石油天然气地质与勘探第二章石油与天然气成因与模式分析
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K e r o g e n 2 5 0 - 3 5 0 C 石 油 3 5 0 - 3 8 0 C 轻 质 油 3 8 0 - 4 5 0 C 湿 气 5 0 0 - 6 0 0 C 干 气 ( C H 4 ) 8 0 0 - 1 2 0 0 C C + H 2
Ro 1.3%
自然演化模式：
Kerogen
1. 生物气
★——在低温（<75℃）、还原条件下，由微生物（厌 氧细菌）对沉积物有机质进行生物化学降解所形成的 富含甲烷气体。
——又称生物化学气、生物成因气、细菌气、沼气
依有机质类型分
腐泥型生物气 腐殖型生物气
商业性烃类天然气聚集主要有两种成因类型：
生物成因气：占世界天然气资源的20%。 热成因气：有机质在较高温度下热降解和裂
和羧基形成烃类
• 缩聚作用：具两个或两个以上官能团的物质相互作用，
在形成大分子同时形成小分子气态烃的过程
（二）、有机成因气的主要类型 ★依据有机质的类型有机成因气分
腐泥型气、腐殖型气 ★按热演化阶段分
生物气、热解气、裂解气
腐泥型有机质的热解气和裂解气合称油型气 腐殖型有机质的热解气和裂解气合称煤型气
解作用生成的。 占商业性天然气聚集的80%
• 目前已发现的生物气以白垩系居多（K—Q），其 次为第三系和第四系。80%以上储量集中在西西伯利 亚地区。
我国典型生物气气田：柴达木盆地东三湖地区，埋深<1400 米，气藏温度<60℃，第四系砂岩储层，C1/C2＋=100—1000， δ13C<-65‰。
热解气（凝析气）
裂解干气
混合成因气
异源多源混合气、同源多阶混合气
二、有机成因气
（一）、有机成因气形成机理
• 热解作用：温度作用下有机质降解成烃，大分子烃热
裂解成更小分子烃。
• 生物化学作用：主要指产甲烷菌利用二氧化碳、氢、甲
酸、醋酸和甲醇等形成甲烷的过程。
• 力化学作用：构造作用引起的机械能（压力）作用于
上
• 甲烷：富集轻的碳同位素12C， δ13C低（-55～100‰），多
数在-60～-80‰ 。
• 甲烷：δD低（ -250～150‰ ）。腐殖型生物气δD：－210
～－280‰；腐泥型生物气δD：-150～-210‰。 有热解气混入以及厌氧氧化时，同位素可变重
• 气藏埋藏浅（一般<1500米），浅层未成熟带，有机质
天然气的形成具有广泛性、多源性和多阶性。
❖两大类：有机成因气、无机成因气
❖无机成因气：根据来源分：
宇宙气、幔源气、岩浆岩气、变质岩气、无机盐类分解气
❖有机成因气： 按有机质类型——腐殖型气、腐泥型气 按热演化阶段——生物气、热解气、裂解气 腐泥型有机质的热解气和裂解气称为油型气； 腐殖型有机质(包括煤)的热解气和裂解气称为煤型气
溶 解 物 水 -沉 积 物 柱 状 剖 面
柱状图
生物化学带
空气
水
O2
光合作用带
O
喜氧带
S
0 H
4
S
2 -
-
沉
H C O 3- 积
物
CH4 H2
硫酸盐还原带 碳酸盐还原带
交代
作用 柱状图
光合
作用 喜
喜 氧
氧 的
呼
吸
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
发酵 作用
厌
氧
厌
氧
呼
的
吸
生物成因气成气机理
湖泊沉积物中：由于含盐量低，缺SO42-，PH值中等呈 中性，所以甲烷菌出现较早，在近地表浅层即开始大量 生成CH4，但因埋藏太浅，大部分散失或氧化，不易保 存下来形成气藏。
Ro 0.5%
CH4
Ro 1.7%
Ro=0.5-1.7%(或2.0%）重气态烃
Ro=0.5-1.3%
C2-C5
半咸水或咸水湖泊中：尤其是碱性咸水湖，可抑制产甲 烷菌过早大量繁殖，也有利于有机质保存。当埋深到一 定深度后，有机质分解使介质PH降到6.5—7.5时，产甲 烷菌才能大量繁殖，此时生成的CH4容易保存，并可聚 集成工业气藏。
（2）生物气的特点
• 以CH4为主、 > 98%，干气；干燥系数C1/C2＋>100或数百以
石油天然气地质与勘探
