Chapter
3 The Origins of Petroleum
& Natural Gases and Source Rocks
- Section 1 油气成因概述
(Summary )
- Section 2 油气成因的现代概念
(Modern Concept for the Origins of Petroleum & Natural gases )
- Section 3 早期成因说与未成熟－低成熟油气
(Early origin theory and Immature-Initial Mature of Petroleum & Natural gases )
- Section 4 关于无机生油说(About Inorganic Origin theory)
- Section 5 天然气成因与相关类型
(The Origins of Natural Gases and Their Correlation Types)
- Section 6 烃源岩(Source Rocks)
- Section 7 油气地球化学对比
(Geochemistry Contrast of Petroleum & Natural gases )
油气成因是石油及天然气地质学中一个带根本性的问题。油气成因是找油找气的基础，选择勘探区域，选定主要勘探目的层及确定目标区（又称靶区），实际上都是在一定的油气成因理论（假说）指导下进行的。因此，阐明油气成因不仅具有理论意义，而且对于指导油气勘探具有重要的现实意义。
Section 1 Summary
对于油气的成因，已经争论了一个多世纪，至今认识尚未完全统一。油气成因问题之所以这样难于解决，其原因在于：
①油气是流体，可以流动是其天然属性，因此一般现今产出油气的地方往往并非油气的出生地；
②油气特别是石油的成分是非常复杂的有机混合物，油气中的不同组分可能有不同的来历，加之其有机成分对外界物、化条件的变化较为敏感，在其所经历的漫长的地质历史过程中变数繁多，难于把握；
③解决油气成因问题要涉及地质学科、化学学科以及其它学科极其广泛的知识领域，人们对油气先体（原始母质）与油气之间的过渡形式至今缺乏明确的认识，因而难于追寻其形成的踪迹。
为此，一个多世纪来，不同专家学者曾提出过各种不同的油气成因假说。在众说纷纭的油气成因争论中，就其观点都可归属于有机起源与无机起源两大学派(two gropes of organic and inorganic origins)。
Inorganic Origins of Petroleum
In the eighteen century，前苏联化学家罗蒙诺索夫（1763）根据他对石油化学的研究，认为石油和煤炭一样是由泥炭(turf)在高温作用下（蒸馏）所生成。这是最早的石油有机成因论，常被称为蒸馏说(distillation)。罗蒙诺索夫要算是世界上最早研究石油并力图解释石油成因的学者。
In the nineteen century,the origin of petroleum was interested abroad by scholars with the naissance of modern petroleum industry 。各种无机起源说(inorganic origins)也随之应运而生。其中影响最大的是俄国化学家Д·И·门捷列夫（1876）提出的碳化物说，他认为把石油起源和煤相联系的想法与实际所观察到的油田剖面有矛盾，而当时已知有许多实验可以通过无机合成途径得到烃类。于是他提出，石油是地下深处的重金属碳化物与水相互作用生成乙炔：
3FemCn+4mH2O--mFe3O4+C3nH8m
石油无机起源说的另一典型代表是十九世纪晚期由索柯洛夫（В·Д·СΟКΟЛΟВ）提出的宇宙说。其理论依据是在一些天体中发现有碳氢化物，如在水星、土星、天王星、海王星等星球的气圈中以及慧星的头部都有发现，因此他认为碳氢化物是宇宙所固有的，早在地球尚处于熔融阶段时即已存在于气圈之中了；后来随着地球冷却被吸收并凝结在地壳的上部；于这些碳氢化物沿裂隙溢向地表过程中便可形成油气藏。
此外当时还出现过岩浆说、火山说等。总之，十九世纪后半叶是石油无机起源说相当盛行的时期(In a word , inorganic origin theory was quite popular in this period.)。
十九世纪下半叶，有机化学家参与了石油形成的实验研究，为油气有机成因理论的建立起了非常重要的作用。
1863年，Lanrent把脂肪酸放在水蒸气中蒸馏得到了液态烷烃。两年后，Waren和Storrer也从对鮸鱼肝油的蒸馏中获得了相似的烷烃石油的混合物，并认为脂肪酸(fatty acid)可能是烃类的母质(the primary source material)。
1866年，美国人Lesquereaux指出美国东部泥盆系的石油可能是海相有机质产生的，这是美国主张石油有机成因的第一人。
Enger和Heofer，自1888年起，对不同的动、植物脂肪酸类进行了成烃模拟实验和野外考查，一同完善了生物（有机）成因学说（Engler & Heofer，1909）。具有重要意义的是，他们用波罗的海海滨泻湖水底由单细胞藻类组成且正在分解的腐泥，经过蒸馏得到了24.4%的腊质和沥青质液态烃和14.6%的气态烃，这一实验开创了利用现代沉积物模拟石油形成的先河。
总之，石油有机起源学派主要通过自己的观察和实验，为石油有机成因提供佐证。此间有机学派提出的观点，就其形成石油的原始物质来说，有以低等动物为主的动物说；以藻类为主的植物说；也还有人主张石油与煤同源于高等植物，只是沉积环境不同而已。但其中最有生命力的还是动植物混成说。
The organic origin theory of petroleum
二十世纪上半叶是各种成烃理论论战最为活跃的时期，特别是有机成因理论，得到大量实验的支持而获得了空前发展，有机成油说得到了大多数人的认可，其优势日趋明显。有机学派混成说经过波东尼（G.Potonie,1906）的发展，实际上已构成近代生油概念的雏型。波东尼认为动植物都是成油的原始材料，它们和矿物质点一起形成腐泥岩，后者再经天然蒸馏即可产生石油。在混成说基本确立之后，人们转而注意有利生油的生物化学组分。于是又先后出现过脂肪说、碳水化合物说、蛋白质说等。古勃金（.М.Губкин,1932）认为，各种生化组分均可参与生油，它们可来自海洋动植物残体，也可来自陆地携入的生物分解产物；含有这些分散有机质的淤泥就是将来生成石油的母岩；母岩在早期主要由于细菌的作用而产生分散态石油，晚期由于负荷加大将油水一起挤入多孔岩层，继后油水按比重分开并运移聚集到层内一定的部位后形成油气藏。
从此成油理论步入了地球化学研究阶段。古勃金和维尔纳茨基将石油有机成因说推向新的高度，形成了较为完整的生油岩理论。Treibs(1934)首次发现并证实卟啉化合物(porphyrin compound)广泛存在于不同年代、不同成因的含油和沥青建造中，认为卟啉化合物(porphyrin compound)来自叶绿素的生物地球化学转化，是石油有机成因的重要证据。再加上石油具旋光性的确认，石油有机成因的证据进一步充实。
二十世纪四十、五十年代还有人提出过原生说，认为石油起源于生物体中固有的烃类；据估计，海洋植物每年可产生12×106t烃，如果说有0.01%被保存下来，那么一亿年就可满足世界石油储量。但生物体中原生烃含量甚微，难于富集，以其作为成油的主要原料是不适宜的。这一时期研究脂肪酸是烃类母质的实验进一步深入（Eisma & Jurg,1964；Almon,1974），并对成烃机理进行了探讨，还对有机化合物醇、酯、酮和醛的成烃转化以及叶绿素、氨基酸和聚萜烯的转化作了研究。就形成石油的生化组分而言，无论是脂肪、蛋白质还是碳水化合物乃至木质素（木栓质体），都有证据证明可以形成烃类，但通常认为包括脂肪和原生烃在内的脂类物质是最主要的成油原始生化组分。
石油的有机成因观点逐步得到了地质学家和地球化学家的认同，但对有机质的成烃演化过程历来存在着各种各样的假说和认识，这些不同认识间的争论归结起来可概括为石油是成岩早期形成还是成岩晚期生成的，这就是石油有机成因的早期成油说和晚期成油说(forepart
and afternoon organic origin of petroleum)。
Early and late organic origin of petroleum
二十世纪上半叶是早期成油说空前活跃的时期，实际上这一时期的有机学派大多持早期成油观点。十九世纪末E.Orton(1888)在对当时关于石油生成、运移和聚集的观点作评述时就表明其更倾向于石油早期形成，这可能是最早出现的油气早期形成观点。McCoy&Keyte(1934)、VanTuyl&Parker(1941)、Levorsen(1954)、Weeks(1961)和Hedberg(1964)等通过对世界各种地质资料的研究确信，油气能够在早期低温条件下形成并聚集在早期形成的圈闭中。
古勃金也认为生油是从有机软泥或生物软泥中开始的，以后就一直不停地在有机岩夹层和围岩层的成岩变化过程中完成。在整个过程中温度并不特别高，在厌氧细菌的参与下，液态石油或半液态石油是在软泥或没有完全变硬的岩层里开始形成的；当岩层在上覆重荷下逐渐压实时，随着压力的增加，石油和水被挤入疏松岩层--砂岩、石灰岩层内（И.М.Губкин,1937）。
史密斯（P.V.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。这一时期研究者从地质学、地球化学以及生物学等方面对成烃母质、成烃过程、地球化学条件及物理-化学环境等环节论述了石油的早期形成与聚集。
二十世纪五十年代中期开始，由于色谱，特别是气相色谱技术的应用，地质体中微量可溶有机质的研究得到了快速发展。Bray & Evans(1961)和Cooper(1963)提出，现代沉积物和生物体中的正烷烃碳数分布具有奇偶优势，正脂肪酸的碳数分布具有偶奇优势，而在古老沉积物和石油中不具备这些优势。同时现代沉积物中烃类丰度极低，难以构成大规模油气聚集。这一发现动摇了沉积有机质直接成油（早期成油说）观点，为有机质高温降解成油理论的发展开辟了广阔的前景。
