油氣成因

一、生油氣母質(zhì)及其化學(xué)組成

根據(jù)油氣有機(jī)成因理論，生物體是生成油氣的最初來(lái)源。生物死亡后的殘?bào)w經(jīng)沉積作用埋藏于水下的沉積物中，經(jīng)過(guò)一定的生物化學(xué)、物理化學(xué)變化形成石油和天然氣。其中細(xì)菌、浮游植物、浮游動(dòng)物和高等植物是沉積物中有機(jī)質(zhì)的主要供應(yīng)者。在不同沉積環(huán)境中不同類(lèi)別生物體的天然組合，決定了沉積物中有機(jī)質(zhì)的組成和類(lèi)型。生成油氣的沉積有機(jī)質(zhì)主要由類(lèi)脂化合物、蛋白質(zhì)、碳水化合物以及木質(zhì)素等生物化學(xué)聚合物組成，它們都具有比較復(fù)雜的化學(xué)結(jié)構(gòu)(如圖1所示)。下面簡(jiǎn)要介紹這些化合物的組成和分布特征。

(一)脂類(lèi)

又稱(chēng)類(lèi)脂化合物，是生物體維持其生命活動(dòng)不可缺少的物質(zhì)之一。主要包括一些化學(xué)結(jié)構(gòu)與油脂不同，但物態(tài)和物理性質(zhì)與其相似的化合物，如磷脂、街類(lèi)和菇類(lèi)等。盡管它們配化學(xué)組成千差萬(wàn)別，但卻具有共同的特性，即不溶于水而溶于低極性的有機(jī)溶劑。動(dòng)植物中的油脂是最重要的脂類(lèi)，油脂大量分布于動(dòng)物皮下組織、植物的抱子、種子及果實(shí)中。細(xì)菌和藻類(lèi)也含有豐富的脂類(lèi)。此外，還有角質(zhì)、孢粉質(zhì)等，它們存在于高等植物中。

(二)蛋白質(zhì)

蛋白質(zhì)是生物體中一切組織的基本組成部分，是生物體賴(lài)以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)。在生物體的細(xì)胞中，除水外，80%以上的物質(zhì)為蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)約占動(dòng)物干重的50%，同時(shí)它是生物體中含氮化合物的主要成分。據(jù)統(tǒng)計(jì)，地球表面每年合成的有機(jī)質(zhì)中蛋白質(zhì)占1/3- 1/4。但在沉積巖中卻很少發(fā)現(xiàn)完整的蛋白質(zhì)，這是由于蛋白質(zhì)是一種性質(zhì)不穩(wěn)定的有機(jī)化合物，在酸、堿或酶的作用下，發(fā)生水解形成氨基酸而被破壞。

(三)碳水化合物

碳水化合物又稱(chēng)糖類(lèi)，是自然界中分布極廣的有機(jī)物質(zhì)，也是一切生物體的重要組成之一。幾乎所有的動(dòng)物、植物、微生物體都含有碳水化合物，其中在植物中含量最多。碳水化合物的元素組成為碳、氫和氧。碳水化合物按其水解產(chǎn)物可分為單糖、雙糖和多糖。多糖是天然高分子化合物，在自然界分布很廣，一般不溶于水，個(gè)別能在水中形成膠體溶液。植物中的纖維素、淀粉、樹(shù)膠，動(dòng)物體內(nèi)的糖原，昆蟲(chóng)的甲殼等都是由多糖構(gòu)成。多糖中對(duì)沉積有機(jī)質(zhì)最有意義的是纖維素。通常，纖維素、半纖維素和木質(zhì)素總是同時(shí)存在于植物的細(xì)胞壁中，構(gòu)成植物支撐組織的基礎(chǔ)。在藻類(lèi)、放射蟲(chóng)等低等水生生物中沒(méi)有或很少有纖維素，但有類(lèi)似的藻酸、果膠等。

(四)木質(zhì)素和丹寧

木質(zhì)素和丹寧都具有芳香結(jié)構(gòu)的特征。木質(zhì)素是植物細(xì)胞壁的主要成分，在高等植物中可由芳香醇脫水縮合而成。木質(zhì)素的性質(zhì)十分穩(wěn)定，不易水解，但可被氧化成芳香酸和脂肪酸。在缺氧水體中，在水和微生物的作用下，木質(zhì)素分解，可與其他化合物生成腐殖質(zhì)。

丹寧的組織和特征介于木質(zhì)素與纖維素之間，主要出現(xiàn)在高等植物中。此外，還有一系列酚類(lèi)和芳香酸及其衍生物廣泛分布在植物中。它們是沉積有機(jī)質(zhì)中芳香結(jié)構(gòu)的主要來(lái)源，也是成煤的重要有機(jī)組分。

二、干酪根

石油及天然氣來(lái)源于沉積有機(jī)質(zhì)。早在古生代以前，地球上就出現(xiàn)了生物，隨著地質(zhì)歷史的進(jìn)展，生物廣泛地發(fā)育和繁衍起來(lái)?，F(xiàn)在地球上動(dòng)物、植物種類(lèi)繁多，數(shù)量很大，化學(xué)成分異常復(fù)雜。但是，大量動(dòng)物、植物死亡后，多遭氧化破壞，對(duì)生成石油及天然氣的原始物質(zhì)而言，仍以沉積巖中的分散有機(jī)質(zhì)為主。沉積物(巖)中的沉積有機(jī)質(zhì)經(jīng)歷了復(fù)雜的生物化學(xué)及化學(xué)變化，通過(guò)腐泥化及腐殖化過(guò)程形成干酪根，成為生成大量石油及天然氣的先驅(qū)。

