第二章油氣生成現(xiàn)代油氣生成理論認(rèn)為:保存在沉積物中的有機(jī)質(zhì)在不斷埋深的過(guò)程中,在細(xì)菌、溫度等因素的作用下，經(jīng)歷未成熟、成熟和過(guò)成熟等階段，陸續(xù)轉(zhuǎn)化成石油和天然氣。第1節(jié)生成油氣的原始物質(zhì)一、沉積有機(jī)質(zhì)及其來(lái)源原始來(lái)源：活的有機(jī)體及其在生命活動(dòng)中的代謝產(chǎn)物（分泌物、排泄物）。水生低等生物（尤其是藻類）陸生高等植物浮游動(dòng)物和高等動(dòng)物對(duì)沉積有機(jī)質(zhì)的貢獻(xiàn)相對(duì)很小沉積有機(jī)質(zhì)：隨無(wú)機(jī)質(zhì)點(diǎn)一道沉積并保存下來(lái)的生物殘留物質(zhì)生物體的組成（干重%）植物蛋白質(zhì)碳水化合物脂類木質(zhì)素云杉木166429橡樹(shù)葉652537針?biāo)扇~8472817浮游植物2366110硅藻296380石松孢子842500動(dòng)物浮游動(dòng)物6022180撓足類6525100牡蠣5533120高等無(wú)脊椎動(dòng)物7020100(據(jù)Hunt,1996)物質(zhì)CHSNO碳水化合物44650木質(zhì)素6350.10.331.6蛋白質(zhì)53711722脂類761212石油851310.50.5天然有機(jī)物質(zhì)的平均化學(xué)組成(重量%)(據(jù)Hunt,1996)各類有機(jī)物質(zhì)的C/N+S+O原子比:碳水化合物~1:1蛋白質(zhì)~3:1脂類~10:1保存下來(lái)的生物有機(jī)質(zhì)平均僅為其原始產(chǎn)量的0.8%左右氧化分解生化分解生物吞食有機(jī)質(zhì)的沉積有機(jī)體

年產(chǎn)量（干重）103t/km2里海南加州陸緣海浮游植物460560浮游動(dòng)物3444底棲生物4119魚(yú)類

21.3經(jīng)損失后能到沉積物中的（占總量的0.6%）3.23.8海洋盆地中有機(jī)體的產(chǎn)量第1節(jié)生成油氣的原始物質(zhì)二、影響沉積物有機(jī)質(zhì)豐度的主要因素

生物產(chǎn)率控制因素包括:營(yíng)養(yǎng)供給、光照強(qiáng)度、溫度、掠食生物、水化學(xué)性質(zhì)等。具有較高生物產(chǎn)率的環(huán)境：淺海（生物死亡營(yíng)養(yǎng)原地再循環(huán)；河流帶入陸源營(yíng)養(yǎng)）

海水上涌區(qū)不同環(huán)境有機(jī)碳的產(chǎn)率海水上涌造成高的生物產(chǎn)率全球現(xiàn)代沉積碳的分布第1節(jié)生成油氣的原始物質(zhì)二、影響沉積物有機(jī)質(zhì)豐度的主要因素

生物產(chǎn)率控制因素包括:營(yíng)養(yǎng)供給、光照強(qiáng)度、溫度、掠食生物、水化學(xué)性質(zhì)等。具有較高生物產(chǎn)率的環(huán)境：淺海（生物死亡營(yíng)養(yǎng)原地再循環(huán)；河流帶入陸源營(yíng)養(yǎng)）

海水上涌區(qū)

保存條件控制因素包括:氧化作用強(qiáng)度、有機(jī)質(zhì)的類型、沉積物的堆積速度第1節(jié)生成油氣的原始物質(zhì)缺氧帶（Anoxiczone）：溶解氧含量<0.2mL/L(僅厭氧菌能存活)充氧帶（Oxiczone）：