第二章 石油和天然气的 成因和模式分析
《石油天然气地质与勘探》
油气成因概述 油气生成的原始物质 油气生成的地质环境与物理化学条件 有机质成烃演化模式 天然气的成因类型及特征 烃源岩特征与油源对比
第三节 油气生成的地质环境与理化条件
一、油气生成的地质环境 二、促使油气生成的理化条件
天然气成因综合分类（戴金星、徐永昌等，1997）
无机成因气
幔源气、岩浆成因气、放射成因气、变质成因气、无机盐类分解气
成熟度
母质 气的
有
类型 成因类型
未熟阶段
成熟阶段 高成熟阶段 过成熟阶段
机
油型气
成 因
Ⅰ~ⅡA
腐 泥型气
原油伴生热 裂解凝析气
裂解干气
解气
（湿气）
气
生物化学气
煤型气
ⅡB~Ⅲ 腐殖型气
有机质，直接参与有机质分解的化学键断 裂，即力化学作用。
• 催化作用：粘土矿物作为催化剂在有机质成烃演化过
程中可加速成烃化学反应速度，并降低了反 应的活化能，使有机质在低温阶段形成烃类。
• 加氢作用：与烃类相比，有机质贫氢富杂原子，通过加
氢可形成气态烃；氢主要来源于不饱和环状单 元的缩聚作用。
• 脱基团作用：脂肪酸脱羧基形成烃类，氨基酸脱氨基
第四节 有机质成烃演化模式
一、有机质向油气转化的阶段 二、低熟油与煤成油形成理论
第五节 天然气的成因类型及特征
一、天然气成因类型概述 二、有机成因气 三、无机成因气 四、非烃类气体成因 五、不同成因类型天然气的识别
一、天然气成因类型概述
天然气： 广义上，是指自然形成的、在标准状态下呈气
态的单质和化合物。
的Ro<0.5%。
2. 油型气
★指腐泥型和腐殖腐泥型有机质演化进入成熟 阶段后形成的天然气。
根据热演化阶段可分为 石油伴生气、凝析油伴生气、裂解干气
（1）油型气的形成过程
两个演化途径： 1）干酪根热解直接生成气态烃； 2）干酪根热降解为石油，在地温继续增高
的条件下，石油裂解为气态烃。
实验：
在渤海湾盆地也有发现，如惠民凹陷阳信地区。
（1）生物气的形成条件
1）丰富的原始有机质
——特别是腐殖型和混合型有机质，这是产生大量甲烷气的基础
2）严格的缺氧、缺硫酸盐还原环境
——产CH4菌繁殖的必要条件
3）适合甲烷菌繁殖的地温（<75℃）和介质PH值（6.5-7.5）
4）足够的孔隙空间 ——产甲烷菌的繁殖需要一定的空间 5）较快的沉积速率 ——沉积速率快有利于生物气形成
Ro 1.3%
自然演化模式：
Kerogen
1. 生物气
★——在低温（<75℃）、还原条件下，由微生物（厌 氧细菌）对沉积物有机质进行生物化学降解所形成的 富含甲烷气体。
——又称生物化学气、生物成因气、细菌气、沼气
依有机质类型分
腐泥型生物气 腐殖型生物气
商业性烃类天然气聚集主要有两种成因类型：
生物成因气：占世界天然气资源的20%。 热成因气：有机质在较高温度下热降解和裂
和羧基形成烃类
• 缩聚作用：具两个或两个以上官能团的物质相互作用，
在形成大分子同时形成小分子气态烃的过程
（二）、有机成因气的主要类型 ★依据有机质的类型有机成因气分
腐泥型气、腐殖型气 ★按热演化阶段分
生物气、热解气、裂解气
腐泥型有机质的热解气和裂解气合称油型气 腐殖型有机质的热解气和裂解气合称煤型气
解作用生成的。 占商业性天然气聚集的80%
• 目前已发现的生物气以白垩系居多（K—Q），其 次为第三系和第四系。80%以上储量集中在西西伯利 亚地区。
我国典型生物气气田：柴达木盆地东三湖地区，埋深<1400 米，气藏温度<60℃，第四系砂岩储层，C1/C2＋=100—1000， δ13C<-65‰。
热解气（凝析气）
裂解干气
混合成因气
异源多源混合气、同源多阶混合气
二、有机成因气
（一）、有机成因气形成机理
• 热解作用：温度作用下有机质降解成烃，大分子烃热
裂解成更小分子烃。
• 生物化学作用：主要指产甲烷菌利用二氧化碳、氢、甲
酸、醋酸和甲醇等形成甲烷的过程。
• 力化学作用：构造作用引起的机械能（压力）作用于
上
• 甲烷：富集轻的碳同位素12C， δ13C低（-55～100‰），多
数在-60～-80‰ 。
• 甲烷：δD低（ -250～150‰ ）。腐殖型生物气δD：－210
