2011 第九章 有机质的成烃模式及阶段划分

埋深较大，上限对应着有机质的成岩作用阶段的 结束，下限可从三千多米到六千米以上 温度范围较宽（50－200）℃ 镜质体反射率范围较大（0.5%－2.0%）。
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，也是烃源岩有 机质热降解作用生成油气的主要过程。
可分为三个亚阶段
产物的
物理性质 化学组成 杂原子化合物（NOS 化合物）丰度下降 低碳数化合物丰度增加 碳稳定同位素δ13C变重
从未熟阶段
密度降低 颜色变浅 到过成熟阶段
气油比（GOR）增加
第二节 有机质成烃模式的改进和发展
一、黄第藩对有机质成烃演化模式的改进
其成烃演化模式 反映 成气（腐殖化作用） 成油（腐泥化作用） 反映 母质类型（成烃潜力） 相应产物的成熟程度
微生物作用下 分解
单体
微生物参与下
缩聚、不溶作用
干酪根
有机质 有机质
脱官能团
CO2、H2O、N2等非烃类产物 甲烷气 也被称为生物甲烷气阶段
厌氧细菌发酵
有机质
少量
高密度 C15+重烃 富含杂原子化合物 有明显的正构烷烃奇偶优势 被称为
如果多了
数量一般较少
未成熟特征
生物标志化合物
未熟油
应称为“早熟油”
相似 新范畴 性质相近，无法区分，统称为 干酪根成油
未熟－低熟油
低熟油
2．（中）成熟阶段（成熟作用中期）
相当于有机质深成（热解）作用中期阶段，是 有机质的主要生油阶段（生油主带）。 对应的镜质组反射率大致在0.7%－1.3%之间
对应的煤阶为气煤－焦煤
温度一般为80－150℃ 该阶段生成的油气可占干酪根总生油气量的 70%－80%以上。 一般在Ro为1.0%左右时液态油产率达到最大值 生油高峰。
碳酸盐岩
有机质赋存形式 多样性和复杂性
碎屑岩
三段式
图9－7 碳酸盐岩有机质生烃演化模式
质疑：是一个单独的生烃模式吗？ 晚期生烃高峰普遍存在吗？
事实上，Tissot等（1978）所提出的II型有机质 的成烃模式主要即是通过对碳酸盐岩源岩研究得到 的认识（？）。
小结
1．对应于有机质演化的成岩作用、深成作用和变 质作用，生烃演化过程也表现出相应的阶段性，相应 的生烃阶段为未熟阶段、成熟阶段和过熟阶段。在有 机质的一般生烃演化模式中，未熟阶段主要是生物甲 烷气的形成阶段，成熟阶段主要对应液态烃的生成阶 段。其中Ro从0.5－1.3%为正常石油的形成阶段，Ro1.3 －2.0%为凝析油和湿气的形成阶段。过熟阶段以生气 作用为主，Ro2.0－3.0%为高温裂解气（甲烷气）的形 成阶段。在Ro接近或超过3.0%时，有机质的生烃活性 基本枯竭。
低分子量化合物 轻烃（C1-C8）为主
在地层温度和压力超过烃类相态转变的临界值 时，这些轻质烃类就会发生逆蒸发，反溶解于气态 烃中，形成凝析气和更富含气态烃的湿气。
干酪根的热降解和原油热裂解的结果，使天然 气的产率不断升高。该阶段气油比高，天然气主要 为湿气。故这一阶段也称为凝析油和湿气生成阶段。
三、过熟阶段
相当于有机质的变质作用阶段。 对应的镜质组反射率大于2.0%
相应的煤阶为无烟煤阶段
对应温度在200－300℃左右。 干酪根上绝大部分可以断裂的侧链和基团基本 消失，已不再具有形成长链液态烃的能力。
残余的少量烷基侧链通过热降解或热裂解作用 可形成一定量的以甲烷为主的气体，液态石油几乎 全部消失，重烃很少。因此，该阶段也称为干气阶 段。 干酪根的结构进一步缩聚形成富碳的残余物质， 并最终石墨化。在Ro为2.8－3.0%时，有机质的生烃 潜力基本枯竭，有机质达到所谓的生烃死亡线。
之后由于有机质生油潜量的不断消耗，油的产 率不断下降，天然气的产率则不断上升，气油比不 断增加。该阶段为正常原油形成阶段。 生烃门限 指沉积盆地中干酪根开始明显热降解生烃作用 的起始成熟度或深度。显然，生烃门限的概念不表 示形成未熟油的门限条件。
液态窗 Pusey提出的石油存在的“液态窗”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层的温度分 布状态，指出： 65.6℃ 开始大量形成
二、成熟阶段－深成（热解）作用阶段
干酪根
热降解 热催化降解
先期：液态石油 油气 后期：轻质油、凝析油和湿气 这是油气生成的主要阶段 非烃、 沥青质 减 少 消 失
埋深 浅
温度 低
碳数 高
分子量 高
烃环数 多
深
高
低
低
少
最重要的影响因素不是微生物而是温度（热应力） 早、中期可能以催化裂解为主 晚期则以热裂解为主
图9－2 有机质的成烃模式——演化阶段及其主要产物 （据黄第藩，1996）
一、未熟阶段－有机质的成岩作用阶段
