分类： 油气成因

油源对比包括油（气）与源岩之间以及不同油藏中油气之间的对比，其目的在于追踪油气藏中油气的来源。通过对比研究，可以搞清含油气盆地中石油、天然气与烃源岩之间的成因联系，从而进一步固定可靠的油源区，确定勘探目标，有效地指导油气勘探开发。

油源对比原理

烃源岩中干酪根生成的油气一部分跑到储层中形成油气藏，其余部分残留在短源岩中，这部分残留在烃源岩中的石油就是烃源岩中的氯仿沥青“A” 。因此，烃源岩中的氯仿沥青“A” 与来源于该烃源岩的油气有亲缘关系，在化学组成上也必然存在某种程度的相似性。同样地，来自同一烃源岩的油气在化学组成上也具有相似性；相反，不同烃源岩生成的油气则表现出较大的差异。这一现象在油气宏观特征到化合物组成上都存在，这便是油源对比的基本依据。可以选择适当的参数，识别烃源岩中氯仿沥青“A” 组成与石油相似、相同或不同的“指纹”型式，根据其相似或不相似的程度来证明石油与烃源岩之间有无亲缘关系。

在进行油源对比时，关键的是要选择好对比指标。通常把原油与其烃源岩共同含有的、不受运移、热变质作用影响的化合物称为“油源对比指标”。进行油源对比一般应具备两个条件：

• 在运移过程中，没有或很少有来自不同烃源岩的油气混杂。
• 分布在岩石与原油中的特征化合物性质稳定，在运移和热变质等次生过程中很少或几乎无损失。

目前所用的方法主要是正构烷烃碳数分布特征、生物标志物组成特征和稳定碳同位素。由于原油与烃源岩中的化合物特征不会完全一致，变化程度较大，所以在进行油源对比时，必须将各项指标加以综合对比。在对比研究中，所用的参数越多，对比结果就越可靠。与此同时，油源的判断研究还必须从有机质成烃演化和油气形成的整个成因体系来考虑，只有在油源对比研究中充分考虑到古环境、成熟度和运移作用甚至生物降解作用的影响，才能辩证地认识原油与烃源岩之间的成因联系。

油源对比指标

正构烷烃分布特征

正构烷烃的组成和分布特征受母质类型、有机质演化程度等多种因素的影响。一般认为，如果原油与烃源岩有亲缘关系，那么它们的正构烷烃分布特征（气相色谱指纹）应具有相似性。将原油与烃源岩的正烷烃分布曲线进行比较，目测曲线特征的相似性，可帮助判断油源的亲缘关系。

正构烷烃在多数原油中具有很高的浓度，它们控制着相应的气相色谱的总面貌，但受生物降解作用、成熟作用和运移作用等次生变化的影响也较大，给对比带来困难。

异戊间二烯型烷烃

异戊间二烯型烷烃是一组由叶绿素的侧链植醇或类脂化合物衍生的异构烷烃化合物，在结构上有规则地每隔三个次甲基出现一个甲基侧链，很像是由若干个异戊间二烯分子加氢缩合而成的，故称异戊间二烯型烷烃。

异戊间二烯型烷烃几乎在每个原油与烃源岩抽提物中都出现，运移作用又不会改变其相对含量，甚至在寒武纪和更早时期都存在，所以是研究原油与烃源岩之间的关系、追踪石油运移途径的良好对比标志，被称之为”指纹化石”。

甾、萜烷化合物特征

甾、萜烷烃的相对含盐和立体构型特征主要受有机质母源输入条件、沉积环境和有机质热演化程度的共同控制。对于有亲缘关系的烃源岩与原油，其甾烷、萜烷的相对含量、组合特征应该是相似的，因此可以根据甾、萜烷系列化合物的分布规律来进行对比。其中，生物标志物多因素对比、生物标志物系列组分指纹图对比以及生物标志物各参数相关图对比是进行油源对比的最有效的手段。

稳定碳同位素组成

近几年来，稳定碳同位素丰度比值δ¹³C在油源对比中得到广泛应用。石油的同位素组成取决于原始有机质性质、生成环境和演化程度。不同成因的石油同位素组成有较大差异。

Stahl (1978) 提出稳定碳同位素类型曲线进行油源追踪。原油的饱和烃、芳香烃、非烃的沥青质δ¹³C 值是随其极性的增强而依次增加的。这五种组分的δ¹³C 值延长线应落在烃源岩干酪根的δ¹³C值上及其附近，若偏离的值在0.5‰之内，可以认定其间有良好的亲缘关系。

烃源岩也叫生油母岩或生油岩，是指富含有机质、在地质历史过程中生成并排出了或者正在生成和排出石油和天然气的岩石。只生成和排出油的岩石称为油源岩，只生成和排出气的岩石称为气源岩。烃源岩的概念中不仅强调了能够生成油气，并且还强调能够排出油气；不仅具有生成和排出油气的潜力，而且还要已经生成和排出油气或者正在生成和排出油气，只有这样的岩石才能算作烃源岩。

