heshale）,,石油地质学PetroleumGeology,,以上两表显示，随着温度的升高，产物的数量相应增加，产物中的低分子成分也逐渐增多。,地球不断由内部向地表散发着热量，从而在地壳中形成一个温度向外递降的天然热场。因此有机质随埋藏深度的加深必然要遇到逐渐升高的温度。深度每增加100m所增加的温度（℃）数值叫做地温梯度geothermalgrads（℃/100m）。现代地壳的平均地温梯度为3℃/100m，其变化范围在0.5-25℃/100m之间。含油气盆地常见的地温梯度以2-5℃/100m居多。结合实际的地层剖面研究进一步证实了温度对有机演化成烃的重要作用。蒂索对巴黎盆地侏罗系托尔页岩的研究，他是横向沿同一层位的不同深度上采样，使之能较为明确地反映单一深度（亦即温度）因素对有机质演化的影响。其结果显示，烃类和整个氯仿抽提物（烃胶质沥青质）都表现出随深度（即温度）的增加而增长，其显著增长出现在1,200-1,400m（即相当于60℃）深度段。,,石油地质学PetroleumGeology,,烃类显著地增长出现在1,370m深（65℃）处，于2,200m（90℃）达到最大值，尔后反而下降，至3,000m（115℃）基本终止了生油过程。其所以下降，乃是在较高温度下裂解为低分子产物所致。,,石油地质学PetroleumGeology,,,,石油地质学PetroleumGeology,,,井地化剖面,,,,,有机质生油数量开始显著增长时的温度叫做门限温度thresholdtemperature。与之对应的深度叫做门限深度thresholddepth或成熟点（maturepoint。相同的门限温度在地温梯度大的地区出现的深度较浅；在地温梯度较小的地区则出现的深度较深。实际研究表明生油门限温度通常都在50-120℃范围之内。我国大庆为50℃（1250m）；冀中为67℃（1500m）；胜利为93℃（2200m）。国外如杜阿拉盆地为65℃（1370m）；洛杉矶盆地为115℃（3660m）；文图拉盆地为115℃（2440m）等。门限温度的高低主要与有机质受热持续时间或地质时代有关，此外还与有机质类型和催化作用有关。门限温度意味着有机质开始走向成熟，进入主要生油阶段。综上所述，温度在促使有机质发生热降解并生成石油过程中起着至关重要的作用。主要生油阶段的起始温度（门限温度）不低于50℃，而终止温度很少高于175℃。也就是说地壳中的生油过程只出现于有限的温度和深度范围.,,石油地质学PetroleumGeology,,（四）催化剂catalyzer催化剂是本身不参加反应又不改变反应条件（温度、压力等）的情况下能增加化学反应速度的一种物质。石油炼制中常使用催化剂。为了证实有机质生烃演化中母岩基质催化剂的存在，曾在实验室中进行过许多旨在查明其催化效果的有机质加热实验。用油酸与催化剂按不同比例混合进行加热实验，结果产烃率和烃组成均有差异（表）。实验显示，催化剂可使不饱和烃发生聚合及使石蜡烃芳构化。根据有的实验资料外推，用高活力催化剂在100℃下裂解正十六烷只需要几个月，若用低活力催化剂则需要1000年，而不用催化剂单纯的热解所需时间已超过了地球的年龄（图）。,,石油地质学PetroleumGeology,,油酸在250℃时加热催化结果（Theheatcatalyzingresultofoleicacidat250℃）,,石油地质学PetroleumGeology,,催化裂解和热裂解nC16H32的时间-温度图（Thetimeisneededbythermalcrackingandcatalyticcrackingofn－cetane）fromGoldstein,1980,,石油地质学PetroleumGeology,,,,裂解nC16H32温度越高，裂解越快；同一温度下，有催化剂比没有催化剂裂解快；高活力催化剂比低活力催化剂裂解快。,自然界催化有机质向油气转化的主要催化剂是粘土矿物（claymineral和有机酵母yeast。粘土矿物蒙脱石催化能力最强，高岭石最弱。,5.其它（Others）放射性作用也被考虑作为有机质成烃转化的因素。沉积岩中多少都含有一些铀、钍、钾等放射性元素，它们赋存于重矿物或含钾含铀化合物中。富含有机质的黑色页岩常有较强的放射性。实验表明，用α-射线轰击某些有机质可得到CH4、CO2和H2。轰击H2O可得到O2和H2。O2和有机质作用最后生成CO2，H2可使有机质氢化或与CO2化合生成CH4。CH4在α-射线作用下可叠合成C2H6，继续作用可生成更重的气态烃乃至液态烃。但沉积岩中的放射性元素含量太低。有人曾计算过，每立方千米岩石中含铀0.001，含有机质1；那么，一百万年产出的石油量仅为18104t。这对于形成工业油藏是微乎其微了。,,石油地质学PetroleumGeology,,,石油地质学PetroleumGeology,,沉积岩中的H2O2H2O2O2CCO24H2CO2CH42H2O2CH42（CH3）H22（CH3）C2H6,第4节有机质演化与成烃模式（Evolvementoforganismandmodelofoil-gasgeneration）,,石油地质学PetroleumGeology,,有机质,埋深增加温度升高缺氧条件,逐渐向油气转化,生物化学生（油）气阶段热催化生油阶段热裂解生凝析油气阶段高温甲烷阶段,,,,油气生成模式油气生成是去氧加氢富集炭的过程。