有机质生烃演化的阶段性与生

1、1 在沉积盆地发展的地质历史过程中，生物圈中的在沉积盆地发展的地质历史过程中，生物圈中的生物遗体通过沉积水柱进入沉积层后，随着相应沉积生物遗体通过沉积水柱进入沉积层后，随着相应沉积单元中生物化学条件、物理化学条件的变化，沉积有单元中生物化学条件、物理化学条件的变化，沉积有机质的组构、化学组成及生成的产物等会发生相应的机质的组构、化学组成及生成的产物等会发生相应的变化。应当说，在热力学条件增加的过程中，有机质变化。应当说，在热力学条件增加的过程中，有机质的演化过程是一个逐渐变化的连续过程。但在有机质的演化过程是一个逐渐变化的连续过程。但在有机质不同的演化时期，有机质的化学组成和结构变化特征不同的

2、演化时期，有机质的化学组成和结构变化特征及其在相应地质时期的产物组成特征是存在明显差异及其在相应地质时期的产物组成特征是存在明显差异的，从而使有机质的演化表现出明显的阶段性。的，从而使有机质的演化表现出明显的阶段性。在不在不同演化阶段，有机质生烃演化属性的总和构成了烃源同演化阶段，有机质生烃演化属性的总和构成了烃源岩有机质的生烃演化模式。岩有机质的生烃演化模式。2第一节第一节 有机质生烃演化的阶段性有机质生烃演化的阶段性 不同组成有机质在地质不同组成有机质在地质体中的演化是存在差异的，体中的演化是存在差异的，但在整个演化过程中有机但在整个演化过程中有机质的演化也存在一定的规质的演化也存在一定的

3、规律性。律性。TissotTissot等（等（19841984）总结了从成岩作用至有机总结了从成岩作用至有机质的变质作用过程中有机质的变质作用过程中有机质生烃演化作用的总体特质生烃演化作用的总体特征（右图）。不难看出，征（右图）。不难看出，图中有机质在不同演化阶图中有机质在不同演化阶段所生成的烃类产物的特段所生成的烃类产物的特征是明显不同的。征是明显不同的。 3第一节第一节 有机质生烃演化的阶段性有机质生烃演化的阶段性 对有机质演化阶段性的认识，是和现代油对有机质演化阶段性的认识，是和现代油气成因理论的产生和发展联系在一起的。用以气成因理论的产生和发展联系在一起的。用以划分的依据是参照有机质生

4、烃作用的特点和有划分的依据是参照有机质生烃作用的特点和有机质的成熟度参数。不同的研究者，对有机质机质的成熟度参数。不同的研究者，对有机质演化阶段的划分存在一定的差异。演化阶段的划分存在一定的差异。油气的形成过程或有机质的演化过程大体可分油气的形成过程或有机质的演化过程大体可分为三个主要演化阶段，即：为三个主要演化阶段，即：未熟阶段、成熟阶未熟阶段、成熟阶段段和和过成熟阶段过成熟阶段。 4第一节第一节 有机质生烃演化的阶段性有机质生烃演化的阶段性 有机质成熟度的概念有机质成熟度的概念 有机质成熟度，是指有机质的热演化水平，是有有机质成熟度，是指有机质的热演化水平，是有机质在沉积有机质在地温升高的

5、条件下有机质化学性机质在沉积有机质在地温升高的条件下有机质化学性质和物理性变化规律的总和质和物理性变化规律的总和。用以描述有机质热演化。用以描述有机质热演化水平的各项物理的和化学的参数统称为有机质成熟度水平的各项物理的和化学的参数统称为有机质成熟度参数。有机质成熟度参数是描述有机质热演化水平的参数。有机质成熟度参数是描述有机质热演化水平的度量和标尺。经典的有机质成熟度参数是有机质镜质度量和标尺。经典的有机质成熟度参数是有机质镜质体反射率（体反射率（Ro)。 5第一节第一节 有机质生烃演化的阶段性有机质生烃演化的阶段性 早期 生物气 凝 析 油 未熟油 未熟阶段 过熟阶段 熟 成 阶 段 中期

6、晚期 正常原油 天然气 Ro,% 0.5 1.0 1.5 0.7 1.3 成岩作用 阶 段 深成作用 阶 段 变质作用 阶 段 2.5 2.0 2.5 沉积有机质的演化阶段 6第一节第一节 有机质生烃演化的阶段性有机质生烃演化的阶段性 一、未熟阶段 在成岩作用早期，引起有机质结构和化在成岩作用早期，引起有机质结构和化学组成变化的主要媒介之一就是微生物的活学组成变化的主要媒介之一就是微生物的活动。动。微生物的生存微生物的生存环境较为宽松，环境较为宽松，温度范围温度范围可在可在- 10- 10105 105 之间，压力最高可达之间，压力最高可达 100MPa, pH 100MPa, pH 值可在值

7、可在 1 111 11 之间变化之间变化，以，以6.56.58 8 为主。由于微生物有非常强的适应性为主。由于微生物有非常强的适应性, , 因此，因此，地质体中的微生物数量大、繁殖快、地质体中的微生物数量大、繁殖快、种类多种类多，微生物的生物化学作用过程也是无，微生物的生物化学作用过程也是无所不在的所不在的。 7第一节第一节 有机质生烃演化的阶段性有机质生烃演化的阶段性 一、未熟阶段 生活在沉积物最上层的需氧生活在沉积物最上层的需氧微生物微生物消耗了介质中消耗了介质中存在的游离氧，而厌氧细菌则以碳作为能源通过还原存在的游离氧，而厌氧细菌则以碳作为能源通过还原碳酸盐得到所需的氧而存在于厌氧环境中