地殼上原始有機(jī)質(zhì)的數(shù)量很大、種類(lèi)繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。欲使這些有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為石油烴類(lèi)，其堆積、保存和轉(zhuǎn)化過(guò)程必須處于適宜的地質(zhì)環(huán)境—沉積盆地。沉積巖中的有機(jī)質(zhì)要向石油轉(zhuǎn)化必須經(jīng)歷一個(gè)碳、氫不斷增加而氧不斷減少的過(guò)程，即為一個(gè)去氧、加氫、富集碳的過(guò)程。C. E. ZoBell研究了不同成巖階段的沉積有機(jī)質(zhì)和石油的元素組成，結(jié)果表明隨埋藏深度的加大，氧、氮、硫、磷逐漸減少，而碳、氫相對(duì)富集。所以，原始有機(jī)質(zhì)的堆積、保存和轉(zhuǎn)化過(guò)程，必須是在還原條件下進(jìn)行，而還原環(huán)境的形成及其持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短則受當(dāng)時(shí)的地質(zhì)及能源條件所制約。

一、油氣生成的地質(zhì)環(huán)境

原始有機(jī)質(zhì)在陸地表面難以保存。大氣中的氧自由出入，有機(jī)質(zhì)易被氧化破壞。當(dāng)原始有機(jī)質(zhì)在比較廣闊的長(zhǎng)期被水(海水或湖水)淹沒(méi)的低洼地區(qū)沉積下來(lái)，水體起著隔絕空氣的作用，即使水體含有一定量氧氣，一部分有機(jī)質(zhì)被氧化而消耗后，其他大量有機(jī)質(zhì)仍然能夠保存下來(lái)并向油氣轉(zhuǎn)化。但是，這種有利于有機(jī)質(zhì)堆積、保存和轉(zhuǎn)化的地質(zhì)環(huán)境，并不是到處都有，它們受到區(qū)域大地構(gòu)造和巖相古地理等條件的嚴(yán)格控制。

(一)大地構(gòu)造條件

板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)認(rèn)為地球表層是由若干個(gè)巖石圈板塊拼合而成。這些巖石圈板塊的水平運(yùn)動(dòng)中包含著垂直構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，因而在地質(zhì)歷史上能夠形成各種類(lèi)型的沉積盆地，為油氣生成、聚集提供了有利場(chǎng)所。

在板塊相互作用帶上，板塊的離散運(yùn)動(dòng)和聚斂運(yùn)動(dòng)都包含有垂直構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。但是，純粹的轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)則不帶垂直運(yùn)動(dòng)性質(zhì)。可見(jiàn)只有前兩種板塊運(yùn)動(dòng)才與沉積盆地的形成密切相關(guān):在離散板塊分離處，伴隨著洋殼生成，地殼變薄引起下沉、彎曲，出現(xiàn)張性環(huán)境中的各種沉積盆地;在聚斂板塊接合處，伴隨著洋殼消亡、陸殼增厚和碰撞造山帶上升，沿著造山帶的翼部出現(xiàn)許多沉積盆地。在時(shí)間順序上，某一盆地在不同時(shí)期可以發(fā)生在不同類(lèi)型的環(huán)境中，也可以逐漸過(guò)渡。

(二)巖相古地理?xiàng)l件

國(guó)內(nèi)外油氣勘探實(shí)踐證明:無(wú)論海相或陸相，都可能具備適合于油氣生成的巖相古地理?xiàng)l件。在海相環(huán)境中，一般認(rèn)為淺海區(qū)及三角洲區(qū)是最有利于油氣生成的古地理區(qū)域。在淺海大陸架范圍內(nèi)，水深一般不超過(guò)200m，水體較寧?kù)o，陽(yáng)光、溫度適宜，生物繁盛，尤其各種浮游生物異常發(fā)育，死亡后不需經(jīng)過(guò)太厚的水體即可堆積下來(lái);在三角洲發(fā)育部位，陸源有機(jī)質(zhì)源源搬運(yùn)而來(lái)，加上原地繁殖的海相生物，致使沉積物中的有機(jī)質(zhì)含量特別高，是極為有利的生油區(qū)域;至于海灣及渴湖，因有半島、群島、沙堤或生物礁帶與大海相隔，攜帶大量氧氣的洶涌波濤難以侵入，新的氧氣不易補(bǔ)給，在這種半閉塞無(wú)底流的環(huán)境中，也對(duì)保存有機(jī)質(zhì)有和。在這些淺海區(qū)域，浮游生物特別發(fā)育，屬于II型干酪根;若有陸源有機(jī)質(zhì)加入，則可見(jiàn)到II型與III型干酪根的混合產(chǎn)物。波斯灣盆地的中之新生界，西西伯利亞的侏羅系、白圣系，墨西哥灣的中、新生界，以及我國(guó)四川盆地的志留系、二疊系、三疊系都屬于淺海環(huán)境的產(chǎn)物。而在濱海區(qū)和深海區(qū)，不利于有機(jī)質(zhì)保存和油氣生成。在濱海區(qū)，海水進(jìn)退頻繁，浪潮作用強(qiáng)烈，不利于生物繁殖和有機(jī)質(zhì)的堆積保存;深海區(qū)生物本來(lái)就少，死后下沉至海底需經(jīng)歷巨厚水體，易遭氧化破壞，加上離岸又遠(yuǎn)，陸源有機(jī)質(zhì)需經(jīng)長(zhǎng)途搬運(yùn)，早被淘汰氧化，都不利于有機(jī)質(zhì)的堆積和保存。