～－280‰；腐泥型生物气δD：-150～-210‰。 有热解气混入以及厌氧氧化时，同位素可变重
• 气藏埋藏浅（一般<1500米），浅层未成熟带，有机质
天然气的形成具有广泛性、多源性和多阶性。
❖两大类：有机成因气、无机成因气
❖无机成因气：根据来源分：
宇宙气、幔源气、岩浆岩气、变质岩气、无机盐类分解气
❖有机成因气： 按有机质类型——腐殖型气、腐泥型气 按热演化阶段——生物气、热解气、裂解气 腐泥型有机质的热解气和裂解气称为油型气； 腐殖型有机质(包括煤)的热解气和裂解气称为煤型气
溶 解 物 水 -沉 积 物 柱 状 剖 面
柱状图
生物化学带
空气
水
O2
光合作用带
O
喜氧带
S
0 H
4
S
2 -
-
沉
H C O 3- 积
物
CH4 H2
硫酸盐还原带 碳酸盐还原带
交代
作用 柱状图
光合
作用 喜
喜 氧
氧 的
呼
吸
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
发酵 作用
厌
氧
厌
氧
呼
的
吸
生物成因气成气机理
湖泊沉积物中：由于含盐量低，缺SO42-，PH值中等呈 中性，所以甲烷菌出现较早，在近地表浅层即开始大量 生成CH4，但因埋藏太浅，大部分散失或氧化，不易保 存下来形成气藏。
Ro 0.5%
CH4
Ro 1.7%
Ro=0.5-1.7%(或2.0%）重气态烃
Ro=0.5-1.3%
C2-C5
半咸水或咸水湖泊中：尤其是碱性咸水湖，可抑制产甲 烷菌过早大量繁殖，也有利于有机质保存。当埋深到一 定深度后，有机质分解使介质PH降到6.5—7.5时，产甲 烷菌才能大量繁殖，此时生成的CH4容易保存，并可聚 集成工业气藏。
（2）生物气的特点
• 以CH4为主、 > 98%，干气；干燥系数C1/C2＋>100或数百以
石油天然气地质与勘探
第二章 石油和天然气的 成因和模式分析
《石油天然气地质与勘探》
油气成因概述 油气生成的原始物质 油气生成的地质环境与物理化学条件 有机质成烃演化模式 天然气的成因类型及特征 烃源岩特征与油源对比
第三节 油气生成的地质环境与理化条件
一、油气生成的地质环境 二、促使油气生成的理化条件
天然气成因综合分类（戴金星、徐永昌等，1997）
无机成因气
幔源气、岩浆成因气、放射成因气、变质成因气、无机盐类分解气
成熟度
母质 气的
有
类型 成因类型
未熟阶段
成熟阶段 高成熟阶段 过成熟阶段
机
油型气
成 因
Ⅰ~ⅡA
腐 泥型气
原油伴生热 裂解凝析气
裂解干气
解气
（湿气）
气
生物化学气
煤型气
ⅡB~Ⅲ 腐殖型气
有机质，直接参与有机质分解的化学键断 裂，即力化学作用。
• 催化作用：粘土矿物作为催化剂在有机质成烃演化过
程中可加速成烃化学反应速度，并降低了反 应的活化能，使有机质在低温阶段形成烃类。
• 加氢作用：与烃类相比，有机质贫氢富杂原子，通过加
氢可形成气态烃；氢主要来源于不饱和环状单 元的缩聚作用。
• 脱基团作用：脂肪酸脱羧基形成烃类，氨基酸脱氨基
第四节 有机质成烃演化模式
一、有机质向油气转化的阶段 二、低熟油与煤成油形成理论
第五节 天然气的成因类型及特征
一、天然气成因类型概述 二、有机成因气 三、无机成因气 四、非烃类气体成因 五、不同成因类型天然气的识别
一、天然气成因类型概述
天然气： 广义上，是指自然形成的、在标准状态下呈气
态的单质和化合物。
的Ro<0.5%。
2. 油型气
★指腐泥型和腐殖腐泥型有机质演化进入成熟 阶段后形成的天然气。
根据热演化阶段可分为 石油伴生气、凝析油伴生气、裂解干气
（1）油型气的形成过程
两个演化途径： 1）干酪根热解直接生成气态烃； 2）干酪根热降解为石油，在地温继续增高
的条件下，石油裂解为气态烃。
实验：
在渤海湾盆地也有发现，如惠民凹陷阳信地区。
（1）生物气的形成条件
1）丰富的原始有机质
——特别是腐殖型和混合型有机质，这是产生大量甲烷气的基础
2）严格的缺氧、缺硫酸盐还原环境
——产CH4菌繁殖的必要条件
3）适合甲烷菌繁殖的地温（<75℃）和介质PH值（6.5-7.5）
4）足够的孔隙空间 ——产甲烷菌的繁殖需要一定的空间 5）较快的沉积速率 ——沉积速率快有利于生物气形成