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油气无机成因论概述中国石油大学（华东）谭丽娟2.1 油气无机成因论概述19世纪70年代以来两大成因学派：无机起源、有机起源根本分歧：对成烃母质的认识。
油气无机成因说：石油及天然气是由无机物转化而来的。
泛宇宙说和地球深部的无机合成说2.2.1 泛宇宙说包含烃类在内的有机化合物是在宇宙天体的无机演化过程中形成的，地球在形成时就包含有机物。
证据：陨石和行星中发现有机化合物；地球火山喷气和幔源岩浆岩中存在有机包裹体。
宇宙说、岩浆说、地幔脱气说1）宇宙说1889年，俄国В.Д.索柯洛夫•碳氢化合物是宇宙间固有的。
证据对太阳系中的木星、土星、天王星和海王星等行星的气圈以及彗星的尾部等天体光谱分析发现有甲烷;发现烃类化合物可由 Fischer-Tropsch 反应合成。
2）岩浆说 • 石油的形成与基性岩浆冷却时碳氢化合物的合成有关。
证据：岩浆岩、变质岩中相继发现油气藏；基性岩浆中发现天然气。
石油地质学家 库德梁采夫 （前苏联，1949） 碳 氢 氧 氮 硫 高温高压 CH 、CH 2、CH 3 聚合反应加氢作用 各种碳氢化合物3）地幔脱气说——深源气T.Gold（1993）•地球深部存在大量在地球形成时就已有的甲烷及其它非烃气体。
在地球演化过程中，这些气体从地球深部被加热而通过深大断裂等通道或伴随火山活动释放出来并向上运移，部分保存在地壳和上地幔中，形成天然气藏；部分逸散到大气圈中。
证据：火山岩气藏；超深井钻探发现非生物成因气。
2.2.2 地球深部的无机合成说油气是在地球深处，由于高温、高压和催化剂的作用下由H2O、CO2、H2等简单无机物反应形成的。
碳化物说、费-托地质合成说、高温生成说、橄榄石蛇纹石化生油说1）碳化物说1876年俄国化学家门捷列夫（Д．И．Менелеевд）•地下深处有重金属碳化物(碳化铁等)与水作用可产生烃类。
3Fe m C n+4mH2O→mFe3O4+C3n H8m 证据：当时大多数地表油气显示和油田都分布在山脊附近。
油气成因理论一、油气无机成因说（一）泛宇宙说认为包含烃类在内的有机化合物是宇宙天体的无机演化过程中形成的。
1．宇宙说：认为地球呈熔融状态时，碳氢化合物就包含在气圈中，随着地球的冷却被冷凝岩浆吸收，最后凝结于地壳形成石油。
2．地幔脱气说：认为地球深部存在大量的甲烷和其他非烃资源，在地球分异演化的早期从地球深部被加热而释放出来，有的被释放到大气圈，一小部分形成天然气藏。
（二）地球深部的无机合成说1．门捷列夫的碳化合物说：认为地球内部的水与重金属碳化物相互作用，形成碳氢化合物。
2．高温生成说：认为深度在150km，温度超过1500k、压力达5000Mpa，由于FeO及Fe3O4的参与，水与二氧化碳被还原形成烃类。
3．蛇纹石化生油说：提出橄榄石的蛇纹石化可以产生烃类。
4．费—托地质合成说：认为地球上原始石油是在20×108 年前通过费—托反应生成。
二、有机成因说基本观点：石油是地质历史时期生物有机质形成的。
分为：早期生油理论和晚期生油理论。
目前晚期生油理论占主导，晚期生油理论是指石油是在有机物质被埋藏到一定深度、温度条件，在热力作用和催化作用由有机物转化而来。
（一）生油的原始物质生物有机质：包括脂类、蛋白质、碳水化合物、木质素和丹宁（二）生油环境温暖、潮湿的气候环境有利于生物的大量繁殖和发育，总而具备了丰富的生油原始物质。