(三)古氣候條件

古氣候條件也直接影響生物的發(fā)育。年平均溫度高、日照時(shí)間長(zhǎng)、空氣濕度大，都能顯著增強(qiáng)生物的繁殖能力。所以，溫暖濕潤(rùn)的氣候有利于生物的繁殖和發(fā)育，是油氣生成的有利外界條件之一。

上述各項(xiàng)條件都對(duì)形成適于有機(jī)質(zhì)繁殖、堆積、保存的環(huán)境產(chǎn)生綜合性的影響，相互之間有密切聯(lián)系。其中大地構(gòu)造條件是根本的，它控制著巖相古地理及古氣候的特征。所以，我們?cè)谘芯咳魏螀^(qū)域油氣生成條件時(shí)，必須從區(qū)域大地構(gòu)造特征入手。

二、物理化學(xué)條件

適宜的地質(zhì)環(huán)境為有機(jī)質(zhì)的大量繁殖、堆積和保存創(chuàng)造了有利的地質(zhì)條件，但有機(jī)質(zhì)向石油及天然氣演化還必須具備適當(dāng)?shù)臏囟?、時(shí)間、細(xì)菌、催化劑、放射性等物理、化學(xué)及生物化學(xué)條件。

近幾年來(lái)，世界各國(guó)的油氣勘探經(jīng)驗(yàn)和許多學(xué)者的重要研究成果，證明溫度與時(shí)間是在油氣生成全過(guò)程中至關(guān)重要的一對(duì)因素。其他因素(如細(xì)菌、催化劑、放射性物質(zhì)等)也有一定的影響。

在沉積有機(jī)質(zhì)降解演化為石油及天然氣的全過(guò)程中，溫度自始至終都是一個(gè)極為活躍的控制因素。在地質(zhì)環(huán)境里，地?zé)崾侨≈槐M、用之不竭的最佳能源，無(wú)論油氣的生成、運(yùn)移或破壞，都離不開(kāi)溫度的制約。在世界各國(guó)的油氣勘探中，成功的經(jīng)驗(yàn)和失敗的教訓(xùn)，追根求源，也往往是同溫度作用有關(guān);尤其是在海上開(kāi)展油氣勘探，鉆探成本高，必須在現(xiàn)代數(shù)字地震勘探的基礎(chǔ)上，進(jìn)行有機(jī)質(zhì)的熱成熟度分析，作出早期油氣資源預(yù)測(cè)，圈定油氣生成的有利區(qū)塊，選擇鉆探對(duì)象，以便提高鉆探成功率。當(dāng)代許多石油地質(zhì)學(xué)家和石油地球化學(xué)家紛紛致力于研究溫度在地質(zhì)歷史上與油氣生成和破壞過(guò)程的關(guān)系，相繼發(fā)表了許多重要論著，極大地推動(dòng)了這個(gè)領(lǐng)域的研究。

1.作用機(jī)理

隨著沉積有機(jī)質(zhì)埋藏深度加大，地溫相應(yīng)升高，生成烴類(lèi)的數(shù)量應(yīng)該有規(guī)律地按指數(shù)增長(zhǎng);換言之，在有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，溫度不足需用延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間來(lái)補(bǔ)償。若沉積物埋藏太淺，地溫太低，有機(jī)質(zhì)熱解生成烴類(lèi)所需反應(yīng)時(shí)間很長(zhǎng)，實(shí)際上難以生成具商業(yè)價(jià)值的石油;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)才開(kāi)始大量轉(zhuǎn)化為石油，這個(gè)溫度界限稱(chēng)為有機(jī)質(zhì)的成熟溫度或生油門(mén)限，這個(gè)成熟溫度所在的深度，即稱(chēng)為成熟點(diǎn)。

2.時(shí)間一溫度指數(shù)(TTI )

1971年，原蘇聯(lián)學(xué)者H. B. JIorlaTHH首次提出時(shí)間一溫度指數(shù)的概念，用來(lái)表示時(shí)間與溫度兩種因素同時(shí)對(duì)沉積物中有機(jī)質(zhì)熱成熟度的影響。但是，由于他采用了不準(zhǔn)確的資料建立地質(zhì)模型，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況不符，遭到原蘇聯(lián)學(xué)者的廣泛批評(píng)。后來(lái)，美國(guó)學(xué)者D. W. Waples發(fā)現(xiàn)H. B. JIorlaTHH所提出的概念可取，應(yīng)用美國(guó)資料將它發(fā)展、完善，于1980年正式系統(tǒng)地介紹了這一方法，告訴人們?cè)鯓宇A(yù)測(cè)在一個(gè)沉積盆地內(nèi)，何處何時(shí)烴類(lèi)已經(jīng)生成，以及液態(tài)烴將會(huì)裂解為氣態(tài)烴的深度?，F(xiàn)在這一簡(jiǎn)便實(shí)用的預(yù)測(cè)方法已被各國(guó)學(xué)者廣泛采用。