这一时期，石油工业和石油地质学发展迅速，有机地球化学成功地应用于石油成因和形成条件诸方面的研究上，石油有机成因理论得到进一步充实和发展。大量研究表明，石油的生成不仅是烃类的富集过程，更主要的是烃类的一个新生过程。在有机质改造过程中，只有达到一定温度或埋藏深度时，有机质才能大量转化成石油（Abelson ,1953；Philippi,1965；Tissot et al,1972）。
Pusey Ⅲ（1973）根据古地温研究指出，原油在地下一定温度和深度范围内分布，提出了“地温窗”和“液体窗”的概念。由于这些研究显示大量生油阶段是有机质处于成岩作用的晚期阶段，同时认为生油原始物质主要是岩石中的不溶有机质--干酪根，因此这一时期逐步形成了干酪根晚期成油理论。
Tisoot & Welte(1978)和Hunt(1979)先后发表了两部专著，对这一成烃理论作了系统的、科学的论述，形成了一个相当完整的成油理论体系。这一理论揭示了常规油气的生成演化规律，而据此衍生出油气潜力评价的地球化学参数和研究方法，已成为近代油气勘探的主要指导思想和准则，且取得了显著成效。
还应提及，唯海相生油论在相当一段时间内很盛行，在国外尤其得势。只有Кpзг（1923）认为陆相植物是石油的原始物质；南廷格尔曾于1939年探讨过陆相生油的可能。二十世纪四十年代，我国学者潘钟祥、黄汲清等力排众议，以中国油田实例丰富的资料雄辨地论证了陆相生油是客观存在的现实，动摇了唯海相生油论，而今已很少有人再反对陆相生油了。
以上对石油成因的研究和发展历程仅是一个轮廓性的回顾。实际上在各个时期中除主流派外，在某些问题某个环节上持有不同观点者不乏其人。但随着技术的进步和知识的积累，油气有机起源说不仅有了充分的论据，而且形成了相当完整的体系，从而被大多数业内人士所接受。然而，正如朱起煌（1991）所言，石油的成因问题，终究不是一个简单的问题，它也许象一个复杂的方程，有两个或多个解。近些年来有国内学者（张恺，1996）明确提出油气成因"二元论"，也不失为一种有益的思路。
Section 2 Modern Concept for the Origins of
Petroleum & Natural gases
所谓油气成因的现代概念即指有机成因晚期成油说。本节拟从形成油气的原始物质、作用因素、演化机理到烃源岩(primary material、rising
factors、evolution and source
rocks)的鉴别等方面，对油气有机成因晚期成油说体系作一较为系统的介绍。
一、The primary source material
（一）、Evidences of organic origin
有机说的核心就是认为油气起源于生物物质，油气有机起源说之所以能够确立，有其充分的地质及地球化学论据(geochemistry evidences)。
1.Nearly all(more than 99%)petroleum occurs in sedimentary rocks of the earth.且据罗诺夫（1958）的调查，含油气盆地(petroliferous basin)的沉积岩有机碳( organic carbon)含量三倍于非含油气盆地，有机碳是衡量岩石中有机质丰度的基本参数，可见含油气情况与有机质之间有着密切的关系。
2.The fact that many crude oils have been found to contain porphyrin pigments,卟啉及许多与异戊间二稀类、萜类（即环状异戊间二稀类）和甾醇类有关的化合物，这些化合物在油气地球化学上称之为生物标记化合物(biomarker)或者叫做指纹化合物，因为它们的化学结构为生物物质所特有。
3.石油的元素组成包括微量元素(trace element)组成都与有机物质(organic material)近似，而与任何无机物质(inorganic material0相差甚远。此外，石油的碳同位素(carbon isotope)组成也与生物物质（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组成相差甚远。
4.Optical activity is a property of most petroleum。而非晶质的旋光性系由物质分子中碳原子的不对称结构所致，这种具不对称碳原子结构的物质通常只有从生物界才能获得。
5.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。此外，现代分析技术还可从现代和古代沉积有机质中检测出其中含有与石油类似或相同的烃类。
总之，无论对石油性质及分布的考查或是对生油过程的模拟实验，都为油气的有机起源说提供了足以令人信服的论据。这是有机起源说得以确立的坚实基础。
(二）、The Nature of Organic Source Material
Organic matter that contains both soluble and insoluble hydrocarbons that might be considered as a potential source material for petroleum occurs in a wide variety of both animals and plants.
从地球现有的生命形式看，生物物质的生物化学组成主要是脂类、碳水化合物、蛋白质和木质素等。
1.类脂化合物 (lipids)
狭义的理解主要是指动植物的油脂；广义的理解则泛指所有不溶于水但溶于脂溶剂（如乙醚、氯仿、苯等）的脂状物质，既包括油脂也包括固醇类、萜类、烃类和色素等。
油脂是动植物的重要组成物质，也是最常见的脂类化合物。动物油脂常呈固态和半固态，通常称为脂肪；植物油脂常呈液态，一般称之为油。油脂易水解成脂肪酸和醇，所以地质体中并不存在它们的原型。
在十八世纪就有人用脂类加工出烃来，类似的实验一直持续至今。从化学反应式上看，脂肪酸(fatty acids)只要通过去羧基RCOOH-→RH+CO2或者加氢RCOOH+3H2-→RCH3+2H2O即可得到烃类。
饱和脂肪酸可能主要是正烷烃的母体，而不饱和脂肪酸除可生成正烷烃外还可生成环烷烃乃至苯。脂类中的萜和异戊间二稀化合物、固醇、色素等则可能是环烷烃、芳香烃和异构烷烃的母体。
2.碳水化合物(carbohydrates)
碳水化合物是植物的主要组成物质，包括葡萄糖(glucose sugars C6H12O6)、淀粉(starches C6H10O5)、纤维素(celluloses C6H10O5)等。动物中也有（如无脊椎动物的几丁质），但数量较少。 作为成油母质，碳水化合物以其数量之丰而引人关注，有实验证明，碳水化合物被氢还原后可以得到烃类。但碳水化合物大多易被喜氧细菌所消耗或者被分解成水溶物质，难于保存下来，这在相当程度上降低了它的成烃价值。在地质体中也不存在它们的原型。
纤维素较为稳定，是煤(coal)的重要母质之一。
3.蛋白质 (Proteins)
蛋白质是组成细胞的基础物质，是生物体内最重要的成分，可占动物干重的50%以上。蛋白质是不同氨基酸的聚合物。氨基酸是一种羧酸，但其中一个氢原子已被NH4所取代。由此可见，蛋白质只要经过去羧基(carboxyl)和去氨基后就可以形成烃类。实验中曾从丙氨酸等十一种氨基酸中获得C1-C5七种烷烃异构体，但无新戊烷，这恰与石油中罕见新戊烷相呼应。
蛋白质是生物体中氮的主要载体，氮约占蛋白质重量的16%。所以石油中的含氮化合物可能与之有关。蛋白质易受喜氧细菌的破坏，不利保存。因而地质体中也不存在其原型。
4.木质素(lignose)
仅存在于高等植物中，具有比纤维素更强的抗腐能力，还有丰富的芳环结构。它主要是成煤的重要母质，也可生成天然气(Lignose is an important
material of becoming coal,and also natural gas.)。也有研究者认为石油中的芳烃和沥青稀或许与之有成因联系。
上述生物体中各生化组分的元素组成、分子结构及化学稳定性，脂类抗腐能力强，化学成分和结构都最接近于石油，因而历来被多数人作为最重要的成油母质。就元素组成而言，脂类只要去掉少量的氧即可转化为石油，而碳水化合物和木质素要去掉大量的氧，蛋白质除要去掉大量的氧外还要去掉大量的氮。因而在这四类生物聚合物的数量相等的情况下，脂类将可生成更多的烃。总而言之，应该说各生化组分对形成油气均有不同程度的贡献，但普遍认为脂类是最有利成烃的生化组分。换言之，脂类对油气的贡献当居首位(In another word,lipids
is the number one of becoming petroleum and natural gas.)。
The
average element constitution and petroleum and organic composition
元素组成（%）
C
H
S
N
O
碳水化合物
44
6
-
-
50
木质素
63
5
0.1
0.3
31.6
蛋白质
53
7
1
17
22
脂 类
76
12
-
-
12
石 油
85
13
1
0.5
0.5
The main organic composition of common content
in
different organism (weight %）
蛋白质
碳水化合物
脂 类
木质素
云杉木
1
66
4
29
橡树叶
6
52
5
37
针松叶
6
47
28
17
石松孢子
8
42
50
0
硅 藻
28
63
8
0
浮游植物
23
66
11
0
挠足类
65
25
10
0
高等无脊椎动物
70
20
10
0
浮游动物
60
22
18
0
牡 蛎
55
33
12
0
Organism
outputs in sea basin
有 机 体
年产量（干重）103t/km2
里 海
南加州陆缘海
浮游植物 (phytoplankton)
460
560
浮游动物 (zooplankton)
34
44
底栖生物 (benthon)
41
19
鱼 类
2
1.3
经损失后能到沉积物中的（占总量的0.6%）
3.2
3.8
（三）The origin of
the sedimentary organic matter