海洋、湖泊、三角洲等古地理区域不仅有丰富的水生生物，还因水体起到了隔绝空气的作用，阻止了有机质的腐烂分解，是生油的有利地区。
（三）油气生成的一般模式：1．生物化学生气阶段2．热催化生油气阶段3．热裂解生凝析气阶段4．深部高温生气阶段。
油气成因研究综述石油天然气的形成必须要有物质基础，还要遵循客观的演化规律，对于它的成因有机成因说和无机成因说的对峙已久，至今仍然存在争议，而两派争议的核心自然是对油气的起源物质和生成演化过程的认识不同。
简单的说，有机成因说认为油气是地下分散在沉积岩中的植物、动物有机质转化而成，无机成因说主张油气是在地下深部高温高压的环境下，由无机物转换而来，这两种争论从其产生延续至今。
标签：天然气；石油；有机成因说；无机成因说1 油气有机成因说有机成因说是18世纪中叶提出的，主要理论有“蒸馏说”、“动物说”、“植物说”、“动植物混合说”、“晚期成油说”等。
最主要的证据有：a.目前发现的油田大都分布在沉积岩中；b.前寒武纪到第四纪的每个时代岩层里都发现了石油；c.从油气剖面中看出含油气层位与富含有机质的层位有相互依存的关系；d.目前发现的石油中化学成分并不完全相同，也没有完全不同；e.石油组分中的元素和有机质中的元素相近；f.在模拟实验中可以从有机质中提取到在油气中含有的烃类物质；g.油层的温度大都低于100℃；h.石油大都有旋光性。
下面将以时间顺序介绍有机成因的各个学说。
1.1 高温蒸馏说18世纪中叶苏联的罗蒙诺索夫提出高温蒸馏说，他是最早提出有机学说的学者，他认为石油是煤在地下受到高温蒸馏的产物。
1.2 动物说与植物说在18世纪60年代，有机学派根据实验和观察，提出了一些新的方案，如以低等动物为主的动物说和以藻类为主的植物说，植物说认为可能成为生油气的藻类有绿藻、蓝藻、硅藻及甲藻。
从1888年起，Hoefer和Engler对多种动植物的脂肪酸进行了实验，进一步完善了该学说。
1.3 动植物混成学说20世纪初，波东尼认为动植物都可以成为油气生成的基础材料，它们和矿物质点一起形成腐泥岩，腐泥岩经过天然蒸馏可产生石油。
进而在1932年古勃金各种生物化学组成部分均可参与生成油气，他们可以来自海洋的动植物残体和从陆地携带进海洋的生物分解产物，含有这些有机质的腐泥就是生油气的母岩，一开始时石油以纤维油滴的形式分散于粘土淤泥的母岩中，而后在压力的作用下运移聚集形成油气藏。
前言石油和天然气的成因问题是石油地质学的前缘学科之一,也是石油地质的热门话题。
因为不仅涉及到油气成因理论的创新,而且关系到深部油气的勘查方向和最大程度扩大能源储备的问题。
对于油气成因,除了“生物成因论”和“地幔成因论”之外,尚有“地幔热柱成因论”、“宇宙尘石油雨成因论”、“地下放电放光成因论”、“古陨石坑成因论”等等概括地说,就是“有机”和“无机”的成因争论。
20世纪中期,我国大庆油田在陆相有机成因理论的指引下,发现了世界上最大的中、新生代陆相油田,突破了“中国贫油论”的束缚,取得了辉煌的成绩。
近年来由于我国冀东南堡大型油田、四川盆地普光大型海相油田、松辽盆地徐家园子油田火山岩气田的发现,无疑是对单一的“生物成因论(有机成因论)”提出了挑战。
然而石油成因理论不仅关系到生命起源等重大科学问题,而且对于石油勘探工作有着实际的指导意义。
