石油地质学复习资料

1.油气有机成因的主要证据

答：油气有机起源说之所以能够确立，除了它能对整个成烃过程给予合理解释外，还由于它拥有雄辩的地质和地球化学论据。

1) 世界99%以上的石油都产自沉积岩，个别产自古老基岩的石油也是来自邻近沉积岩系中富含有机质的母岩。在大片火成岩、变质岩出露的地区，如所谓地盾，则没有工业石油。

2) 石油在地壳中的出现，与地史上生物的发育和兴衰密切相关。工业石油大体是显生宙地层中才开始出现，并且随着生物的繁衍而有日益增多之趋势。与此同时，石油的储量时代分布与地层中有机质以及煤和油页岩等有机矿产的时代分布都有一定的一致性。

3) 在油田剖面中，含油层位总与富含有机质的层位有依存关系，而不像无机的内生矿床那样与火成岩有关。

4) 除卟啉外，近来还在石油中找到了许多与异戊间二烯类、萜类（即环状异戊间二烯类) 和甾醇类有关的化合物。这些化合物的化学结构仅为生物物质所特有。

5) 石油的元素组成包括痕量元素组成，都与有机物质或有机矿产相近似，而与任何无机物质相差甚远。另外，石油的碳同位素组成也同生物物质（尤其是脂类) 的碳同位素组成相近，而与无机的碳酸盐岩碳同位素相差甚远。

6) 天然石油普遍具有旋光性。非晶体的旋光性与物质分子中的碳原子不对称结构有关，通常只有从生物界才能获得这种物质。

7) 大量实验表明，各种生物物质通过热降解均可得到或多或少的烃类产物。同时近代分析技术也可从现代和古代沉积有机质中检测出石油中所含的烃类。

总之，无论是对石油性状和分布的研究，还是对生油过程的模拟试验，都为有机起源说提供了足以令人信服的论据。 2.有机成因的物质基础

①沉积有机质：通过沉积作用进入沉积物中并被埋藏下来的那部分有机质。

1．物质组成和来源：浮游植物、细菌和高等植物

2．化学组成：主要由油脂类、碳水化合物、蛋白质和木质素等4 类生物化学聚合物组成

3．形成过程：生物物质产生油气，必然要经历极其深刻的转化。而这个转化就是从生物有机质进入到沉积有机质时开始的。

4．丰度和分布：沉积有机质的丰度用有机碳含量来表示。因为碳元素在有机质乃至有机矿产中含量最多，也最稳定。大部分沉积有机质呈分散状态与泥质沉积物相伴生。在不同地质时代是不均衡分布的。不同沉积环境或者不同岩性岩相条件下沉积物中的有机质含量差别很大。

②成油的原始物质—干酪根：沉积岩中不溶于碱、非氧化型酸和有机溶剂的分散有机质。沉积岩中的有机质可以分为两部分，不溶的干酪根与可溶的沥青，后者包括烃类、胶质和沥青质等。晚期成油理论认为，生成石油的原始物质主要是有机物质经过一系列改造以后所

形成的干酪根。干酪根是一种高分子聚合物，结构复杂，数量充足，类型多样。

3.石油形成中的生物与物理化学作用

沉积有机质的改造与转化，主要是一个生物化学和物理化学作用的过程，而促使这一过程发生的外部因素有：

1.细菌：在还原条件下，有机质经细菌分解成甲烷、氢、CO2、有机酸及其它CH化合物。

2.温度和时间：在有机质生烃过程中温度起决定性作用，时间可对温度起补偿作用。有机质开始大量转化成石油的温度叫门限温度。它的高低首先取决于有机质的级玢，并与有机质受热持续时间或地质年代有关，此外还受催化作用影响。

3.催化剂：在有机质转化成油过程中，催化剂的参与可以降低反应所需活化能，加快成烃反应速度，并改造烃的性质。自然界中这种催化剂 订有无机盐类和有机酵母素两类。

4压力：超压往往抑制有机质的成熟作用，而短暂的压力降低则有利于加速有机质的成熟作用。 4.干酪根类型

Ⅰ型干酪根：是分散有机质干酪根中经细菌改造的极端类型，或藻质型，富含脂肪族结构，富氢贫氧，原始H∕C原子比高，一般为1.5—1.7，而O∕C原子比低，一般小于0.1，是高产石油的干酪根，其热失重为65%，生烃潜力为0.4—0.7。