油氣成因理論的發(fā)展大致經(jīng)歷了四個(gè)階段，即無(wú)機(jī)成因說(shuō)、早期有機(jī)成因說(shuō)、晚期有機(jī)成因說(shuō)和以晚期有機(jī)成因?yàn)橹鞯骖櫰渌蛩刎暙I(xiàn)的成烴理論。由于石油工業(yè)早期找到的更多的是油，因此早期的油氣成因理論更多關(guān)注的是油的成因問(wèn)題。但現(xiàn)代的石油成因理論應(yīng)既包括油也包括氣。

油氣的無(wú)機(jī)成因說(shuō)

無(wú)機(jī)成烴說(shuō)認(rèn)為，油氣是由無(wú)機(jī)化合物經(jīng)化學(xué)反應(yīng)形成的。它們或者是由地球深部高溫條件下原始碳或其氧化態(tài)經(jīng)還原作用形成，如門(mén)捷列夫（1876）提出的碳化說(shuō)，庫(kù)德梁采夫（1951）提出的“巖漿說(shuō)”；或者是在宇宙（地球）形成初期即已經(jīng)存在，后來(lái)隨著地球冷卻被吸收并凝結(jié)在地殼的上部，由這些碳?xì)浠镅亓严兑缦虻乇磉^(guò)程中便可形成油氣藏。如索柯洛夫（1889）、Gold等提出的宇宙說(shuō)。這一觀(guān)點(diǎn)在二十世紀(jì)三十年代之前占支配地位。

按照這一學(xué)說(shuō)，無(wú)機(jī)成因油氣不僅存在，而且遠(yuǎn)景巨大，將有可能比有機(jī)成因的油氣潛力大得多，其蘊(yùn)藏量幾乎是取之不盡的（陳滬生，1998）。較典型的有如對(duì)中東油氣富集的認(rèn)識(shí)：波斯灣地區(qū)幾十個(gè)油氣田分布在一條500英里長(zhǎng)的地帶，占地球表面積不到2%，卻擁有世界可采儲(chǔ)量的50%以上。這些油氣藏顯示了很寬的地質(zhì)年齡譜；而且烴類(lèi)產(chǎn)在構(gòu)造和地層變化都很大的環(huán)境中，各種圈閉都是嚴(yán)重泄漏的，油氣滲流隨處可見(jiàn)，且由來(lái)已久；顯然是一種過(guò)度供給的情形。這里的石油組成極為相同，因而推測(cè)它們是同一來(lái)源。但這個(gè)來(lái)源是什么呢？不少地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為可能是地幔來(lái)的無(wú)機(jī)成因烴源。

油氣的早期有機(jī)成因說(shuō)

石油有機(jī)成因的早期說(shuō)認(rèn)為，石油是由沉積物（巖）中的分散有機(jī)質(zhì)在早期的成巖作用階段經(jīng)生物化學(xué)和化學(xué)作用形成的。即這一學(xué)說(shuō)認(rèn)為，石油是在近現(xiàn)代形成的，由許多海相生物中遺留下來(lái)的天然烴的混合物，即它僅僅是生物體中烴類(lèi)物質(zhì)的簡(jiǎn)單分離和聚集。由于此時(shí)的有機(jī)質(zhì)還埋藏較淺，故也被稱(chēng)為淺成說(shuō)。這一學(xué)說(shuō)在十九世紀(jì)末期即被提出，但在上世紀(jì)三十年代到六十年代，受到更多的關(guān)注。

概括起來(lái)，支持油氣（早期）有機(jī)成因?qū)W說(shuō)的主要證據(jù)有：

（1）99%以上的石油產(chǎn)自于與有機(jī)質(zhì)密切有關(guān)的沉積巖，產(chǎn)油的儲(chǔ)層巖系與富含有機(jī)質(zhì)的細(xì)粒巖石有密切的關(guān)系。

（2）許多生物標(biāo)記化合物，如卟啉、異戊二烯型烷烴、甾烷、萜烷，在原油中的普遍存在及石油的旋光性強(qiáng)烈支持其有機(jī)成因。

上述具有特征、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的生物標(biāo)記化合物只可能由生命過(guò)程合成。無(wú)機(jī)過(guò)程雖然也能合成具有旋光性的手性碳原子結(jié)構(gòu)，但它所合成的左旋、右旋結(jié)構(gòu)一般相當(dāng)，從而表現(xiàn)不出旋光性，只有生命體中才能選擇性的合成單一的結(jié)構(gòu)，而體現(xiàn)出旋光性。