油气有机起源说认为生物物质是产生油气的原始材料。生物物质与油气在化学组成上的差别表明，其间必然要经历一个极其深刻的转化过程。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。
所谓沉积有机质是指随无机质点一起沉积并保存下来的那部分生物残留物质。沉积有机质是沉积物的一部分（尽管所占比例很小），也是它所寄存的地质体的一部分，所以沉积有机质也叫做地质有机质。其中既包括生物的遗体，也包括生物生命过程中的排泄物和分泌物。生物死亡后其遗体将受到化学分解和细菌分解，大部分以气态或成为水溶成分而逸散掉；还有部分则被生物所吞食；最后真正进入沉积物中去的只是很少的一部分。据多布良斯基的估算，有机质原始产量中平均只有0.8%可以保存在沉积物中。尽管得以保存下来的比例很低，但考虑其基数巨大，据保守估计，仅浮游生物每年产量即可达上千亿吨，加之漫长持久地质时间的累积，其绝对数量就十分可观了。
沉积有机质有来源于水盆地本身的所谓原地有机质，还有来自由河流和径流从周围陆地携带来的异地有机质。河流每年泄入盆地的有机质可达1-5亿吨。一些大河，如亚马逊河、密西西比河、多瑙河等，所携带的有机碳浓度约为2-15mg/l。河流搬运的有机质主要是高分子量的腐植物质，常占其搬运有机质的70-90%。河流为沉积有机质扩展了来源范围，同时也为盆地提供了营养成分。因此，凡是有河流注入的湖海三角洲地带，水生生物特别繁盛，越发有助于形成富含有机质的沉积。河流搬运的异地有机质中还包含来自被侵蚀的古老沉积层中的化石有机质，这是一种数量不多但很特殊的成分，实质上它是古老沉积层中的沉积有机质，故称之为再沉积有机质。
（四）Kerogen in the sedimentary organic matter
随着沉积物被埋藏进入沉积环境，无机质点将随成岩作用的深化而逐渐固结成岩，进入沉积物中的有机质所处的物、化条件随之发生变化，由沉积物中的有机质变为沉积岩中的有机质。沉积岩中的有机质，一部分是生物物质中的稳定部分，如孢子(spore)、几丁质、树脂(colophony)、蜡质(waxiness)以及生物标记化合物，它们会清晰地甚至完全地保存下原有的生物化学结构，这部分将成为地球化学化石被沉积有机质所继承；更主要的部分则是新生成的复杂分子，它们在生物体中找不到对应物。
沉积岩中的有机质，依据其可溶性可分为两部分：
通常将岩石中不溶于碱、非氧化型酸和非极性有机溶剂的有机组分定义为干酪根(Kerogen)；而可溶于上述溶剂的有机组分称为沥青（Bitumen），亦或称之为"天然沥青"
这里的沥青包括烃类以及含S、N、O的非烃有机化合物（胶质和沥青质等）。
Kerogen在沉积有机质中的含量可占70-90%，甚至更高（表），干酪根是沉积有机质的主体。
根据化学分析，Kerogen是由C、H、S、N、O元素组成，一般含C量为65-85%，含H量为4-8%，其含量比例平均为C∶H∶O∶N=87∶7∶10∶2。
Kerogen是大分子缩合芳核络合物，其结构异常复杂，系由多个结构单元（称为核）通过桥键和不同基团联接而成；核可以是单环或缩合环、芳香环、脂族环以及含硫或氮的杂环；桥键大多为氧、硫或肽键；还有有机化合物中常见的其它官能团；可能含有脂类化合物，但最多的还是羟基化合物。
Kerogen的结构一般是无序的，但在深成热解过程中也发生一些有序结构。
The
average component content in sedimentary organism（ppm）
烃 类
沥 青
干酪根
现代沉积物
65
781
17500
泥 质
500
600
20100
碳酸盐岩
340
400
2100
详细观察发现，Kerogen是由可辨认的植物颗粒、前期降解的分散有机质以及次生的沥青质（孢粉切片中观察到的片状非晶质物）组成。
Kerogen中还见有微量由植物或动物合成的特殊有机物，如链烷、脂肪酸、萜烷、甾烷、卟啉和直链烃，这些是经历了有机质的分解作用和成岩作用后未被破坏的地球化学标志物，即前面提到的生物标记化合物也包含在干酪根中。
Kerogen的组成和结构与原始有机物质的类型有关，不同来源的干酪根，其组成和结构差别很大，但基本结构单元却大同小异。
The big molecule structure in kerogen
1- 芳香族环；2- 杂环；3- 饱和烃；4- 脂肪族链
A- 微弱演化；B- 强烈演化
干酪根（Kerogen）一词首先是由Grum Brown1912）提出的，原意是指苏格兰页岩中经蒸馏分解出的油状物质，后来转义为能产生油状物质的有机质，因此把干酪根称作油母质。从对巴黎盆地的典型研究看（图），随着埋深的加大和温度的增高，有机质中的干酪根含量不断下降，而烃类和胶质、沥青烯（沥青质的基本组成）的含量（氯仿抽提物）则相应上升。另外，MAB抽提物（即甲醇-丙酮-苯混合溶剂抽提物）的含量也是逐渐减少的。MAB抽提物是极性极强的富含S、N、O的重质化合物，其元素组成最接近于干酪根，可以代表干酪根降解生烃过程的中间产物。由此看来，所谓有机质生油很大程度上就是干酪根向沥青和烃类转化的过程，岩石中的干酪根是生成油气的基本源泉(Kerogen in rock is basic headspring of becoming petroleum and natural gas)。
Changes that occur with depth in the organic components of shale
from
Paris basin（from Tissot,1971)
从对巴黎盆地的典型研究看 ，随着埋深的加大和温度的增高，有机质中的干酪根含量不断下降，而烃类和胶质、沥青烯（沥青质的基本组成）的含量（氯仿抽提物）则相应上升。另外，MAB抽提物（即甲醇-丙酮-苯混合溶剂抽提物）的含量也是逐渐减少的。
干酪根是地球上有机质分布最广泛的形式，是煤和液态石油的1,000倍和非储集岩岩石中分散天然沥青的50倍（Hunt，1972；Tissot＆Welte，1978）。应该承认，干酪根是最主要的原始成烃物质，但并非原始成烃物质的全部。应该说形成油气的原始物质是沉积有机质，而不仅是干酪根。
（一） Distributing and abundance of the sedimentary organic matter
岩石或沉积物中有机质的含量变化很大，可以从几乎全为有机质堆积的有机矿产到几乎不含有机质的红层。然而90%以上的沉积有机质是呈分散状态存在于沉积岩或沉积物中的，其含量一般都在10%以内，在暗色泥质岩中多在0.8-2%之间。有机质的丰度（主指沉积有机质）大多用有机碳(organic
carbon)含量来表示。因为碳元素在有机质乃至有机矿产中最多也最稳定。
二、The distributing ant type of organic matter
沉积岩或沉积物中有机质含量的多少与许多因素有关
其一是生物物质的产量(the output of organic matter)。地表的光合有机质产量是很不均衡的，大陆以热带最丰盛；在海洋则以温湿带和较高纬度带为重要，尤以浅海区最为重要，这是因为后者具有良好的透光和营养条件，海洋生物绝大部分集中在该区域。现代的海洋和大陆每年各自可提供几百亿吨有机碳，若折算成活的生物有机质其量更大。
其二是原始有机质的保存条件(preserving condition of origin organism)。主要指沉落和埋藏过程中的氧化条件。生物死亡后决不是毫无损失地就地沉落，除了部分被活体生物吞食外，在通氧条件下，有机质还将受到较充分的化学和微生物（细菌）降解而遭到破坏，最后只有0.01-10%可能进入到沉积物中去。
其三是沉积物的堆积速度(accumulating velocity of sedimentary)。这里一方面要考虑无机质点的绝对沉积速度，其堆积埋藏得越快，则有机质摆脱菌解越早，就越有利于有机质的保存；另一方面，还得考虑有机质点与无机质点二者的相对沉积速度，在一定的沉积环境中，有机质的产量是一定的，其沉积速度一般不会有太大的变化，如果无机质点沉积速度太快，势必会“稀释”有机质的浓度，从而影响沉积物中有机质的含量。
其四是沉积物的粒度(granularity of sedimentary)。有机质含量与沉积物粒度的关系，首先由特拉斯克（1932）进行了系统研究，其结果显示，＜5μm的粘土沉积物其有机质含量是5-50μm粉砂的2倍，是50-250μm细砂的4倍。
另据高尔斯卡娅（1950）对近代沉积物的研究，砂的有机质含量为0.77%，粉砂为1.2%，粘土为1.8%。类似的调查很多，尽管调查的地点不同，数据也有差异，但都较为一致地说明沉积物的粒度越细所含有机质越多。
碳酸盐岩的有机碳含量随其不溶残渣含量的增加而增加，而不溶残渣常为泥质物所组成，同样反映有机质常与细粒成分相伴生。
沉积岩中有机质的分布是很不均衡的(The distribution of organism in sediment is quite unbalance)。
亨特（1963）根据世界1,000多块岩样的分析得出：泥质岩有机质平均含量为2.1%，碳酸盐岩为0,29%，砂岩为0.05%。
（二）Type of organic matter
关于有机质的类型，早在二十世纪初波东尼就已分出腐泥型和腐植型(sapropel-type and humic-type organism)两大类别。前者的原始生物物质是富含脂类的水生浮游生物，成矿方向是藻煤和油页岩；后者的原始生物物质是富含木质素、纤维素的陆生高等植物，成矿方向是腐植煤。
干酪根是有机质的主体，所以干酪根的类型基本上代表了有机质的类型。关于干酪根的类型，目前流行的一是按化学方法，二是用光学方法划分。
- Chemical classification
蒂索（1974）按H/C和O/C原子比用图解法将干酪根划分为三个类型：
Ⅰ Kerogen：H/C原子比高，O/C原子比低，以链状结构较多为特征。富含脂类化合物，只含少量多环芳香烃和含氧官能团，主要来源于水生低等浮游生物，生烃潜力大。
Ⅲ Kerogen：H/C原子比低，O/C原子比高，以芳香结构多为特征。主要来源于富含木质素和碳水化合物的陆生高等植物，多为异地有机质。生油潜力小，但可生成天然气。
Ⅱ Kerogen：H/C和O/C原子比介于上述二类之间，属混合型或过渡型干酪根。其生烃潜力视其接近Ⅰ型或是接近Ⅲ型而异.
