油气成因与烃源岩评价研究综述.doc

油气成因与炷源岩评价研究综述1油气成因理论油气成因理论作为石油地质学研究的核心问题己争论上百年，油气成因的认 识可归纳为有机成因和无机成因2大学派，其争论的核心是生成油气的母质和形 成过程前者认为油气是由地质历史时期分散在沉积物中的动植物有机质发生热 解转化而成，后者则提出油气是由地下深处的无机物通过无机合成反应形成的 1.1有机成因说认为油气是由分散在沉积岩中的生物有机体转化而成⑴有人根据一些实验 事实，提出油气是由动物遗体转化而来的；也有人根据煤的形成，提出油气的生 成同植物残体的埋藏有关；古勃金则根据多数油藏分布于滨海或海洋沉积层内， 或是与海洋有联系的陆相沉积层内(这里动植物非常繁盛旦易于埋藏)，提出石油 的动植物混成说史密斯经过对墨西哥湾进行大量现代沉积取样分析研究，提出油气的有机成 因早期生成说，认为沉积物中所含原始有机质在成岩过程中逐渐转化为石油和天 然气但其观点与实际地质资料有较大出入：古代沉积岩中液态炷含量要比现代 沉积物中大20余倍，现代沉积物中液态炷的组成和性质与石油都有一定的差别, 而且要在地下一定深度和温度下才能生成石油于是又有人提出有机成因晚期生 成说，认为有机质埋入地下，随沉积物不断下沉，有机质转变为干酪根，在一定 温度和压力下，干酪根达到成熟热解，开始生成大量油气。

但后来研究表明生物 有机质在细菌的分解作用下，W以不经干酪根而直接生成油气因而有机成因学 派在油气生成过程及生成机理上也有分歧现代石油地质学理论主要是建立在油气生成的有机成因上，人们认为所有工 业性油气藏和煤矿儿乎完全为生物成因的油气的有机成因理论已被长期作为油 气勘探战略和方法的理论基础，石油有机成因主要依据如下：(1) 世界上己发现的油气田99.9%分布于沉积岩中，而在沉积盖层不发育的地 盾和巨大结晶基底隆起区，很少或没有找到油气聚集2) 从前寒武纪至第四纪更新世的各个时代岩层中都找到了石油，但石油天 然气在地质时代上的分布很不均衡，似乎与沉积岩中有机质的分布状况相吻合， 并且与煤、油页岩等可燃有机矿产的时代分布有一•定联系3) 在近代海相和湖相沉积中发现了有机物质转化为油气的过程，而且这个 过程至今仍在进行特别是经过有机质化学分析表明，愈往地下深处，近代沉积 物中的有机物质愈接近石油4) 世界上既没有化学成分完全相同的两种石油，也没有成分完全不同的石 油但大多数石油的化学组成十分相似，按重量计算，含C80%-- 88%, H10%- 14%, C/H在5.7〜8.5之间，这正好说明它们的成因可能大致相同，而在成分上 的差异性则可能同原始生油物质的生成环境的不尽相同及油气生成后的变化历 程有关。

5) 光谱分析表明，煤和石油都可能是有机生成的6) 从大量油田测试结果可知，石油是在低温条件下生成的7) 石油生成并聚集成油藏所需时间大约不到IMao1.2无机成因说油气无机(非生物)成因论认为炷是由碳和氢在无生物作用条件下合成的，而 不是起源于沉积有机质主要论据有：(1) 石油和天然气常发现于长的线性或大的弧型构造单元这些部位有切割 很深的断裂构造2) 石油中许多化合物在实验室可以合成具有笼状结构的金刚烷可以用双 环戊二烯加氢合成，是典型的非生物成因炷用电火花轰击甲烷生成了类似石油 组分的有机物[],费•托反应生成甲烷实验室内已合成石油中普遍存在的甲基 戊烷和甲基己烷，证实它们并非一定是正己烷与正戊烷异构化的产物3) 一些温度较高的深层发现了石油，这些部位几乎找不到生物成因的证据, 有时原油的旋光性与奇一偶碳数分布特征也完全消失4) 许多天体中存在碳氢化合物在球吸积增生过程中这种碳氢化合物部分 被封存于地球内部，地球后期演化过程碳氢化合重新聚集或分散5) 一些生命物质可以由无机(非生物)过程合成甲烷、水、氨和碳的氧化物 可能是蛋白类、氨基酸的起源物在950〜1050C,有硅胶催化的条件下，甲烷 与氨反应生成典型的氨基酸，而且产率较高。