8、。作用的结碳酸盐得到所需的氧而存在于厌氧环境中。作用的结果使环境的果使环境的EhEh值急剧下降、值急剧下降、pHpH值稍有增加。也就是说，值稍有增加。也就是说，微生物的作用可使环境的微生物的作用可使环境的还原性增加还原性增加。在硫酸盐相和。在硫酸盐相和亚硫酸盐相，硫酸盐还原菌的作用可使环境中的低价亚硫酸盐相，硫酸盐还原菌的作用可使环境中的低价硫的含量大大增加，这些还原硫与年轻沉积物中存在硫的含量大大增加，这些还原硫与年轻沉积物中存在不饱和双键的有机质结合可形成有机的硫化物。此外，不饱和双键的有机质结合可形成有机的硫化物。此外，在以陆源有机质输入为主的沉积单元中，细菌对有机在以陆源有机质输入为主

9、的沉积单元中，细菌对有机质的改造作用和细菌代谢产物的加入，可提高有机质质的改造作用和细菌代谢产物的加入，可提高有机质的富氢程度和的富氢程度和 “ “腐泥化腐泥化”程度。程度。 8第一节第一节 有机质生烃演化的阶段性有机质生烃演化的阶段性 一、未熟阶段 在有机质的生物化学作用阶段，在有机质的生物化学作用阶段，地质环境因素地质环境因素是制约和控制是制约和控制进入沉积物中有机质演化特征和演化趋向的主要因素。一方面，进入沉积物中有机质演化特征和演化趋向的主要因素。一方面，环境因素决定了进入沉积物中有机质的数量和质量。这里应存在环境因素决定了进入沉积物中有机质的数量和质量。这里应存在下述双重含意：其一，

10、环境因素决定了特定环境条件下活的生物下述双重含意：其一，环境因素决定了特定环境条件下活的生物群的组合状况和繁茂状况，也就决定了最初可以进入沉积水柱中群的组合状况和繁茂状况，也就决定了最初可以进入沉积水柱中有机质的结构和数量；其二，环境因素决定了可以进入沉积地层有机质的结构和数量；其二，环境因素决定了可以进入沉积地层并得以保存的有机质的数量和质量。充氧条件下的生物化学作用并得以保存的有机质的数量和质量。充氧条件下的生物化学作用会导致有机质的会导致有机质的“腐败作用腐败作用”，使沉积物中有机质的含量少，富，使沉积物中有机质的含量少，富氢程度低；另一方面，一定的环境条件决定了沉积物中的有机氢程度低；

11、另一方面，一定的环境条件决定了沉积物中的有机- -无机组合面貌和介质条件，这种条件下的生物化学作用结果可能无机组合面貌和介质条件，这种条件下的生物化学作用结果可能会导致有机质的生烃演化属性和生烃演化产物的差别。也就是说，会导致有机质的生烃演化属性和生烃演化产物的差别。也就是说，未熟阶段有机质所经历的生物化学和地球化学作用过程的差异，未熟阶段有机质所经历的生物化学和地球化学作用过程的差异，是影响有机质生烃演化属性的先天性因素。是影响有机质生烃演化属性的先天性因素。 9第一节第一节 有机质生烃演化的阶段性有机质生烃演化的阶段性 随着深度增加，微生物逐渐减少随着深度增加，微生物逐渐减少, , 温度的

12、温度的作用逐渐增强，由以生物化学作用为主逐渐转作用逐渐增强，由以生物化学作用为主逐渐转为以为以地球地球化学作用为主。该阶段主要形成未熟化学作用为主。该阶段主要形成未熟油与生物气，生成油气的相对量多少主要与有油与生物气，生成油气的相对量多少主要与有机质的性质和数量有关。该阶段形成的天然气机质的性质和数量有关。该阶段形成的天然气主要为主要为生物甲烷生物甲烷气气，有一定量的氮气和很少的，有一定量的氮气和很少的二氧化碳及其他气体二氧化碳及其他气体。 一、未熟阶段 10第一节第一节 有机质生烃演化的阶段性有机质生烃演化的阶段性 二、成熟阶段 相当于有机质深成作用阶段，对应的镜质组反射相当于有机质深成作用

13、阶段，对应的镜质组反射率率范围较大，范围较大，在在 0.5%0.5%2.0%2.0%。 温度范围为温度范围为5050150150。有机质生烃演化的成熟阶段跨越沉积有机质。有机质生烃演化的成熟阶段跨越沉积有机质生成液态烃（包括凝析油）的全过程，也是烃源岩生成液态烃（包括凝析油）的全过程，也是烃源岩有机质有机质热降解热降解作用生成油气的主要过程。根据不同作用生成油气的主要过程。根据不同时期有机质生烃演化的特征，有机质的成熟阶段可时期有机质生烃演化的特征，有机质的成熟阶段可进一步划分为三个时期：即成熟作用早期、成熟作进一步划分为三个时期：即成熟作用早期、成熟作用中期的成熟作用晚期。用中期的成熟作用晚