Ⅱ型干酪根：是烃源岩中常见的干酪根，又称腐泥型，有机质主

要来源于水盆地中的浮游生物和细菌，有较高的H∕C原子比，约为1.3—1.5，较低的O∕C原子比，约为0.1—0.2，其生烃潜力较高，热失重为50%—80%，生烃潜力为0.3—0.5。

Ⅲ型干酪根：由陆生植物组成的干酪根，又称腐殖型，富含多芳香核和含氧基团，原始H∕C原子比低，通常小于0.1，而O∕C原子比高，可达0.2—0.3，这类干酪根以成气为主，其热失重为30%—50%，生烃潜力0.1—0.2。

残余型（Ⅳ型）干酪根：具有异常低的原始H∕C原子比，比值低至0.5—0.6，而O∕C原子比却高达0.25—0.3，含有大量的芳香核和含氧基团，有机质主要为惰性组的氧化有机质和丝质碎片，能生成少量的气，热失重小于30%，生烃潜力小于0.2。 5.影响有机质丰度的主要因素

1.生物物质的产量：主要取决于阳光、温度、湿度、含盐度和营养。

2.原始有机质的保存条件：指生物死亡后的沉降、沉积和埋藏过程中的氧化还原条件。

3.沉降、沉积速率：一是有机质、无机质点的绝对沉降速率，沉降、沉积越快，有机质保存下来的越多；二是有机、无机质点的相对沉降速率，若无机物沉积速率快或供给量大，将会稀释有机质。只有在长期持续下沉过程中伴随适当的升降，沉降速率与沉积速率相近或前者稍大时，才能持久保持还原环境。

4.沉积物的粒度：粒度越细所含有机质越多，原因是:从沉积分异角

度看，呈胶体或悬浮状态的有机质点同粘土质点有很大的一致性，可同步降落；粘土比表面积大，吸附有机质的能力较强；形成泥质沉积的环境往往具有有利的保存条件。 6.试述沉积有机质成烃演化机理

晚期成烃理论是指有机质随着沉积物埋藏成岩演化在成岩作用晚期生成油气的理论，有机质的成烃演化阶段一般与沉积物的成岩作用一一对应。通常将有机质成烃演化过程划分为三个阶段：即未成熟阶段，成熟阶段和过成熟阶段

1.未成熟阶段（成岩作用阶段）

此阶段从沉积有机质被埋藏开始至门限深度为止, Ro < 0. 5% ; 脂肪、碳水化合物、蛋白质和木质素等生物聚合物, 在成岩作用早期, 由于细菌作用下的分解和水解, 转化为分子量较低的脂肪酸、氨基酸、糖、酚等生物化学单体, 同时还产生 CO2 、CH4 、NH3 、H2 S 和 H2 O 等简单分子。随着埋深的增加,

继以无机转化过程为主, 生物化学单体将发生缩聚作用形成复杂的高分子腐殖酸类, 进而演化为地质聚合物即干酪根, 并由于其与同围矿物质相络合, 成为较稳定的不溶有机质。在成岩作用后期, 干酪根可产生 CO2 、H2 O和一些重杂原子组分。该阶段尤其是早期生成的烃类产物, 是生物甲烷和少量高分子烃。所以, 从天然气的成因角度, 成岩作用阶段早期可称为生物成因气阶段。高分子烃则不同于成熟的石油烃, 它们多是从生物体中继承下来的, 一般为 C1 5以上的生物标志化合物, 缺乏低分子烃。早期生成的正烷烃多具明显的奇碳

优势 2.成熟阶段（深成作用阶段）

此为干酪根生成油气的主要阶段。该阶段从有机质演化的门限值开始至生成石油和湿气结束为止, Ro 为 0. 5% ～2. 0% 。干酪根随着埋深和地温的增加, 当达到门限深度和温度时, 在热力作用下, 通常还伴有粘土催化作用, 干酪根将开始大量降解生成石油, 后期热裂解生成轻质油和湿气, 因此,该阶段也可称油和湿气阶段。此阶段可按照干酪根的成熟度和成烃产物划分为 2 个带。油带 Ro为 0. 5% ～1. 3% ,又叫低—中成熟阶段 ( 低成熟 Ro为 0. 5% ～0. 7% , 中成熟 Ro 为 0. 7% ～1. 3% ) , 干酪根通过热降解作用主要产生成熟的液态石油, 并以中—低分子量的烃类为主, 使成岩作用阶段的生物烃被稀释, 在正烷烃中, 生物烃带来的奇碳优势逐渐被成熟油冲淡直至消失,环烷经和芳香烃的碳数和环数减少, 曲线由双峰变为单峰。

