【正文】 在進(jìn)入此階段，干酪根發(fā)生熱降解，雜原子（ O、 H、 S）鍵破裂產(chǎn)生二氧化碳、水、氨、硫化氫等揮發(fā)性物質(zhì)逸散，同時(shí)獲得大量低分子液態(tài)烴和氣烴，是主要生油時(shí)期 該階段（尤其是早、中期）是 主要的生油階段 。 這個(gè)階段也可以說(shuō)是石油成因現(xiàn)代概念的核心。 石油中大約 8095%的烴是在此階段生成的 。 該階段的中期是干酪根生油的高峰期；此階段的晚期隨著溫度進(jìn)一步升高，熱催化優(yōu)勢(shì)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃呀鈨?yōu)勢(shì)，主要形成凝析油和濕氣 —— 生油窗 有機(jī)質(zhì)成熟的早晚跟有機(jī)質(zhì)的類型有關(guān)，相同條件下，樹脂體和高含硫的海相有機(jī)質(zhì)成熟早，腐殖質(zhì)成熟晚，且以生氣為主。 三、熱裂解生凝析氣階段 ? 1. 深度： 4000 ～ 6000 米；? 2. 溫度： 1800 ～ 250 ℃? 3. 演化階段： 后生作用后期碳化作用瘦煤 貧煤階段有機(jī)質(zhì)高成熟時(shí)期? 4. 作用因素： 石油熱裂解、熱焦化? 5. 演化過(guò)程及其產(chǎn)物? 6. 烴類組成的特征碳原子數(shù)環(huán)數(shù) 碳原子數(shù)15 25 35 0 2 4 6 13 2030 33液態(tài)烴急劇減少 ； 低分子正烷烴劇增，主要產(chǎn)物是甲烷及其氣態(tài)同系物。 地溫增加，超過(guò)烴類物質(zhì)的臨界溫度，液態(tài)烴急劇減少，高分子正烷烴含量趨于零，低分子正烷烴劇增，出露地表形成凝析油并伴有濕氣，進(jìn)入高成熟時(shí)期。 有機(jī)質(zhì)演化進(jìn)入高成熟時(shí)期；地溫超過(guò)了液態(tài)烴類物質(zhì) 的臨界溫度，除干酪根繼續(xù)斷開雜原子官能團(tuán)和側(cè)鏈， 生成少量水、二氧化碳和氮外，主要反應(yīng)是 大量 CC鏈 斷裂，液態(tài)烴急劇減少 ， 石油發(fā)生熱裂解、熱焦化。 四、深部高溫生氣階段 ? 1. 深度 ＞ 6000 7000 m ； 溫度 ＞ 250 ℃ ； 高溫高壓? 2. 變生作用階段 （半無(wú)煙煤 無(wú)煙煤的高度碳化階段）? 3. 作用因素：熱變質(zhì)? 4. 作用特點(diǎn)及主要產(chǎn)物：2 . 0 %Ro濕氣凝析氣深部高溫高壓下熱變質(zhì) 干氣（C H 4 ）石墨干酪根殘?jiān)? 液態(tài)石油烴的主要形成階段 。 高溫、高壓下的液態(tài)烴和重質(zhì)氣態(tài)烴強(qiáng)烈裂變成甲烷；干酪根進(jìn)一步縮聚， H/C原子比降至 ～，出現(xiàn)全部有機(jī)制熱演化的最終產(chǎn)物 —— 干氣甲烷 和 碳瀝青 或 次石墨 。 有機(jī)質(zhì)成熟演化的階段性 成巖演化階段 成巖階段 深成階段 準(zhǔn)變質(zhì)階段 烴類產(chǎn)物 生物甲烷 重質(zhì)油，干 氣 中質(zhì)油，濕 氣 輕質(zhì)油，濕 氣 高溫甲烷 煤 階 泥炭，褐 煤 高揮發(fā)分的 煙煤 中揮發(fā)分的 煙煤 低揮發(fā)分的 煙煤 半無(wú)煙煤，無(wú) 煙煤 固定碳（ %） —— 55 55 —— 75 75 —— 85 85 — 鏡煤反射率 RO（ %） —— —— —— — H/C原子比 ＞ 0． 