第2章 油气成因(已改).ppt

第一篇油气成因理论及成藏基本要素第二章油气成因与烃源岩,通过绪论的学习，我们知道，石油与天然气地质学研究的核心内容是油气藏，主要任务是阐明石油及天然气在地壳中的形成过程、产出状态及其分布规律。在第一章我们介绍了石油、天然气、油田水的一些基本知识。那么，地下丰富的油气资源是怎样形成的呢本章我们将探讨这个问题油气的成因。,第二章油气成因与烃源岩,（教学内容）第一节油气成因概述第二节油气成因的现代理论第三节早期成油说及低熟油气第四节关于无机生油说第五节天然气成因及相关类型第六节烃源岩第七节油气地球化学对比复习思考题,第一节油气成因概述,一、油气成因研究的意义油气成因问题是石油及天然气地质学中一个带有根本性的问题。因为只有油气生成之后，才有运移、聚集、成藏、破坏等一系列的石油地质现象。油气成因是指导我们进行油气勘探、选择探区、选定层位、确定钻探目标的基础。实际上我们找油找气都是在一定的油气成因理论（假说）指导下进行的。为什么因此，阐明油气成因不仅具有理论意义，而且对于指导油气勘探具有重要的现实意义。,二、“有机”与“无机”之争石油成因之争是自然科学中争论最为激烈的重大基础课题之一。其争论的焦点是原始物质和转化条件等问题。根据对原始生油物质的不同认识，争论各家可分为两大学派，即有机成因说和无机成因说。有机成因说认为石油是地质历史时期由生物有机质分解而形成的；无机成因说认为石油是由自然界的无机碳和氢经过化学作用而形成的。为什么“石油成因”这样一个十分重要的问题已经争论了一个多世纪，而至今认识尚未完全统一呢,其原因在于,三、石油成因研究史回顾（图）两个多世纪以来（从罗蒙诺索夫（1763）提出蒸馏说算起应该是两个多世纪），关于油气成因问题，不同专家学者曾提出过各种不同的成因假说。在众说纷纭的油气成因学说中，就其观点而言，可归属于有机起源与无机起源两大学派。1、最早的石油成因论蒸馏说十八世纪中叶，前苏联化学家罗蒙诺索夫（1763）根据他对石油化学的研究，认为石油和煤炭一样是由泥炭在高温作用下（蒸馏）所生成的。这是最早的石油成因学说，也是最早的石油有机成因学说，常被称为蒸馏说。罗蒙诺索夫应是世界上最早研究石油成因的学者。,2、最有影响的石油无机成因论碳化物说十九世纪中叶，随着采油事业的兴起，石油的成因广泛引起了学者们的兴趣。各种无机起源说也随之应运而生。其中影响最大的是俄国化学家ДИ门捷列夫1876提出的碳化物说，他认为地下深处的重金属碳化物与水相互作用,可以生成碳氢化合物形成石油形成过程见石油地质学－柳广弟，20093FemCn4mH2OmFe3O4C3nH8m而当时已知有许多实验可以通过无机合成途径获得烃类。针对蒸馏说他指出把石油起源和煤相联系的想法与实际所观察到的油田剖面有矛盾。,,石油无机起源说的另一典型代表是十九世纪晚期由索柯洛夫（ВДСΟКΟЛΟВ）提出的宇宙说。理论依据是在一些天体中发现有碳氢化合物，如在水星、土星、天王星、海王星等星球的气圈中，以及慧星的头部都有发现，因此他认为碳氢化合物是宇宙所固有的，早在地球尚处于熔融阶段时即已存在于气圈之中了（后来随着地球冷却被吸收并凝结在地壳上部；这些碳氢化合物沿裂隙溢向地表过程中便可形成油气藏。怎样指导勘探－靠近深大断裂带找油）此外当时还出现过岩浆说、火山说等。总之，十九世纪后半叶是石油无机起源说相当盛行的时期。,,3、石油有机成因论的兴起19世纪下半叶，有机化学家参与了油气形成的实验研究，为油气有机成因理论的建立起了非常重要的作用。1863年,Lanrent把脂肪酸放在水蒸汽中蒸馏得到了液态烷烃；自1888年起，Enger和Heofer对不同的动、植物脂肪酸类进行成烃模拟实验和野外考察，还用波罗地海近代沉积的腐泥蒸馏得到了烃类，开创了利用近代沉积物模拟油气形成的先例，完善了有机成因学说。这一时期，有机成因学派主要通过自己的观察和实验，为油气有机成因提供佐证。此间有机学派提出的观点就其形成油气的原始物质来说，有以低等动物为主的动物说；以藻类为主的植物说；还有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。,4、石油有机成因论的兴盛二十世纪上半叶，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，得到了大量实验的支持空前发展，有机成因说得到了大多数人的认可。