Ⅰ型干酪根：H/C原子比高，O/C原子比低，以链状结构较多为特征。富含脂类化合物，只含少量多环芳香烃和含氧官能团，主要来源于水生低等浮游生物，生烃潜力大。
Ⅲ型干酪根：H/C原子比低，O/C原子比高，以芳香结构多为特征。主要来源于富含木质素和碳水化合物的陆生高等植物，多为异地有机质。生油潜力小，但可生成天然气。
Ⅱ型干酪根：H/C和O/C原子比介于上述二类之间，属混合型或过渡型干酪根。其生烃潜力视其接近Ⅰ型或是接近Ⅲ型而异。
由图可见，随着演化程度的加深，三种干酪根的元素组成都向富碳方向敛合，H、O含量均不断降低，所以当演化程度很高时其类型难以明确区分。
The
map of the type and evolvement for kerogrn
（ from
Tissot,1974)
该分类的特点是: 一方面可以反映出干酪根的富H程度和生烃潜力，另一方面还包含有演化的概念。不足之处是Ⅱ型实际上占有很宽的范围，难以反映出内在的差异。后来蒂索又分出所谓Ⅳ型干酪根，其特点是O/C原子比特别高（＞0.25），H/C原子比很低（0.5-0.6），系来源于深度氧化的或再沉积的有机质，不具生油潜力。
为了弥补Ⅱ型干酪根范围过宽、同类型干酪根差异较大之不足，在实际应用中真对不同的研究对象有过一些变通处理。如有的将Ⅱ型再细分为两个亚类，将更接近Ⅰ型者划为ⅡA型，而更接近Ⅲ型者为ⅡB型；也有的将Ⅰ、Ⅲ型范围扩大，再细分为ⅠA、ⅠB型和ⅢA、ⅢB型，同时也就将Ⅱ型局限在较小的范围。
中国科学院贵阳地化所按干酪根的化合物组成分出脂肪族、含芳香脂肪族、含脂肪芳香族和芳香族四种类型。
炭质泥岩 腐泥型（Ⅰ型）干酪根
羌塘盆地T3
炭质泥岩 混合型（Ⅱ2型）干酪根
羌塘盆地T3
炭质泥岩 混合型（Ⅱ2型）干酪根
羌塘盆地T3
炭质泥岩 腐植型根
羌塘盆地T3
Types
and properties of kerogen
脂 肪 族
含芳香的脂肪族
含脂肪的芳香族
芳 香 族
脂肪族化合物含量（%）
≥90
90
— 50
50
— 10
≤10
芳香族化合物含量（%）
≤19
10
— 50
50
— 90
≥90
H/C原子比
＞1.25
1.25
— 1
1.0
— 0.85
≤0.85
O/C原子比
≤0.8
0.8
— 1
1.0
— 1.5
≥1.5
热失重（600℃）（%）
≥85
85-50
50-30
≤30
生油潜力
优（＞0.8）
良（0.8-0.5）
差(0.5-0.2)
极差（≤0.2
2. Optical classification
包括在透射光下的孢粉学方法的划分和在反射光下煤岩学的划分。参照孢粉学研究方法，可将经过酸解和浮选分离出来的干酪根置于显微镜透射光下划分出无定形絮质、藻质、草质、木质和煤质五种组分。絮质组分没有清晰的几何边缘，常呈无定形的片、团或粉状，源于浮游生物之类的水生低等生物。藻质组分就其成分和来源而言与无定形组分相同，唯一的差别是其可以识别出藻类的构造。草质组分包括有孢子、花粉、角质层、叶表皮层以及其它可以辨认出植物细胞构造的分子，多来源于陆地植物。木质组分是具长形木质结构的纤维质，也是来源于陆地植物。煤质组分是经再沉积的碳质和经过自然碳化的植物质。上述各组分的H/C原子比依絮质-草质-木质-煤质顺序降低，其生烃潜力也相应依次减弱。
干酪根在显微镜下用25-50倍油浸镜头通过反射光可划分出三个主要煤岩学组分组，即壳质组、镜质组和惰性组(exinite、vitrinite、inertinite)（还可细分）。壳质组在反射光下呈暗灰色，低突起；相对富氢。镜质组在反射光下呈灰-白色，无或微突起；相对富含氧。惰性组在反射光下呈白-亮黄白色，较高突起；相对富含碳。三个组的反射率由壳质组-镜质组-惰性组依次升高，而生烃潜力则依次降低。
通过干酪根的镜下观察还可得到有机质演化程度的信息，随着演化程度的加深，透明度逐渐降低，反射率逐渐增高，颜色逐渐加深（黄-橙-褐-黑）。
以上各种分类的大致对应关系如表所示。世界上大多数油气都是产自富含腐泥成分的有机质，而富含腐植成分的有机质主要是生成气。
The
classification of kerogen and its geological meanings
类型
划分依据
腐 泥 成 分
腐 植 成 分
按煤岩学
（反射光）
壳 质 组
镜 质 组
惰 性 组
按孢粉学
（透射光）
絮 质
藻 质
草 质
木 质
煤 质
按H/C和O/C原子比
Ⅰ、Ⅱ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
按化合物
脂 肪 族
含芳香脂肪族
含脂肪芳香族
芳 香 族
物质来源
海洋、湖泊
陆地
陆地
陆地、再沉积
成矿意义
石油、油页岩、腐泥煤
油、气
气、腐植煤
无油、痕量气
干酪根的组成不仅关系到生烃潜力的大小，而且涉及到生成石油的类型。
一般说来，陆源有机质丰富的干酪根主要生成石蜡基石油，陆相和近岸碎屑沉积体系中的石油常具有高蜡特征，就与丰富的陆源有机质有关。
而海洋湖泊原地有机质丰富的干酪根主要生成环烷基石油。
碳酸盐岩多含无定形干酪根，有利于生成环烷烃。由于无定形干酪根的生烃潜力高，所以碳酸盐岩可以在有机碳含量比泥质岩低得多的情况下生成相对高得多的烃类。
综上所述，基于沉积有机质是生烃的原始物质，可以说有机质的丰度（含量）反映了岩石中有机质的数量（浓度），而干酪根类型则代表了有机质的质量。
有机质演化形成油气是一个比较复杂和漫长的生物化学和化学过程。其中促使有机质转化成烃的因素主要有细菌(bacteria)、温度(temperature)、时间(time)和催化剂(catalyzer)等，且在不同的演化阶段起主导作用的因素不尽相同。
（一）Bacterial Action
细菌--最原始的生物在自然界具有非常广泛的适应性。有些生存在有游离氧的环境中，还有些细菌可以生存在缺氧的环境中。不同种类细菌的生存或消亡，抑制或活跃，受温度、湿度、养料以及介质化学环境等因素的控制。
三、Transformation of organic matter into petroleum
沉积物中细菌存在的很大特点是集中分布于最顶层，且随深度而锐减（表）。自表层往下，喜氧细菌逐渐为厌氧细菌所取代，后者的分布极限目前尚不清楚。据史密斯报道，墨西哥湾140m深处每克沉积物中还含有细菌约100个。
Bacterial
distribution in sediment
沉积物表面以下厘米数
每克沉积物中的细菌数
沉积物表面以下厘米数
每克沉积物中的细菌数
0
— 0.5
63000000
7.6
— 8.1
7200
0.5
— 1.0
1900000
15.2
— 15.7
1600
1.5
— 2.0
900000
24.4
— 24.9
600
4.6
— 5.1
40000
据研究，在细菌活动随深度减弱的总趋势下，不同类型的细菌在随环境变化的连续沉积层中出现分带现象（Ponamperuma,1972；Claypool和Kaplan,1974；Winfery等人,1981；Reeburgh,1983）。这种连续分布的细菌群可分三个带：①喜氧细菌(aerobic bacteria带；②厌氧(anaerobic)还原硫酸盐细菌带；③甲烷生成细菌带。
细菌通过酵素可使原始生物物质中的许多组分被氧化和分解。
在通氧条件下有机质菌解的主要游离产物为H2O、CO2以及硫酸盐(sulphate)、铵(ammonium)和磷酸盐(phosphate)离子；当游离氧被耗尽后，可出现还原环境，这时厌氧细菌接续对有机质发生作用，在缺氧条件下有机质菌解的主要游离产物为CH4、CO2、H2S、H2O以及铵和磷酸盐离子。沉积有机质经细菌作用后，以气态和溶解态移走氮、硫、氧和磷等杂原子的有机质，使其碳、氢相对富集，从而在整体上成为更接近于石油样的物质。实验和野外资料表明，有机质经细菌作用后还可直接产生沥青物质。同时，细菌本身也是良好的生油原始材料，有的细菌还可在自身细胞中合成少许固态高分子烃类。
（二）Time
时间本身不能单独起作用，但在有机质的热降解演化过程中，时间却是一个不可忽略的因素。与温度相比，时间居于次要地位；因为根据化学动力学原理，温度每增加10℃，反应速度可增加1-2倍。温度与时间是可以互补的。假定干酪根生烃反应速度以平均每增加10℃其反应速度增加1倍计（高温时实际上不只1倍），尚若在120℃的地下历经2500万年所形成的石油量，在110℃的地层条件下就需要5000万年，在100℃的地下就需要1亿年。生油剖面的实际资料也证实温度与时间存在互相弥补的关系。例如，西加拿大盆地上泥盆统生油门限温度为50℃，巴黎盆地下侏罗统为60℃，西非下第三系为70℃，我国东营盆地下第三系为93℃，美国洛杉矶盆地上第三系为115℃。这一系列的数据说明，生油层的年代越久远，受热时间越漫长，门限温度(threshold temperature)就越低。康南依据世界若干盆地的实际资料绘制出了时间、温度关系图（图）。所得到的关系式为:
由图中明显可见，沉积有机质的时代越新，生油门限温度越高；时代越老，门限温度越低。图中时-温线的斜率是由活化能所决定的。图中的虚线是后来依据镜煤反射率提供的信息添加进去的；虚线绘出了油气生成过程开始与结束的界限。在沉积物年轻而地温度梯度较小的盆地（图中的左下方）中，地温达不到门限值，无工业石油生成。在沉积物古老而地温梯度较大的盆地（图中的右上方）中，地温已超过生油门限，即使有油也已破坏（裂解成气）。
The
connection of time—temperature in the
generation of oil(据Connan,1974,引自Hunt,1979)