轻质油和湿气带又叫高成熟阶段, 在较高温度作用下, 干酪根和已形成的石油将发生热裂解, 特点是液态烃急剧减少, C1 —C8 的轻烃将迅速增加。另外, 由于烷烃及低分子量烃逐渐增多, 胶质和沥青质逐渐减少乃至消失, 因而引起石油密度降低, 颜色变浅, 在地下条件适当时, 还可形成凝析气。

3） 过成熟阶段

该阶段埋深大、温度高, Ro > 2. 0% 。又由于在成熟阶段干酪根上的较长烷基链已消耗殆尽, 所以生油潜力枯竭, 只能在热裂解作用下生成高温甲烷。而且先前生成的轻质油和湿气也将裂解为热力

学上最稳定的甲烷。干酪根释出甲烷后其本身将进一步缩聚为富碳的残余物。

必须明确, 有机质成烃演化是一个连续过程, 对于现今某一烃源岩来说, 其演化可能处于该过程的某一阶段而已 ; 各阶段在有机质成烃演化过程中是连续过渡的,相应地化学反应和烃类产物是可以叠置交错的, 况且, 有机质类型不同, 其划分界线和烃类产物也会有所不同。实际上不可能用统一的指标去做出截然的划分; 这只是有机质抑或干酪根成烃演化的一般模式。 7.未熟—低熟油形成理论

未熟—低熟油指所有非干酪根晚期热降解成因的各种低温早熟的非常规油气，包括在生物甲烷气生烃高峰之后，在埋藏升温达到干酪根晚期热降解大量生油之前（Ro <0. 7%），经由不同生烃机制的低温生物化学或低温化学反应生成并释放出来的液态和气态烃。低熟油生成高峰阶段对应的源岩镜质组反射率（Ro）值大体在0.2%～0.7% 范围内，相当于干酪根生烃模式的未成熟和低成熟阶段。

通过对大量实例分析，主要有一下五种不同原始母质的早期生烃机制。

1. 树脂体早期生烃

树脂体指随母体植物埋藏在沉积物（岩) 中的树脂可转化成树脂体。在化学组成和分子结构上，树脂体由挥发性和非挥发性萜类馏分组成。树脂酸作为含羧基的非烃生物类脂物，其化学成分、分子结构及聚合程度都比干酪根简单得多，树脂酸脱羧基、加氢转化成环烷烃

的化学反应所必需的活化能和热力学条件，也较干酪根热降解生烃的条件低得多。因此，当干酪根尚处于未熟—低熟阶段时，树脂体可能在低温条件下率先早期生烃。

2. 木栓质体早期生烃

木栓质体来源于高等植物的木栓质组织。在木栓质组织中，栓化层由木栓脂和蜡质交替叠合而成。木栓脂作为木栓质体的前生物，具有低聚合度和多长链类脂物的特点，决定了木栓质体可在低的热力学条件下，发生低活化能的化学反应，生成并释放以链状结构为主的烃类。

3. 细菌改造陆源有机质早期生烃

一些细菌与脂肪酸、蛋白质通过去羧基、去氨基作用等化学反应，对陆源有机质进行降解改造,其分泌物和代谢物可以改造有机质结构，增加其H/C原子比，提高富氢程度和“ 腐泥化” 程度，并使有机质热降解或热解聚、脱官能团与加氢生烃反应所需要的活化能降低，从而有利于生成低熟油气。

4. 高等植物蜡质早期生烃

高等植物蜡质是指覆盖于植物茎、叶、花和果实表面的蜡状薄层，蜡脂类易于水解形成长链脂肪酸和长链脂肪醇。所有含羧基、羟基和酮基官能团的长链化合物，经脱官能团形成原油中C22+正构烷烃，这类化学反应过程无需高活化能,可以在低温阶段完成。

5. 藻类类脂物早期生烃

藻类死亡埋藏后，其细胞有机质和细胞内类脂物聚合成藻类体，成为干酪根的重要成分。藻的生物类脂物均属分子结构简单的含氧官能团的非烃化合物及部分烃类，未发生明显的聚合作用，只要具备还原性的沉积成岩条件，在低温化学反应阶段，即可转化成链烷烃和环烷烃，成为低熟油的主要成分。