6) 在许多不存在生物的地方发现了甲烷譬如，在无沉积物的大洋中脊、岩 浆岩和变质岩裂隙中，以及地球深部、火山喷气中都含有甲烷等含碳挥发份1932 年苏门答腊MerPai火山喷发期间，喷射的火焰高达500多米7) 在一个大区域内原油的化学成分和同位素组成常与含油气岩系的地质年 代及岩性无关，天然气碳同位素组成倒序是聚合反应造成的，许多炷类聚集中有 幔源氮按照无机成因油气理论的发展历程可将其划分为早期无机成因油气理论或 古典无机成因油气(18世纪中叶至20世纪70年代)和晚期无机油气生成理论(20 世纪70年代至今)⑵；按照是否发生合成反应分为2个主要理论学派，一是地幔 脱气理论，认为炷类在地球形成时•期就已存在，在合适的构造环境下从地球内部 排出；二是无机反应成炷理论，即认为炷类是在地球内部合适的物理化学环境条 件下通过各种无机反应形成的〔％1.2.1地幔脱气说地幔脱气说也叫宇宙成因说俄国学者索科洛夫(1889)主张在地球呈熔融 状态时碳氢化合物就包含其中，随着地球冷却碳氢化合物被岩浆吸收，最后凝结 于地壳中形成石油；其后，Gold根据太阳系、地球形成演化模型，对宇宙成因 说进行了更为详细深入的研究，其认为距今3600-4000Ma前的地球是由含CH4> CO2、H?等成份的星云演化形成的。

在3500星云凝聚固化形成地球的地幔和地 壳过程中&星云或原始大气中的CH4> CO2、He等气体被束缚在地壳和地幔中， 并在随后的地球演化过程中，部分下地壳和上地幔区域温压条件和氧逸度条件仍 适于CH」等气体的保存而未被氧化，在地球分异演化的早期从地球深部被加热 而释放出来也就是说，大量CPU和其他非炷资源气体在地球形成时就已存在 王先彬等通过模拟实验证实了在地球深部的高压条件不仅有抑制炷类系列化合 物热分解的作用，而且可以促进炷类的环化作用、聚合作用和凝析作用，并向复 杂炷类系列演化［七这些炷类及及其他气体经广泛的地幔脱气作用运移至近地表 形成油气藏1.2.2无机反应成炷理论无机反应成炷理论主要为CO、CO2、玮和田0等一些小分子，在合适的地 质条件下通过无机合成反应可以形成高分子量的炷类该理论主要是基于实验研 究，主要学说包括费-托催化合成说、碳化物说、岩浆说、高温生成说和蛇纹石 化生油说，其中比较著名的是费■托催化合成说费■托合成法是德国化学家弗•费希尔和汉•托罗普希于1923年创立的，是 一种以H和CO或C02为原料，在催化剂（铁）作用下合成炷类的方法其化 学反应机理为通过CO或CO2的催化加氢作用和还原聚合作用形成有机化合物， 其反应式如下：CO2+H2 一 CnHm+H2O+Q该反应的催化剂为Fe、Co、Ni、V等过渡金属，反应温度为300-400Co在 地质条件下，费■托合成反应中所需的CO、CO2、凡除主要来自地幔脱气作用， 还可以通过岩石■流体反应获得，如皂可以通过超镁铁质岩蛇纹石化和高温的碳 与水作用；CO可以来源于海水、碳峻盐矿物离解脱碳作用和岩浆脱气作用，该 反应的催化剂可以为金属Fe、离子化（氧化）的Fe,也可以为地壳中常见的磁 铁矿、铁硅酸盐。