14、期。 11第一节第一节 有机质生烃演化的阶段性有机质生烃演化的阶段性 二、成熟阶段1成熟作用早期成熟作用早期 主要是指镜质组反射率为主要是指镜质组反射率为0.5%0.5%0.7%0.7%的深成作用的深成作用早期阶段。早期阶段。对应的煤阶为长焰煤对应的煤阶为长焰煤- -气煤阶段气煤阶段, ,温度大致温度大致在在 505080 80 之间。之间。国内学者称之为低成熟阶段。国内学者称之为低成熟阶段。 近二十来，随着勘探领域的扩展和未熟油气资源近二十来，随着勘探领域的扩展和未熟油气资源（ resources of immature oils & gasesresources of immatu

15、re oils & gases）的发现，）的发现，这一阶段有机质演化的特殊性也慢慢得到了体现。众所这一阶段有机质演化的特殊性也慢慢得到了体现。众所周知，未熟油是有机质通过周知，未熟油是有机质通过低温生物化学反应和低温化低温生物化学反应和低温化学反应所生成的学反应所生成的。与干酪根晚期热降解生成的正常成熟。与干酪根晚期热降解生成的正常成熟原油比较，其根本的差别在于其生烃演化机理的差别。原油比较，其根本的差别在于其生烃演化机理的差别。因此，术语因此，术语immature oilsimmature oils足以在成因上区分与正常成足以在成因上区分与正常成熟原油的差异。熟原油的差异。 12第一

16、节第一节 有机质生烃演化的阶段性有机质生烃演化的阶段性 二、成熟阶段 1成熟作用早期成熟作用早期 通过对全球范围内未熟油的分布特征的统计和相通过对全球范围内未熟油的分布特征的统计和相应烃源岩生烃机理的分析，王铁冠等（应烃源岩生烃机理的分析，王铁冠等（19951995）的研究）的研究认为，镜质组反射率在认为，镜质组反射率在0.70%0.70%以前是未熟油的形成时以前是未熟油的形成时期。从这一角度出发，在成因和生烃演化机理上进一期。从这一角度出发，在成因和生烃演化机理上进一步区分未熟油或低熟油可能已没有实际意义了。但现步区分未熟油或低熟油可能已没有实际意义了。但现实的问题是，一方面，实的问题是，一

17、方面，0.5%0.5%0.7%0.7%的阶段可以是未熟的阶段可以是未熟油生成过程的延续，同时，通过缩合作用形成的干酪油生成过程的延续，同时，通过缩合作用形成的干酪根也开始了一定的热降解生烃作用。因此，将有机质根也开始了一定的热降解生烃作用。因此，将有机质的成岩作用阶段（的成岩作用阶段（Ro0.5%Ro0.5%）对应于有机质的未熟阶）对应于有机质的未熟阶段的话，对成熟作用早期阶段有机质生烃演化特征的段的话，对成熟作用早期阶段有机质生烃演化特征的认识是非常必要的。认识是非常必要的。 13第一节第一节 有机质生烃演化的阶段性有机质生烃演化的阶段性 二、成熟阶段 2 成熟成熟作用中期作用中期 相当于有

18、机质深成作用中期阶段相当于有机质深成作用中期阶段, , 是有机质的主要生油阶是有机质的主要生油阶段，即所谓的段，即所谓的有机质生油主带有机质生油主带。对应的镜质组反射率大致在对应的镜质组反射率大致在 0.7%0.7%1.3%1.3%之间之间, ,对应的煤阶为气煤一焦煤，经历的温度一般对应的煤阶为气煤一焦煤，经历的温度一般为为8080150 150 。由于温度。由于温度较高较高, ,干酪根大量降解生成油气干酪根大量降解生成油气, ,该阶该阶段生成的油气可占干酪根总生油气量的段生成的油气可占干酪根总生油气量的70%70%80%80%以上。随成熟以上。随成熟度增加度增加, , 油气产率增加油气产率增

19、加, ,一般在一般在R Ro为为1.0% 1.0% 时液态油产率达到最时液态油产率达到最大值。之后由于大值。之后由于有机质生油潜量的不断消耗有机质生油潜量的不断消耗, , 油油的产率不断下的产率不断下降降, ,天然气的产率则不断上升天然气的产率则不断上升, ,气油比不断增加。该阶段为正常气油比不断增加。该阶段为正常原油形成阶段。原油形成阶段。 14第一节第一节 有机质生烃演化的阶段性有机质生烃演化的阶段性 二、成熟阶段 3成熟成熟作用晚期作用晚期 相当于有机质深成作用阶段后期相当于有机质深成作用阶段后期, ,也叫高成熟作用阶段。也叫高成熟作用阶段。对对应的镜质组反射率在应的镜质组反射率在 1.