6. 富硫大分子有机质早期降解生烃

干酪根中不同原子间的键能有明显差异，因此，干酪根早期低温降解作用只能使S—S和S—C键断裂。由此可见，只有富硫大分子有机质才能在干酪根早期降解阶段形成低熟油。 8.煤成烃理论

煤系地层不仅能够生成天然气，而且能够生油，但是只有在特定的地质条件下，才可以形成商业性油气藏，甚至形成大规模的油气聚集。由煤和煤系地层中集中和分散的陆源有机质，在煤化作用的同时所生成的液态烃类被称为煤成油。

（1）煤的有机组成及其成烃潜力

煤是生气还是生油及其生成液态烃的能力大小，与煤的类型和显微组分组成密切相关。富含富氢显微组分无定形体、藻质体及其他壳质体的煤，均有生成液态烃的能力；而富含贫氢显微组分镜质组和惰质组的煤，与Ⅲ型干酪根相似，以生气为主。在很大程度上，煤的液态烃生成潜力取决于富氢组分壳质组含量的多少。煤的显微组分或生烃母质在相同成熟度时的H/C 原子比是决定煤生气或成油潜力的基本因素，即壳质组的成油气潜力最大，镜质组次之，而惰质组最差。

（2）煤成烃的地球化学特征

煤成烃具有饱和烃含量高、非烃和沥青质含量低的特点。正构烷烃中高碳数组成含量高，在正构烷烃的奇偶优势、主峰碳、碳数分布范围及其成熟度的演化等方面，煤成烃与一般陆源石油基本相似，煤成油的高碳数峰更为突出，CPI值较高。煤成烃最明显的特征是具有姥鲛烷优势，这与成煤的早期环境的偏氧化有关。煤成油的碳同位素组成以高子δ13C 值为特征，一般为-27‰～-25‰。

（3）煤的生烃模式

沥青化作用是煤的显微组分的主要演化途径，沥青化作用的结果一方面是产生石油和天然气；另一方面是固体残余产物进行芳构化和缩聚作用。煤中不同显微组分沥青化作用是不一致的。由于煤中各显微组分发生沥青化作用的时期不同，其生烃特征和演化模式存在差异，造成煤中液态烃的生成具有多阶段性，因此不同演化阶段各种显微组分对生烃的贡献有别。 9.天然气成因类型与特征

根据形成机理、天然气可划分为有机成因气和无机成因气。有机成因气是指分散的沉积有机质或可燃有机矿产，在其成岩成熟过程中，由微生物降解和热解作用形成的以烃气为主的天然气。根据成气的主要作用因素将天然气划分为四种基本的成因类型，即生物成因气、油型气、煤型气和无机成因气：

（一) 生物成因气

生物成因气形成于成岩作用早期，在浅层生物化学作用带内，沉

积有机质经微生物的群体发酵和合成作用而形成。生物成因气出现在埋藏浅、时代新和演化程度低的岩层中，以含甲烷气为主。生物成因气形成过程是不溶有机质经酶的发酵作用，形成可溶有机质，经产酸菌和产氢菌的作用形成挥发性酸，氢气和二氧化碳，氢气和二氧化碳经产甲烷菌的作用最终形成甲烷。因此，生物成因气形成的前提条件是更加丰富的有机质和强还原环境。最有利于生气的有机母质是草本腐植型一腐泥腐植型。

化学特征：除个别含N2较多的天然气外，CH4含量一般大于98%，重烃含量低，一般少于0.2%，干燥系数一般在数百以上，为典型的干气。δ13C值一般为-85‰～-60‰之间，最低可为-90‰。

（二) 油型气

油型气指成油有机质（腐泥型和混合型干酪根) 在热力作用下以及石油热裂解形成的各种天然气，主要包括石油伴生气、凝析油伴生气和热裂解干气。

成油有机质成熟演化过程中产生的天然气以烃气为主，但仍有数量不等的非烃气。产气高峰在深成作用的中晚期，这是因为深成作用中晚期成油有机质液态烃产率明显降低，而产气率逐渐增加，与此同时已生成的液态烃，开始裂解成气，两种成气作用叠加的结果，使产烃气率大增，形成产气高峰。