有机生油论指导我们找到了目前绝大多数的油气资源,然而无机成因油气田的不断发现,以及无机生油论取得的一些令人瞩目的研究成果,使我们不得不重新审视生油理论,以求解放思想,拓宽视野,在新领域探寻石油资源。
现在认为石油基本上是无机成因的,而天然气的成因却是二元的即有机成因和无机成因。
油气成因理论应该是不断发展、不断进步、不断丰富的过程。
上世界七十年建立的油气有机成因理论极大地推动了石油工业的发展,指导地质学家们发现了众多的油气田。
但是油气的无机成因理论也在发展丰富取得了一些列的成就。
以及一些无机成因的油气田的发现更是极大地鼓舞了长期坚持油气可以无机形成的地质学家,进一步推动了有机无机成因理论的发展。
同时也有一些理论认为尤其是两种机制同时作用的结果,即油气中的碳元素来自生物有机质即为有机成因,而油气中的氢元素部分却是来自无机自然界的。
更有一些理论运用地球动力学的模式直接打破了油气传统的有机或者无机成因划分,将二者融为一体运用地球动力学模式进行分析和研究进而指导油气田的勘探。
一．油气有机成因油气的有机成因理论包括早期生油说和晚期干酪根热降解。
第二章石油和天然气的成因2.2 油气有机成因理论概述《油气地质与勘探》2.2 油气有机成因理论概述油气有机成因说：油气是在地球上生物起源之后，在地质历史发展过程中，由保存在沉积岩中的生物有机质逐步转化而成。
1）蒸馏说18 世纪中叶米哈伊尔·瓦西里耶维奇·罗蒙诺索夫 石油是煤在地下高温蒸馏的产物。
2）有机质地质作用的研究维尔纳茨基20世纪20年代初期系统研究了有机质的地质作用：《地球化学概论》、《生物圈》详细论述了石油的有机组成和石油有机成因的主要依据，提出了碳循环的模式。
3）石油中卟啉化合物和旋光性的发现20世纪30年代①特雷布斯（Treibs，1933）：发现并证实了卟啉化合物广泛存在于不同时代、不同成因的石油、沥青中，认为这些卟啉化合物来源于植物叶绿素。
②发现石油有旋光性。
——石油有机成因说的重要依据和有力支持。
4）混成说1932年古勃金含有各种类型的分散有机质的淤泥，在成岩早期产生分散状态的石油（微石油），在压实过程中和水一起进入储层，形成油气藏。
5）油气有机成因早期说的建立P.V.Smith（美国）、B.B.维尔别（前苏联）1952-1954年20世纪40年代，怀特莫尔等：生油过程仅仅是生物体中烃类物质的分离和聚集。
20世纪50年代，美国学者史密斯和前苏联维尔别等：石油是有机质在沉积物（埋藏成岩）早期生成的，是许多海相生物遗留下来的天然烃的混合物。
——早期生油说。
6）油气有机成因晚期说的建立①Bray 等（1961）发现：现代沉积物和生物体中的正烷烃碳数分布具奇偶优势，正脂肪酸碳数分布具偶奇优势，古老沉积岩和原油（或油田水）中不具此优势。
揭开了有机质成岩演化机理及其与石油形成关系研究的序幕。
6）油气有机成因晚期说的建立②阿贝尔松（P. H. Abelson，1963）：石油是沉积岩中占有机质70～90%的不溶部分（干酪根Kerogen）经过一定的埋藏演化，在成岩作用晚期，经热解产生的。
第二章 油气成因理论综述油气从哪里来？或者说什么是油气的先质？这些先质是如何转化为油气的？这些问题是从油气被发现以来，就摆在油气勘探开发工作者面前的重大课题。
是油气地球化学必需面对、油气成因理论必需回答的问题。
对这些问题的回答，不仅具有阐明油气成因的理论意义，而且对指导油气勘探具有不言而喻的现实意义。