20、3%1.3%2.0% 2.0% 之间之间, ,相当于煤阶的焦煤一贫相当于煤阶的焦煤一贫煤阶段煤阶段, , 温度大致为温度大致为 150150200 200 。这一阶段，一方面由于低分。这一阶段，一方面由于低分子化合物的生成活化能或生成焓高于早期形成的高分子量烃类，子化合物的生成活化能或生成焓高于早期形成的高分子量烃类，干酪根通过热降解作用生成部分短链的低分子烃类，同时在干酪根通过热降解作用生成部分短链的低分子烃类，同时在RoRo约约1.5%1.5%、温度约、温度约150 150 时液态石油时液态石油开始开始裂解并生成凝析油和湿气裂解并生成凝析油和湿气, ,直到该阶段末期直到该阶段末期, ,形成

21、原油裂解气。形成原油裂解气。该阶段为凝析油的主要形成该阶段为凝析油的主要形成阶段。阶段。干酪根的热降解和原油热裂解的结果干酪根的热降解和原油热裂解的结果, ,使使天然气的产率不天然气的产率不断升高。该阶段气油比高，天然气主要为湿气断升高。该阶段气油比高，天然气主要为湿气。故这一阶段。故这一阶段也称也称为凝析油和湿气为凝析油和湿气生成生成阶段。阶段。 15第一节第一节 有机质生烃演化的阶段性有机质生烃演化的阶段性 三、过熟阶段 相当于有机质的变质作用阶段。对应的镜质组反射相当于有机质的变质作用阶段。对应的镜质组反射率率大于大于 2.0% 2.0%，相相应的煤阶为无烟煤阶段应的煤阶为无烟煤阶段,

22、, 对应温度在对应温度在 200200300 300 左右。液态石油几乎全部消失，天然气的左右。液态石油几乎全部消失，天然气的生成主要是由于干酪根芳香核结构上连接的短烷基支链生成主要是由于干酪根芳香核结构上连接的短烷基支链的热裂解作用。由于干酪根的生烃潜力已经非常低，该的热裂解作用。由于干酪根的生烃潜力已经非常低，该阶段形成的天然气有限阶段形成的天然气有限, ,少部分天然气通过液态石油裂少部分天然气通过液态石油裂解而生成。天然气主要由甲烷组成解而生成。天然气主要由甲烷组成，重，重烃很少，主要为烃很少，主要为干气。所以也称为干气阶段。干气。所以也称为干气阶段。在在RoRo为为2.82.83.0%

23、3.0%时，有时，有机质的生烃潜力基本枯竭机质的生烃潜力基本枯竭，有机质达到所谓的生烃死亡，有机质达到所谓的生烃死亡线。线。 16第一节第一节 有机质生烃演化的阶段性有机质生烃演化的阶段性 早期 生物气 凝 析 油 未熟油 未熟阶段 过熟阶段 熟 成 阶 段 中期 晚期 正常原油 天然气 Ro,% 0.5 1.0 1.5 0.7 1.3 成岩作用 阶 段 深成作用 阶 段 变质作用 阶 段 2.5 2.0 2.5 沉积有机质的演化阶段 17第二节第二节 有机质的生烃模式有机质的生烃模式 有机质（烃源岩）的生烃演化模式是有机质（烃源岩）的生烃演化模式是有机质在生烃演化过程中所表现的基本规有机质在

24、生烃演化过程中所表现的基本规律的总和。含油气盆地中有机质生烃演化律的总和。含油气盆地中有机质生烃演化模式的研究，是指导油气勘探的重要理论模式的研究，是指导油气勘探的重要理论基础。基础。 18ABCD生生物气化阶学段热油催气化阶生段热析裂气解阶生段凝深生部气高阶温段腐殖质干酷根156201001030405060708090abc残碳腐殖酸富非酸碳水化合物氨基酸类脂化合物1生物化学甲烷2原有沥青、烃、非烃化合物3石油4湿气、凝析气5天然气6未低熟油（注：还应包括2）Abc43沉积有机质重量,%19第二节第二节 有机质的生烃模式有机质的生烃模式 一、一、一般生烃模式一般生烃模式 TissotTis

25、sot等等（ 19781978）在巴黎盆地、杜阿拉盆地、）在巴黎盆地、杜阿拉盆地、尤因塔盆地和洛杉矶盆地烃源岩有机质研究的基础上尤因塔盆地和洛杉矶盆地烃源岩有机质研究的基础上总结了烃类生成的一般总结了烃类生成的一般模模式式。在有机质演化阶段的讨在有机质演化阶段的讨论中，对一般生烃模式中的地球化学特点作了概要描论中，对一般生烃模式中的地球化学特点作了概要描述。述。 20第二节第二节 有机质的生烃模式有机质的生烃模式 1未熟阶段生烃演化特征未熟阶段生烃演化特征 该阶段以低温、低压和微生物生物化学作用为主要特点。该阶段以低温、低压和微生物生物化学作用为主要特点。 有机质成熟有机质成熟度低度低, ,有

26、机质的变化以缩合作用为主，在成岩作用结有机质的变化以缩合作用为主，在成岩作用结束前形成干酪根。束前形成干酪根。 早期的生物化学作用过程早期的生物化学作用过程主要形成甲主要形成甲烷气体烷气体由由有机质、尤其是富含纤维素的有机质在厌氧细菌的发酵有机质、尤其是富含纤维素的有机质在厌氧细菌的发酵过过程所程所产产生的生的有利的保存条件下也可形成生物气藏。有利的保存条件下也可形成生物气藏。 有少量的烃类来自于活的生物体有少量的烃类来自于活的生物体, , 大部分为大部分为 C C1515+ + 重重烃烃结构结构特征大部分与生物体中的生物类脂物接近特征大部分与生物体中的生物类脂物接近生物标志化生物标志化合物。