成油有机质热降解作用所形成的石油伴生气和热裂解成因干气, 都是在较高温度 ( 超过门限温度) 下参与热化学反应形成的。

化学特征：重烃含量高，一般大于5%；最高可达40%-50%，甚至可超过甲烷。

过成熟干气则以甲烷为主, 很少重烃。

（三) 煤型气

指腐殖煤及腐殖型煤系有机质在变质作用阶段形成的天然气。其含义与腐泥型有机质在成油演化过程中形成的天然气称为油型气相对应，又称煤系气、煤成气等。

煤系又称含煤岩系，指以含有煤层和煤线为特征的沉积岩系。 煤型气的化学组成中重烃气含量有时可达10%以上，甲烷气一般占70%～95%。非烃气中普遍含N2和Hg蒸气，也常含CO2，但贫H2S。

（四) 无机成因气

无机成因气通常认为是地幔排气作用形成，地幔排气过程依其特点可分为两种基本类型: 即较高温度、较高氧逸度、较小压力的热排气过程和较低温度、较低氧逸度、较大压力的冷排气过程。前者地幔气以H2O和CO2为主，后者则以CH4 和H2为主，前者相当于火山喷气，后者则相当于岩浆侵入上覆岩层中的脱气作用。

化学组成一般以甲烷占优势，C+2含量很少，一般<1%。常可见少量到微量的烯烃，且氢、氮、二氧化碳、一氧化碳及氦气含量较高。 10.天然气成因类型判别

（一) δ13C1 -δ13CCO2 分类图版

δ13C1和δ13CCO2为依据,将自然界不同成因类型的CH4与CO2共生体系划分为三个区

Ⅰ区为无机成因气区。该区的δ13C1为-41‰～-7‰，δ13CCO2为-7‰～27‰ 。

洋脊喷出气、温泉气、火山气和各种岩浆岩和宇宙物质包裹体中的气体均属于此区。

Ⅱ区为生物化学气区。该区的δ13C1为-92‰～ -‰，δ13CCO2为-36‰～1 ‰。浅层生物成因气、现代沉积物中所有的甲烷与CO2共存的天然气均属此区。

Ⅲ区为有机质热裂解气区。该区的δ13C1为-40 ‰～ -19 ‰，δ13CCO2为-30‰～-16‰。沉积岩中的分散有机质、泥炭、煤和石油的热裂解气均属于此区。

（二) δ13C1 -Ro 分类图版

根据世界各地大量天然气样品的δ13C1及其母岩Ro的测定，建立其相关性。

（三) 综合分类图版

以甲烷碳同位素（δ13C1） 、乙烷碳同位素（δ13C2） 、甲烷氢同位素（δD1） 及重烃气含量（C+2） 四项指标来划分有机成因气类型。根据这套图版可识别生物化学气、石油伴生气、凝析油伴生气、腐泥型热裂解气、腐殖型热裂解气和混合气等类型。 11.简述如何评价烃源岩的好坏？

烃源岩：在天然条件下曾经产生排出了足以形成工业性油、气聚集的烃类的细粒沉积。主要从有机质数量、有机质类型和有机质成熟度三个方面评价。

（一）有机质数量

一套烃源岩能否生成油气，以及生成油气的数量均直接与有机质丰度相关。有机质丰度是评价一个沉积盆地中烃源岩含油气远景的首要指标。衡量和评价岩石生烃潜力的有机质丰度常用指标主要包括有：有机碳含量（TOC）、氯仿沥青“A”、总烃（HC）、生烃潜量（S1+S2）、总烃/剩余有机碳（HC/C）。

①有机碳：这里所说的有机碳又称剩余有机碳，指岩石中残留的或剩余的有机碳含量。油气成因理论认为，烃源岩中只有很少一部分有机质转化成油气排替出去，大部分仍残留在烃源岩中，同时由于碳是有机质中含量大、稳定程度高的元素，所以用剩余有机碳来近似地反映烃源岩内的有机质含量。

②氯仿沥青“A”：岩样未经酸处理，用氯仿抽提出的产物称氯仿沥青“A”，也即岩石中可抽提有机质的含量。其有四个族组分，分别为饱和烃、芳香烃、非烃和沥青质。一般在成熟度高或时代老的烃源岩中正构烷烃含量高，可能大部分来自脂类物质，部分从原始生物继承下来。异构烷烃主要来自色素；芳香烃主要来自木质素、干酪根和原生非烃。

③总烃：总烃是指氯仿沥青“A”中饱和烃与芳香烃之和。饱和烃与芳香烃含量越高，原油和生油岩的母质类型越好，一般好生油岩中总烃达50%左右；而非烃+沥青质含量越高，则原油和生油岩性质越差。 随着烃源岩热成熟度的增加，饱和烃或总烃会呈现出增高的趋势，而非烃趋于降低。沉积介质条件，如沉积环境的还原性、古水体盐度等，