比如说，如果油气是火山成因的，那么油气勘探的有利区域就应该在正在或者曾经发生过火山活动的地区；如果油气是有机成因的，那么油气勘探就应该将主要注意力放在与有机质沉积密切有关的沉积岩发育区。
概括来说，油气成因理论的发展大致经历了四个阶段，即无机成因说、早期有机成因说、晚期有机成因说和以晚期有机成因为主但兼顾其它因素贡献的成烃理论。
由于石油工业早期找到的更多的是油，因此早期的油气成因理论更多关注的是油的成因问题。
但现代的石油成因理论应既包括油也包括气。
第一节 油气的无机成因说无机成烃说认为，油气是由无机化合物经化学反应形成的。
它们或者是由地球深部高温条件下原始碳或其氧化态经还原作用形成，如Д·И·门捷列夫（1876）提出的碳化说，库德梁采夫（1951）提出的“岩浆说”；或者是在宇宙（地球）形成初期即已经存在，后来随着地球冷却被吸收并凝结在地壳的上部，由这些碳氢化物沿裂隙溢向地表过程中便可形成油气藏。
如索柯洛夫（В·Д·СΟКΟЛΟВ，1889）、Gold 等（1982，1984，1993）提出的宇宙说。
这一观点在二十世纪三十年代之前占支配地位。
按照这一学说，无机成因油气不仅存在，而且远景巨大，将有可能比有机成因的油气潜力大得多，其蕴藏量几乎是取之不尽的（陈沪生，1998）。
较典型的有如对中东油气富集的认识：波斯湾地区几十个油气田分布在一条500英里长的地带，占地球表面积不到2%，却拥有世界可采储量的50%以上。
这些油气藏显示了很宽的地质年龄谱；而且烃类产在构造和地层变化都很大的环境中，各种圈闭都是严重泄漏的，油气渗流随处可见，且由来已久；显然是一种过度供给的情形。
这里的石油组成极为相同，因而推测它们是同一来源。
但这个来源是什么呢？不少地质学家认为可能是地幔来的无机成因烃源（P.A 切诺韦斯，1993；转引自陈沪生，1998）。
支持无机成因学说的主要证据有：（1）烃类已经在实验室内通过无机物合成。
例如，著名的俄国化学家门捷列夫很早就已在实验室中由无机的碳化物合成出烃类FeC 2+2H 2O →HC ≡CH+Fe(OH)2Szatmari （1989）、张景廉（2001）等认为地幔脱气生成的CO 2，CO ，H 2沿破裂带上升到超基性的蛇纹岩带，发生费－托合成反应：22n m 2Fe,Co,Ni,V()CO + H C H +H O+ Q 300~400 催化℃费－托反应合成的烃类伴随着岩浆活动（如火山喷发）沿花岗岩缺失的“通道”上升，并运移到储集层形成油气藏。
（2）天体的光谱中有烃类的显示，陨石中也已检测到烃类化合物。
如在水星、土星、天王星、海王星等的气圈中以及慧星的头部都有发现。
地球上的有机质和生命最初也是有无机过程合成的。
（3）在火山气和火成岩中有烃类存在。
如东太平洋海隆、红海、冰岛，我国的五大连池、云南腾冲等火山区均发现有这类成因的天然气，许多含油气盆地都已在火山岩储层中发现了油气聚集。
但是，这一学说的主要弱点或不利证据有：（1）实验室或者高温条件下合成的只能是简单的烃类化合物（高温条件下，复杂的分子量较高的液态烃类将裂解成简单的烃气），难以解释地质条件下所发现的由无数烃类构成的、极其复杂的油气组成。
（2）在火成岩中发现的大多数烃类都能被有机成因解释。
如松辽盆地火成岩中发现的油气绝大多数都能够被证明与沉积岩中有机质生成的烃类的运移有关。
不过，最为重要的是：（3）无机成烃说无法指导油气勘探。