溶解氧含量>0.5mL/L(喜氧菌)密度分層乏氧的底水滯水盆地(湖泊)黑色、還原的沉積物微還原至氧化的沉積物氧化的沉積物棕褐至白色大陸架大陸坡大陸隆米最低含氧層海水最低含氧層大陸架大陸坡大陸隆米弱還原至氧化的沉積物黑色、還原的沉積物擴(kuò)展的最低含氧層O2最低含氧層的擴(kuò)展（大洋乏氧事件,－K2、J3、D3）密度分層表層水流入或流出乏氧的水淺障壁盆地(水深>~200m)富含有機(jī)質(zhì)的沉積物缺氧充氧充氧缺氧或乏氧障壁深障壁盆地(障壁與最低含氧層交切)水中溶解O2的含量高中低上涌高水流量低水流量深障壁盆地(障壁位于最低含氧層之下)沉積速度（厘米/千年）沉積速度與有機(jī)質(zhì)含量的關(guān)系第1節(jié)生成油氣的原始物質(zhì)二、影響沉積物有機(jī)質(zhì)豐度的主要因素

生物產(chǎn)率控制因素包括:營(yíng)養(yǎng)供給、光照強(qiáng)度、溫度、掠食生物、水化學(xué)性質(zhì)等。具有較高生物產(chǎn)率的環(huán)境：淺海（生物死亡營(yíng)養(yǎng)原地再循環(huán)；河流帶入陸源營(yíng)養(yǎng)）

海水上涌區(qū)

保存條件控制因素包括:氧化作用強(qiáng)度、有機(jī)質(zhì)的類型、沉積物的堆積速度

稀釋作用沉積物堆積速度（米/百萬(wàn)年）過(guò)快速堆積造成的“稀釋作用”三、沉積有機(jī)質(zhì)中的干酪根（一）干酪根（Kerogen）Kerogen：泛指現(xiàn)代沉積物和古代沉積巖中不溶于一般有機(jī)溶劑的沉積有機(jī)質(zhì)。常溫常壓下不溶于有機(jī)溶劑的固體有機(jī)質(zhì)，但在熱解或加氫分解產(chǎn)生烴類物質(zhì)。Hunt（1979）：沉積巖中所有不溶于非氧化性的酸、堿和非極性溶劑的分散有機(jī)質(zhì)。巖石中可溶于有機(jī)溶劑的部分—稱瀝青（bitumen）。（二）元素組成

C為主，H、O次之，少量S、N等。C：H：O：N—77：7：11：2成分結(jié)構(gòu)復(fù)雜的高分子聚合物。占沉積有機(jī)質(zhì)的80-90%±。細(xì)軟粉末，暗棕到黑色。

干酪根是地球上有機(jī)質(zhì)分布最廣泛的形式，是煤和液態(tài)石油的1,000倍和非儲(chǔ)集巖巖石中分散天然瀝青的50倍（Hunt，1972；Tissot＆Welte，1978）。

干酪根是最主要的原始成烴物質(zhì)，但并非原始成烴物質(zhì)的全部。應(yīng)該說(shuō)形成油氣的原始物質(zhì)是沉積有機(jī)質(zhì)，而不僅是干酪根。（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。

（四）類型1光學(xué)分類透射光下：藻質(zhì)、無(wú)定形、草質(zhì)、木質(zhì)、煤質(zhì)反射光下：腐泥組、殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組2化學(xué)分類由CHO含量組成不同，可分為三類：Ⅰ型干酪根：?jiǎn)渭?xì)胞藻類（海藻）殘?bào)w組成，富含脂類化合物，H/C高，O/C低，含大量脂肪族烴結(jié)構(gòu)（鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)為主），少環(huán)芳烴和含氧官能團(tuán)，生成液態(tài)石油潛力大，油頁(yè)巖屬此類。典型腐泥質(zhì)類型（sapropelic）。最大轉(zhuǎn)化率80％。

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，H/C低，O/C高，多環(huán)芳香烴結(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（humic）。最大轉(zhuǎn)化率30％。

Ⅱ型干酪根：介于Ⅰ、Ⅲ之間，過(guò)渡性，來(lái)源于海洋飄浮植物及浮游動(dòng)物，具多環(huán)飽和烴結(jié)構(gòu)。生油氣潛能介于二者之間。類脂型（liptimitic）。我國(guó)陸相盆地統(tǒng)計(jì)(王鐵冠)：Ⅰ型干酪根占22.9%，Ⅱ型干酪根占48.5%，Ⅲ型干酪根占28.6%。

第二節(jié)促使有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化的因素

沉積有機(jī)質(zhì)向油氣演化的過(guò)程是有機(jī)質(zhì)不斷的去氧、加氫、富集碳的過(guò)程。細(xì)菌、溫度、時(shí)間、催化劑、放射性。