1-巴西亚马逊盆地；2-法国巴黎盆地；3-法国阿奎特因盆地；4-西非阿尤恩地区；
5-喀麦隆杜阿拉盆地；6-新西兰塔拉纳基盆地；7-法国卡马格盆地；8-新西兰塔拉纳基盆地；
9-美国洛杉矶盆地；10-美国文图拉盆地；11-法国阿奎特因盆地
从康南的时-温关系线还可以获得有关有机质成熟程度(maturity)的概念，并可根据地温梯度(ground temperature grads)估算出生油门限深度(threshold depth)，因而具有一定的实用价值。
但也应注意到，该时-温关系线严格说来只适用于连续沉积且为匀速沉积的盆地。对于连续沉积的剖面而言，某一层位的现地温就是其所经历的最高地温。可是对于曾有上升和剥蚀的剖面来说，某一层位的现地温未必是其所经历的最高地温，这是显而易见的；而且由于盆地中不同地带上升的幅度和被剥蚀的厚度有差异，致使同一层位的受热历史复杂化。再则沉积即使是连续的，也不太可能是匀速沉积；由于不同时期沉积速度的变化也会造成受热情况的复杂化。因此，尽管是同一层位，甚至可能现地温也相同，但由于不同地点的受热经历不同而出现有机质演化程度上的差异。
为了较细致和准确地得知某一层位的受热历史，通常需要绘制出该层位在每一剖面点上的沉积埋藏史图，并按划分的温度间隔，或时间间隔，亦或深度间隔（图）累计算出该层自沉积以来的总成熟效应值。这样，有了若干点上的资料便可以进一步了解该层位在剖面和平面上的受热与有机质成熟情况。当前广泛使用的时间-温度指数（TTI）就是计算有机质成熟效应值的方法之一。留待实习课中详细学习了解。
沉积地层在埋藏过程中若一度出现强烈上升，之后又恢复沉降上覆再接受沉积，则有可能会造成其中有机质的二次生油或延迟生油现象。所谓二次生油是指埋深已经进入生油门限生烃量开始显著增长的层位，由于上升剥蚀作用又使其埋深低于门限值，从而中止生油；之后又沉降接受新的沉积，使之重新进入门限深度再度大量生烃的现象。而尚未进入生油门限的层位，由于地壳抬升上覆遭受剥蚀，待恢复沉降上覆再度接受沉积之后才得以进入生油门限，这种延缓生油时间的现象称为延迟生油。如属世界特大油田之一的北非哈西麦萨乌德油田，其生油母岩属志留系，该层自沉积始至石炭纪末，被埋深至900m，未达生油门限；尔后上升剥蚀，直到三叠纪初再次下沉，并于晚三叠世才进入生油门限深度（1,500m）。其生油母岩竟历经2亿年之久才开始生油，可算是延迟生油的典型例子。由此可见，对时间因素的估计，必须结合生烃母岩沉积埋藏史的分析。
（三）Temperature
温度在有机质成烃转化中的作用早就被人们所注意，曾对多种天然有机质（如脂肪酸、氨基酸等）进行加热实验得到了烃类产物。对沉积有机质也做过类似的实验。
如伊什瓦塔里（R.Ishiwatari）对海洋沉积物中的不溶有机质（表） 和亨特对始新世绿河页岩中不溶有机质（表）的加热实验，都获得了烃类产物。
The heating result of insoluble organism
in
current sea sediments
加 热
产 物（占不溶有机质的%）
温度（℃）
时间（h）
挥发性产物
液态产物
固态残余物
150
5.0
6.1
1.5
92.4
200
5.1
14.4
3.2
82.4
250
5.3
18.3
3.8
77.9
310
5.2
28.9
6.0
65.1
350
5.0
28.1
6.6
65.3
410
5.0
40.8
2.7
56.5
温 度
（℃）
低
分 子 烷 烃（ppm）
CH4
C2H6
C3H8
— C8H18
nC7H16
400
300
190
112
6
0.02
370
7
0.01
650
20
0.4
87
1.7
0.01
The
low-molecular-weight hydrocarbon of insoluble organism with heating
green-he shale
以上两表中显示，随着温度的升高，产物的数量相应增加，产物中的低分子成分也逐渐增多。
地球不断由内部向地表散发着热量，从而在地壳中形成一个温度向外递降的天然热场。因此有机质随埋藏深度的加深必然要遇到逐渐升高的温度。深度每增加100m所增加的温度（℃）数值叫做地温梯度(geothermal grads)（℃/100m）。现代地壳的平均地温梯度为3℃/100m，其变化范围在0.5-25℃/100m之间。含油气盆地常见的地温梯度以2-5℃/100m居多。
结合实际的地层剖面研究进一步证实了温度对有机演化成烃的重要作用。蒂索对巴黎盆地侏罗系托尔页岩的研究，他是横向沿同一层位的不同深度上采样，使之能较为明确地反映单一深度（亦即温度）因素对有机质演化的影响。其结果显示，烃类和整个氯仿抽提物（烃+胶质+沥青质）都表现出随深度（即温度）的增加而增长，其显著增长出现在1,200-1,400m（即相当于60℃）深度段。
The relation of formation of hydrocarbon and depth & temperature in stratum
in the Cretaceous period of Duala basin
(from P.Albrecht etc.，1976)
烃类显著地增长出现在1,370m深（65℃）处，于2, 200m（90℃）达到最大值，尔后反而下降，至3,000m（115℃）基本终止了生油过程。其所以下降，乃是在较高温度下裂解为低分子产物所致。
生油数量开始显著增长时的温度叫做门限温度(threshold temperature)。与之对应的深度叫做门限深度(threshold depth)。温度与深度的关系取决于地温梯度。相同的门限温度在地温梯度大的地区出现的深度较浅；在地温梯度较小的地区则出现的深度较深。
实际资料表明，生油门限温度通常都在50-120℃范围之内。我国的实例如大庆为50℃（1,250m）；冀中为67℃（1,500m；胜利为93℃（2,200m）。国外如杜阿拉盆地为65℃（1,370m）；洛杉矶盆地为115℃（3,660m）；文图拉盆地为115℃（2,440m）等。门限温度的高低主要与有机质受热持续时间或地质时代有关，此外还与有机质类型和催化作用有关。门限温度意味着有机质开始走向成熟，进入主要生油阶段。
综上所述，温度在促使有机质发生热降解并生成石油过程中起着至关重要的作用。
主要生油阶段的起始温度（门限温度）不低于50℃，而终止温度很少高于175℃。也就是说地壳中的生油过程只出现于有限的温度和深度范围.
该盆地的生油
门限温度为72℃，
生油高峰约为90℃，
生油结束约为150℃。
the collection of C15+ hydrocarbon formation and temperature in granule carbonatite of Paris’ Arkert basin
(Le Tran,1972)
（四）催化剂(catalyzer)
从化学上我们知道，催化剂是本身不参加反应又不改变反应条件（温度、压力等）的情况下能增加化学反应速度的一种物质。石油炼制中常使用催化剂。
为了证实有机质生烃演化中母岩基质催化剂的存在，曾在实验室中进行过许多旨在查明其催化效果的有机质加热实验。
用油酸与催化剂按不同比例混合进行加热实验，结果产烃率和烃组成均有差异（表）。实验显示，催化剂可使不饱和烃发生聚合及使石蜡烃芳构化。根据有的实验资料外推，用高活力催化剂在100℃下裂解正十六烷只需要几个月，若用低活力催化剂则需要1000年，而不用催化剂单纯的热解所需时间已超过了地球的年龄（图） 。
The
heat catalyzing result of oleic acid at 250℃
催化剂与油酸
烃类产率
（%）
各类烃所占的百分比
饱和烃
单核芳烃
双核芳烃
3∶1
36
18
53
29
2∶1
20
28
54
18
The
time is needed by thermal cracking and catalytic cracking of n－cetane
(from Goldstein,1980)
（五）Others
放射性作用也被考虑作为有机质成烃转化的因素。沉积岩中多少都含有一些铀、钍、钾等放射性元素，它们赋存于重矿物或含钾含铀化合物中。富含有机质的黑色页岩常有较强的放射性。实验表明，用α-射线轰击某些有机质可得到CH4、CO2和H2。轰击H2O可得到O2和H2。O2和有机质作用最后生成CO2，H2可使有机质氢化或与CO2化合生成CH4。CH4在α-射线作用下可叠合成C2H6，继续作用可生成更重的气态烃乃至液态烃。但沉积岩中的放射性元素含量太低。有人曾计算过，每立方千米岩石中含铀0.001%，含有机质1%；那么，一百万年产出的石油量仅为18×104t。这对于形成工业油藏是微乎其微了。
此外，随着埋藏深度加深，地温升高的同时压力也在增大，目前对压力在有机质演化成烃过程中的作用争论较大，尚缺乏统一明确的认识。但压力可以影响反应物系中的物质相态是不争的事实。其它还有岩浆活动、热液作用等仅在局部可起加温作用。
总之，有机质演化成烃是在地质条件下各种因素综合作用的结果。只是不同因素在有机质转化成烃过程中所起作用的大小或重要性差异悬殊，再就是有机质不同演化阶段起主要作用的因素有所差别。在上述因素中，对有机质演化成烃最主要的因素是温度和时间，次为催化剂，细菌只在有机质演化的早期阶段起重要作用，其它因素仅起很有限的辅助作用或仅对局部有一定意义。
四、Diagenetic evolvement of organism and stages of oil & gas generation