都对烃源岩的族组成有一定程度的影响。如当水体介质适度咸化的条件下，氯仿沥青饱芳比随古水盐度的增加而增加，主要是由于水体的适度咸化利于藻类生物类脂物保存与生烃转化；但水体极度咸化时，将不利于生物生长，造成烃源岩有机质丰度极低。

④生烃潜量（S1+S2）：对生油岩进行热解分析，使岩石中的烃类释放出来，可以得到一系列热解峰。其中S1称为可溶烃，是岩石中含的溶解烃量（mg/g），S2称作热解烃量（mg/g），S3为热解产生的二氧化碳量（mg/g）。由此可以得到以下9个相关参数，其中生烃潜量反映岩石生烃能力，其值越高，表明岩石中有机质丰度越高。 （二）有机质类型的确定方法

有机质的类型常从不溶有机质（干酪根) 和可溶有机质（沥青) 的性质和组成来加以区分。干酪根类型的确定是有机质类型研究的主体，常用的研究方法有元素分析、光学分析、红外光谱分析以及岩石热解分析等。另外可溶沥青的研究也普遍受到重视。

1.元素分析

干酪根元素分析是从化学性质和本质上来把握其类型的。根据干酪根的元素组成分析，利用范氏图上H /C 和O/C 原子比的演化路线将干酪根分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型。Ⅰ型为细菌改造的藻质型，Ⅱ型为腐泥型，Ⅲ型为腐殖型。另外，还分出Ⅳ型为残余型。

2.光学分析

在显微镜下对干酪根进行光学分析是从光学性质上和形貌上把握其类型。光学分析方法包括孢粉学法和煤岩学法。

孢粉学法是按干酪根在透射光下的微观结构，将其分成藻质、絮质（无定形) 、草质、本质和煤质,其中前3种为腐泥型有机质，后2种为腐殖型和残余型有机质。煤岩学法是将干酪根的显微组成分为壳质组、镜质组和惰质组，其中壳质组为腐泥型有机质,多数镜质组为腐殖型有机质，惰质组为煤质型有机质。认识上述各种微观组分，有利于理解过渡类型干酪根的组成。

3.岩石热解分析

它是用岩石热解分析仪直接从岩样中测出所含的吸附烃（S1）、干酪根热解烃（S2）和二氧化碳（S3）与水等含氧挥发物以及相应的温度。

氢指数（S2/有机碳，IH） 和氧指数（S3/有机碳，IO） 与干酪根元素组成分析能进行很好的对比。因此，可利用这两个指数绘制范氏图确定烃源岩中有机质的类型

4.可溶沥青分析

可溶沥青的研究也能反映烃源岩中有机质的类型，较常用的参数如下:

①烃源岩氯仿抽提物中组分组成特征，如饱和烃/芳烃。 ②饱和烃气相色谱特征，包括主峰碳位置和峰型等。如正烷烃主峰碳在C25 —C33的后峰型，反映原始有机质为陆源高等植物输入；主峰碳在C15—C19的前峰型，反映母质来源于水生低等生物；双峰型反映母质具有低等生物和高等植物的混合来源。还有姥鲛烷/植烷可反映有机质的形成环境。但这种方法基本不适用具有较高成熟度的母岩。

③色谱-质谱分析可鉴定甾类和萜类等生物标志化合物的种类和数量，这对判断母质的来源也有重要意义。 （三）有机质的成熟度确定方法

有机质的成熟度是表征其成烃有效性和产物性质的重要参数。它是指在有机质所经历的埋藏时间内，由于增温作用所引起的各种变化。当有机质达到或超过温度和时间相互作用的门限值时，干酪根才进入成熟并开始在热力作用下大量生成烃类。而未成熟的有机质主要生成生物成因气，有时可生成少量液态烃。评价的方法有多种，其中常用且较有效的方法有:镜质体反射率(R0)法、孢粉和干酪根的颜色法、岩石热解法、可溶有机质的化学法。另外，还可以应用多种成熟度标尺和TTI等预测方法来估算烃源岩中有机质的成熟度。