由烃源岩组成的地层则称为烃源岩或源岩层。在一个沉积盆地的发展过程中，在一定地质时期内，源岩层和非源岩层往往间互沉积，在一套地层内形成源岩层与非源岩层的互层。具相同岩性和岩相特征的若干源岩层与其间非源岩层的组合称为源岩层系。

源岩层是自然界生成石油和天然气的岩层，在沉积盆地中，油气是从源岩层中生成并运移到具有多孔介质的储集层中储集起来形成油气聚集的。因此，烃源岩研究既对探讨油气成因具有理论意义，同时也是指导油气勘探实践的主要根据之一。烃源岩评价的主要目的，就是根据大量地质和地球化学分析结果，在一个沉积盆地（或凹陷）中，从剖面上确定源岩层，在空间上确定出有利的烃源区，为油气勘探提供科学依据。

烃源岩的类型

烃源岩岩一般是粒细、包暗、富含有机质和微体生物化石的岩石，其中常含原生分散状黄铁矿和游离沥青质。

常见的炬源岩主要是粘土岩类烃源岩、碳酸盐岩类烃源岩和煤系烃源岩。

粘土岩类短源岩

这类烃源岩主要包括泥岩、页岩等。粘土岩类烃源岩沉积于浅海、三角洲、湖泊等沉积环境，环境安静乏氧，浮游生物或陆源有机物丰富并随粘土矿物质大量堆积、保存，在埋藏过程中，其中的有机质大量向油气转化。因而这些粒细的粘土岩类富含有机质及低价铁化合物，颜色多呈暗色。我国主要陆相盆地如松辽、渤海湾、准噶尔、柴达木等含油气盆地，主要烃源岩层多为灰黑、深灰、灰及灰绿色泥岩、页岩。国外的烃源岩层也以此类最多。

碳酸盐岩类烃源岩

这类烃源岩以低能环境下形成的富含有机质的石灰岩、生物灰岩和泥灰岩为主，如沥青质灰岩、隐晶灰岩、豹斑灰岩、生物灰岩、泥质灰岩等等，常含泥质成分； 多呈灰黑、深灰、褐灰及灰色；隐晶—粉晶结构，颗粒少，灰泥为主；多呈厚层块状，水平层理或波状层理发育；含黄铁矿及生物化石；偶见原生油苗，有时锤击可闻沥青臭味。我国四川盆地丰富的天然气资源部分与二叠系和三叠系的石灰岩有关；华南、塔里木地台广泛发育的古生界碳酸盐岩和华北地台中元古界、上元古界、下古生界的许多般酸盐岩都具备良好的生油条件。波斯湾盆地的上保罗统阿拉伯组和古近—新近系阿斯马利石灰岩都是重要的磺酸盐岩烃源岩。

煤烃源岩

煤系地层是指在成煤环境下形成的含煤地层。其中的煤层和含煤地层中的富含有机质的泥岩可以成为烃源岩。煤系地层主要形成于沼泽环境和海陆过渡环境。煤是一种富集型有机质，它是由不同数量的壳质组、镜质组和情质组构成的泪合体。晚古生代以后所形成的煤主要是以高等植物为主体的腐殖煤。我国广泛分布有含煤层系，石炭纪—二叠纪、侏罗纪和古近纪是个主要的聚煤期。煤系不仅可以作为气源岩，也可以作为油源岩。

烃源岩形成的地质环境

烃源岩是富含有机质的细粒岩石。因此，形成烃源岩的地质环境一般水体安静、气候温暖、生物繁茂、稳定沉降。这样的环境有利于大量有机质的形成、堆积和保存，也有利于有机质的演化。显然，这种环境并不是到处都有，它们受到区域大地构造和岩相古地理等条件的严格控制。

大地构造条件

长期稳定继承性沉降的大地构造背景是烃源岩发育的基础。烃源岩是沉积岩，只有沉积盆地才会有沉积岩，才会有烃源岩。因此，在地质历史上能够形成沉积盆地的构造背景才是有利的构造条件。

根据板块构造的观点，在板块相互作用带上，板块的离散运动和聚敛运动都包含有垂直构造运动，但是，纯粹的转换运动则不带垂直运动性质，可见，只有前两种板块运动才与沉积盆地的形成密切相关；在离散板块分离处，伴随着洋壳形成，地壳变薄引起下沉、弯曲，出现张性环境中的各种沉积盆地；在聚敛板块接合处，伴随着洋壳消亡、陆壳增厚和碰撞造山带上升，沿着造山带的翼部出现许多沉积盆地。在时间顺序上，某一盆地在不同时期可以发生在不同类型的环境中，也可以逐渐过渡。