（一）細(xì)菌包括：喜氧細(xì)菌通氧細(xì)菌厭氧細(xì)菌在隔氧條件下，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，H2S

在早期階段作用顯著。

第二節(jié)促使有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化的因素（二）溫度與時(shí)間埋藏加大，地溫增高，沉積有機(jī)質(zhì)—熱分解—石油（最有效、最持久的作用因素）1作用機(jī)理兩個(gè)實(shí)驗(yàn)：（1）頁(yè)巖中的不溶有機(jī)質(zhì)（干酪根）--加熱—烴類產(chǎn)物（低分子烷烴）；（2）現(xiàn)代海洋沉積物的干酪根—加熱—揮發(fā)性產(chǎn)物，液態(tài)、固態(tài)產(chǎn)物結(jié)論：（1）不溶有機(jī)質(zhì)—熱力作用—烴類；（2）隨溫度增加，其產(chǎn)物有規(guī)律變化，T達(dá)一定時(shí)，氣態(tài)產(chǎn)物首先產(chǎn)出；一般地，相同時(shí)間，溫度愈高，生成石油愈多。

Connan（康南）的結(jié)論：

第二節(jié)促使有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化的因素表明：lnt與1/T呈直線關(guān)系，即反應(yīng)時(shí)間的自然對(duì)數(shù)與絕對(duì)溫度成反比直線關(guān)系（圖2-12，表2-5）。

故，地溫梯度高的沉積盆地，油氣資源較豐富。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。

生油門(mén)限：隨著埋藏深度的增大，當(dāng)溫度升高到一定數(shù)值，有機(jī)質(zhì)開(kāi)始大量轉(zhuǎn)化成石油的溫度，或稱成熟溫度。達(dá)到門(mén)限溫度的深度叫成熟點(diǎn)。(圖2-13）生油窗：主要生油期一般地，50~120℃作為石油門(mén)限溫度范圍。（60-65居多）

不同沉積盆地，不同層位，生油門(mén)限溫度不同。與有機(jī)質(zhì)類型、埋藏時(shí)間有關(guān)。時(shí)間與溫度相互補(bǔ)償。溫度是轉(zhuǎn)化過(guò)程的決定作用。

2時(shí)間-溫度指數(shù)（TTI）假設(shè)：成熟度與時(shí)間呈線性變化關(guān)系，與溫度成指數(shù)變化關(guān)系。則：

應(yīng)用：（1）研究成熟度，確定特定層位的油氣保存狀態(tài)；（2）確定有利生油氣區(qū)范圍；（3）確定石油生成時(shí)間，對(duì)圈閉評(píng)價(jià)；

（三）催化劑（Catalyst）

催化劑:能加快化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)程而本身不參加化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)。破壞反應(yīng)物的原始結(jié)構(gòu)，使分子重新分布，形成穩(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；（2）酵素：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。第二節(jié)促使有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化的因素第二節(jié)促使有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化的因素在250℃下油酸的熱催化產(chǎn)物催化劑:油酸烴類產(chǎn)率（%）各類烴所占的百分比飽和烴單核芳烴雙核芳烴3∶1361853292∶120285418第二節(jié)促使有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化的因素根據(jù)已有的實(shí)驗(yàn)資料外推，用高活力催化劑在100℃下裂解正十六烷只需要幾個(gè)月，若用低活力催化劑則需要1000年，而不用催化劑單純的熱解所需時(shí)間已超過(guò)了地球的年齡正十六烷熱裂解和催化裂解所需要的時(shí)間

(據(jù)Goldstein,1980)第三節(jié)有機(jī)質(zhì)演化與成烴模式

一、未成熟階段

溫度：10~60℃。主要作用因素:生物化學(xué)作用（細(xì)菌、酵素）有機(jī)質(zhì)演化過(guò)程:在還原環(huán)境中，沉積有機(jī)質(zhì)被部分分解，產(chǎn)生CO2、CH4、NH3、H2S、H2O等;同時(shí)形成更為穩(wěn)定的干酪根。