特别是有机学派的混成说经过波东尼等人1906的发展，已经构成了近代生油概念的雏型。波东尼认为动、植物都是成油的原始材料。它们死亡后与矿物质点一起沉积→腐泥岩→经天然蒸馏→即可产生石油。在混成说基本确立以后，人们又把注意力转向有利于生油的生、化组分的争论。先后出现过脂肪说、碳水化合物说、蛋白质说等。,经过激烈的争论和大量实验的支持，石油有机成因论逐步得到了地质学家和地球化学家的认同，而成为油气成因的主流学派。但是，对有机质的成烃演化过程，历来存在着各种不同的假说和认识，这些认识与争论可归结为石油是成岩早期形成的还是成岩晚期生成的这就是石油有机成因的早期成油说和晚期成油说。,5、石油有机成因早期成油论的兴盛20世纪上半叶，是早期成油说空前活跃的时期，实际上这一时期的有机学派大多持早期成油观点。19世纪末，沃顿（E.Orton，1888）在对当时关于石油生成、运移和聚集的观点作评述时，就表明其更倾向于石油是早期形成的，这可能是最早出现的油气早期成因的观点。20世纪中叶，不少学者通过对世界各种地质资料的研究确信，油气能够在早期低温条件下形成并聚集在早期形成的圈闭中。古勃金（1937）史密斯（1954）等都通过他们的研究，提出证据来支持有机成因早期成油论。,古勃金（1937）认为生油过程是从有机软泥或生物软泥中开始的，以后就一直不停地在有机岩层和围岩层的成岩变化过程中完成。观点古勃金在整个过程中温度并不特别高，在厌氧细菌的参与下，液态石油或半液态石油是在软泥或没有完全变硬的岩层里开始形成的。当岩层在上覆重荷作用下逐渐压实时，随着压力增加，石油和水被挤入疏松岩层--砂岩、石灰岩内，形成油气藏。,,史密斯（1954）引进先进分析技术，首次在现代沉积物中发现了烃类。这是一次飞跃性的突破，为此获得了诺贝尔奖。（得到科学界的肯定）这一时期研究者从地质学、地球化学以及生物学等方面对成烃母质、成烃过程、地球化学条件及物理-化学环境等环节论述了石油的早期形成与聚集。,,6、石油有机成因晚期成油论的兴起二十世纪五十年代中期开始，由于色谱，特别是气相色谱技术的应用，地质体中微量可溶有机质的研究得到快速发展。Bray④环烷烃中，四环、五环和六环的含量较丰（最多的是五环），单环、二环和三环者较少。,,⑤早期生成的烃缺乏低分子芳香烃，而石油中则有相当数量的苯、甲苯、二甲苯等。⑥在数量方面，岩石中所含的烃要比沉积物所含的烃多2-10倍。结论石油应该主要是晚期形成的。,,J.E.科珀和E.E.布雷（1962，1963）研究了各种近代与古代沉积物和油层水或石油中脂肪酸及正烷烃的分布，发现脂肪酸偶数碳原子优势与正烷烃奇数碳原子优势均随沉积物的年龄和深度的增加而减弱；在油层水中脂肪酸分布和石油中正烷烃分布则呈平滑曲线，不显偶碳或奇碳优势。这种脂肪酸偶碳优势的消失和石油中奇碳优势的消失之间的并行，暗示了所含正烷烃可能是由有机质早期演化形成的脂肪酸进一步演化来的（图h2）。,,二）深成作用阶段成熟阶段随着埋藏加深，地温逐步升高。有机质将进入热催化转化阶段。这一阶段温度的作用显著，通常伴有粘土的催化作用。先期为地质聚合物的干酪根进，入深成作用阶段后，接着继续向较低分子的地质单体物质转化。,,在温度作用下，干酪根的演化主要是其中的各种键依次断裂。先断开的是杂原子键，如C-O、C-S等，接着是C-C键。生成H2O、CO2、CH4、N2、NH3和H2S等挥发性物质分子量比干酪根小的可溶于有机溶剂的有机物质（包括烃类，简称可溶有机质，或可抽提有机质）,,结果,,深成作用阶段是主要生油阶段。（尤其是早、中期）这个阶段也可以说是石油成因现代概念的核心。据估计，石油中大约80-95的烃是在此阶段生成的。中期干酪根达到生油高峰期晚期凝析油-湿气期（图h1）（热催化优势逐渐转变为热裂解优势）液态石油烃主要形成于深成作用阶段。,,深成作用阶段,,根据普西（Pusey,1973）的研究，世界上大多数石油储量均处于65.6-148.9℃的温度范围内。温度太低不利于生成大量石油；温度太高石油进一步裂解成烃类气体。他把液态烃类石油存在的这个温度范围或其所对应的深度区间叫做“液态窗口”（图）。液烃窗口地下液态石油存在的温度（深度）范围。,,深成作用阶段烃类组成的变化深成阶段所生成的石油在性质上更加成熟，其主要表征①正烷烃的碳原子数和分子量递减；②生物烃所带来的奇碳优势被新生烃所冲淡直至消失；③环烷烃和芳香烃的碳原子数和环数减少；④正烷烃分布曲线由双峰型变为单峰型。