板块的边缘活动带，板块内部的裂谷、凹陷，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。在这些沉积盆地中，沉降幅度迅速被沉积物的沉积所补偿，因而在沉积盆地的各个沉降时期中，研究沉降速度归与沉积速度之间的关系至为重要。若沉降速度远远超过沉积速度，水体急剧变深，生物死亡后，在下玩过程中易遭巨厚水体所含氧气的氧化破坏；反之，若沉降速度显著低于沉积速度，水体迅速变浅，乃至盆地上升为陆地，沉积物暴露地表，有机质易受空气中的氧所氧化，也不利于有机质的堆积和保存，只有在长期持续下沉过程中伴随适当的升降，沉降速度与沉积速度相近或前者稍大时，才能持久保持还原环境。在这种条件下，不仅可以长期保持适于生物大量繁殖和有机质免遭氧化的有利水体深度，保证丰富的原始有机质沉积下来；而且可以形成沉积厚度大，埋藏深度大，地温梯度高，源岩层和储集层频繁相间广泛接触，有助于原始有机质迅速向油气转化并广泛排烃的优越环境。

此外，在一个大型沉积盆地内，由于断裂分割或沉降速度的差异造成盆底起伏不平，出现许多次级凸起与凹陷，使有机质不必经过长距离搬运便可就近沉积下来，避免途中氧化。所以这种沉积盆地的分割性对有机质的堆积与保存都有利。华北地区从中生代以来的块断升降作用造成了渤海湾盆地古近纪多断陷、多生泊中心的显著特点。

岩相古地理条件

国内外油气勘探实践证明：无论海相、陆相还是海陆过度相，都可能具备适合于油气生成的岩相古地理条件。在海相环境中，浅海区是最有利于油气生成的古地理区域。在浅海大陆架范围内，水深一般不超过200m ，水体较宁静，阳光、温度适宜，生物繁盛，各种浮游生物异常发育，死亡后不需经过太厚的水体即可堆积下来。海湾及泻湖因有半岛、群岛、沙堤或生物礁带与大海相隔，携带大量氧气的汹涌波涛难以侵入，新的氧气不易补给，在这种半闭塞无底流的环境中，也对保存有机质有利。波斯湾盆地的中、新生界，西西伯利亚的侏罗系、白垩系，墨西哥湾的中、新生界，以及我国四川盆地的志留系、二叠系、三叠系都属于浅海环境的产物。而在滨海区和深海区，不利于有机保存和油气的生城。在滨海区，海水进退频繁，浪潮作用强烈，不利于生物繁殖和有机质的堆积保存，深海区生物本来就少，死后下沉至海底需经过巨厚水体，易遭氧化破坏，加上离岸又远，陆源有机质需经长途搬运，早被淘汰氧化，都不有利于有机质的堆积和保存。值得注意的是，随着世界油气工业的发展，人们已开始注意到大陆架以外的深海区域找油气的远景，包括深海平原、大陆坡和小洋盆地区，已经开始进行海上勘探工作。

海陆过渡环境的三角洲环境既有陆源有机质源源搬运而来，又有原地繁殖的海相生物，致使沉积物中的有机质含量特别高； 三角洲环境沉积物堆积速率高、埋藏快，地温梯度高，有利于有机质的保存和演化，是极为有利的生油区域。

大陆深水—半深水湖泊是陆相烃源岩发育的区域，一方面湖泊能够汇聚周围河流带来的大量陆源有机质，增加了湖泊营养和有机质数量；另一方面湖泊有一定深度的稳定水体，提供水生生物的繁殖发育条件。尤其在近海地带的深水湖盆更有利于有机质的堆积，因为近海区域地势低洼、沉降较快，是陆表水的汇集地带，容易长期积水而形成深水湖泊，保持安静的还原环境。这种地区气候温暖湿润，浮游生物及藻类繁盛，而且往往又是河流三角洲的发育地带，河水带来大量陆源有机质注人近海湖盆，有机质异常丰富。油气勘探开发实践表明，我国许多陆相沉积盆地，如晚二叠世的准噶尔盆地、晚三叠世的鄂尔多斯盆地、早白垩世的松辽盆地、古近纪的渤海湾盆地，甚至古近纪的柴达木盆地都可能属于当时的近海湖盆，成为湖相生油的最有利区域。

在浅水湖泊和沼泽区，高等植物繁盛，是有利的成煤环境，有机质多属腐殖型。这种环境中的有机质生油潜能较差，更适合形成煤和天然气。但是在一些流水沼泽和分流间湾沼泽，形成的有机质中富含富氢显微组分，具有较强的生油潜力，也可以形成石油，如澳大利亚的吉普斯兰盆地、加拿大的斯科舍盆地、我国的吐哈盆地都在煤系地层找到了石油。

古气候条件

古气候条件也直接影响生物的发育，年平均温度高、日照时间长、空气温度大，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。

上述各项条件都对形成适于有机质繁殖、堆积、保存的环境产生综合性的影响，相互之间有密切联系。其中大地构造条件是根本的，它控制着岩相古地理及古气候的特征。所以，在研究任何区域的油气生成条件时，必须从区域大地构造特征入手。