沉积物在埋藏过程中要发生成岩作用，有机质必然要发生相应的变化（图），而且比无机质点要敏感得多。石油和天然气正是有机质成岩演化总过程中形成的自然产物。有机质演化的进程不同，所得到的烃类产物也不同。
按照石油地质观点将有机质的成岩演化与油气生成划分出相应的阶段。目前尽管各家划分方案不尽一致，但其内涵却大同小异。在此拟采用较为流行和简明的三阶段划分方案，即将有机质所伴随的成岩变化划分为成岩阶段、深成阶段和准变质阶段（变质阶段已超出石油地质的研究范围）；并以生成石油为基准将有机质成烃演化划分为未成熟阶段、成熟阶段和过成熟阶段与之一一对应。
Diagenetic evolvement of organism
（一）Diagenetic—immature stages
沉积有机质进入埋藏状态开始，直至达到门限深度为止。
这一阶段，除早期一部分可能作为钻孔动物的食料损耗掉外，有机质将要受到细菌作用、水解作用和酶催化作用，从而使原来的脂肪、蛋白质、碳水化合物、木质素以及核酸等生物化学聚合物转化成为分子量较低的脂肪酸、氨基酸、糖、酚等生物化学单体物质。同时产出CO2、CH4、NH3、H2S和H2O等简单分子。生化单体物有些不再反应了，或成为沥青；而大部分将重新聚合成一组新的产物，即习惯上称之为腐植酸、富啡酸和腐植素之类的腐植质物质。这种复杂的高分子地质聚合物大多不再被细菌做为食料，并且由于与周围矿物相络合，可比较稳定地保存下来。这种高分子地质聚合物就是沉积岩中干酪根的前身。
保存在沉积物中的有机质，随着埋藏深度的加大，沉积物固结成岩，在缺氧环境下经历了复杂的分解和缩合作用，完成了从生物有机质到干酪根的转化阶段（图）。此阶段为有机质的早期转化阶段，与有机质改造和转化有关的生物化学作用主要有两种：一是细菌对有机质的分解作用，二是酵素的催化作用。
The sketch map of formation process from life-form to kerogen
细菌是地球上分布最广、繁殖最快的一种微生物。在低于4℃的海水里及高达89℃的温泉中，在淡水或咸水里，在现代沉积物和古代沉积岩中，都发现有大量的不同类型的细菌存在。
实验表明，细菌最活跃的温度是4-75℃，所以在到达生油门限值以前，微生物生气活动均非常活跃（惠荣耀，1990）。随着有机质埋藏环境的变化，微生物生态系统的演替将形成三种截然不同的生物化学环境，每一种环境都以一种占优势的代谢作用为特征。这三种环境带是：好氧带、厌氧硫酸盐还原带和厌氧碳酸盐还原带（甲烷生成带）（关德师和戚厚发等，1997）。
Section showing biochemical environment of microbe metabolism about the sediments containing ample organic matter in open sea
(from
Rice & Claypool,1981)
CH4
细菌在成岩作用阶段对有机质的改造起重要作用。在成岩改造中有机质逐渐失去了在酸碱中的可溶性，从而具有了典型的地质有机质的特性。有机质成烃演化的产物除继承性烃类外，主要是含氧的重杂原子化合物和较多的甲烷（包括微量重烃）以及非烃的CO2、N2、H2等气体。其中主要烃类产物是生物甲烷，其次还有一定量的重质石油。
Analysed
result of recent sediments samples in the Swan island of Mexico
gulf
深 度
（m）
可抽提有机质
的含量（%）
抽提物的色层分析（%）
饱和烃
芳香烃
含SNO的
化合物
氧化铅上
的残余物
0.9-1.2
0.03
6.0
1.5
14.0
78.5
5.4-6.6
0.032
17.9
2.5
12.1
67.5
15.6-5.9
0.032
18.2
8.3
14.3
58.2
30.6-30.9
0.031
25.2
5.7
10.6
58.5
经碳同位素测定，这些烃的年龄为距今11,800-14,600±1,400年，说明是同生的。由表中还可看出，烃类是靠沥青还原而产生的。另外一些（如在里海海湾、帕雷湾、旧金山湾等）研究也得到了类似的结果。
Changes
of different organic matters with depth
(from
B.Durand,1980)
1-CO2+H2O;
2-油; 3-湿气; 4-甲烷; 5-胶质+沥青质;
6-不溶于有机溶剂的有机质;
7-可溶于碱的有机质; 8-可溶于酸的有机质; 虚线表示这些组成可能叠置
成岩阶段的氯仿抽提物（代表烃 烃类、胶质和沥青质）和总烃的含量较低，且随深度变化不大。尤其是成岩早期所生成的烃不同于岩石中成熟的石油烃。其主要差别有：①早期生成的烃多是从生物体中继承下来的高分子烃，缺乏C3-14的低分子烃，更无C4-8的烃；而低分子烃在成熟石油中常占50%左右。
②早期生成的正烷烃中C25以上占有很大比例，且奇数碳原子具有明显优势，而成熟石油中这种优势接近消失（图）；姥鲛烷/nC17和植烷/nC18的比值都大于1.0。
③环烷烃中，四环、五环和六环的含量较丰（最多的是五环），单环、二环和三环者较少。
④早期生成的烃缺乏低分子芳香烃，而石油中则有相当数量的苯、甲苯、二甲苯等。
⑤在数量方面，岩石中所含的烃要比沉积物所含的烃多2-10倍。由此看来，石油应该主要是晚期形成的。
J.E.科珀和E.E.布雷（1962，1963）研究了各种近代与古代沉积物和油层水或石油中脂肪酸及正烷烃的分布： 发现脂肪酸的偶数碳原子优势与正烷烃的奇数碳原子优势均随沉积物的年龄和深度的增加而减弱；在油层水中的脂肪酸分布和石油中的正烷烃分布则呈平滑曲线，不显碳原子的偶数或奇数优势。这种脂肪酸偶碳优势的消失和石油中奇碳优势的消失之间的并行，暗示了所含正烷烃可能是由有机质早期演化形成的脂肪酸进一步演化来的。
N-paraffins
distribution of recent、ancient sediments and
crude oil
Fatty acid distribution of recent、ancient sediments and water in oil
(二）Deep diagenetic—mature stages
随着埋藏加深，地温逐步升高。有机质将进入热催化转化阶段。这一阶段温度的作用显著，通常伴有粘土催化作用；
先期为地质聚合物的干酪根进入深成作用阶段后，接着继续向较低分子的地质单体物质转化。
在温度作用下，干酪根的演化主要是其中的各种键依次断裂。先断开的是杂原子键，如C-O、C-S等，接着是C-C键。这些键断开的结果，生成H2O、CO2、CH4、N2、NH3和H2S等挥发性物质，以及分子量比干酪根小的可溶于有机溶剂的有物质（包括烃类），简称可溶有机质，或称之为可抽提有机质(extract organic matter)。
深成阶段（尤其是早、中期）是主要的生油阶段。这个阶段也可以说是石油成因现代概念的核心。据估计，石油中大约80-95%的烃是在此阶段生成的。该阶段的中期是干酪根生油的高峰期；此阶段的晚期随着温度进一步升高，热催化优势逐渐转变为热裂解优势，主要形成凝析油和湿气。 深成阶段所生成的石油在性质上更加成熟，其主要表征：正烷烃的碳原子数和分子量递减，生物烃所带来的奇碳优势被新生烃所冲淡直至消失；环烷烃和芳香烃的碳原子数和环数减少，分布曲线由双峰型变为单峰型。特别有意义的是，轻质低分子烃增加的速度比重质烃大，正烷烃分布曲线的主峰碳向低碳数方向前移；姥鲛烷/nC17和植烷/nC18的比值逐渐变为小于1.0（图）。深成阶段的晚期液态烃急剧减少，而低分子烷烃（主要是甲烷及其同系物）显著增加。
Normal pattern of hydrocarbon formation by way of the function
that source rocks buried
(from Tissot etc.，1974)
Changes of paraffins components and structure with buried depth in the Xatoer shale of Paris basin
A-饱和烃成分的演化; B-正烷烃分布的演化; C-异戊间二烯烃与正C18烷、正C17烷演化的比较。Jo,Va,An,Ce,Es,Do,Bo为采样地层代号
液态石油烃主要形成于深成作用阶段。根据普西（Pusey,1973）的研究，世界上大多数石油储量均处于65.6-148.9℃的温度范围内。温度太低，不利于生成大量石油；温度太高，石油进一步裂解成烃类气体。他把液态烃类--石油存在的这个温度范围叫做“液态窗口”（liquid window)（图）。
1-利比亚锡尔特盆地
2-苏门答腊中部，杜里;
3-北海，埃科菲斯克; 4-阿拉伯湾，加瓦尔; 5-阿尔及利亚，哈西-迈萨乌德;
6-佛罗里达州，杰伊; 7-马拉开波湖，拉马尔;
8-苏门答腊中部，米纳斯;
9-阿拉斯加，普鲁德霍湾;
10-南派斯，27号地区;
11-西西伯利亚的气和油;
12-洛杉矶，威尔明顿油田
Concept of ‘liquid window'
1+2--烃类;
3--胶质;
4--沥青质;
5--MAB抽提物;
6--干酪根
Changes of organism content with depth in Xatoer
shale
( from Tissot etc.，1971)
（三）Quasi-metamorphic----post-mature stages
准变质或预变质作用是深成作用向变质作用的过渡。随着埋藏深度的进一步加深，在较高温度的作用下，有机质的热裂解反应迅速进行。由于氢的消耗，干酪根的H/C原子比已降得很低，生油潜力逐渐枯竭。