按无机成烃说，油气勘探的有利区应该在与高温相联系的岩浆岩、喷出岩发育区，至少也应该在变质岩发育区。
但事实上，目前绝大多数油气都是在沉积岩发育区的沉积岩中找到的。
尽管直到近期，仍然有一些学者执着地坚持油气的无机成因说（Gold等，1982，1984，1993；Szatmari，1989；张景廉，2001），但由于上述难以解释的矛盾，进入上世纪三十年代以后，随着石油有机成因证据的逐步积累，石油勘探工作者开始更多地相信，油气是有机成因的。
不过，最初提出的油气有机成因说可以看作是早期有机成因说。
第二节油气的早期有机成因说石油有机成因的早期说认为，石油是由沉积物（岩）中的分散有机质在早期的成岩作用阶段经生物化学和化学作用形成的。
即这一学说认为，石油是在近现代形成的，由许多海相生物中遗留下来的天然烃的混合物，即它仅仅是生物体中烃类物质的简单分离和聚集。
由于此时的有机质还埋藏较浅，故也被称为浅成说。
这一学说在十九世纪末期（Orton，1888）即被提出，但在上世纪三十年代到六十年代，受到更多的关注。
概括起来，支持油气（早期）有机成因学说的主要证据有：（1）99％以上的石油产自于与有机质密切有关的沉积岩，产油的储层岩系与富含有机质的细粒岩石有密切的关系。
（2）许多生物标记化合物，如卟啉、异戊二烯型烷烃、甾烷、萜烷，在原油中的普遍存在及石油的旋光性强烈支持其有机成因。
上述具有特征、复杂结构的生物标记化合物只可能由生命过程合成。
无机过程虽然也能合成具有旋光性的手性碳原子结构，但它所合成的左旋、右旋结构一般相当，从而表现不出旋光性，只有生命体中才能选择性的合成单一的结构，而体现出旋光性。
（3）石油和动植物残体之间的组成及碳同位素组成的相近性提供了两者之间成因联系的进一步证据。
如自然界中无机碳（如大气中CO2中的C）的同位素组成一般为δ13C=－7.0‰，而近代沉积物中有机物质的δ13C值范围由－10‰－30‰，在－20‰～－27‰之间有一个最大分区。
石油的δ13C平均值大约为－28‰（王大锐，2001）。
（4）在近代沉积物（如深海钻探计划（DSDP）的取样中）和有关的生物体中存在烃类及有关的化合物。
如Smith（1954）引进先进分析技术，首次在现代沉积物中发现了烃类。
这是一次飞跃性的突破，为此获得了诺贝尔奖。
（5）部分油气区的勘探实际显示，形成较早的圈闭（如浅于600m）有油气聚集，而较晚的圈闭则为空圈闭，表明了石油的早期生成和早期运移、聚集、成藏。
如威尔逊（H.H.Wilson，1990）列举了美国墨西哥湾岸区发育有三个大型的圈闭：凯尔西背斜、霍金斯穹窿和东得克萨斯特大型油田，其间被一个单一向斜分隔，储层均为伍德拜砂岩。
前者只含水，无任何油气显示；后二者油气却异常丰富。
研究表明，富集油气的圈闭是在油层之上沉积物厚度最多达600m时就已经形成了（Adkins，1956）；而以后形成的圈闭为含水层。
油气选择性地富集于早期圈闭之中，这就限定了油气运移的时间，即油气是早期运移的，当然也是早期生成的。
因为油层（属下白恶统）现今埋深也仅在1000m左右。
类似的还有科威特彼此紧邻的劳扎塔因背斜和萨布利耶背斜的祖拜尔砂岩储层，前者为特大型油田，后者只含水。
据研究，前者也是在祖拜尔组上覆沉积物厚度不到600m时，石油就聚集于劳扎塔因构造中了。
一般认为，文石层在几个月（最早）或几万年（最晚）内就会转变为方解石。