27、合物。一、一般生烃模式 21第二节第二节 有机质的生烃模式有机质的生烃模式 1未熟阶段生烃演化特征未熟阶段生烃演化特征 在一些特定环境的条件下（如弱碱性的强还原环境）一些生在一些特定环境的条件下（如弱碱性的强还原环境）一些生物类脂物，如酯、酮、醇等易于以非烃或胶体腐殖酸盐的形物类脂物，如酯、酮、醇等易于以非烃或胶体腐殖酸盐的形式存在于沉积物中。这类组份在温度适度增加的条件下即可式存在于沉积物中。这类组份在温度适度增加的条件下即可转化成烃类，也使得有机质具有较强的早期生烃潜力。转化成烃类，也使得有机质具有较强的早期生烃潜力。 大量的有机质通过缩合作用形成大量的有机质通过缩合作用形成干干酪根酪根。

28、干干酪根酪根是烃源岩成熟作用阶段通过热降解形成烃类的物质是烃源岩成熟作用阶段通过热降解形成烃类的物质基础基础其化学其化学组成组成特征特征取决于取决于原始原始有机质的类型有机质的类型、有机质沉积环、有机质沉积环境境及细菌改造及细菌改造作用作用的程度的程度。一、一般生烃模式 22第二节第二节 有机质的生烃模式有机质的生烃模式 2. 成熟阶段生烃演化特征成熟阶段生烃演化特征成熟阶段是石成熟阶段是石油形成油形成的主要的主要阶段阶段。可分为三个次一级阶段：。可分为三个次一级阶段：成熟成熟作用早期、成熟作用中期和成熟作用晚期作用早期、成熟作用中期和成熟作用晚期 。（1 1）成熟作用早期）成熟作用早期 对于

29、那些具有早期生烃潜能的烃源岩而言，对于那些具有早期生烃潜能的烃源岩而言，由于干酪根并未开始大量的有效的生烃作用，这一阶段仍是未熟由于干酪根并未开始大量的有效的生烃作用，这一阶段仍是未熟油形成过程的延续。这一过程形成的石油仍以密度较高、非烃、油形成过程的延续。这一过程形成的石油仍以密度较高、非烃、沥青质含量高、生物标志化合物含量丰富等为特点。沥青质含量高、生物标志化合物含量丰富等为特点。（2 2）成熟作用中期）成熟作用中期 随着温度持续上升随着温度持续上升, , 当有机质当有机质通过通过成熟成熟作用作用达到门限值时达到门限值时, , 干干酪根便在热催化下大量裂解形成液态烃及一定酪根便在热催化下大

30、量裂解形成液态烃及一定量的气体量的气体烃类烃类, , 是生油的主要阶段。是生油的主要阶段。生烃的强度与有机质的成熟生烃的强度与有机质的成熟度有关，通常在度有关，通常在RoRo约约1.01.0时达到最大值，称之为有机质的生烃高时达到最大值，称之为有机质的生烃高峰。不同类型的有机质，生烃高峰可能具有一定的差别。峰。不同类型的有机质，生烃高峰可能具有一定的差别。一、一般生烃模式 23 这里应着重强调一下这里应着重强调一下生烃门限生烃门限的概念问题。生烃的概念问题。生烃门限是对应于干酪根晚期热降理论的，是指沉积盆地门限是对应于干酪根晚期热降理论的，是指沉积盆地中干酪根开始热降解生烃作用的起始成熟度或深

31、度。中干酪根开始热降解生烃作用的起始成熟度或深度。跨越这一成熟度或深度后，干酪根便开始有效的生烃跨越这一成熟度或深度后，干酪根便开始有效的生烃作用。显然，生烃门限的概念不表示在低温化学或是作用。显然，生烃门限的概念不表示在低温化学或是低温生物化学反应形成未熟油的门限条件。低温生物化学反应形成未熟油的门限条件。 W.C-Pusey W.C-Pusey 提出的石油存在的提出的石油存在的“液态窗液态窗”就是对就是对应这个生油主带。他总结了世界上一些油田中石油产应这个生油主带。他总结了世界上一些油田中石油产层的温度分布状态层的温度分布状态, , 指出液态指出液态烃在烃在 65.6 65.6时开始大量时

32、开始大量形成形成, ,而在高于而在高于148.9148.9时则被破坏时则被破坏, , 因此，他将这一因此，他将这一温度温度范围范围称称之为液态烃窗口。之为液态烃窗口。一、一般生烃模式第二节第二节 有机质的生烃模式有机质的生烃模式 24第一节第一节 有机质生烃演化的阶段性有机质生烃演化的阶段性 （一）未熟阶段相当于有机质的成岩作用阶段，即干酪根的形成阶段。相当于有机质的成岩作用阶段，即干酪根的形成阶段。沉积物埋藏浅沉积物埋藏浅，有机质经历的温度，有机质经历的温度较较低低，50506060，对应，对应的干酪根的干酪根Ro0.5%Ro15002000m,RO：0.7%1.3%, 80150，对应的煤