据估计，干酪根H/C原子比降低到0.45，无液态烃生成；降低至0.3，则已接近甲烷生成的最低限。即使是已经生成的液态烃和重烃气也将裂解成热力学上更稳定的甲烷。有机质释放出甲烷之后其本身进一步聚缩，最终将成为石墨。
以上各个阶段是连续过渡的，而相应的反应和产物是可以交错叠置的；况且尚有有机质类型上的差异；加之促使有机质转化成烃的各种因素的组合变化，故实际上不可能用一个统一的指标去做截然的划分。
据亨特估计，C1-3气烃的17%，C4-14液烃的9%和非烃的40% 生成于成岩阶段； 气烃的82%，液烃的91%，非烃的60%，生成于深成阶段；气烃的1%和痕量的液烃与非烃生成于准变质阶段。总之，石油烃的绝大部分是在有机质成熟阶段产生的，尤其是60-150℃最有利于石油烃的生成。这就是所谓有机成因晚期生油说或干酪根生油说对石油成因的基本认识。
Stages
of organism mature evolution
成岩演化阶段
成岩阶段
深成阶段
准变质阶段
烃类产物
生物甲烷
重质油，干气
中质油，湿气
轻质油，湿气
高温甲烷
煤 阶
泥炭，褐煤
高挥发分的烟煤
中挥发分的烟煤
低挥发分的烟煤
半无烟煤，无烟煤
固定碳（%）
——
55
55
—— 75
75
—— 85
85
—
镜煤反射率RO（%）
——
0.5
0.5
—— 1.3
1.3
—— 2.0
2.0
—
H/C原子比
＞0.84
0．84 —— 0.69
0.69
—— 0.62
＜0.62
地 温（℃）
——
50
50
—— 150
150
—— 200
200
—
深 度（m）
——
1,000
1,000
—— 4,000
4,000
— 6,000
6,000
孢粉颜色
浅黄，橙黄
橙 —— 褐
深 褐
黑
主要反应
生物化学
热 催 化
热 裂 解
热 裂 解
有机质成熟度
未 成 熟
成 熟
高 成 熟
过 成 熟
五、Geologic environment of oil and gas formation
什么样的地质背景可以为油气生成提供最佳环境。依据上面油气生成的基本原理，有利油气生成的地质环境必须既要有利于有机质的生产和保存，又要有利于有机质的埋藏和转化。
从地质上考查，有机质的堆积、保存和演化成烃，都是在地壳的负向单元即沉积盆地内发生的；盆地的存在和发展，对油气的生成、运移和聚集都有明显的控制作用。单从油气生成角度考虑，就涉及到有利于有机质生产和保存的盆地沉积古地理环境及有利于有机质埋藏和转化的成岩环境，同时还牵涉到二者得以协调发展的构造条件。
（一）Sediment geography environment
具有足够数量和适当质量的有机质是油气生成的物质基础。为此，首先需要水体中有大量水生生物的繁殖，以作为有机质供给之源泉；丰富的有机质堆积和保存是油气生成的重要前提，这就需要相对宁静的沉积水体和较为稳定的还原环境。
海域可分为滨海、浅海和深海（图）。滨海，海水进退频繁，环境变化急剧，处于高能环境，不利于生物的繁殖和有机质的保存。深海，远离海岸，营养缺乏，生物不如浅海区繁盛，且由于沉积速度缓慢，有机质搬运和沉落途径较长，使之遭受氧化和其它破坏的机会大大增加，故有机质含量欠丰。浅海（大陆架陆棚区），阳光充足，矿物养料丰富，水体较为宁静，生物繁盛；生物死亡后沉落水层厚度不大，可较快地进入沉积物；加之底氧不足，易形成还原环境；尤其是河流入海口附近外侧的前三角洲地带，有陆源有机质的补充，沉积物中有机质特别丰富。
Section showing sea divided
前已述及，生物死亡之后，真正能进入沉积物中去的只是一小部分。据多布良斯基的估算，有机质原始产量能够保存在沉积物中的比例平均只有0.8%，，在陆棚区约为1.04%，这些资料从不同侧面反映了沉积物中有机质的数量与水体古地理关系密切。总之，地质历史中的前三角洲、泻湖、海湾及其它带有封闭性质的坳陷区，是最有利的海域古地理环境。此外近些年来有人发现，某些陆坡部分也有相当丰富的有机质沉积，这是值得注意的新情况。
一般内陆湖泊的情况与海盆极为相似。需要强调指出的是，具有一定水深的大陆湖泊尤其是大型湖泊中的半深湖-深湖区，具有与浅海相似环境条件。从某种意义上说，内陆湖泊有着更加良好的天然封闭条件和更加丰富的物质供给，在一定条件下，沉积物中有机质的相对含量更高。我国已知的油田绝大多数都是陆相条件下形成的。陆相生烃与海相生烃只在特色上有异，而无本质上的差别。
（二）Background of geodetic structure
在沉积物（包括有机质）不断堆积的前提条件下，为了确保水体有利生物繁盛的古地理环境的长期存在和沉积物长期处于还原环境，地壳必须有一个持续下沉的大地构造环境；同时长期持续下沉的大地构造背景，又需要得到沉积物的相应补偿。这是一方面。另一方面，有机质成熟转化成油要求的温度条件，需要一定的沉积厚度来营造足够的埋藏深度；同时在有机质沉积作用低效率加上有机质转化成烃低效率的大背景下，也需要相当时间和厚度的沉积来累积足够数量的有机质。这也要求在上述地壳的负向单元（沉积盆地），必须有一个长期持续稳定下沉的大地构造背景。
一般说来，油气生成的数量与沉积物的厚度或体积是相对成比例的。主要含油气盆地大多有数千米乃至上万米的沉积。为了使生、储层频繁交互和广泛接触，需要在总的下沉背景上有适当的振荡性相对上升（不降即升），以便形成有利的生储盖组合。这是母岩有效性的重要条件。剖面中所夹的细粒沉积（页岩）过厚，不利于油气排出；所夹粗粒沉积（砂岩）太厚又不利于生油岩的发育。因此，砂、页岩（粗、细）沉积应有适当的比例和单层厚度。
沉积物的快速堆积有利于有机质较快地进入还原环境，较早脱离氧化和微生物分解环境；同时快速堆积还可在单位时间形成较大的沉积厚度，对年轻的中新生代盆地来说，这就意味着可及早得到较高的地温，有机质较早进入成熟阶段。
据统计，堆积速度大于40×103km3/Ma的盆地，油气最丰富，其中大油气田储量占全部大油气田储量的65%；在40×103-14×103km3/Ma者，油气较丰，占32%；而在1.5×103-4×103km3/Ma者和小于1.5×103km3/Ma者，则分别仅占2%和1%。综观上述数据可见，堆积速度大者较优，但亦非堆积速度越高越好。
Section 3 early origin theory and Immature-Initial Mature of Oil & gas
前已提及，石油有机成因早期成油说在二十世纪上半叶较为盛行。二十世纪下半叶尤其是七十年代以来，晚期成油说逐渐成为石油有机成因的主流；但并不意味着晚期成油说尽善尽美；也不意味着所有人都接受晚期成油说。在此作为一种学术观点对早期成油说作一简介，以便对石油有机成因学派有一个较为全面的了解。
一、Geologic evidences of early organic theory
晚期成油的证据主要来自地球化学(geochemistry)方面，而早期成油理论则是建立在地质证据的基础之上。
（一）Oil distribution controlled by early traps
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），圈闭为下伏盐岩的上拱作用形成的构造；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1,000m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。
（二）Differences of reservoir diagenesis inside and outside pools
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。
（三）Distortion of oil-water interface
在圈闭中，重力分异和浮力定律表明，烃类和水的界面在烃类聚集时一般是水平。如果某一圈闭在以后的构造变形中发生变化，而且储集层的渗透率又允许，石油和天然气会重新调整油-水界面，以保持其水平状态。在饱和水的储集岩中，成岩作用使孔隙不断地发生胶结作用而堵塞孔隙，加之油-水界面处“焦油沥青层”的存在而形成成岩渗透屏障，会阻止变形作用对油气产状的调整。较典型例证是如图所示的美国加利福尼亚圣华金盆地加利福尼亚圣华金盆地的北科莱斯-莱维油田剖面图。
Section
through north Colas-Leua oil field in Sewia basin,California
(from Hardoin,1963)
(据Hardoin,1963,印版Ⅴ)北科莱斯-莱维油田，该剖面图可见，埃切岗地层厚度在背斜顶部变薄，表明古构造在斯蒂文斯砂岩沉积后立即就出现了（同沉积背斜）。图中显示，上中新统斯蒂文斯砂岩储集层中油-水界面发生褶皱，表示上新世末期以前斯蒂文斯石油已经聚集（Hardoin，1963）。有证据表明斯蒂文斯的石油是早期生成的（H.H.Wilson,1990）。由图可见，其油-水界面的褶曲形态与埃切岗地层的褶皱颇为相似。
（四）Immature heavy oil & “tar” and evidence of early excluding hydrocarbon