但据Püchtbauer和Goldschmidt（1964）对德国西南部达卢姆油田的威尔登储集岩的研究，发现含有女神蚬属和腹足类体壳的文石层组成的介壳灰岩储集层只存在于油藏之中，而在穹窿侧翼同层含水带中文石已全部方解石化。
该穹窿构造为早期形成的同沉积隆起，其介壳灰岩与推断的沥青质生油岩相邻。
这一实例证实了烃类聚集对成岩作用的抑制作用，也证实了石油早期能够生成和运移（H.H.Wilson，1990）。
再一个例证是挪威北海的埃科菲斯克油田，其托尔-埃科菲斯克组白垩储集岩中，孔隙度从含油带的38%降低到含水带的18%（D'Heur，1984）；同时还有白垩储集层在构造的翼部变薄，反之油藏的储集层变"厚"的差异压实现象。
说明石油的早期聚集抑制了化学胶结作用和压实作用。
还有卡塔尔和阿布扎比近海的埃尔班多奇油田，从埃尔班多奇背斜顶部到翼部，阿拉伯组D段白云岩储集层厚度由95m减薄到75m，也是烃类聚集对压实作用的抑制。
但这一学说也存在明显的弱点和不足，主要体现在：（1）于沉积物和生物体中发现的烃类和原油中的烃类存在非常大的差别，例如，许多现代沉积物中的正构烷烃存在明显的奇偶优势，但绝大多数原油中的正构烷烃却没有奇偶优势。
（2）存在于生物体和年青沉积物中的烃类数量太少，远不足以形成勘探所发现的商业性的石油聚集。
据保守估计，要形成商业性的石油聚集，沉积物中的烃浓度至少需要几百ppm以上，而事实上，沉积物中烃浓度小于几十ppm。
（3）大多数原油产自于埋深1000m以深的产层中，而不是像浅成说所期待的哪样产于较浅处。
因此它也不能很好地指导油气勘探实践。
因此，尽管也有人直到上世纪九十年代还坚持认为（Willson，1990），石油主要是有机质在浅埋的早期阶段生成并运移、聚集、成藏的，现今多数油藏显示成熟的特征是它们在储层中进一步熟化的结果，但绝大多数的证据并不支持大量石油的早期生成。
第三节油气的晚期有机成因说晚期有机成因说认为，并入沉积物中的生物聚合体首先在生物化学和化学的作用下，经分解、聚合、缩聚、不溶等作用，在埋深较大的成岩作用晚期成为地质大分子－干酪根，之后，随着埋深的进一步增大，在不断升高的热应力的作用下，干酪根才逐步发生催化裂解和热裂解形成大量的原石油（或称为沥青，包括烃类和非烃类），在一定的条件下，这些原石油从生成它的细粒岩石中运移出来，在储层中聚集成为油气藏。
与早期成因说相同的是，它也认为油气源于有机质，但不同的是，它认为石油不是生物烃类的简单分离和聚集，而是先形成干酪根，之后在较大的埋深和较高的地温条件下才在热力的作用下转化形成。
它也被称为深成说（此时有机质的埋深已经较大）和干酪根成烃说（有机质先形成干酪根，干酪根再生油气）。
这一学说的主要立论依据除了上节提到的早期成烃说的前4点依据和和3条不足之处外，还有：（1）大量的实验室内的热模拟实验已经证实，干酪根在实验室受热时，的确可以产生大量类似于油的烃类和非烃类产物。
抽提后的源岩（含干酪根）→C1-C4(47%)＋C4＋(53%)（2）自然地质剖面的实际资料显示，富含有机质的沉积岩中的烃类含量在达到一定的深度后开始大量升高（详见第八章）。
自Tissot等人提出并证明干酪根晚期成烃说之后，这一理论在指导油气勘探，提高油气勘探成功率方面发挥了巨大的作用（Tissot等，1978，1984），曾经被认为与石油地质学和地球物理勘探一道构成了现代油气勘探的三大理论支柱。