烃源岩的地球化学特征

在一个沉积盆地中只有有效的烃源岩才能提供商业油气聚集。作为有效的烃源岩首先必须具备足够数量的有机质、良好的有机质类型，并具有机质向油气演化的过程。

通过对烃源岩的地球化学研究，可以判断哪些岩石具备烃源岩的条件，何种烃源岩才是有效的烃源岩，其生烃能力如何等。

烃源岩的地球化学特征包括三个方面:有机质丰度、有机质类型和有机质演化程度。随着石油地球化学的进展，鉴别和分析烃源岩的方法和技术手段不断发展。以下分别介绍表征烃源岩特征的主要地球化学指标和方法。

有机质丰度

岩石中有足够数量的有机质是形成油气的物质基础，是决定岩石生短能力的主要因素。通常采用有机质丰度来代表岩石中有机质的相对含量，衡量和评价岩石的生烃潜力。日前常用的有机质丰度指标主要包括总有机碳含量（TOC）、氯仿沥青“A”和总烃（HC） 含量和岩石热解生烃潜量等。

总有机碳含量是国内外普遍采用的有机质丰度指标。有机碳是指岩石中除去碳酸盐、石墨等中的无机碳以外的碳。这部分碳包含了岩石中不溶有机质—干酪根中的碳，也包含了岩石中可溶有机质中的碳，故称为总有机碳。因为在烃源岩有机质生成的油气中，有一部分已经排出烃源岩，实验室所测定的是岩石中残留下来的有机质中的碳的数量，故又称为剩余有机碳含量。总有机碳含量以单位质量岩石中有机碳的质量百分数表示。

氯仿沥青“A”是用氯仿从岩石中抽提出来的有机质，也就是能够溶于氯仿的可溶有机质。总烃是指氯仿沥青“A”中的饱和怪和芳香烃组分，氯仿沥青“A”含量和总烃含量也是最常用的有机质丰度指标之一。氯仿沥青“A”含量用其占岩石质量的百分数表示，总烃含量用其占岩石质量的百万分数（10^-6 ）表示。

岩石热解是一种快速评价是源岩的方法，该方法由法国石油研究院（FPI）提出，研制的相应仪器称为热解仪或岩石评价仪（Rock – Eval） 。
该方法的基本原理是将烃源岩样品放在仪器中加热，对其进行热解，然后根据其生成产温度物的类型和数量来对蜂拥岩进行评价。热解的结果用热解谱图表示。

有机质类型

有机质（干酪根）一般划分为三种类型，即Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。基本的类型划分是以干酪根元素分析法为基础的，除元素分析方法外，干酪根类型的划分方法还有显微组分分析法和烃源岩热解分析法。

有机质成熟度

沉积岩中有机质的丰度和类型是生成油气的物质基础，但是有机质只有达到一定的热演化程度才能开始大量生烃。勘探实践证明，只有在成熟烃源岩分布区在有较高的油气勘探成功率。所以，烃源岩的成熟度也是决定油气勘探成败攸关的问题。

成熟度是表示沉积有机质向油气转化的热演化程度。由于在烃源岩的演化过程中，烃源岩中的有机质的许多物理性质、化学性质都发生相应的变化，并且这一过程是不可逆的，因而可以应用有机质的某些物理性质和化学组成的变化特点来判断有机质热演化程度，划分有机质演化阶段。为了判断有机质是否达到成熟，是否开始大量生成石油，各国石油地质学家和地球化学家提出了许多衡量有机质成熟作用的指标，例如：镜质体反射率、孢粉碳化程度、热变指数、岩石热解参数、可溶抽提物的化学组成特征（饱和烃成分、碳优势指数CPI、环烷烃指标、生物标志物）、干酪根自由基含量、干酪根的颜色及H/C – O/C 原子比关系，以及时间温度指数（TTL）等。

烃源岩评价

评价烃源岩要从其地质特征和地球化学特征两方面入手。具体步骤如下：

1、根据测、录井及取心资料，并结合基础地质资料在纵向上识别、划分烃源岩；统计各个层位烃源岩的厚度，做出厚度等值线图，指出主要的烃源岩发育区。

2、根据油田上已有的资料以及我们取样、分析化验的资料，分层位做各套烃源岩有机质丰度指标（有机碳（TOC）、总烃（HC）、氯仿沥青“A”和生烃潜量（S1+S2））的等值线图。如要确定生油门限，还要选择典型井做某些指标在剖面上的演化图。