33、阶为对应的煤阶为气煤一焦煤气煤一焦煤由于温度由于温度较高较高, ,干酪根大量降解生成油气干酪根大量降解生成油气, ,该阶段生成的油气该阶段生成的油气可占干酪根总生油气量的可占干酪根总生油气量的70%70%80%80%以上。以上。随成熟度增加随成熟度增加, , 油气产率增加油气产率增加, ,一般在一般在R Ro为为1.0% 1.0% 时液态油产时液态油产率达到最大值。率达到最大值。之后由于之后由于有机质生油潜量的不断消耗有机质生油潜量的不断消耗, , 油油的产率不断下降的产率不断下降, ,天然气的产率则不断上升天然气的产率则不断上升, ,气油比不断增加。气油比不断增加。该阶段为正常原油形成阶段。

34、该阶段为正常原油形成阶段。 2、 成熟作用中期成熟作用中期27相当于有机质深成作用阶段后期相当于有机质深成作用阶段后期, ,也叫高成熟作用阶段。也叫高成熟作用阶段。35004000m，RO：1.3%2.0% , 150200 ，相当于焦煤一相当于焦煤一贫煤阶段贫煤阶段由于低分子化合物的生成活化能或生成焓高于早期形成的高分由于低分子化合物的生成活化能或生成焓高于早期形成的高分子量烃类，干酪根通过热降解作用生成部分短链的低分子烃类，子量烃类，干酪根通过热降解作用生成部分短链的低分子烃类，同时在同时在RoRo约约1.5%1.5%、温度约、温度约150 150 时液态石油时液态石油开始开始裂解并生成凝

35、裂解并生成凝析油和湿气析油和湿气, ,直到该阶段末期直到该阶段末期, ,形成原油裂解气。形成原油裂解气。为凝析油的主要形成阶段。为凝析油的主要形成阶段。干酪根的热降解和原油热裂解干酪根的热降解和原油热裂解天然气的产率不断升高天然气的产率不断升高气油气油比高，天然气主要为湿气比高，天然气主要为湿气凝析油和湿气凝析油和湿气生成生成阶段。阶段。 3、成熟作用晚期、成熟作用晚期28第二节第二节 有机质的生烃模式有机质的生烃模式 （三） 过熟阶段生烃演化特征 烃源岩有机质经历成熟烃源岩有机质经历成熟阶段阶段的降解作用后的降解作用后, , 干干酪根酪根上绝大部分可以断裂的侧链和基团基本消失上绝大部分可以断

36、裂的侧链和基团基本消失, , 已不再具已不再具有形成长链液态烃的能力。残余的少量有形成长链液态烃的能力。残余的少量烷基侧链烷基侧链通过热通过热降解或热裂解作用可形成一定量的以甲烷主为的气体。降解或热裂解作用可形成一定量的以甲烷主为的气体。干干酪根的结构进一步缩聚形成富碳的残余物质酪根的结构进一步缩聚形成富碳的残余物质，并最终，并最终石墨化石墨化。因此，该阶段也称为干气阶段。因此，该阶段也称为干气阶段。 在在RoRo约约2.82.83.0%3.0%时生烃潜力基本枯竭，为时生烃潜力基本枯竭，为生烃死亡线生烃死亡线一、一般生烃模式 29第二节第二节 有机质的生烃模式有机质的生烃模式 在烃源岩有机质的

37、生烃演化模式中，用以描述有机质在烃源岩有机质的生烃演化模式中，用以描述有机质生烃演化进程的是有机质的成熟度。在有机质进入沉积地生烃演化进程的是有机质的成熟度。在有机质进入沉积地层到生烃演化结束（有机质不具生烃活性，镜质组反射率层到生烃演化结束（有机质不具生烃活性，镜质组反射率Ro2.7Ro2.73.0%3.0%）的整个阶段，不同的演化时期，其生成的）的整个阶段，不同的演化时期，其生成的产物的物理性质和化学组成均存在较大的差异。总体变化产物的物理性质和化学组成均存在较大的差异。总体变化趋势是：趋势是：随有机质成熟度的增加，生成的石油物质的密度随有机质成熟度的增加，生成的石油物质的密度降低，颜色变

38、浅。化学组成中，杂原子化合物（降低，颜色变浅。化学组成中，杂原子化合物（NOSNOS化合化合物）丰度下降，低碳数化合物丰度增加，碳稳定同位素物）丰度下降，低碳数化合物丰度增加，碳稳定同位素1313C C变重，气油比（变重，气油比（GORGOR）增加。）增加。不同演化阶段生成产物不同演化阶段生成产物的产率和组成的差异，是有机质生烃演化模式的基本特征，的产率和组成的差异，是有机质生烃演化模式的基本特征，同时，烃源岩生、排烃的基本模式，也是造成油藏充注过同时，烃源岩生、排烃的基本模式，也是造成油藏充注过程中继承性非均质性的根本原因。程中继承性非均质性的根本原因。 二、生烃演化模式中生烃产物组成的变化

39、特征 30第二节第二节 有机质的生烃模式有机质的生烃模式 二、生烃演化模式中生烃产物组成的变化特征 未熟低成熟 油气生成带 生油主带 天然气天然气 油油 颜色变浅，凝固点降低 成热降解 运动粘度下降 成热降解 密度降低 成热降解 气油体积比增加 成热降解 非烃、沥青质含量下降 成热降解 总烃含量增加 成热降解 碳稳定同位素变重 成热降解 低分子量化合物含量增加 成热降解 成岩作用 成热降解 深成热降解作用 成热降解 物理性质变化 化学组成变化 生烃模式中随成熟作用加强有机质生成的油气性质的变化特征生烃模式中随成熟作用加强有机质生成的油气性质的变化特征 31第二节第二节 有机质的生烃模式有机质的