（图h1）,,特别有意义的是，轻质低分子烃增加速度比重质烃大，正烷烃分布曲线主峰碳向低碳数方向前移；姥鲛烷/nC17和植烷/nC18比值逐渐变为小于1.0（n＞i）（图h2）。深成作用阶段的晚期液态烃急剧减少，而低分子烷烃（主要是甲烷及其同系物）显著增加。,,深成作用阶段非烃部分的变化在烃类组成变化的同时，非烃部分也随埋藏深度的加深有相应的变化。胶质和沥青质在组成和结构上杂原子减少，芳香度增加（芳构化）；同时其在石油中含量逐渐减少乃至消失，因而引起石油比重降低、颜色变浅。干酪根向石油转化的中间产物MAB抽提物随深度增加其含量减少。（甲醇丙酮苯混合溶剂）,,深成作用阶段干酪根的变化在深成作用阶段的演化中，干酪根的量和质也在发生着相应的变化（图）。在数量上干酪根随深度减少；在质量上随深度变化主要表现在残余干酪根H/C和O/C比值下降，缩聚程度增高，颜色由黄变黑。,,,,（三）准变质作用阶段过成熟阶段准变质（交替）作用是深成（退化）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。,,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要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。,,据估计,,以上各个阶段是连续过渡的，相应反应和产物是可以交错叠置的；况且还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，实际上不可能用一个统一指标去做截然的划分。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。（各阶段主要作用、产物及地化指标见表）。,,据亨特估计，C1-3气烃的17，C4-14液烃的9和非烃的40生成于成岩作用阶段；气烃的82，液烃的91，非烃的60生成于深成作用阶段；气烃的1和痕量的液烃与非烃（图h2）生成于准变质作用阶段。,,五、有机质成岩演化与油气生成的阶段性－小结,六、油气生成的地质环境什么样的地质条件才能为油气生成提供最佳环境呢依据前面有机质转化成油气的基本原理，有利于油气生成的地质环境必须满足如下条件①有利于有机质的生产和保存；②有利于有机质的埋藏（受热）和转化。,,从地质上考查，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，就涉及到以下三个方面①有利于有机质生产和保存的沉积古地理环境；②有利于有机质埋藏和转化的成岩环境；③同时还牵涉到二者得以协调发展的构造条件。,,（一）沉积古地理环境海相、陆相具有足够数量和适当质量的有机质是油气生成的物质基础。首先需要水体中有大量水生生物繁殖（生产）,以作为有机质供给之源泉；丰富的有机质堆积和保存是油气生成的重要前提条件，这就需要相对宁静的沉积水体和较稳定的还原环境。,,沉积有机质有将近95是集中在低能环境（宁静的水体）形成的页岩中。（有机质分布已述）原因①沉积分异-同步沉落；②粘土比表面积大-吸附能力强；③沉积环境水动力能量低-保存条件好。,,海相环境海域可分为滨海、浅海和深海（图h2）1滨海-平均高潮面与平均海平面之间。海水进退频繁，环境变化急剧，处于高能环境。不利于生物的繁殖和有机质的保存。2浅海（大陆架陆棚区）a.阳光充足，矿物养料丰富，水体较宁静，生物繁盛；b.生物死亡后沉落水层厚度不大，可较快进入沉积物；c.加之底氧不足，易形成还原环境。尤其是河流入海口附近外侧的前三角洲地带，有陆源有机质补充，沉积物中有机质特别丰富。,,海相环境3深海-远离海岸，营养缺乏，生物不如浅海繁盛，沉积速度缓慢，有机质沉落途径较长，使之遭受氧化和破坏机会增大，有机质含量欠丰。据多布良斯基估算，在陆棚区约为1.04，陆坡区约为0.37，而深海区仅为0.06。（平均0.8）结论地质历史中的前三角洲、泻湖、海湾及其它封闭性的坳陷区，是有机质形成和保存的最有利的海域古地理环境。,,陆相环境一般内陆湖泊的情况与海盆极为相似。需要强调的是，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。从某种意义上说，内陆湖泊有着更加良好的天然封闭条件和更加丰富的物质供给，在一定条件下，沉积物中有机质的相对含量更高。