3、根据收集的H/C、O/C资料或热解资料（IH和IO）做范式图，也可以收集类型指数资料，通过做散点图分析各套烃源岩的干酪根类型。

4、收集Ro资料，做平面等值线图，并分析平面上的烃源岩成熟区和生烃中心；选择典型井，做Ro剖面演化图，并指出生烃门限。

5、选择一种方法，计算资源量。

6、综合以上信息在纵向上指出主要的生烃层位，在平面上指出主要的生烃区。

前面对油气生成的一般原理进行了详细的论述，其中也涉及天然气的成因问题。前面已经提及，在不同类型的有机质(干酪根)中，Ⅲ型干酪根更趋向于生气;在有机质的未成熟阶段通过生物化学作用可以生成生物化学气，在有机质的成熟阶段可以生成热解气，在有机质的过成熟阶段可以生成裂解气等。然而，天然气和石油在成因上的差异远不止这些，它们在母质类型、生成机理和形成环境上都存在差异，从而造成天然气的成因类型更加多种多样。本文将在进一步介绍天然气生成特点的基础上，重点阐述不同成肉类型天然气的基本特征和鉴别标志。

天然气的生成特点

与石油相比，天然气的生成具有成气母质类型多、成气机理多、成气环境广的特点。

生气母质的多元性

生成天然气的母质具有多元性的特点。石油主要是由I 型和II1 型干酪根生成的，而生成天然气的母质在类型上要比生袖的母质更多，因此天然气在成因上是多元的。

1.无机物

根据有机生油理论，石油是有机成因的。但是除有机成因的天然气外，还有一部分天然气却是无机成因的，它们由无机物生成。例如CO2 气可以通过CaCO3 的受热分解而形成，CO2 在细菌作用下可以通过还原反应形成CH4 等。

2. 原始沉积有机质

沉积有机质在没有变成干酪根之前，通过细菌的分解作用就可以生成天然气，沼气的形成就是原始有机质生气的很好的例子。

3. 各种类型的干酪根

原始有机质通过有机质的成岩作用形成干酪根后，通过热降解作用和热裂解作用可以形成天然气。不同类型的干酪根在演化过程中的生气能力是不同的， I型和II型干酪根以生油为主，也可以生成一部分天然气;而Ⅲ型干酪根则以生气为主，生油有限。

4. 液态石油和分散可溶有机质

由干酪根生成的液态烃在高温条件下可以进一步发生裂解，长链的短类可以裂解成短链的短类以至最后裂解为甲烷，这是I 型和II 型干酪根在演化过程中生气的重要途径。液态烃在地下的赋存状态主要有两种方式：一种是呈聚集状态的石油；另一种是以分散状态存在的液态烃，也就是岩石中的分散可溶有机质。它们都是形成天然气的重要母质。

生气机理的多样性

石油主要是在有机质的成熟阶段由干酪根的热降解作用生成的，而形成天然气的机理则是多种多样的。在前面的章节中已经讲到，在生物化学生气阶段，细菌的生物化学作用可以生成天然气，干酪根和液态烃的热降解和热裂解作用也可以生成天然气。除此之外，天然气还可以通过无机化学反应生成。

1.生物化学作用

微生物的生物化学反应可以生成甲烷。国内外对于生物气的成因都有较多研究，但对微生物作用形成甲烷的机理至今还不十分清楚，不过它是一种包括各种辅助酶在内的独特的生物化学反应。在微生物的作用下，甲烷的形成主要有两种途径，一种是乙酸的发酵;另一种是二氧化碳的还原。这两种生气途径可以分别用下面的反应过程表示:

CO2+3H2—CH4+H20（辅酶M）

CH 3 COO-+H+—CH4 +CO2（产甲烷菌）

2. 热降解作用

在有机质的演化过程中，干酪根在温度的作用下发生热催化作用，连接在干酪根核上的支链和侧链断裂形成烃类，这就是热降解反应。对于I型和Ⅱ型干酪根，由于含有较多的长链，因此以生油为主，但也含有一些短链，这些短链的断裂就形成了天然气；而Ⅲ型干酪根以短链为主，在热降解过程中则以生气为主。

3. 热裂解作用

裂解作用主要是高温条件下，有机质C-C 键断裂而形成小分子结构烃类的作用。这种C-C 键断裂后必须通过加氢才能形成相对分子质量低的烃类，因此，在裂解反应中，氢的补给是一个重要的条件，热裂解作用可以使长链的烃类发生断裂形成短链的烃类，这样就形成了天然气。这种生气机理是液态石油和可溶有机质裂解成天然气的主要机理。

4. 无机化学反应

无机化学反应生成天然气最常见的实例是CaC03 在高温下分解为CO2 和CaO ，这是无机CO2 形成的重要机理。无机烃类气体的存在已经有许多地质和地球化学证据• 但其形成机制比较复杂，它们可能与地壳深部的无机化学反应有关(戴金星等， 1995) 。

生气环境的广泛性

除母质类型和生成机理外，天然气的形成环境也比石油的形成环境广泛得多。已知石油主要形成于有机质的热催化阶段，其形成的深度以1000~5000m 范围为主，地层温度在65~180℃， 而天然气几乎可以形成于各种深度和环境。在地表和近地表环境中，由于厌氧细菌对有机质的发酵作用可以生成天然气，沼气就是在地表条件下天然气生成的典型实例，在一些沼泽中，由于有机质的分解也可以形成天然气，与生油的过程相伴生，在石油生成的深度范围内，可以生成天然气；当埋藏深度过大，液态石油已经不能存在了，这时天然气还可以继续生成。研究表明，甲烷可以在高达600℃ 的温度下存在；也已经有证据证明，无机甲烷可以在地壳深处甚至在地幔中生成（戴金星等， 1995）。