40、生烃模式 三、不同类型干酪根的生烃模式 生成油气的母质生成油气的母质, ,是由不同结构是由不同结构的显微组分的显微组分组成的。组成的。不同的显不同的显微组分微组分，其，其生生烃潜烃潜力和生烃特征力和生烃特征是不同的是不同的。而不同烃源岩中的有机。而不同烃源岩中的有机质是由不同质是由不同结构结构的的有机有机显微组分组成，因而不同烃源岩的生显微组分组成，因而不同烃源岩的生烃潜烃潜力力和生和生烃特烃特征也就不同。征也就不同。因此，从这层意义上讲，烃源岩有机质的生因此，从这层意义上讲，烃源岩有机质的生烃模式，是烃源岩中具有不同生烃潜力的单组份生烃模式的加和。烃模式，是烃源岩中具有不同生烃潜力的单组份生

41、烃模式的加和。程克明程克明 (1990)(1990)、赵长毅等、赵长毅等 (1996) (1996) 曾根据煤系地层不同显微组分曾根据煤系地层不同显微组分的生烃演化特征的生烃演化特征, ,提出了不同显微组分的生烃演化模式。可见，不提出了不同显微组分的生烃演化模式。可见，不同显微组分的油气生成相对量有一定同显微组分的油气生成相对量有一定的、的、甚至是较大的差别，大量甚至是较大的差别，大量生油生气时期也有差异，有的生油窗范围宽，有的则较窄。反映了生油生气时期也有差异，有的生油窗范围宽，有的则较窄。反映了母质类型对生母质类型对生烃模式烃模式的重要的重要影响影响。这也。这也就预示着，不同沉积盆地的就预

42、示着，不同沉积盆地的不同沉积单元中，显微组份组成的千差万别也会造成有机质生烃模不同沉积单元中，显微组份组成的千差万别也会造成有机质生烃模式的千差万别。因此，式的千差万别。因此，一般一般的生的生烃模式，往往不能全面地概括烃模式，往往不能全面地概括或代或代表不同地质环境的沉积单元中有机质生烃模式的差异，更不能满足表不同地质环境的沉积单元中有机质生烃模式的差异，更不能满足油气勘探和科研工作的需要。油气勘探和科研工作的需要。 32第二节第二节 有机质的生烃模式有机质的生烃模式 三、不同类型干酪根的生烃模式 不同显微组份生烃演化模式的比较不同显微组份生烃演化模式的比较（据程克明，（据程克明，199019

43、90；赵长毅等，；赵长毅等，19961996） 33第二节第二节 有机质的生烃模式有机质的生烃模式 三、不同类型干酪根的生烃模式 不同类型干酪根生不同类型干酪根生烃烃产物特征产物特征 (Snowdon,1982)(Snowdon,1982) 34第二节第二节 有机质的生烃模式有机质的生烃模式 三、不同类型干酪根的生烃模式 35第二节第二节 有机质的生烃模式有机质的生烃模式 三、不同类型干酪根的生烃模式 根据以上分析可以看出，目前建立的不同生烃母质的生烃模式的差别主要在于：(1) 不同类型干酪根或烃源岩生油门限存在较大差别；(2) 各类干酪根的最大产烃率不同；(3)不同类型干酪根在不同演化阶段的

44、产物中的气油比（GOR）不同； (4) 不同类型有机质的演化阶段的划分也存在差异。 36第二节第二节 有机质的生烃模式有机质的生烃模式 三、不同类型干酪根的生烃模式 我国是陆相烃源发育的国家。由于陆相烃源岩中通常包含有不同的典型的分属、型有机质的藻类体、孢子体和镜质体等一些富氢组份，造成了不同的沉积盆地有机质类型的差别较大。 中国陆相烃源岩的不同类型有机质生烃模式的比较（据杨万里等，1980） 成成熟熟阶阶段段 37第二节第二节 有机质的生烃模式有机质的生烃模式 三、不同类型干酪根的生烃模式 不同类型的干酪根，其生烃模式的主要差别：(1)对应于 、1、2、型干酪根，随着有机质类型的变差，生烃模

45、式中的生油门限深度（或成熟度）逐渐增加；而生油主峰由早而晚的出现的顺序是：2类、类、 1 类和类 ；（2）模式中的生烃强度用干酪根产烃率表示，四个模式中最大生烃强度分别为 43%、28% 、20%、7%，类和1类的最大生烃强度位置在生油主峰附近, 而2类和类的最大生 烃强度位置在干气阶段；(3) 模式中的类和1类生成的产物中油多气少, 2类和类气多油少 38第二节第二节 有机质的生烃模式有机质的生烃模式 四、特殊类型有机质的生烃模式 近十年来，一些特殊近十年来，一些特殊成因类型成因类型油气的勘探油气的勘探工作取得了工作取得了长长足的进步，如低熟油、煤成油等足的进步，如低熟油、煤成油等。这些特殊