84 —— —— ＜ 地 溫（ ℃ ） —— 50 50 —— 150 150 —— 200 200 — 深 度（ m） —— 1,000 1,000 —— 4,000 4,000 — 6,000 6,000 孢粉顏色 淺黃，橙 黃 橙 —— 褐 深 褐 黑 主要反應(yīng) 生物化學(xué) 熱 催 化 熱 裂 解 熱 裂 解 有機(jī)質(zhì)成熟度 未 成 熟 成 熟 高 成 熟 過(guò) 成 熟 以上各個(gè)階段是連續(xù)過(guò)渡的，而 相應(yīng)的反應(yīng)和產(chǎn)物是可以交錯(cuò)疊置的 。 同時(shí)，由于有機(jī)質(zhì)類型上的差異，加之促使有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化成烴的各種因素的組合變化萬(wàn)千，故實(shí)際上不可能用一個(gè)統(tǒng)一的指標(biāo)去做截然的劃分。 1 低熟油形成理論 二、現(xiàn)代油氣成因理論新進(jìn)展 2 煤成油的形成機(jī)理及生烴模式 低熟油形成理論 ? 低熟油： 所有非干酪根晚期熱降解成因的各種低溫早熟的非常規(guī)石油，稱低熟油 。? 相當(dāng)于干酪根生烴模式的未成熟 （ Ro ? % ）和低成熟（ Ro= % ） 階段。? 有機(jī)質(zhì)經(jīng)低溫生物化學(xué)或低溫化學(xué)反應(yīng)生成液態(tài)烴。1. 低熟油含義 （ Im mat ure o il ）? 各種顯微組分的熱穩(wěn)定性與生烴活化能不同，生烴時(shí)間和生烴潛力不同。 ? 源巖有機(jī)質(zhì)中存在大量 化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定、活化能較低的富氫顯微組分 ，可生成低熟油氣。 （ 1 ）樹脂體早期生烴（ 2 ）木栓質(zhì)體早期生烴（ 3 ）細(xì)菌改造陸源有機(jī)質(zhì)早期生烴（ 4 ）高等植物蠟質(zhì)早期生烴（ 5 ）藻類類脂物早期生烴（ 6 ）富硫大分子有機(jī)質(zhì)早期降解生烴 一般相對(duì)密度較重，也有低熟凝析油和輕質(zhì)油。? 飽和烴含量較低，非烴和瀝青質(zhì)相對(duì)含量較高，飽 / 芳比低。? 甾烷的立體異構(gòu)化程度低，如 C 29 20S /(20 S + 20R) 小于 為低熟油 , 小于 為未熟油。 低熟油的地球化學(xué)特征 （二）煤成油的形成機(jī)理及生烴模式 1. 煤成油 （ Oil from co al ； O il de riv ed from co al ）煤和煤系地層中集中和分散的腐殖型有機(jī)質(zhì)，在煤化作用的同時(shí)所生成的液態(tài)烴類被稱為 煤成油 。? 腐殖煤的主要顯微組分 為 鏡質(zhì)組 ，可含有相當(dāng)數(shù)量的 殼質(zhì)組 ，腐泥組和惰質(zhì)組含量較低。? 煤的顯微組分 生油（烴）能力從大到小的順序：殼質(zhì)組 —— 鏡質(zhì)組 —— 惰質(zhì)組 ? 含氧、氮、硫化合物 與 瀝青質(zhì)含量低 （小于 10 ％），飽和烴含量高 （可達(dá) 50 ～ 80 ％）；硫含量低。? 正烷烴 ：高碳數(shù)組成含量高，正烷烴分布曲線特征與一般的陸源石油相似。? 生物標(biāo)志化合物 特征： 明顯姥鮫烷優(yōu)勢(shì) （ Pr/Ph ? 4 ），富 含高等植物來(lái)源的各種 萜類 ， 明顯 藿烷類 和 C29規(guī)則 甾烷優(yōu)勢(shì) 。? 相對(duì)于腐泥型有機(jī)質(zhì)生成的原油： 芳香烴 含量 豐富 。? 高 ?13C 值 ，一般 ～ ‰? 