综上所述，生成天然气的物质不仅可以是不同类型的沉积有机质，也可以是无机物；天然气不仅可以由干酪根热降解和热裂解作用以及液态烃的热裂解作用形成，也可由细菌的生物化学作用形成，或由无机物合成和分解作用形成；其形成的环境多样，既可以在沉积有机质埋藏极浅、温度较低的环境下由生物细菌还原作用形成，也可在埋藏中、深层条件下由干酪根和储层石油热解和裂解形成，甚至可来自高温热液或高温和成。因此，天然气有比石油更广泛的形成条件，天然气不仅能伴随石油的形成过程而生成，而且能在许多不适于生油的条件和环境中大量形成。表1 概括对比了天然气和石油生成特点的主要差异。

表1 天然气和石油生成特点比较

天然气的成因类型及基本特征

根据生成天然气的原始物质的类型和天然气的形成机理，可以对天然气的成因类型进行划分。首先根据成气物质的来源，可把天然气划分为无机成因气和有机成因气。
无机成因气泛指各种环境中由无机物质形成的天然气，无机成因气根据其形成机制可以进一步划分为幔源气、宇宙气、岩浆岩气、变质岩气、放射作用气、无机盐类分解气。

有机成因气泛指沉积岩中分散和集中有机质或可燃有机矿产形成的天然气。根据形成天然气的有机质类型和生气机理，可以对有机成因气进行进一步的划分。根据形成有机成因气原始有机质类型的不同，可以把有机成因气划分为油型气和煤型气。由腐泥型有机质及其干酪根生成的天然气称为油型气，而腐殖型有机质及其干酪根形成的天然气称为煤型气。根据生气机理和演化阶段的不同，煤型气和油型气又可以分别进一步划分为生物成因气、热降解气和热裂解气。天然气成因类型的划分见表2 。

表2 天然气成因类型划分

不同成因类型天然气的鉴别方式

地壳中的天然气绝大部分是气体化合物与气体元素的泪合物，只有个别特殊情况下才由单一气体组成。因此，识别天然气的成肉类型应该是对天然气中各种组分的成因进行识别，但这样要花费大量的时间和财力，所以，一般只鉴别天然气中几个主要组分的成因类型。另一方面，在理论上不同成因天然气的地球化学特征有所不同，欲寻求统一的标准来识别各种不同类型的天然气，目前尚难做到。

鉴别烃类气体成因通常根据以下三方面的资料（1）天然气的组成特点，如碳同位素组成、甲烷含量等参数。（2）成气母质的有机质类型和演化程度等。（3） 天然气伴生物特征，如凝析油的成分、储层沥青的成分等。

表三 天然气的鉴别方式

沉积有机质的成烃演化主要分为三个阶段，分别是成岩作用阶段、深成作用阶段和深成作用阶段。

成烃演化阶段

成岩作用阶段
此阶段从沉积有机质被埋藏开始到门限深度为止，R0＜0.5%。成岩作用早期，有机质要经历细菌分解和水解，随着埋深的增加，细菌作用趋于终止，进而演化为地质聚合物即干酪根。成岩作用阶段尤其是早期牲畜的烃类产物，是生物甲烷和少量高分子烃。
在有机质成岩作用晚期，地下水对碳酸盐、铝硅酸盐和硅酸盐矿物的溶解能力增加，有助于形成溶蚀的次生空隙。
深成作用阶段
为干酪根生成油气的主要阶段，也可称油和湿气阶段。此阶段划分2个带，油带R0为0.5-1.3%，又叫低-中成熟阶段，其中低熟油带R0为0.5-0.7%，中熟油带R0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。轻质油和湿气带又叫高成熟阶段，在较高的温度下，干酪根和已形成的石油发生热裂解，C1-C8的轻烃迅速增加，还可形成凝析气。
准变质作用阶段
该阶段埋深大、温度高，R0＞2.0%。由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。该阶段也称热裂解干气阶段。