,,石油地质学PetroleumGeology,,,石油地质学PetroleumGeology,,一、有机质向油气转化的阶段及一般模式（stageandmodeloforganismintooil-gas）（一）、生物化学生气阶段（Biochemicalgas-genousstage）温度RO埋深生烃营力TTI2.0热能900产物甲烷、碳沥青、石墨产物特征（C2-C4/C1-C4）湿气指数骤减。矿场干气藏（CH495）深部高温生气阶段相当于准变质过成熟阶段（Quasimetamorphicpost-maturestages）,,石油地质学PetroleumGeology,,准变质或预变质作用是深成作用向变质作用的过渡。随着埋藏深度的进一步加深，在较高温度的作用下，有机质的热裂解反应迅速进行。由于氢的消耗，干酪根的H/C原子比已降得很低，生油潜力逐渐枯竭。据估计，干酪根H/C原子比降低到0.45，无液态烃生成；降低至0.3，则已接近甲烷生成的最低限。即使是已经生成的液态烃和重烃气也将裂解成热力学上更稳定的甲烷。有机质释放出甲烷之后其本身进一步聚缩，最终将成为石墨。,,石油地质学PetroleumGeology,,以上各个阶段是连续过渡的，而相应的反应和产物是可以交错叠置的；况且尚有有机质类型上的差异；加之促使有机质转化成烃的各种因素的组合变化，故实际上不可能用一个统一的指标去做截然的划分。据亨特估计，C1-3气烃的17，C4-14液烃的9和非烃的40生成于成岩阶段；气烃的82，液烃的91，非烃的60，生成于深成阶段；气烃的1和痕量的液烃与非烃生成于准变质阶段。总之，石油烃的绝大部分是在有机质成熟阶段产生的，尤其是60-150℃最有利于石油烃的生成。这就是所谓有机成因晚期生油说或干酪根生油说对石油成因的基本认识。,,石油地质学PetroleumGeology,,有机质成熟阶段（Stagesoforganismmatureevolution）,,石油地质学PetroleumGeology,,,石油地质学PetroleumGeology,,二、现代油气成因理论进展（一）、低熟油（immature-lowmaturecrudeoil成烃机理0.42。0.25为未成熟，0.250.42为低成熟1.树脂体（resinite（树脂、植物蜡质、香脂、香精油、胶浆和油脂演化而成）实验证明，在低温条件下从黄县褐煤含树脂体中见到的松烷等二萜类树脂化合物在高温时（6000C）未检测出，说明这种物质有热不稳定性或干酪根中不存在的物质树脂体在早期转化成烃类。如东海盆地西湖凹陷的轻质油和加拿大波弗特马更些盆地的低熟轻质油、凝析油等。,,石油地质学PetroleumGeology,,2.木栓质suberin（高等植物的木栓质组织）早期成烃热解实验证明，RO0.350.5时，显微荧光光谱发生红移，表明发生了剧烈的化学变化；RO0.6时，木栓质能生成C12脂肪烃及芳烃，且50的木栓质生烃潜力已经消耗掉了。如吐哈盆地的巴尔喀什褶皱带东部的八道湾组（J1b）、三工河组（J1s）、西山窑组（J2x）、三间房组（J2s）和七克台组（J2q）。,,石油地质学PetroleumGeology,,3.陆源物质terringenousoganicmatter的细菌改造作用早期生烃机理在细菌作用下，脂肪酸、蛋白质通过去羧基、去氨基作用等化学反应得到烃类物质。如渤海盆地的黄骅凹陷的板桥凹陷第三系始新统渐新统的沙河街组的湖相沉积。4.高等植物蜡质早期生烃机理主要是植物的茎、叶、花、果实的蜡状薄层（一元长链脂肪酸和一元长链脂肪醇形成的脂类）经过水解作用经脱羧基、羟基、酮基作用形成C22正烷烃。5.藻类（aglae类脂物早期成烃6.富硫大分子有机质早期成烃,,石油地质学PetroleumGeology,,,（二）、腐殖煤（humiccoal成烃理论,,石油地质学PetroleumGeology,,显微组分生烃模式,第5节天然气的成因与类型（TheOriginsofNaturalGasesandTheirCorrelativeTypes一、天然气的成因类型（为什么天然气比原油分布更广泛）二、各种成因天然气的特点与分布三、不同成因类型天然气的识别四、固态气体水合物的概念,,石油地质学PetroleumGeology,,随着气体地球化学和有机地球化学、微生物化学、沉积学的发展及深海钻探的进展，加上沼气池和实验室模拟实验以及宇宙化学方面的研究新成果，为解决天然气的成因提供了多方面的依据。天然气成因的各种机理不断被揭示，并逐步成熟。天然气的多源成因已为人们所接受。一、天然气成因（Originofnaturalgas）（一）天然气成因概述（Summaryfororiginofnaturalgas）天然气来源有多种途径，可以是由沉积物中分散有机质经微生物降解、热解作用所形成的；也可以由石油、油页岩和低阶煤（泥炭及褐煤）等可燃有机矿