46、成因类型原油成。这些特殊成因类型原油成因理论的发展和相应生烃因理论的发展和相应生烃机理和生烃模式的研究机理和生烃模式的研究，是对石油，是对石油干酪根晚期热降解成因理论及其生烃模式的完善和补充。干酪根晚期热降解成因理论及其生烃模式的完善和补充。有机组成中某有机组份呈现优势分布时，烃源岩的生烃模式有机组成中某有机组份呈现优势分布时，烃源岩的生烃模式则同样表现出较强的特殊则同样表现出较强的特殊性 39第二节第二节 有机质的生烃模式有机质的生烃模式 四、特殊类型有机质的生烃模式 1几类特殊有机组成烃源岩的生烃机理几类特殊有机组成烃源岩的生烃机理 1 1） 富含富含木栓质体木栓质体烃源岩有机质烃源岩有机

47、质早期生烃机理早期生烃机理 我国我国吐哈盆地下保罗统八道湾组煤吐哈盆地下保罗统八道湾组煤系中存在系中存在这种这种富含木栓质体富含木栓质体的烃源岩。的烃源岩。木栓质体平均含量木栓质体平均含量为为4%,4%,最高达最高达 13.5%,13.5%,占富氢组份组成的占富氢组份组成的40-80%40-80%，成为主要富氢组分之一。成为主要富氢组分之一。 40第二节第二节 有机质的生烃模式有机质的生烃模式 四、特殊类型有机质的生烃模式 1几类特殊有机组成烃源岩的生烃机理几类特殊有机组成烃源岩的生烃机理 树皮中的栓化层是由树皮中的栓化层是由软木脂软木脂层和蜡间互层叠加而成。层和蜡间互层叠加而成。作为术作为术

48、栓质体的前身物，具有聚合度低和长链类脂物多的特点栓质体的前身物，具有聚合度低和长链类脂物多的特点，也，也决定决定了木栓质体可在较低的热力学条件下发生低活化能的化学反应，了木栓质体可在较低的热力学条件下发生低活化能的化学反应，生成并释放以链状为主的烃类。生成并释放以链状为主的烃类。Khorasani(1987,1991 )Khorasani(1987,1991 )从木栓从木栓质体荧光演化特征及富木栓质体煤的热解实验两方面证实了木栓质体荧光演化特征及富木栓质体煤的热解实验两方面证实了木栓质体在质体在 Ro Ro约约 0.35%0.35%0.50%0.50%时时，显微荧光光谱发生迅速而明显的，显微荧

49、光光谱发生迅速而明显的红移红移现象，现象，指示剧烈的化学组成变指示剧烈的化学组成变化；化；Ro 0.60%Ro 0.04S/C0.04时时，可称为富硫干酪根。我国的低熟源岩，可称为富硫干酪根。我国的低熟源岩的的“干酪根干酪根”的含硫量一般达不到的含硫量一般达不到这一标准。这一标准。但但这些成熟这些成熟度较低的烃源岩中度较低的烃源岩中都富含含硫的可溶有机质，如临清坳都富含含硫的可溶有机质，如临清坳陷德南洼陷低熟烃源岩中，一些类脂的硫化物陷德南洼陷低熟烃源岩中，一些类脂的硫化物( (长链长链烷烷基基噻吩、长链噻吩、长链烷基四氢烷基四氢噻吩和长链噻吩和长链烷基烷基噻烷噻烷类等类等) )可占可占芳芳烃

50、馏烃馏分的分的7373.2%.2%86.8%(86.8%(王铁冠、钟宁宁等王铁冠、钟宁宁等，1995)1995)。另外，这类烃源岩的非烃和沥青质含量高。富硫大分子另外，这类烃源岩的非烃和沥青质含量高。富硫大分子降解时，最初生成的石油含硫最高，随着成熟度增高，降解时，最初生成的石油含硫最高，随着成熟度增高，生成的石油中硫含量不断降低。生成的石油中硫含量不断降低。 52第二节第二节 有机质的生烃模式有机质的生烃模式 四、特殊类型有机质的生烃模式 1几类特殊有机组成烃源岩的生烃机理几类特殊有机组成烃源岩的生烃机理 5 5）富富含富含富硫大分子硫大分子有机质的有机质的早期降解生烃机理早期降解生烃机理

51、富硫有机质的生烃演化机理一方面可能具有生物类脂物的生富硫有机质的生烃演化机理一方面可能具有生物类脂物的生烃特点，即在一定的条件下，生物类脂物通过与还原硫的反应烃特点，即在一定的条件下，生物类脂物通过与还原硫的反应形成硫醇、硫醚、形成硫醇、硫醚、长链长链烷基烷基噻吩、长链噻吩、长链烷基四氢烷基四氢噻吩和长链噻吩和长链烷烷基基噻烷噻烷类等类等低分子量的类脂硫化物（图低分子量的类脂硫化物（图10-910-9）；同时，在有机）；同时，在有机质缩合过程中形成富硫大分子，并导致富硫干酪根（质缩合过程中形成富硫大分子，并导致富硫干酪根（-S-S干酪干酪根）的形成。根）的形成。S-CS-C和和 S-S S-S 键键的断裂特征，使这些富硫大分子在的断裂特征，使这些富硫大分子在温度较低时即可通过降解作用形成烃类。因此，富硫有机质在温度较低时即可通过降解作用形成烃类。因此，富硫有机质在低温阶段的生烃属