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。,,,（二）大地构造背景伴有振荡运动的持续下降的大地构造背景－最好在沉积物（包括有机质）不断堆积的前提条件下，一方面，要确保水体有利于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，需要地壳必须有一个持续下沉的大地构造环境；在此背景下，同时还需要得到沉积物相应补偿。理想环境沉积补偿≈下沉幅度,,另一方面，要达到有机质成熟转化成油所要求的温度条件和形成足够数量的油气，需要①一定的沉积厚度来营造足够的埋藏深度；②要有相当时间和沉积厚度来累积足够数量的有机质。在有机质沉积作用低效率有机质转化成烃低效率大背景下，也要求必须有一个长期持续稳定下沉的大地构造条件。（以满足前述有机质的生产和保存条件及埋藏和转化条件）,,一般说来，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。结构较粗的储层沉积物沉积速率较高，有利于有机质埋藏和向油气转化。从生、储、运配套的角度考虑，为了使生、储层频繁交互和广泛接触，这就需要在总的下沉背景上有适当的振荡性相对上升（不降即升），以便形成有利的生-储-盖组合。这是母岩有效性的重要条件。,,细粒沉积（页岩-烃源岩）过厚，不利于油气排出；粗粒沉积（砂岩-储层）太厚又不利于生油岩的发育。砂、页岩（粗、细）沉积宜有适当比例和单层厚度。有机质多与细粒沉积物相伴；快速埋藏有利有机质向油气转化需要粗粒沉积物。振荡性沉降伴之以适宜的堆积速率粗细间互、协调产出才能形成最佳的生储盖组合。,,,分析,综上所述，有利于有机质向油气转化的大地构造环境应该是1.下降的幅度正好为沉积物所补偿。只有这样，才能形成有利于生物大量繁殖和有机质大量堆积的水体深度（古地理环境）得以持续保持。2.在下降幅度与沉积补偿基本平衡的前提下，沉降速度快、持续时间长，有利于有机质的埋藏保存和向油气转化。（但高沉积速率补偿又影响有机质丰度）,,总之，有利于油气生成的地质环境是1）有利于生物大量繁盛的沉积古地理环境；2）有利于保持古地理生态、与沉积补偿速率基本保持平衡的持续下沉的大地构造背景；要求必须要有一个长期持续稳定下沉的大地构造背景。3）有利于有机质埋藏保存和向油气转化、兼顾生-储层发育的沉积条件（振荡运动粗细相间）。持续〔生物繁盛（沉降速率≈沉积补偿速率）〕,,,,,综上所述，有利于石油生成的最佳地质环境是①要有足够数量和一定质量的原始有机质；②要有古地理中的浅海封闭环境或一定深度的湖泊环境；③要有长期稳定下沉并伴随有适当升降运动的地壳运动背景；④要有较快的沉积堆积速度；⑤要有适当的埋藏受热历史。,,,复习一、石油有机起源的证据；二、形成油气的原始物质；三、有机质的分布和类型；四、促使有机质演化成烃的因素；五、有机质成岩演化与油气生成的阶段性；六、油气生成的地质环境前面我们从以上几个方面，对油气有机成因晚期成油学说进行了较为详细的论述，这是当今油气成因的主流观点或学派，但并不是全部。为了使同学们更加全面地了解油气成因的研究现状与进展，下面对有关油气成因的其它一些观点也作一简要介绍。,第三节早期成油说与未熟-低熟油气（略）,前已提及，石油有机成因早期成油说在二十世纪上半叶较为盛行。二十世纪下半叶（尤其是七十年代以后），晚期成油说逐渐成为石油有机成因的主流；但这并不意味着晚期成油说尽善尽美；也不意味着所有的人都接受晚期成油学说。作为一种学术观点，这里对早期成油学说作一简介，以便对石油成因研究有一个更为全面的了解。,,一、早期成油的地质证据（4点）我们前面论述的石油晚期成油学说的依据，主要来自地球化学方面；而早期成油理论则是建立在地质证据基础之上的。,,一）早期的圈闭控制了石油的分布（晚期圈闭只含水）威尔逊（H.H.Wilson，1990）列举了美国墨西哥湾岸区发育的三个大型圈闭的实例（油层现今埋深1000m）1凯尔西背斜（晚期）只含水，无任何油气显示2霍金斯穹窿3东得克萨斯大油田它们之间被一向斜分隔，储层均为下白垩统伍德拜砂岩。研究表明富集油气的圈闭盐构造是在油层之上的沉积物厚度最多只有600m时（未达到门限深度）就已经形成了（Adkins，1956）。油气选择性地富集于早期形成的圈闭之中。