Abrajano等根据同位素和稀有气体特征研究菲律宾Zambales 蛇绿岩排出的CH4-H2油气苗时，推断富CH4-H2流体很可能是在超基性岩蛇纹石 化过程中通过费■托合成方式形成的，并认为这种形成方式在地球内部有较广泛 的分布1.2.3地质条件下的无机成因油气模式世界油气的分布与大地构造格局密切相关首先，大油气田储层主要为中新 生代地层，占世界大油气田储层地质时代的77.3%左右，中新生代正是联合古大 陆解体、板块构造活动非常活跃的时期；其次，目前世界106个主要含油气盆地 中的115个特大油田和25个特大气田，除欧洲和北美有些盆地分布在板块内部或 与古板块活动有关外，其余均分布在中生代板块活动形成的大陆边缘从Klemme 统计出的不同类型构造盆地的油气丰度表中也可以明显地看出大陆碰撞带最富 含石油，稳定区平均含油量明显低于碰撞带和板块边缘因此，有的学者将油气 成因模式和与板块构造类型联系起来⑶可，认为油气是各种类型板块构造活动带 的自然产物，提出了全球油气分布、富集的5种地质模式；也有学者提出无机成 因气藏的发育严格受控于深大断裂、构造活动带由于以上油气成因分布模式均 以构造背景为主要分类依据，而没有涉及油气生成机理，按照其反应的基础物质 来源和构造环境相结合的原则将无机油气生成模式划分为种，即“缺花岗岩型” 盆地的无机成因油气模式、板块俯冲带的无机成因油气模式和洋中脊热液的无机成因油气模式（图1、2）o图1 “缺花岗岩型”盆地的油气成因模式海平面 岛孤伽1淋/ ；皿//・•：・/带*

有机成因说则对泥火山大规模重复喷发、油气藏二次形成、变质岩和岩浆岩中的 油气显示以及在不可能有油的地盾中发现大型工业油气藏等一•些事实不能给出 圆满解释这些学说都有一定的道理，在一定时期对油气资源的勘探开发都作出 了很大的页献，虽然它们都有自己的局限性，但我们不能简单地认为这是人们认 识局限性所致有关油气生成的每一种观点都是以一定的事实为依据的，都能对某些地质现 象做出合理的解释，而又都有一•些事实无法解释每一种学说提出的早期，对油 气形成的理论研究都做出了很大的页献，有些学说对油气藏的勘探开发还发挥过 很大的积极作用，但随着各种勘探开发资料的不断丰富，又都表现出或多或少的 弱点O我们必须辩证地看待问题，灵活地应用各种理论，从而指导我们进行准确地 勘探、预测和开发油气矿藏在大力勘探开发沉积岩中的有机成因油气藏时，不 应只看到有机质成熟区的高勘探成功率，而对非成熟区不予重视，另外对一些按 有机成因说不可能有油气的岩层和地区也可适当进行探索，特别是对天然气的勘 探2炷源岩评价最近儿十年来，在有关油源岩的评价方面，无论在技术上，还是在方法上都 发生了非常巨大的变化，但根本性的变化则主要是在各种测试技术上和测试方法 的改进和提高。

而对•于油源岩的识别和评价一直是建立在以下与油气产出有关的 岩石特性上，即岩石中有机质的数量、类型和成熟度下面就以上各点对国内外 的有关炷源岩的评价现状作简要的概述2.1炷源岩中有机质的数量岩石中有机质的数量直接决定着炷类的生成量，因此，精确测定岩石中的有 机质数量是评价炷源岩的关键国内外一直流行的，并且目前仍沿用的测定有机 质的数量的方法就是直接测定炷源岩的总有机碳含量，可溶有机质含量和总炷含 量并结合炷源岩的其它特征建立了一系列适用于各种不同类型炷源岩的有机质 数量指标评价体系对于-•套己生成和释放出足够形成工业性油气聚集的炷源岩 来说，所测定出来的有机质含量实际上只是其残余有机质含量，但考虑到转化成 炷类的有机质与岩石中的原始有机质相比只是很少的一部分(3%),所以一般均 用岩石中的残余有机质数量近似地代表炷源岩的有机质数量作为炷源岩，其有 机碳含量的下限值是颇为重要的中国石油天气总公司石油勘探开发科学研究院 将中国陆相泥质生油岩的有机碳含量的下限值定为0.4%（如表l）o国外各石油公 司也都根据生油岩中的炷含量建立了自己的生油岩级别评价体系（表2）许多石 油地球化学家认为，有机碳最小值为0.4%的细粒爽岩能够产生足以形成工业性 聚集的石油，而对于碳酸盐岩，该有机碳最小值可低至0.3%甚至0.1%。

此外， 对咸化环境形成的泥质生。