（3）石油和動(dòng)植物殘?bào)w之間的組成及碳同位素組成的相近性提供了兩者之間成因聯(lián)系的進(jìn)一步證據(jù)。

（4）在近代沉積物（如深海鉆探計(jì)劃（DSDP）的取樣中）和有關(guān)的生物體中存在烴類(lèi)及有關(guān)的化合物。如Smith（1954）引進(jìn)先進(jìn)分析技術(shù)，首次在現(xiàn)代沉積物中發(fā)現(xiàn)了烴類(lèi)。這是一次飛躍性的突破，為此獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。

（5）部分油氣區(qū)的勘探實(shí)際顯示，形成較早的圈閉（如淺于600m）有油氣聚集，而較晚的圈閉則為空圈閉，表明了石油的早期生成和早期運(yùn)移、聚集、成藏。

但這一學(xué)說(shuō)也存在明顯的弱點(diǎn)和不足，主要體現(xiàn)在：

（1）于沉積物和生物體中發(fā)現(xiàn)的烴類(lèi)和原油中的烴類(lèi)存在非常大的差別，例如，許多現(xiàn)代沉積物中的正構(gòu)烷烴存在明顯的奇偶優(yōu)勢(shì)，但絕大多數(shù)原油中的

正構(gòu)烷烴卻沒(méi)有奇偶優(yōu)勢(shì)。

（2）存在于生物體和年青沉積物中的烴類(lèi)數(shù)量太少，遠(yuǎn)不足以形成勘探所發(fā)現(xiàn)的商業(yè)性的石油聚集。據(jù)保守估計(jì)，要形成商業(yè)性的石油聚集，沉積物中的烴濃度至少需要幾百ppm以上，而事實(shí)上，沉積物中烴濃度小于幾十ppm。

（3）大多數(shù)原油產(chǎn)自于埋深1000m以深的產(chǎn)層中，而不是像淺成說(shuō)所期待的哪樣產(chǎn)于較淺處。因此它也不能很好地指導(dǎo)油氣勘探實(shí)踐。

因此，盡管也有人直到上世紀(jì)九十年代還堅(jiān)持認(rèn)為，石油主要是有機(jī)質(zhì)在淺埋的早期階段生成并運(yùn)移、聚集、成藏的，現(xiàn)今多數(shù)油藏顯示成熟的特征是它們?cè)趦?chǔ)層中進(jìn)一步熟化的結(jié)果，但絕大多數(shù)的證據(jù)并不支持大量石油的早期生成。

油氣的晚期有機(jī)成因說(shuō)

晚期有機(jī)成因說(shuō)認(rèn)為，并入沉積物中的生物聚合體首先在生物化學(xué)和化學(xué)的作用下，經(jīng)分解、聚合、縮聚、不溶等作用，在埋深較大的成巖作用晚期成為地質(zhì)大分子－干酪根，之后，隨著埋深的進(jìn)一步增大，在不斷升高的熱應(yīng)力的作用下，干酪根才逐步發(fā)生催化裂解和熱裂解形成大量的原石油（或稱(chēng)為瀝青，包括烴類(lèi)和非烴類(lèi)），在一定的條件下，這些原石油從生成它的細(xì)粒巖石中運(yùn)移出來(lái)，在儲(chǔ)層中聚集成為油氣藏。與早期成因說(shuō)相同的是，它也認(rèn)為油氣源于有機(jī)質(zhì)，但不同的是，它認(rèn)為石油不是生物烴類(lèi)的簡(jiǎn)單分離和聚集，而是先形成干酪根，之后在較大的埋深和較高的地溫條件下才在熱力的作用下轉(zhuǎn)化形成。它也被稱(chēng)為深成說(shuō)（此時(shí)有機(jī)質(zhì)的埋深已經(jīng)較大）和干酪根成烴說(shuō)（有機(jī)質(zhì)先形成干酪根，干酪根再生油氣）。

這一學(xué)說(shuō)的主要立論依據(jù)除了上節(jié)提到的早期成烴說(shuō)的前4點(diǎn)依據(jù)和和3條不足之處外，還有：

（1）大量的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的熱模擬實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)，干酪根在實(shí)驗(yàn)室受熱時(shí)，的確可以產(chǎn)生大量類(lèi)似于油的烴類(lèi)和非烴類(lèi)產(chǎn)物。

（2）自然地質(zhì)剖面的實(shí)際資料顯示，富含有機(jī)質(zhì)的沉積巖中的烴類(lèi)含量在達(dá)到一定的深度后開(kāi)始大量升高。

自Tissot等人提出并證明干酪根晚期成烴說(shuō)之后，這一理論在指導(dǎo)油氣勘探，提高油氣勘探成功率方面發(fā)揮了巨大的作用，曾經(jīng)被認(rèn)為與石油地質(zhì)學(xué)和地球物理勘探一道構(gòu)成了現(xiàn)代油氣勘探的三大理論支柱?？梢哉f(shuō)，油氣地球化學(xué)（早期為石油地球化學(xué)）作為一門(mén)單獨(dú)的學(xué)科從油氣地質(zhì)學(xué)中獨(dú)立出來(lái)正是以干酪根成油學(xué)說(shuō)的提出和完善為標(biāo)志的。