这就说明了油气是早期运移的-当然也应该是早期生成的。类似例子，还有科威特劳扎塔因背斜（早）为特大型油田，而萨布利耶背斜（晚）只含水（它们彼此紧邻），储层为祖拜尔砂岩；据研究也是在上覆沉积物厚度不到600m时（未达门限），石油就聚集于劳扎塔因构造中了。,,油气异常丰富（特大型油田）,,二）在油气藏内外储层成岩作用的差异（石油的早期聚集抑制了岩石的化学胶结作用和压实作用）一般认为，文石层向方解石转变是在其沉积后几个月（最早）或几万年（最晚）之间进行的。但根据对德国西南部达卢姆油田威尔登储集岩的研究发现（Pchtbauer和Goldschmidt，1964）文石胶结的介壳灰岩储集层只存在于油藏之中（同沉积穹窿构造），而同层含水带中文石已全部方解石化。其介壳灰岩储集层与推断的沥青质生油岩相邻。这一实例证实了烃类聚集可以抑制成岩作用，同时也证实了石油能够早期生成、运移和成藏（H.H.Wilson，1990）。再一个例证是挪威北海的埃科菲斯克油田，其托尔-埃科菲斯克组白垩储集岩中，孔隙度从含油带的38降低到含水带的18（D.Heur，1984）；同时还有白垩储集层在构造翼部变薄，而油藏的储集层相对变“厚”的差异压实现象，这也说明石油的早期聚集抑制了化学胶结作用和压实作用。,,三）油-水界面的变形（成岩作用解释）典型实例是美国加利福尼亚圣华金盆地的北科莱斯-莱维油田剖面。埃切岗地层厚度在背斜顶部变薄，表明古构造在上中新统斯蒂文斯砂岩储层沉积后，就出现了（同沉积背斜）；埃切岗地层在上新世末期发生褶皱，储集层中油-水界面也发生了褶皱，表明上新世末期以前石油已经聚集（Hardoin，1963）；其油-水界面的弯曲形态与埃切岗地层的褶皱颇为相似（图）。有证据说明其石油是早期生成的（H.H.Wilson,1990）。解释按重力分异和浮力定律，烃类在圈闭中聚集时,油水界面一般是水平的。如果继后发生构造变形，储集层渗透率允许的话，油-水界面会重新调整，使之保持水平状态。但在饱和水的储集岩中，不断发生胶结作用而使孔隙堵塞，加之油-水界面处“焦油沥青层”的存在而形成了成岩渗透屏障，使油、气、水界面产状难于调整，油-水界面被迫随构造变形而变形，从而形成弯曲的油气水界面。,,四）未成熟的重油和“焦油”与早期排烃的证据若以体积计算，世界上重油和焦油矿藏的储量大大超过常规油藏的储量（Rodifer,1987）。任何液态烃形成理论都必须圆满地解释特大型重油和焦油矿床的生成和聚集机制。重油形成有两种可能重油可能是未成熟原油（“现代”与“早期”不同角度认识）也可能是成熟石油与大气水接触强烈蚀变（细菌降解）H.H.威尔逊（1990）认为，虽然重油油藏分布在浅层，但用细菌降解是很难解释的。因为微生物作用仅只在油-水界面处发生，而且会形成“焦油垫”，而“焦油垫”又会阻止进一步的生物降解作用。且一些浅层油田并未遭受生物降解作用。如美国弗吉尼亚州西部埋深仅30-40m的油田中（Price,1972）已开采出了数百万桶的高质量石油。,,典型例子加拿大西部阿萨巴斯卡重油和“焦油带”，重油和焦油的储量为1.351012桶，其成因一直存在着争论。（1）有人认为是来自下白垩统的成熟石油，后来由于侵蚀作用使油与大气水接触，发生了水洗作用和生物降解作用。而许多有机地化研究成果认为阿萨巴斯卡重油和“焦油”是未成熟的石油。,,（2）Ells1926还首先报道了阿萨巴斯卡“焦油砂”中的化石木，该化石木保存得特别完好，他发现部分或完全碳化的木质碎片没有被沥青包裹；受到石油包裹的木质碎片很少碳化。并认为石油包裹的木质碎片是在木质碎片沉积之后不久就形成的。还有Sproule1938也注意到沥青浸染的化石树木保存相当好，并认为是烃类包裹的结果，并且推断烃类是沉积之后不久就聚集起来了。,,（3）后来Ball（1935）也注意到，将石油分离出去以后，砂岩呈疏松的糖粒状。Allen认为，麦克默利砂岩是含油物质支撑了疏松砂粒，砂粒转变为砂岩之前石油就富集于其中了。由于缺乏矿物质胶结，阿萨巴斯卡“焦油砂”孔隙度高达35（Mossop,1980；Scott,1987）。许多证据表明麦克默利砂岩中的石油是从原地的生油岩中早期运移富集的（Corbett，1955）。,,二、早期成油机理－－（微生物作用成烃）毫无疑问，在富含有机质的沉积物埋藏期间，大量烃类的生成及富集与整个地质剖面中油母页岩有关。