有机质成岩演化与成烃作用（据Tissot&Welte，1984）

促使沉积有机质演化成烃的因素

促使沉积有机质演化成烃的因素主要有细菌、温度和时间、催化剂、放射性、压力等。

细菌

按其生活习性可分为3类：喜氧细菌、厌氧细菌和通性细菌。

细菌所起的作用是将原始的有机质中的O、S、N、P等元素分离出来，使C、H特别是H富集起来。细菌一般作用于有机质改造早期。

温度和时间

只有对沉积有机质演化而成的干酪根加热以后才能生成石油烃类；

温度较低时，加热干酪根生成的液态烃和挥发组分产率较低。只有达到一定温度，才会大量生成液态烃。而温度继续上升到一定程度，液态烃又会减少，气态烃生成量继续增加。

有利于油气生成的地质环境

一是有丰富的有机质，二是有适宜的物理化学条件，前者是生油的物质基础，后者为生油提供了保障。

岩相古地理环境

无论海相还是陆相都有可能具备适合于油气生成的岩相古地理条件。海洋中以浅海为最有利的生油环境。陆地上的深水-半深水湖泊也比较有利。从气候来看，温暖、湿润的气候是生物繁殖和发育的外部有利条件。

大地构造条件

只有在长期持续下沉过程中伴随适当的升降、沉降速度略大于或接近沉积速度地区，才能持久保持还原环境。

沉积有机质是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。

从前寒武纪到泥盆纪，沉积有机质的唯一来源是海洋浮游植物（藻类）和细菌，泥盆纪以后，高等植物也开始变的重要起来。尤其是在成煤作用方面起特别重要的作用，但就对沉积有机质的贡献而言，则远不及海洋浮游植物和细菌。

沉积有机质组成

沉积有机质主要有碳水化合物、木质素、蛋白质、脂类组成，主要元素组成见表1。

表1 沉积有机质的原始生化组成

沉积有机质的原始生化组成—脂类

狭义的理解主要是动植物的油脂。

广义的理解包括油脂、固醇类、萜类、烃类和色素,所以有人也称其为类脂。

它们的共同特性是不溶于水，但溶于极低性的有机溶剂如氯仿、四氯化碳、乙醚、苯和丙酮。

脂类的特点：一是抗腐能力强；二是化学成分和结构都最接近石油。

沉积有机质的原始生化组成—碳水化合物

碳水化合物是单醣或单醣的聚合体的总称，通式可写为C n（H2O）m，包括葡萄糖、淀粉、纤维素、几丁质等，他们是植物的主要组成，动物中数量较少。但是碳水化合物大多容易被喜氧细菌消耗或被水解，难以保存下来。

沉积有机质的原始生化组成—蛋白质

蛋白质是组成细胞的基础物质，在动物组织中含量最高，低等植物中的含量高于高等植物。蛋白质只要经过去羧基和去氨基后便可形成烃类。

蛋白质构成了生物体中大部分含氮化合物。

蛋白质容易受喜氧细菌破坏，不利保存。

沉积有机质的原始生化组成—木质素

木质素仅存在高等植物中，是一种贫氢、富碳、富氧、富含芳环结构的高分子聚合物。

木质素具有比纤维素还强的抗腐能力，是成煤的重要母质，也可生成天然气，也可能是石油中芳烃的母质之一。

沉积有机质的形成

沉积有机质是随无机质点一起沉积并保存下来的生物残留物质，它主要是生物的遗体也包括其生命过程的排泄物和分泌物。

进入沉积物中的有机质，主要部分是新生成的复杂分子，他们在生物体中找不到对应物。

从生物物质的发源地说，沉积有机质一方面来源于水盆地本身的所谓原地有机质，另一方面来自由河流从周围陆地携带的异地有机质，其中有少量的是来自剥蚀更老的沉积层中有机质即再沉积的物质。

沉积有机质的分布和丰度

丰度用有机碳含量表示。
绝大多数沉积有机质呈分散状态与泥质沉积物相伴生。
沉积岩中有机质分布的另一特点是不同地质时代是不均衡的。
不同沉积环境或者不同岩性岩相条件下沉积物中的有机碳含量差别很大。
沉积有机质分布主要的影响因素：
生物物质的产量：主要取决于阳光、温度、湿度、含盐度和营养。在海洋，温湿带的浅海区有良好的透光性和营养条件，在大陆以湿热带最重要。
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。
沉降、沉积速度：有机、无机质点的绝对速度；有机、无机质点的相对速度。
沉积物的粒度：粒度越细所含有机质越多。

沉积有机质中的干酪根

干酪根是沉积岩中不溶于碱、非氧化型酸和有机溶剂的分散有机质。干酪根的元素组成中以C为主，其次为H和O，还有N、S等。它们一般分布范围C：70-90%，H：3-10%，O：3-19%，N：0.4-4%，S：0.2-5%（据Tissot，1984）

干酪根的成分和结构

近年来，通过对干酪根进行高温热解或低温降解，揭示出它们含有活的有机体的全套有机结构，包括萜类、卟啉、氨基酸、羧酸、酮、醇、烯烃和醚桥等，说明干酪根系由生物转变而成。通过电子衍射和X射线、红外吸收光谱、核磁共振、波谱分析等物理方法，发现干酪根在结构上是一种复杂的三维大分子，它有很多结构单元（核）。由环状化合物组成（芳香环、杂环），多个核通过桥键相连接，在桥和后上都有可能具有官能团。