但是，干酪根成烴學(xué)說(shuō)在有效地指導(dǎo)油氣勘探的同時(shí)，也存在一些尚待解決的問(wèn)題：

（1）在有些地質(zhì)條件下，在干酪根成烴理論以為的難以大量成油的淺埋條件下，的確生成并排出、聚集了與正常干酪根成熟油相比具有明顯不同特征的未熟油。生物甲烷氣可以大量生成，更是早已證實(shí)的非干酪根成烴過(guò)程，而生物氣的儲(chǔ)量可能已經(jīng)占到世界天然氣儲(chǔ)量的1/4(Rice等，1981）。我國(guó)已在柴達(dá)木盆地找到儲(chǔ)量超過(guò)一千億方的大型生物氣田。

（2）勘探中也的確發(fā)現(xiàn)一些油氣（主要是天然氣）存在無(wú)機(jī)成因的蹤跡，如氣體碳同位素系列的倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象、幔源的伴生氣等。不過(guò)，迄今為止，尚沒(méi)有一個(gè)油氣田被確切地證明為屬于無(wú)機(jī)成因。

（3）近些年來(lái)的國(guó)內(nèi)外的一些學(xué)者的探索還顯示，在有機(jī)質(zhì)成烴的過(guò)程中，可能與周?chē)臒o(wú)機(jī)體系存在物質(zhì)交換，如深部地?zé)崃黧w可能為有機(jī)質(zhì)成烴提供了補(bǔ)充氫源，從而提高了有機(jī)質(zhì)的產(chǎn)烴率（相當(dāng)于有機(jī)無(wú)機(jī)作用共同成烴，以有機(jī)作用為主）。氫同位素的分析已經(jīng)揭示，有機(jī)質(zhì)的氫同位素受環(huán)境水的氫同位素的影響，這至少表明，水體中的氫可能與有機(jī)質(zhì)中的氫存在交換反應(yīng)。模擬實(shí)驗(yàn)也揭示，有水或加氫的條件下，有助于提高有機(jī)質(zhì)在受熱過(guò)程中的成烴量，表明無(wú)機(jī)成分也可以參與有機(jī)質(zhì)的成烴過(guò)程。

一個(gè)完善的油氣成因理論應(yīng)該反映勘探實(shí)踐及相關(guān)研究揭示的上述事實(shí)。這就是現(xiàn)代的油氣成因理論。

現(xiàn)代油氣成因理論認(rèn)為：石油主要是由有機(jī)質(zhì)生成的。生物有機(jī)質(zhì)沉積后首先在生物化學(xué)和化學(xué)的作用下，經(jīng)分解、聚合、縮聚、不溶等作用，在埋深較大的成巖作用晚期成為地質(zhì)大分子－干酪根，之后，隨著埋深的進(jìn)一步增大，在不斷升高的熱應(yīng)力的作用下，干酪根才逐步發(fā)生催化裂解和熱裂解形成大量的原石油。但是，也有一部分有機(jī)質(zhì)（主要是類(lèi)脂化合物）不經(jīng)過(guò)干酪根就直接以可溶有機(jī)質(zhì)（相當(dāng)于原石油）的形式存在于富含有機(jī)質(zhì)的細(xì)粒巖石中，在干酪根在熱力的作用下開(kāi)始大量生油之前，這一部分的數(shù)量通常很少，不足以排出并聚集成為有工業(yè)價(jià)值的油藏，但是在有利的條件下（如樹(shù)脂體、木栓質(zhì)體等特殊類(lèi)型有機(jī)質(zhì)的富集、強(qiáng)烈的微生物活動(dòng)和改造等，這些將在以后展開(kāi)論述），有機(jī)質(zhì)也可以在淺埋的階段早期生成較多的油氣，并排出、聚集成為具工業(yè)意義的油藏。而天然氣的生成實(shí)際上是一個(gè)從有機(jī)質(zhì)沉積后直到其生氣潛力被徹底消耗之前一直在進(jìn)行的過(guò)程。但它的大量生成集中在兩個(gè)階段，一是由干酪根受熱生成，但它大量生成所需的熱力條件高于干酪根成油，二是淺埋的早期階段在厭氧微生物作用下可以大量生成。但多數(shù)情況下，由于淺埋時(shí)保存條件不佳，所生成的相當(dāng)部分生物氣都散失殆盡，必需有良好的保存條件配合，才能大規(guī)模成藏。如我

國(guó)的柴達(dá)木盆地由于高鹽度的沉積環(huán)境和較低的溫度抑制了淺表微生物的發(fā)育和繁殖，使生物氣的生成期滯后到保存條件較好的埋深較大的條件下。而俄羅斯的西西伯利亞盆地生物氣的大量富集則與寒冷的氣候和水合甲烷氣提供的優(yōu)質(zhì)保存條件有關(guān)。同時(shí)，在有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化成烴的過(guò)程中，可能有無(wú)機(jī)組分（如地?zé)崃黧w和環(huán)境中的水）的參與和加入，對(duì)天然氣來(lái)說(shuō)，尤其是非烴氣，可能有幔源氣的貢獻(xiàn)。純無(wú)機(jī)過(guò)程（機(jī)理）的成烴雖然不能完全排除，但迄今尚沒(méi)有一個(gè)有商業(yè)價(jià)值的油氣田的實(shí)例，因此，它尚不能成為指導(dǎo)油氣勘探的實(shí)用理論。