但是石油地质学家感兴趣的问题是少量的高度分散的烃类是如何从生油岩中排出并富集于多孔隙的圈闭之中的以及石油是什么时候排出来的Mackenzie等人（1982）认为，最重要的问题是如何区别油藏中成熟作用形成的石油（运移到圈闭中未熟，在圈闭埋藏中才变得成熟）与来自生油岩的成熟石油。,,若用早期生物成因石油的富集来解释石油的成因，那么储集层上覆沉积盖层中缺氧环境的顶界面附近，就是厌氧细菌大量繁殖的重要场所。在压实作用早期阶段，细菌会在上覆沉积物排出的富含有机质的流体中繁殖，在微生物有机作用中主要是细菌繁殖及活动，使有机质转变为原生石油（这种原生石油主要由细菌体壳形成）。据此推论细菌是原始石油和未成熟石油形成过程的主要营力，而不是对油藏破坏的生物降解作用的主要营力。,,由微生物转化来的未成熟烃类（原生石油）可被甲烷带走（解决了运移问题），并富集于准同生期形成的圈闭之中。阿萨巴斯卡地区古地形隆起圈闭中的重油就是一例（H.H.Wilson,1990）。在阿萨巴斯卡地区，钻井钻入麦克默利砂岩时，经常会遇到甲烷（Ells,1926；Carrigy,1971）。Deroo等人认为重油和“焦油带”中的甲烷是“生物成因气”。甲烷的存在促进了重油分子的运移（H.H.Wilson,1990）。（张义纲认为1981这样的机理，也适合于中国盆地石油生成和聚集的分析）。,,三、关于未熟-低熟油气的情况简介1、未熟石油是一个与干酪根晚期成油理论中的成熟石油相对立的概念，具有较低的源岩演化程度和不同于成熟石油的有机地球化学特征。2、未熟-低熟油气，其生烃阶段相对应的烃源岩的镜质体反射率Ro值大致在0.2-0.7，相当于干酪根生烃模式的未成熟和或低成熟阶段。,,3、未熟油的实例。1963年MartinRL对北美采自8个油田的40个油样进行了正烷烃分布的分析，提出犹他盆地的油为未熟油的实例。1969年开始的深海钻探计划（DSDP）在墨西哥湾、西太平洋和西地中海的中生界及更新统沉积物的岩芯中发现未成熟石油、沥青和烃类气体的运移。二十世纪七十年代以来，在许多国家和地区又不断发现低熟烃类资源。总之，据1999的统计资料，世界已发现未熟油分布有40余处（图）。,,4、未熟油气的产状及分布相态多样，分布广泛未成熟烃类从相态到产状差异甚大，从天然气、凝析油到轻质油、正常原油、重油、油砂以及固体沥青等形式均有出现。有资料显示，未熟原油密度在0.75-0.96g/cm3之间。不同地区未熟油气储量差异更大，有些仅是油气苗或沥青显示，而有些已构成工业性油气田，甚至是大中型油气田。,,产层分布上，从古生界至现代沉积中均有分布，但总体上新生界是未熟油的主要层位。分布深度在几m-5000m，大部分在2000m以内。对这些未熟油的烃源岩进行一些追索，其源岩时代与储集岩的层位比较一致，大多显示出自生自储的特性。从沉积相看，分布范围比较广，既有海相，也有陆相，还有过渡相。未熟油气的源岩的岩性既有泥质岩，也有碳酸盐岩，还有煤岩、硅质岩等。其镜质体反射率Ro为一般0.3-0.7。,,5、未熟石油与早期成油说的关系严格说，未熟油概念与早期成烃理论，既有联系又有区别。未熟油概念在承认有机质有完整的三阶段演化模式（未熟、成熟和过熟）基础上，认为是未成熟有机质形成的液态烃在储层中仍显示低演化阶段的特征；早期成烃理论则认为所有的液态烃都是在成岩作用阶段形成的。不仅是目前显示为未成熟的石油是早期形成的，就是目前显示为成熟特征的石油，亦是早期形成的，只不过成熟石油是其在储层内演化成熟的结果。即是说，所有的石油都是早期形成的，早期形成的石油不仅限于目前的未熟油。未熟油资源的确立，为早期成油理论提供了依据；反过来，早期成油理论为深入研究未熟油的形成演化、运移聚集奠定了理论基础。,,6、未熟-低熟油的意义未成熟油的发现及确定，主要依赖有机地球化学方法，其意义在于反映了石油形成的广泛性和多阶性；也说明任何一种成油理论都不能圆满地解释所有的石油形成问题（刘文汇和黄第藩等，1999）。因此，可以说未熟-低熟油气资源的发现和确定,是对目前流行的成油理论（所谓石油成因现代概念）的一个补充和完善，也是对早期生烃学说的否定之否定。同时也扩展了油气勘探的思路和领域。,,,第四节关于无机生油说,进入二十世纪以来，石油成因有机学说逐渐被业内人士广为接受，占据优势，二十世纪后期尤其以有机成因晚期成油说逐渐成为石油成因学说的主流。但是，一些主张无机生油说的学者并未放弃自己的观点。