1.镜质体反射率法

它是温度和有效加热时间的函数且具有不可逆性，所以它是确定煤化作用阶段的最佳参数之一。镜质体反射率随成熟度而增加。镜质体反射率可定义为光线垂直入射时，反射光强度与入射光强度的百分比。干酪根的类型不同，其各成熟阶段R0值也有一定差别，R0<0.5%-0.7%为成岩作用阶段，生的烃未成熟，0.5-0.7%2%为准变质作用阶段，为只产甲烷的干气带。用镜质体反射率表征成熟度主要限于晚古生代以来的碎屑岩系。

2.孢粉和干酪根颜色法

在显微镜透射光下，孢子、花粉和其他微体化石随成熟度作用的增强而显不同颜色,未成熟阶段为浅黄至黄色，成熟阶段为褐黄至棕色，过成熟阶段为深棕至黑色。干酪根颜色的变化反映了因埋藏历史不同而引起的成熟度差异。

3.岩石热解法

利用岩石热解分析资料中S1/(S1+S2)和热解峰温Tmanx(℃)两个参数可确定烃源岩的未成熟带、成油带和成气带。采用岩石热解法确定的界限，也会因干酪根的类型不同而异，需要配合氢指数(IH)和氧指数(I0)以及其他方法给出的类型参数分析。

4.可溶有机质的化学法

① 演化曲线：根据氯仿沥青A、总含烃量和氯仿沥青A/有机碳、总烃/有机碳等转化率绘制随深度的演化曲线，这些曲线可反映有机质的成熟度随深度的变化。

② C2-C6轻烃：C2-C8轻烃数量和组成能很好地判断烃源岩中有机质的成熟度。因为，C2-C8不是生物合成的，而是干酪根热降解的产物。C2-C8中的烷烃、环烷烃和芳烃的相对含量随成熟度增加而发生有规律的变化。

③ C15+烃类:近代沉积、古代沉积和原油中，C15+奇数碳和偶数碳正烷烃的分布有明显的差异。在近代沉积物中, C15+正烷烃主要来源于高等植物的蜡具有明显的奇数碳优势。在古代成熟烃源岩和石油中, 干酪根热降解的烷烃不具此优势, 因而奇碳优势逐渐消失，一般认为生油高峰期已经不再有奇碳优势。

④ 环烷烃:随埋深的增加，环烷烃的环数从以三-四环为主变为以单-双环为主。

⑤生物标志化合物：随埋深和温度的增加，干酪根热降解的新生烃类使来自生物的烃类受到稀释，与其相邻的正烷烃比较，其含量都随成熟度的增加而减少，如姥鲛烷/ 正十七烷、植烷/ 正十八烷。 12.油源对比

（一) 微量元素

石油中的钒、镍含量有随石油的密度一起增长的趋势。石油中钒、镍的绝对含量可能随氧化、运移等作用而变化, 但二者的比值常无明显的变化。V/Ni 似乎随地质年龄增长而减少，这个比值在最年轻的石油中最高，最老的石油中最低，这可能是因为钒卟啉的热稳定性比镍卟啉差，V/Ni 各层近似表示同源。

（二) 生物标志化合物

生物标志化合物如类异戊间二烯类、甾类和三萜类由于相对地不受轻组分流失和风化作用的影响，所以它们的分布特征不仅可用于油-油对比，也可用于油-岩对比。 1. 类异戊二烯烷烃

在原油和生油岩的抽提沥青中普遍存在有C9 —C25 异戊间二烯型烷烃，它们的结构比较稳定，抵抗微生物的降解能力强。 2. 甾类和萜类化合物

对于有亲缘关系的生油岩与原油，其中甾烷、萜烷的相对含量和组合特征具有相似性,而且这类化合物结构独特、性质稳定，尤其是

可以抵抗微生物降解，所以在油源对比中起很大作用。

（三) 稳定碳同位素组成

碳同位素δ13 C 值是最常使用的参数，它可以将石油与烃源岩中的干酪根和沥青直接联系起来。一般海相有机质比陆相有机质的δ13 C 值高，并在干酪根、沥青和石油间存在着系统的变异性。当母质来源和沉积环境以及演化程度相同时，δ13 C 具有良好的对比性。

（四) C+1 5 正构烷烃

最常用的对比参数是正构烷烃的分布特征，包括碳数分布范围和主峰碳数，特别是碳数分布形式是十分有用的参数。一般来讲，有亲缘关系的油和烃源岩碳数分布曲线具相似性。虽然正构烷烃在多数原油中具有很高的浓度，但它们受生物降解、热成熟和运移等作用的影响较大。所以正构烷烃指标一般只对低-中等成熟度、生物降解不明显的石油才有较好的效果。