按照這一理論，有機(jī)質(zhì)的早期成烴說(shuō)和晚期成烴說(shuō)就被統(tǒng)一起來(lái)了，它們實(shí)際上只是有機(jī)質(zhì)成烴過(guò)程的兩個(gè)階段，只不過(guò)不同階段的成烴量和影響因素不同，一般以后一階段產(chǎn)烴為主。同時(shí)，在有機(jī)質(zhì)成烴的過(guò)程中，可能有無(wú)機(jī)組分的參與和加入。

有機(jī)質(zhì)向油氣的轉(zhuǎn)化過(guò)程，是一個(gè)不斷吸收能量的過(guò)程。有利的地質(zhì)條件，不但可以形成豐富的沉積有機(jī)質(zhì)，同時(shí)也可以為沉積有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化提供能量來(lái)源。促使沉積有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化的動(dòng)力主要有細(xì)菌作用、催化作用、熱力作用及放射性作用等。

1. 細(xì)菌作用

細(xì)菌是地球上分布最廣、繁殖最快的一種微生物。按生活習(xí)性，可將細(xì)菌分為喜氧細(xì)菌、厭氧細(xì)菌和通性細(xì)菌三大類(lèi)。細(xì)菌作用主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面細(xì)菌本身是生油的原始物質(zhì)，另一方面厭氧細(xì)菌可以促使有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化。

在缺乏游離氧的還原條件下，厭氧細(xì)菌將有機(jī)質(zhì)分解，產(chǎn)生相應(yīng)的有機(jī)化合物，這些有機(jī)化合物又相互作用，進(jìn)一步分解、聚合，可形成干酪根。在這個(gè)過(guò)程中還可以生成甲烷等氣體。

細(xì)菌作用主要發(fā)生在沉積盆地水體的下部、未固結(jié)的沉積物及埋藏較淺的沉積巖中。隨著沉積物埋藏深度加大，地溫逐漸升高，當(dāng)溫度超過(guò)100℃后，細(xì)菌作用就消失了。

2.催化作用

催化劑是一種引起或加速某種化學(xué)反應(yīng)而本身并不參加反應(yīng)的物質(zhì)。在有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化過(guò)程中，自然界存在無(wú)機(jī)和有機(jī)兩類(lèi)催化劑。

粘土礦物是最主要的無(wú)機(jī)催化劑，它能加速沉積有機(jī)質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化。用粘土做催化劑，在150~250℃的情況下，可以使脂肪酸去羧基，產(chǎn)生類(lèi)似于石油的物質(zhì)。實(shí)驗(yàn)證明，在粘土礦物存在的情況下，將二十二烷酸加熱到275℃，經(jīng)330 h后，得到的乙烷到戊烷各種烴類(lèi)的產(chǎn)量是沒(méi)有粘土礦物存在情況下的3 ~6倍。

酵母是動(dòng)植物和微生物產(chǎn)生的一種膠體物質(zhì)，是一種有機(jī)催化劑，也能加速有機(jī)質(zhì)的分解，它可促使蛋白質(zhì)分解成氨基酸，碳水化合物水解成單糖。蘇聯(lián)格羅茲內(nèi)油田井下剖面的酵母研究表明，在富含有機(jī)質(zhì)的巖石中，酵母活動(dòng)性最強(qiáng)，能加速生油反應(yīng)的進(jìn)行。

3.熱力作用

熱力作用主要體現(xiàn)在溫度和時(shí)間兩個(gè)方面，大量的油田實(shí)際和實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果表明，在有機(jī)質(zhì)向石油的轉(zhuǎn)化過(guò)程中，溫度是最持久和有效的作用因素，時(shí)間則可補(bǔ)償溫度之不足。高溫短時(shí)間的熱力作用與低溫長(zhǎng)時(shí)間的熱力作用可以產(chǎn)生同樣的效果。但若溫度過(guò)低，即使經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，有機(jī)質(zhì)也很難向石油轉(zhuǎn)化。只有當(dāng)達(dá)到一定溫度之后，有機(jī)質(zhì)才開(kāi)始大最轉(zhuǎn)化為石油，這個(gè)溫度稱(chēng)之為有機(jī)質(zhì)的成熟溫度或門(mén)限溫度。溫度主要由地溫梯度和埋藏深度所決定，成熟溫度所在的深度稱(chēng)為門(mén)限深度。因此，只有當(dāng)沉積有機(jī)質(zhì)埋藏到門(mén)限深度之后，干酪根才能開(kāi)始大量生成石油。

4.放射性作用

許多沉積巖中都有少量的放射性。粘土巖和泥灰?guī)r通常比砂巖、石灰?guī)r的放射性要高，所以在適于生油的泥巖、頁(yè)巖、泥質(zhì)碳酸鹽巖中富集著大量的放射性物質(zhì)。放射性作用可以提供游離氫的來(lái)源。 2100433B