对应着有机质从埋藏之后到开始大量热降解成 烃之前的阶段。也被称为干酪根的形成阶段。 埋深浅（一般一千多米，也可达数千米） 低温（一般<60℃－100℃）、低压 有机质成熟度低（Ro<0.5%），相当于泥炭－褐煤阶段 微生物活跃，以微生物生物化学作用为主要特点 有机质
（2）与强烈的细菌活动和改造有关
（3）与强还原环境有关，如江汉盆地的膏盐沉积 和泌阳凹陷的白云岩沉积环境
对存在硫酸盐还原作用的 烃源岩而言，富硫大分子 （非烃、沥青质和干酪根） 有机质的早期生烃机理和 生烃模式可能具有较为普 遍的意义。不仅陆相盐湖 中存在，海相泻湖条件下 也可能同样存在。
（4）与可溶有机质有关
液态烃窗口 “油窗”
液态烃
148.9℃
高于此温度时则被破坏
3．高熟阶段（成熟作用晚期） 相当于有机质深成作用阶段后期。 镜质组反射率在1.3%－2.0%之间
相当于煤阶的焦煤－贫煤阶段
温度约为150－200℃。 干酪根 同时 分子量较高 的烃类
继续通过热降解 或热裂解 150－175℃时 开始大量裂解
第一节 有机质成烃（油气生成）的一般模式
有机质演化阶段的划分 和油气生成（有机质成烃）模式 大同小异 共同之处
研究者不同
存在一定差异
油气生成的一般模式
可分为三个阶段
未熟阶段、成熟阶段、过成熟阶段
对应着有机质的
成岩作用、深成作用、变质作用阶段
图9－1 干酪根成烃的一般模式（据Tissot，1978）
第九章 有机质的成烃模式及阶 段划分
从上一章的讨论中已知
沉积有机质的演化
是物质基础
密切相关
油气的生成
是产物
阶段性
不同的阶段
有机质演化的主 要影响因素不同
影响
产物的数量 和组成不同
油气在地质剖面上的分布规律
油气的形成模式正是对有机质的演化特征和油 气生成特征及在此过程中所表现的基本规律的总结， 它是指导油气勘探的重要理论基础。
其成烃演化模式
生物聚合体
腐殖质 干酪根
变 质 作 用
变 质 作 用
图9－2 有机质的成烃模式－演化阶段及其主要产物 （据黄第藩，1996）
二、不同组成、 不同类型干酪根 的生烃模式
显微组分 组成 千差 万别
杨万里等，1980
生烃模式
千差 万别
勘探实践中要尊重 客观实际
三、与未熟－低熟油有关的有机质的生烃 模式
成熟阶段的
低熟 也被称为石油 的形成阶段 成熟 高熟
早期 中期 晚期
1．低熟阶段 指镜质组反射率为0.5%－0.7%的深成作用早期阶段
对应的煤阶为长焰煤－气煤阶段
温度稍高于成岩作用阶段，多不超过80℃。 这一阶段生成的油气称为低熟油气。
所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较丰富等为特点。 未熟油
2．在随成熟度增加的整个生烃演化过程中，生成 的石油的物理性质和化学性质表现出有规律的变化： 密度降低，颜色变浅。化学组成中 ，杂原子化合 物 （NOS化合物）丰度下降，低碳数化合物丰度增加， 碳稳定同位素δ13C变重，气油比（GOR）增加。用以 表征成熟度的参数值增加。
3．对有机质成烃模式的发展和改进主要体现在以 下三方面：一是强调可溶有机质和不溶有机质作为一 个有机联系的整体的相互转化；二是强调不同来源、 不同组成的有机质的成烃特征，包括成烃量、气/油比、 成烃门限、高峰、油窗宽窄等均有所不同；三是作为 干酪根晚期成烃模式的补充，提出了多种未熟－低熟 油的生成模式。
专著：黄第藩，张大江，王培荣等《中国 未成熟石油成因机制和成藏条件》石油工业出 版社，பைடு நூலகம்003
质疑：
（庞雄奇等，2001） 我国储量最大、被视为未熟－低熟油典型代表
济阳坳陷八面河油田 成熟源岩主要贡献 + 未熟源岩的少量贡献
生物标志化合物特征
未熟－低熟的特征
第三节 碳酸盐岩有机质的成烃模式
在上世纪九十年代之前，我国的油气勘探更多集 中在东部的碎屑岩地层中。目前碳酸盐岩发育区已经 成为我国油气勘探的重要战场。 碳酸盐岩 成岩作用 更复杂 碎屑岩
4．由于有机质赋存形式的多样性和复杂性，碳酸 盐岩有机质生烃演化可能具有不同于泥质烃源岩的特 殊性，特别是由于比较广泛存在的碳酸盐岩中包裹体 烃类的晚期释放可能使它具有“三段式”的生烃特点。 但其有效性还有待于进一步的证实。
思考题
1.归纳、总结、理解、掌握有机质成烃（油气生成）的一般 模式 。 2.碳酸盐岩有机质的成烃模式。
难以解释 干酪根晚期 成油说
勘探揭示出一些可能源于 未熟或低熟源岩的原油
提出
未熟油及其生成模式
末－低熟油的产出和富集是与特定的地质条件 相联系的。 特定的地质条件可以是： （1）与特殊的有机质有关 （2）与强烈的细菌活动和改造有关 （3）与强还原环境有关 （4）与可溶有机质有关
（1）与特殊的有机质有关，如木栓质体、树脂体， 某些藻类如丛粒藻、颗石藻