從生物有機(jī)質(zhì)-干酪根形成過(guò)程示意圖主要烴類產(chǎn)物：生物化學(xué)甲烷正烷烴的碳原子數(shù)和分子量遞減，生物烴所帶來(lái)的奇碳優(yōu)勢(shì)被新生烴所沖淡直至消失；環(huán)烷烴和芳香烴的碳原子數(shù)和環(huán)數(shù)減少，分布曲線由雙峰型變?yōu)閱畏逍投?、成熟階段溫度：60-180℃。主要作用因素：熱降解作用。（催化劑、溫度）有機(jī)質(zhì)演化過(guò)程：干酪根在熱力作用下逐步向油氣轉(zhuǎn)化。隨溫度持續(xù)增高，生油反應(yīng)的速度和生油量顯著增大，直至達(dá)到生油高峰。此后，生油量開(kāi)始明顯減少，生氣量相應(yīng)迅速增大。至約180℃后，干酪根的生油潛力枯竭，只能生成氣態(tài)烴類。右圖說(shuō)明：有機(jī)質(zhì)各組成隨深度的變化

(據(jù)B.Durand,1980)

1-CO2+H2O;2-油;3-濕氣;4-甲烷;5-膠質(zhì)+瀝青質(zhì);6-不溶于有機(jī)溶劑的有機(jī)質(zhì);7-可溶于堿的有機(jī)質(zhì);8-可溶于酸的有機(jī)質(zhì);虛線表示這些組成可能疊置三、過(guò)成熟階段有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化末期。此階段已生成的液態(tài)烴和重質(zhì)氣態(tài)烴強(qiáng)烈分解，轉(zhuǎn)變成最穩(wěn)定的甲烷，以及碳質(zhì)殘?jiān)ㄌ紴r青或石墨）。第三節(jié)有機(jī)質(zhì)演化與成烴模式溫度：>180-250℃。第四節(jié)烴源巖及其評(píng)價(jià)

烴源巖（sourcerock）：曾經(jīng)生成并排出足以形成工業(yè)數(shù)量油氣的巖石。（Hunt

1979）(有效烴源巖)張厚福：能夠生成石油和天然氣的巖石。

生油層：由生油巖組成的地層。生油氣層系：在一定地質(zhì)時(shí)期內(nèi)具有相同巖性、巖相特征的若干生油層與其間非生油層的組合，稱生油層系。

生油區(qū)(油/氣源區(qū))：盆地內(nèi)生油層系分布的區(qū)域。

第四節(jié)烴源巖及其評(píng)價(jià)一、烴源巖的巖石類型及特征

1、粘土巖類烴源巖1）巖類：泥巖（mudstone）、頁(yè)巖（shale）、粘土巖（clayrock）2）特征：-顏色較暗，以灰色、灰黑色、灰綠色為主（有機(jī)質(zhì)豐富）。-生物化石豐富，沉積環(huán)境安靜、缺氧，水體穩(wěn)定。

-富含分散狀原生黃鐵礦，水平層理。

2、碳酸鹽巖類烴源巖1）巖類：石灰?guī)r（limestone），生物灰?guī)r（biosparite），泥灰?guī)r（micrite）。2）特征：-巖性主要為低能環(huán)境下形成的隱晶－粉晶灰?guī)r。-顏色較深，多為灰色、深灰色、褐灰色。-含生物化石豐富，含原生黃鐵礦。

（二）烴源巖的地球化學(xué)指標(biāo)

1有機(jī)質(zhì)豐度指標(biāo)

1)總有機(jī)碳（TotalOrganicCarbon－TOC）：?jiǎn)挝恢亓康母蓭r石中有機(jī)碳的重量百分?jǐn)?shù)。（也稱殘余/剩余有機(jī)碳)?？勺鳛楹Y選烴源巖和評(píng)價(jià)生油氣能力的指標(biāo)粘土巖類的有機(jī)碳含量高于碳酸鹽巖類：對(duì)有機(jī)質(zhì)的吸附能力不同;碳酸鹽巖的晶析作用和成巖作用。第四節(jié)烴源巖及其評(píng)價(jià)

烴源巖的TOC下限:0.5%好的烴源巖TOC>1-2%2）氯仿瀝青“A”和總烴含量（HC）

氯仿瀝青“A”：指巖石中可抽提有機(jī)質(zhì)的含量；

總烴含量：包括瀝青“A”飽和烴和芳香烴組分含量的總和。

我國(guó)陸相中新生代淡水-半咸水沉積生油巖平均---0.1～0.3％；非生油巖