油氣藏內(nèi)多期次多成因天然裂縫系統(tǒng)是在漫長(zhǎng)地史演化過(guò)程中，經(jīng)歷多期復(fù)雜構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用而形成的，具有多期疊加、多成因交織、控制因素復(fù)雜、預(yù)測(cè)難度大等特點(diǎn)。本書(shū)根據(jù)多期次多成因天然裂縫特征，形成油氣藏內(nèi)多成因多期次天然裂縫系統(tǒng)評(píng)價(jià)技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)包括：基于野外調(diào)查和現(xiàn)場(chǎng)巖心描述為基礎(chǔ)的天然裂縫系統(tǒng)鑒定、統(tǒng)計(jì)、分析技術(shù)，井剖面天然裂縫系統(tǒng)識(shí)別技術(shù)，結(jié)合地質(zhì)力學(xué)環(huán)境（外因）和巖石力學(xué)性質(zhì)（內(nèi)因）的天然裂縫期次和成因劃分與確定方法，基于分期、分成因的天然裂縫子系統(tǒng)劃分與分布預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)，以及天然裂縫子系統(tǒng)的疊加分布綜合預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)。

石油成因的一種假說(shuō)。這種假說(shuō)認(rèn)為，石油是由自然界的無(wú)機(jī)碳和氫經(jīng)過(guò)化學(xué)作用而形成的。石油無(wú)機(jī)成因說(shuō)大致分為兩類(lèi)。①地深成因說(shuō)，認(rèn)為烴類(lèi)起源于地球深處。其依據(jù)是：在火山噴出的氣體及熔巖流中含烴，來(lái)自地下深處的巖漿巖中發(fā)現(xiàn)有 C1～C2的烷烴及可供生成烴類(lèi)的化學(xué)元素；變質(zhì)巖、巖漿巖及穿入前寒武系結(jié)晶巖的偉晶巖中也見(jiàn)到含油顯示，甚至在結(jié)晶基巖中發(fā)現(xiàn)可供開(kāi)采的工業(yè)油氣流。②宇宙成因說(shuō)，認(rèn)為烴類(lèi)在宇宙形成階段即已生成。其依據(jù)是：在天體中常有碳、氫、氧諸元素及其化合物的存在。例如，彗星頭部的氣圈中含有一氧化碳、二氧化碳和甲烷等；在太陽(yáng)系行星的大氣圈中也存在一定濃度的甲烷；在隕石中也已鑒定出烴類(lèi)化合物。此外，石油無(wú)機(jī)成因論者還經(jīng)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)證明下列化學(xué)反應(yīng)是成立的：

基于上述假說(shuō)，一些學(xué)者提出了石油無(wú)機(jī)成因的各種成油模式。1876年，俄國(guó)化學(xué)家Д.И.門(mén)捷列夫提出石油無(wú)機(jī)成因的“碳化物說(shuō)”，認(rèn)為地球上分布最廣的碳和鐵在地球形成時(shí)有可能形成金屬碳化物──碳化鐵。當(dāng)它與沿著裂縫滲入到地殼深處的熾熱的水相遇時(shí)，就可以生成碳?xì)浠衔?。因此，“碳化物說(shuō)”認(rèn)為生成石油的主要原始物質(zhì)是金屬碳化物。20世紀(jì)50年代,蘇聯(lián)學(xué)者Н.А.庫(kù)德里揚(yáng)采夫倡導(dǎo)石油無(wú)機(jī)成因假說(shuō)，提出“巖漿起源說(shuō)”。他認(rèn)為地球深處的巖漿中的碳元素和氫元素在溫度 6000～12000℃ 條件下能生成甲川 【CH呏】，在3000～4000℃條件下能生成甲叉【】,溫度依次降低,碳元素和氫元素還可形成甲基【CH3—】、甲烷及其他烴類(lèi)化合物。這樣，當(dāng)?shù)厍蛏钐幍母邷貛r漿離開(kāi)巖漿源而侵入地殼或噴出地表時(shí)，巖漿的溫度逐漸降低，上述化學(xué)反應(yīng)也就依次發(fā)生。在溫度和壓力適宜的地方，最終生成石油烴類(lèi)，再經(jīng)油氣的運(yùn)移作用而進(jìn)入鄰近具有孔隙的沉積巖層或其他巖系。當(dāng)其他形成油氣聚集的條件具備時(shí)，就形成具有工業(yè)價(jià)值的油氣藏。

石油無(wú)機(jī)成因說(shuō)的主要缺陷是單純從化學(xué)反應(yīng)出發(fā)來(lái)考慮石油的生成，脫離了石油生成的地質(zhì)條件。多數(shù)石油地質(zhì)學(xué)家并不排除在自然界也有非生物起源的烴類(lèi)，特別是氣態(tài)烴。但是，具有工業(yè)價(jià)值的石油應(yīng)當(dāng)是有機(jī)成因的。石油勘探的大量實(shí)踐表明，世界上99%以上的油氣田分布在富含有機(jī)質(zhì)的沉積巖區(qū)，而含有工業(yè)油流的火成巖、變質(zhì)巖與沉積巖毗鄰。油源對(duì)比的研究結(jié)果表明，這些火成巖或變質(zhì)巖中儲(chǔ)存的石油，都是由附近沉積巖中生成的石油運(yùn)移而來(lái)。因此，石油無(wú)機(jī)成因說(shuō)未能得到石油地質(zhì)學(xué)界的普遍贊同和支持。

參考書(shū)目

V.B.Porfirev, Inorganic Origin of Petroleum,AAPG Bulletin, Vol.58, No.1, 1974.2100433B