（五) 芳香族化合物

随着成熟度增加，饱和烃中的正构烷烃和异构烷烃的分布逐渐趋于一致，甾类和萜类化合物的含量越来越低并逐渐失去其特色，显然不能再用这些参数来对比高成熟的石油。而能保留在成熟度较高的生油岩和石油中的芳香族、芳香肖族及硫芳香族（噻吩类) 等化合物，此时就成为有用的对比参数。

（六) 族组成

不同类型烃源岩所生成的石油具有不同的族组成。一般是陆相石

油正构烷烃含量高、海相石油环状化合物较为丰富，同一含油盆地中来自不同相带的石油族组成也有所不同,说明石油的族组成与母质有关。因此可以通过编制饱和烃、芳香烃、非烃和沥青质的百分含量组成图进行对比，也可分别用饱和烃/ 芳香烃、烃/非烃、含蜡量、含硫量等参数进行对比。 13.气源对比：

( 一) 轻重气态烃的含量和比值

包括 C1、C2 的含量和 C1与 ( C2 —C4 ) 的比值等, 一般是煤型气的甲烷含量和比值大于油型气。

( 二) 同位素

主要包括甲烷的碳同位素 ( δ13C1 ) 值; 氢同位素 ( δD) 值; 氩同位素 (4 0Ar /36Ar )比值等。一般规律是煤型气及其各演化阶段的 ( δ13C1 ) 、δD 和 (40Ar /36Ar ) 比值均大于油型气及其各演化阶段的比值。 ( 三) 非烃含量

利用天然气中非烃 ( 主要是汞和二氧化碳) 的含量进行对比, 一般是煤型气中的 Hg和 CO2 含量比油型气高。 ( 四) 凝析油的地球化学指标

利用与天然气共生的凝析油的地球化学指标 ( 石蜡指数、庚烷值、苯和甲苯等) 进行对比。一般是与煤型气共生的凝析油石蜡指数、庚烷值、苯等指标均比与油型气共生的凝析油高。 37.影响石油生成的理化条件：

(一)大地构造条件

板块的边缘活动带，板块内部的裂谷、拗陷，以及造山带的前陆盆地、山间盆地等大地构造单位，是在地质历史上曾经发生长期持续下沉的区域，是地壳上油气资源分布的主要沉积盆地类型。

(二)岩相古地理条件

国内外油气勘探实践证明：无论海相或陆相，都可能具备适合于油气生成的岩相古地理条件。 海相：浅海区、三角洲区和深海 陆相：深水~半深水湖泊、煤系地层

(三)古气侯条件

古气侯条件直接影响生物的发育。年平均温度高、日照时间长、空气湿度大，都能显著增强生物的繁殖能力。所以，温暖湿润的气候有利于生物的繁殖和发育，是油气生成的有利外界条件之一。

(四)温度与时间

在温度与时间的综合作用下，有利于油气生成并保存的盆地应该是年轻的热盆地（地温梯度高）和古老的冷盆地；否则，或未达成熟阶段，或已达破坏阶段，对油气勘探均不利。

（五）细菌活动

对油气生成来讲，最有意义的是厌氧细菌，在缺乏游离氧的还原条件下，有机质可被厌氧细菌分解而产生甲烷、氢气、二氧化碳以及有机酸和其他碳氢化合物。细菌在油气生成过程中的作用实质是将有机质中的氧、硫、氮、磷等元素分离出来，使碳、氢，特别是氢富集

起来，并且细菌作用的时间愈长，这种作用进行得愈完善。

(六)催化作用和放射性作用

催化剂是一种引起或加速某种化学反应而本身并不参加反应的物质，在反应完成前后它的成分毫无变化。油气生成过程中的催化作用，在于催化剂与分散有机质作用，破坏了后者的原始结构，促使分子重新分布，形成内部结构更稳定的物质—烃类。

在自然界有机质向油气转化的过程中，主要存在无机盐类和有机酚母两类催化剂。

在有机质向油气转化的过程中，上述各种条件的作用强度不同。细菌和催化剂都是在特定阶段作用显著，加速有机质降解生油、生气；放射性作用可不断提供游离氢的来源；只有温度与时间在油气生成全过程中都有着重要作用。所以，有机质向油气的转化，是在适宜的地质环境里，多种因素综合作用的结果。