相對(duì)密度 較低 煤及煤系地層中陸源有機(jī)質(zhì)有兩種演化途徑 ， 向煤演化稱為煤化作用 ， 向生液烴方向演化 ， 稱為瀝青化作用 。 瀝青化作用結(jié)果是產(chǎn)生石油和天然氣 ， 另一方面是固體殘余物進(jìn)行芳構(gòu)化和縮聚作用 。 生 烴 模 式 煤的不同顯微組分瀝青化作用在時(shí)間上是不一致的，其生烴特征和演化模式存在差異，所以煤中液態(tài)烴的生成具多階段性，使不同演化階段各種顯微組分對(duì)生烴的貢獻(xiàn)有別。 無(wú)機(jī)成因 有機(jī)成因 腐泥型 腐殖型 宇宙氣 幔源氣 巖漿巖氣 變質(zhì)巖氣 無(wú)機(jī)鹽類分解氣 熱解氣 裂解氣 熱解氣 裂解氣 油型氣 煤型氣 一、成因類型 第五節(jié) 天然氣的成因及特征 二、生物化學(xué)氣形成特點(diǎn) 生物化學(xué)成因氣：是有機(jī)質(zhì)在還原環(huán)境下，由微生物降解、發(fā)酵和合成作用形成的，以甲烷為主的天然氣。 生 化 作 用 及 沉 積 環(huán)境 富含有機(jī)質(zhì)的沉積物中 微生物代謝作用 是導(dǎo)致甲烷生成的生化環(huán)境 ； 嚴(yán)格缺氧環(huán)境的碳酸鹽還原帶 ，是生成甲烷的主要生化帶。 形 成 條 件 富含有機(jī)質(zhì)的敞開海沉積物中微生物代謝作用 的生化環(huán)境剖面圖 (據(jù) Rice amp。 Claypool,1981) 圖中碳酸鹽還原帶是生成甲烷的主要生化帶 隨著有機(jī)質(zhì)埋藏 環(huán)境的變化，微生物生態(tài)系統(tǒng)的演替將形成 三種截然不同的生物化學(xué)環(huán)境 ，每一種環(huán)境都以一種占優(yōu)勢(shì)的代謝作用為特征。 好氧帶 厭氧硫酸鹽還原帶 厭氧碳酸鹽還原帶（甲烷生成帶）。 為什么厭氧硫酸鹽還原帶不是甲烷的生成帶呢？ 硫酸鹽的存在不利于生物氣的形成，沉積物孔隙水中硫酸鹽（ SO42）含量與 CH4含量的消長(zhǎng)關(guān)系如圖所示 SO42幾近消失才開始有 CH4出現(xiàn) 美國(guó)圣巴巴拉盆地沉積物孔隙水中溶解的 SO42和 CH4隨深度變化圖 (據(jù) Emery amp。 Hoggan, 1958。 Sholkovity, 1973) 不同沉積環(huán)境條件下，油氣藏生成情況不同。 陸相環(huán)境 中， 淡水湖泊 鹽度低，缺少硫酸鹽類礦物，腐植型和混合型有機(jī)質(zhì)易被分解成 H CO2，有利于甲烷菌繁殖。甲烷在沉積表面附近或之下不深的地帶即可形成。但由于埋藏太淺，保存條件差，大部散失或被氧化， 不易形成規(guī)模較大的生物成因氣藏 。 半咸水湖和咸水湖 ，特別是 堿性咸水湖 、 淺海 （陸緣海和陸架海），可抑制產(chǎn)甲烷菌過(guò)早大量繁殖，同時(shí)也有利于有機(jī)質(zhì)的保存。直到埋藏一定深度后，由于有機(jī)質(zhì)的分解使 pH值降到 ，甲烷菌大量繁殖，這時(shí)形成的甲烷氣較易保存并可在一定的條件下 聚集成藏 。 在 水深較大的高壓低溫海域 中，沉積物之下深度不大的地帶可形成天然氣與水結(jié)合的固態(tài)氣 水合物。這種淺層形成的天然氣利于保存，而且可成為較深處形成的天然氣的極好蓋層。 生物化學(xué)氣 影 響 因 素 有利于生物氣形成的因素可大致歸納為： ①有豐富的有機(jī)質(zhì)； ②嚴(yán)格的缺氧、缺硫酸鹽環(huán)境； ③ pH值以接近中性為宜； ④溫度在 3542℃ 為最佳。 溫度對(duì)于甲烷生成數(shù)量的影響 (據(jù) amp。 ,1976) 門多塔湖沉積物，圖中標(biāo)明 m數(shù)為取樣深度；室內(nèi)培養(yǎng)時(shí)間為 30天 微生物合成甲烷過(guò)程中最佳 溫度 為3542℃ 三、油型氣形成特點(diǎn) 油型氣 —— 指腐泥型干酪根在進(jìn)入成熟階段后所形成的天然氣，包括伴隨生油過(guò)程形成的濕氣，以及高成熟和過(guò)成熟階段由于干酪根和液態(tài)烴裂解形成的凝析油伴生氣和裂解干氣。 3. 1 形成機(jī)理 進(jìn)一步劃分為：石油伴生氣、凝析油伴生氣 裂解干氣 有機(jī)質(zhì)成烴及演化條件的模式圖 圖中 Ro值代表成油有機(jī)質(zhì)各演化階段的一般值 有機(jī)質(zhì)在熱力作用下天然熱降解成烴過(guò)程 干酪根（成油）在熱演化過(guò)程中自身結(jié)構(gòu)、 H/C原子比值 變化與成烴關(guān)系圖示 (據(jù) Hunt,1979) 伴隨成烴過(guò)程，一方面釋放或生成低碳數(shù)的液態(tài)烴和氣態(tài)烴；另一方面干酪根內(nèi)部的芳環(huán)不斷縮合（或聚合）成較大的分子， H/C比值不斷下降，直至最后喪失成烴（氣）能力。 熱解成烴過(guò)程中，干酪根自身結(jié)構(gòu)也要發(fā)生相應(yīng)變化。 過(guò)程 兩個(gè)演化途徑 ： （ 1）干酪根熱解直接生成氣態(tài)烴； （ 2）干酪根熱降解生成石油，地溫繼續(xù)增加，石油裂解為氣態(tài)烴。 對(duì)生油巖中干酪根熱解分析： （ 1）干酪根碳含量為 77~85%、 C/H原子比為~，出現(xiàn)石油生成高峰； （ 2）干酪根碳含量為 85~89%、 C/H原子比為~，出現(xiàn)生氣高峰； 四、煤型氣形成及特點(diǎn) 煤型氣 —— 凡煤系有機(jī)質(zhì)（包括煤層和煤系地層中的分散有機(jī)質(zhì)）熱演化形成的天然氣。 煤成氣 —— 指煤層在煤化過(guò)程中所生成的天然氣，屬煤型氣的一種。 煤層氣 —— 是指以吸附狀態(tài)存在于煤層中的煤成氣。 注 意 區(qū) 分三者之間的差異 煤化過(guò)程及煤氣發(fā)生率 煤型氣的 原始有機(jī)質(zhì) ，主要來(lái)自各種門類的植物遺體，以陸生高等植物為主，低等植物為輔。有機(jī)組成主要是碳水化合物（包括纖維素、半纖維素等）、木質(zhì)素為主。 植物主要有機(jī)組分的元素組成 有機(jī)組分 元素組成（重量 %） C H O S N 碳水化合物 44 6 50 木質(zhì)素 63 5 有機(jī)質(zhì)是形成煤型氣的基礎(chǔ) 煤化過(guò)程 植物遺體大量堆積在沼澤、內(nèi)陸淺水湖盆及海盆邊緣后 ① 幾乎沒(méi)有礦物質(zhì)參加，在氧氣有限進(jìn)入的條件下，隨著埋深的增加，經(jīng)泥炭化、煤化作用，可演變成不同煤階的煤； ② 如果這些植物遺體呈分散狀態(tài)伴隨礦物質(zhì)一起沉積下來(lái)，隨著埋深的增加，經(jīng)成巖作用就可形成腐殖型干酪根。 成煤過(guò)程中煤系有機(jī)質(zhì)的成氣作用大致分為四個(gè)階段： 第一階段：泥炭 褐煤早期階段。 （相當(dāng)于生物化學(xué)生氣階段） 第二階段：褐煤中期 長(zhǎng)焰煤階段。 （主要生成 CO CH4，為成巖和熱作用形成） 第三階段：氣煤 瘦煤階段。 （形成煤型濕氣和煤型油） 第四階段：貧煤 無(wú)煙煤階段。 （形成甲烷為主的煤型干氣） 腐植型有機(jī)質(zhì)在成煤過(guò)程中成氣階段劃分及生成氣體的一般模式圖 這四個(gè)階段中，前兩個(gè)