干酪根的类型

干酪根是分散的有机质的主体，它的类型基本代表岩石中分散有机质的类型。
根据元素分析将其分为3大类：Ⅰ型是分散有机质干酪根中经细菌改造的极端类型。Ⅱ型是生油岩中常见的干酪根，又称腐泥型。
Ⅲ型是由陆生植物组成的干酪根，又称腐植型。Ⅳ是残余型。

Ⅰ型未成熟干酪根

Ⅱ型未成熟干酪根

Ⅲ型未成熟干酪根

藻腐泥型干酪根

腐植—腐泥型干酪根

腐植型干酪根

干酪根的光学分类

孢粉学家用HCL和HF除去无机矿物质后，将有机残渣（干酪根）放在显微镜透射光下观测，划分出藻质、无定形、絮质、草质、木质和媒质五种组分。随着埋深加大，地温升高，上述组分的生油潜能按藻质—无定形—草质—木质—媒质顺序依次降低，（H/C）原子比也降低。

煤岩学家在显微镜在用25-50倍油浸镜头，通过反射光观察煤或干酪根的显微组分，其划分如下：

• 壳质组/脂质组：孢质体、角质体、藻质体、树脂体
• 镜质组：前镜质体、真镜质体及其变种
• 惰性组：碎质体、菌质体、丝质体、半丝质体

目前，测镜煤的反射率已经成为判断有机质成熟度的主要标志。这三组的反射率是顺序增加的，而生油潜能却是顺序降低的。

油气成因主要分为无机成因说和有机成因说。

油气无机成因说

1. 19世纪中叶提出的碳化物说；
2. 1889年提出了宇宙说；
3. 1904年又提出了火山说；
4. 20世纪初又提出了岩浆说和高温生油说。
5. 20世纪随着板块理论的兴起又有油气深成说和深源气的提出以及在褶皱带前缘断裂带的找油活动。

但是，无机成因说解释不了为什么世界90%以上的石油都埋藏在沉积岩中，为什么石油具有只有生物有机质才有的旋光性、生物标志化合物等问题。

油气有机成因说

认为油气起源于活的有机体，即由地史中动植物的遗体转化而来。根据主张石油形成于沉积物成岩作用的早期或晚期又分为早期有机成因说和晚期有机成因说。

19世纪中叶以来，提出了动物说、植物说以及动植物混成说。进入20世纪，混成说得到了进一步的发展，认为富含分散有机质的淤泥就是生成石油的母岩。到了50年代初，Smith提出了“石油是早期生成的烃类富集而成”。后来有人又提出了只有当母岩埋藏达到一定的深度和温度时，有机质才大量的生成液态的成熟烃。因此晚期生油说得到了更多人的拥护。

油气有机成因的证据

• 世界上90%以上油气都产自沉积岩。
• 油气在地壳中的出现和富集程度与地史上生物的发育和兴衰息息相关，油气储量的时代分布与地层中分散有机质以及煤和油页岩等有机矿产的时代分布具有相关性。
• 在油气田剖面中，含油气层位总与富含有机质的层位有依存关系。
• 灰岩晶洞和介壳以及封闭的砂岩透镜体中的油气只能源于沉积有机质。
• 油气的元素组成包括微量元素组成都与有机质和有机矿床相近。
• 石油以及绝大多数天然气的碳稳定同位素组成与生物物质的碳稳定同位素有关。
• 石油普遍具有荧光性。
• 模拟实验表明从多种有机质中可得到油气的烃类。
• 现代测试可从现代和古代沉积物中鉴定出各种油气中的烃类。

早期有机成因说

• 实验发现，一些生物组分如类脂物、蛋白质和碳水化合物在一定条件下都可生成烃类。
• 在现代或近代的沉积物中，观察有有机质向烃类的转化。
• 某些细菌是有机质加氢、去羧基转化为类石油物质的媒介，而这一过程完成于沉积物埋藏不深的阶段。

难点：

1. 世界上发现的原生油气藏几乎都在上新世纪以前；
2. 现代沉积物中的烃类性质与真正的石油不同。

晚期成因说

应该看到，原始有机质从沉积、埋藏到转化为石油和天然气，是一个逐渐演化的过程。在承认晚期成油起主要作用的同时，也不能一概否定早期成油的影响，只不过在生油的量上可能多少不一，以晚期为主。

现在看来，液态石油的成因主要是晚期成因，而天然气的成因条件转化较为宽松。

气与油的成因差别

1. 天然气气源广阔，是多源的，相对而言，油源范围较窄，往往受到有机物源的限制，是少源的。沉积层系中烃源岩类型在很大程度上决定气和油的生成比重，几乎所有有机质岩类（腐植型、腐泥型、混合型有机质），不同环境（海相、湖相、沼泽相）的有机岩类均有成气条件。
2. 生气是多阶段的，而油则是在有机质达到中演化阶段生成的。
3. 油、气都属于流体矿产，但其流动、扩散性质以及成藏、保存条件都有很大差别。