1949年10月3日，在纪念宇宙说60周年大会上，前苏联学者库德梁采夫提出了石油起源岩浆说，并强调要发扬几乎被遗忘的宇宙说（柳广弟，2009）。他从方法到推理，从原理到应用，对有机学说发动了一场全面而凌厉的反击。最终虽未占优势，但却把石油成因研究引向更加深入。这种对科学执着的追求精神是值得赞许的。学术上的争辨是推动学术理论向前发展的积极因素。,,迄今为止，仍不时出现对无机学说感兴趣的业内学人，尽管近代无机学说还不够成熟，尚难用于指导油气勘探和生产实践，但已经提出了许多耐人寻味的新资料，值得人们深思。（拓展思路）,,一、烃类无机成因的证据无机学派在对有机学说提出尖锐责难的同时，也极力为自己的观点寻求论据。现将其主要论据归纳如下1.早在十九世纪所进行的一系列化学试验表明通过无机途径（如金属碳化物与水作用）可以形成一定数量的烃类。近代石油化学工业，通过费托合成反应生产烃类催化nCO2nH2CHnnH2O南非用此方法合成石油，年产量达600万吨/年。,,,2.火山喷出的气体和熔岩流中含有烃类。黑耀岩、浮石、火山灰中亦可抽提出微量分散的沥青。3.石油的分布，常受断达上地幔的深大断裂控制。深断裂正是烃类向上运移最好的途径。4.许多天体上存在有烃类。现代宇航技术和宇宙化学的发展表明在太阳系某些星球的大气中存在甲烷。例如慧星头部气体中含有甲烷；木星、天王星、海王星等的气圈中也含有甲烷，甚至还可能有高分子烃。然而这些星球上是没有生命的（有机学说怎么解释）。陨石中曾找到卟啉、植烷和姥鲛烷。,,5.石油中的旋光性可以由非旋光物质合成。有的陨石烃见有旋光性。石油中的旋光性可以由非旋光物质合成。石油中的卟啉也可无机合成。况且这些成分还可是在石油运移过程中，从外界带入石油中的。6.生命起源于烃类。已知由甲烷和氨可以合成氨基酸，后者经热缩合又可成为蛋白质生命的基础物质。即是说，远在生命出现之前石油就已存在了。,,7.有机说难以解释数量巨大的石油聚集。例如，加瓦尔油田石油储量有107108t；加拿大西部沥青砂岩中的重质石油储量竟达1800多亿吨，若折算成液态石油还得加倍。然而沉积岩中的有机质含量很低，烃含量就更低，无法满足偌大油藏储量之所需。反证8.有机生油研究中使用的溶剂抽提出来的烃类是干酪根破坏的产物，在抽提前本不存在。还有干酪根中氢元素不足，石油析出的机制等问题（都不好解释）（责难）,,二、无机说的石油生成机理与有机学派类似，无机学派内部也有不同主张。①烃类在地球尚处于宇宙星云物质时期就已存在（宇宙学说）。②烃类形成于地球深部（岩浆说）。共同点都认为沉积岩中的油气来源于地下深处。,,石油无机学说的代表性观点20世纪50年代，克罗波特金（据天体物理学家施米特的理论，地球由冷的宇宙尘埃和气体组成）认为组成地球的原始气体中包含有He、H2，也包含有烃烃类早在地球发育早期就已经存在了（宇宙成因）观点①。20世纪60年代，波尔菲里耶夫也持类似观点认为烃是元古宇宙中的实体。观点①成藏解释原始星云物质在凝聚过程中，烃好象胶似地起粘结作用；后来在重力影响下，轻的烃和水被挤向地表，烃因氧化紫外线照射而散失，只有其残余保留在储集岩中。,,20世纪70年代，有了卫星探测新资料，波尔菲里耶夫和克罗波特金都修正了自己的观点，都转而倾向于地球深部成因的观点后者宣称地球深部是最大的烃源。观点②认为在地壳深处和上地幔存在着自由氢与固相碳，同时还有CO和H20等，在温、压适宜的深度上就可以有烃形成和保存。成藏解释地下深处形成的原始天然气混合物（其中包含有烃、CO、CO2、NH3、H2S等），在以脉冲式向地表喷射的过程中，可能发生重烃的凝聚（液相），随着温、压的变化，流体混合物分离成各自独立的相，从而形成带有大气顶的油藏。只有凝析气藏最接近于深部原始天然气混合物的成分。,,库德梁采夫认为，烃是由碳和氢构成的，烃不仅存在于太阳和星球之中，而且也存在于地球的岩浆之中观点②。在高温下碳和氢有可能形成CH、CH2、CH3等，尔后温度降低，这些化合物又在高压下发生聚合作用和加氢作用，从而形成各种烃类。成藏解释由于各种烃的数量比例不同，以及与岩石的相互作用，于是造成不同性质的石油。他并不否认沉积岩中的油藏比结晶岩中要多，原因是沉积岩的渗透条件较好，有利于深处石油在其中运移和聚集。结晶岩只能使油气呈很少的包裹体存在。,,赤崛四郎（1969）认为，石油可由水作用于金属碳化物而形成，但更可能是在星云凝聚成原始地球时由-CH2叠合而成。观点①当时的地球是富含氢的，它使得大部分的碳变成烃，大部分的氮变成氨。木星的大气正是由甲烷和氨所组成。,,无机学派同有机学派一样重视储层和圈闭条件，但前者不承认有什么生油岩，（无机说）认为石油发源于地球深部，因而比较注重深大断裂的作用，确信其为沟通深处与表层的通道。无机学派普遍认为烃类至今还在不断积蓄之中，它的蕴藏量几乎是取之不尽的。无机成因的油气不仅存在，而且远景巨大，将有可能比有机成因的油气潜力大得多（陈沪生，1998）。,,较典型的例证如对中东油气富集的认识波斯湾地区几十个油气田分布在一条500英里长的地带，占地球表面积不到2，那里却拥有世界可采储量的50以上（有限区域，巨大可采储量）。这些油气藏显示了很宽的地质年龄谱（延续时间长）；且烃类产出于构造和地层变化都很大的环境中，各种圈闭都是严重泄漏的保存条件不好，油气渗流随处可见，且由来已久；显然是一种过度供给的情形。这里的石油组成极为相同，因而推测它们是同一来源。但这个来源是什么呢不少地质学家认为可能是地幔来的无机成因烃源（推论）（P.A切诺韦斯，1993；转引自陈沪生，1998）。,,前面介绍了无机生油理论成烃机理的一些具有代表性的观点。评述石油无机成因假说大多是在油气工业发展早期提出来的，缺乏来自油气勘探实践的证据支持。无机说往往把石油的生成，同天体或地下深处相联系，而这些正是人们认识比较薄弱的环节；地质上难于进行实际验证，因而也难于更深入地探讨。无机学说往往单纯从化学反应式出发考虑石油生成，把简单的碳氢化合物与复杂的石油等同起来，难免脱离地质条件的允许。,,应该承认，并不排除在自然界也有非生物起源的烃类，特别是气态烃。但就目前所发现的、具有工业价值的油气田（藏）来说，其主体应是有机成因的；而且基本上是在有机生油理论指导下找到的。但从前面的例证可以说，也许有机学说认为石油枯竭之时，正是无机学说可以定论之时。,,三、关于“二元论”（无机与有机结合）在油气成因的有机学派和无机学派各持己见的同时，还出现了一些主张“二元论”的学者。许多学者通过研究后认为，外部氢源在烃类形成过程中起着非常重要的作用，是促使油气形成的重要因素之一。在自然界，氢的来源有多种，有原生的，有岩浆作用成因的，有变质成因的，有辐射作用以及构造作用成因的等等。,,Б.М.瓦良耶娃1994经过计算后认为，大量的氢来自地下，大洋中脊中每年可产出13108m3的氢气。与热液共生的气体经分析证实,它们主要由氢、硫化氢和甲烷组成。热液脱气作用释放的产物（无机），能与沉积岩中的有机质（有机）相互作用，加快氢化作用过程。因此，直接进入沉积岩中的热液对成烃最具实际意义（С.П.Левщунова，1995）。进入热物质载体的氢气，积极作用于沉积岩地层，使岩石中有机质转化产物发生氢化作用，从而促进烃类形成（С.П.列夫舒诺娃，1990）。,,我国学者张恺也积极主张油气成因二元论，认为板块构造理论能令人信服地阐明两种成因油气都是自然界的客观产物，能把两者的成因机理在板块构造理论的基础上统一起来，并创立了板块构造旋回与油气壳-幔深部成因说。张恺认为组成地球原始物质，在原始低温条件下凝聚时就含有丰富的H2、CH4、C2H6等烃类物质和碳化物。它们被吸收和封闭于地核、地幔和地壳中。张恺还用板块构造旋回所形成的各种断裂系统和外来天体对地球的撞击形成的裂缝系统，以及地球固体潮理论来阐述了油气运移、聚集成藏的通道和动力。,,张恺认为;原始的简单烃类物质在运移过程中发生复杂的聚合、化学反应，形成各种高分子碳氢化合物；而由各种基性和超基性岩在高温高压下脱出的大量水分在运移过程中遇到金属碳化物时,也能形成碳氢化合物。这些碳氢化合物在沿着各种断裂-裂缝系统运移途中，遇到良好的圈闭和封闭条件，便可形成各种类型的油气田藏。,,对于油气成因理论之争，最好牢记沃顿（Orton，1988）的忠告，这就是对立的理论往往是由通过强调多方面问题中的某一个方面来解决的。一个问题的圆满解决应是所有资料必须吻合一致（H.H.Wilson，1990）。关于油气起源问题解决的途径，必须走将天文学、地球科学、生物科学和石油地质学向高度综合发展的道路，并在天、地、生和石油地质交叉科学发展中得到解决（张恺，1990）。,,,第五节天然气成因与相关类型,随着相关学科的发展气体地球化学、有机地球化学、微生物化学、沉积学及深海钻探的进展，加上沼气池和实验室模拟实验，以及宇宙化学等方面的最新研究成果，为解