若以体积计算，世界上重油和焦油矿藏的储量大大超过常规油藏的储量（Rodifer,1987）。因此，任何关于液态烃形成的研究都必须圆满地解释特大型重油和焦油矿床的生成的聚集机制。重油可能是未成熟原油，也可能是成熟石油与大气水接触发生强烈蚀变（细菌降解）形成的。H.H.威尔逊（1990）认为，虽然重油油藏分布在浅层，但用细菌降解是很难解释的。因为微生物作用仅只在油-水界面处发生，而且会形成"焦油垫"，而"焦油垫"又会阻止进一步的生物降解作用。且一些浅层油田并未遭受生物降解作用。如美国弗吉尼亚州西部埋深仅30-40m的油田中（Price,1972）已开采出了数百万桶的高质量石油。加拿大西部阿萨巴斯卡重油和"焦油带"，重油和焦油的储量为1.35×1012桶，其成因一直存在着争论。有人Deroo等，1977；Masters,1984；Welte等，1984；Brooks和Macqueen，1987）认为是来自下白垩统的成熟石油，后来由于侵蚀作用使油与大气水接触，发生了水洗作用和生物降解作用。
而许多有机地化研究成果（Montgomery等，1974；George等，1977；Samman等，1981；Payzant等，1986；Cornelius，1987），都认为阿萨巴斯卡重油和"焦油"是未成熟的。Ells (1926)还首先报道了阿萨巴斯卡"焦油砂"中的化石木，该化石木保存得特别完好，他发现部分或完全碳化的木质碎片没有被沥青包裹，而那些受到石油包裹的木质碎片很少碳化。并认为石油包裹木质碎片是在木质碎片沉积之后不久就进行了。Sproule(1938)也注意到沥青浸染的化石树木保存相当好，并认为是烃类包裹的结果，且推断烃类是沉积之后不久就聚集起来了。后来Ball（1935）注意到，将石油分离出去后，砂岩呈疏松的糖粒状。Allen认为麦克默里砂岩是含油物质支撑了疏松砂粒，在砂粒转变为砂岩之前石油就富集于其中了。由于缺乏矿物质胶结，阿萨巴斯卡"焦油砂"孔隙度高达35%（Mossop,1980；Scott,1987）。许多证据表明麦克默里石油是从原地的生油岩中早期富集的（Corbett，1955）。
二、Mechanism of early formation oil
毫无疑问，在富含有机质沉积物埋藏期间，大量烃类的生成和富集与整个地质剖面中油母页岩有关。但是石油地质学家感兴趣的问题是，少量的烃类是如何从生油岩中排出并富集于多孔隙的圈闭之中，以及石油是什么时候排出的。Mackenzie等人（1982）认为，最重要的问题是如何区别油藏中成熟作用形成的石油与来自生油岩的成熟石油。
如果用生物成因石油的早期生成的富集来解释石油的成因，那么储集层与上覆缺氧环境形成的沉积盖层的界面处，就是厌氧细菌大量繁殖的重要场所。在沉积物压实作用早期阶段，细菌会在上覆沉积物排出的富含有机质的流体中繁殖。微生物有机作用中主要是细菌在这种流体中繁殖，使有机质转变为原生石油，这种原生石油主要是细菌体壳形成的。细菌是原始石油和未成熟石油形成过程的主要营力，而不是对油藏破坏的生物降解作用的主要营力。
由微生物转化来的未成熟烃类会被甲烷带走，并富集于准同生斯形成的圈闭之中。阿萨巴斯卡地区古地形隆起中所圈闭的重油就是一例H.H.Wilson,1990）。在阿萨巴斯卡地区，钻井钻入麦克默里砂岩时经常会遇到甲烷（Ells,1926；Carrigy,1971）。Deroo等人认为重油和"焦油带" 中的甲烷是"生物成因气"。甲烷的存在促进了重油分子的运移（H.H.Wilson,1990）。石油的有机组成不仅受微生物掺合的影响，也受上覆沼泽相、海相或蒸发相沉积物挤出的流体成分的影响（H.H.Wilson,1990）。这样的机理也适合于中国盆地油生成和聚集的分析（张义纲，1981）。
三、About immature-low mature oil and gas
未熟油是一个与干酪根晚期成油理论中成熟油相对立的概念，具有低的源岩演化程度和不同于成熟油的有机地球化学特征。未熟-低熟油气生烃阶段相应的源岩镜质体反射率Ro值大致在0.2%-0.7%范围，相当于干酪根生烃模式的未成熟和（或）低成熟阶段。 自1963年Martin R L对北美采自8个油田的40个样品进行了正烷烃分布的分析，提出犹他盆地的油为未熟油的实例以来，随着1969年开始的深海钻探计划（DSDP）在墨西哥湾、西太平洋和西地中海的中生界及更新统沉积物中岩芯中未成熟的运移石油、沥青和烃类气体的发现（Davis & Brey,1969；Mclver，1971，1973），二十世纪七十年代在许多国家和地区又不断发现低熟烃类资源。据王铁冠等（1996）根据石油地球化学文献统计，国外已知低熟油气资源产地计有19处。最新（1999）统计表明，已发现未熟油的分布有40余处。
Distribution of low-mature oil and gas resources in the world
在产层分布上，从古生界至现代沉积中均有分布，但总体上新生界是未熟油的主要层位。分布深度在几-5,000m，大部分在2,000m以内。
对这些未熟油的烃源岩进行了一些追索，其源岩时代与储层层位比较一致，大多显示出其自生自储性。从源岩岩性和沉积相来看，分布范围比较广，既有海相，也有陆相，还有过渡相。岩性既有泥质岩，也有碳酸盐岩，还有煤岩、硅质岩等。其镜质体反射率Ro为0.3%-0.7%。
未成熟烃类相态产状差异甚大，从天然气、凝析油到轻质油、正常原油、重油、油砂以及固体沥青均有出现。有资料说明，原油密度在0.75-0.96g/cm3之间。而不同地区未熟油气储量差异更大，有些仅是油气苗或沥青显示，而有些已构成工业油气田，甚至大中型油气田。
严格地说，未熟油概念与早期成烃理论既有联系，又有区别。未熟油承认有机质完整的三阶段演化（未熟、成熟和过熟）模式基础上，认为是未成熟有机质形成的液态烃；而早期成烃理论则认为所有的液态烃都是成岩作用阶段形成的。未成熟油在储层中仍显示低演化阶段的特征；而早期成烃理论认为不仅目前显示未成熟的油是早期形成的，就是目前显示成熟油特征的油，亦是其在储层内演化成熟的结果。即是说，所有油是早期成烃形成的，但早期形成的油不仅限于目前的未熟油。未熟油资源的确立为早期成油理论提供了依据；反过来，早期成油理论为深入研究未熟油的形成演化、运移聚集奠定了理论基础。未成熟油的发现及确定主要依赖有机地球化学方法，但其意义在于反映了石油形成的广泛性和多阶性；也说明任何一种成油理论都不能圆满地解释所有的石油形成问题（刘文汇和黄第藩等，1999）。因此可以说，未熟-低熟油气资源的发现和确定，是对目前流行的成油理论（即所谓石油成因的现代概念）的一个补充和完善，也是对早期生烃学说的否定之否定。
Section 4 About Inorganic Origin Theory
进入二十世纪以来，石油成因有机说逐渐被业内人士广为接受，占据优势。二十世纪后期尤以有机成因晚期成油说渐成为石油成因学说的主流。但一些主张无机生油说的学者并未放弃其观点。学术上的争辨是推动学术理论向前发展的积极因素。二十世纪五十年代，以前苏联学者库德里亚夫煞颍ě.Α.Кудрявцев）为代表的无机学派，从方法到推理，从原理到应用，对有机说发动了一场全面而凌厉的反击。这一论战虽然无机学派终未占据优势，但却促使人们进一步思考，把石油成因研究引向更加深入。迄今为止，仍不时出现有对无机学说感兴趣的业内学人，尽管近代无机学说还不够成熟，尚难用于指导油气勘探和生产，但已经提出了许多耐人寻味的新资料，值得人们深思。
一、Arguments
无机学派在对有机说提出尖锐责难的同时，也极力为其观点寻求论据。现将其主要论据归纳如下：
1. 早在十九世纪所进行的一系列化学试验表明，通过无机途径（如金属碳化物与水作用）可以形成一定数量的烃类。近代石油化学工业通过费-托合成反应生产烃类：
n CO+2nH2-→(-CH)n+nH2O
南非用此方法合成油达600万吨/年。
2. 火山喷出的气体和熔岩流含有烃类。黑耀岩、浮石、火山灰中亦可抽提出微量分散沥青。
3. 石油的分布常受断达上地幔的深断裂控制。深断裂正是烃类向上运移最好的途径。
4. 许多天体上存在有烃类。例如慧星头部的气体中含有甲烷；木星、天王星、海王星等的气圈中也含有甲烷，甚至还可能有高分子烃。然而这些星球上是没有生命的。在陨石中曾找到卟啉、植烷和姥鲛烷，有的陨石烃还见有旋光性。
5. 石油中的旋光性可以由非旋光物质合成。石油中的卟啉也可无机合成。况且这些成分还可以是在石油运移过程中从外界代入。
6. 生命起源于烃类。已知由甲烷和氨可以合成氨基酸，后者经热缩合又可成为蛋白质--生命的基础物质。即是说，远在生命出现之前石油就已存在了。
7.有机说难以解释数量巨大的石油聚集。例如，加瓦尔油田的石油储量有107×108t；加拿大西部沥青砂岩中的重质石油储量竟达1,000亿吨以上，若折算成液态石油还得加倍。然而沉积岩中的有机质含量很低，烃含量就更低，无法满足偌大油藏储量之所需。
8.有机生油研究中使用的溶剂抽提出来的烃类是干酪洛根破坏的产物，在抽提前本不存在。还有干酪根中氢元素不足，石油析出机制等问题。
二、Formation mechanism of oil
与有机学派类似，无机学派内部也有不同主张。有人认为烃类早在地球尚处于宇宙星云物质阶段即已存在了。也有人主张烃类形成于地球深部。共同的特点是，都认为沉积岩中的油气来源于地下深处。
二十世纪五十年代，克罗波特金（П.Н.Кропоткин）按天体物理学家施米特（Ο.Ю.Шмидт）的理论，地球是由冷的宇宙尘埃和气体所组成。这种原始气体中包含有He、H2，也包含有烃。因此认为烃类早在地球发育早期就已存在了。波尔菲里耶夫（В.Б.Порфирьеа）在六十年代根据赫埃里的宇宙起源说，也认为烃象铁、硅酸盐、水、二氧化碳、氢等一样，都是元古宇宙中的实体。
这些原始星云物质在凝聚过程中烃好象胶似地起粘结作用；后来在重力影响下轻的烃和水被挤向地表，只是命运不同；烃由于氧化及紫外线照射而散失，只有其残余保留在储集岩中。到了七十年代有了人造卫星探测的新资料，波尔菲里耶夫改变了宇宙成因的主张，转而倾向于地球深部成因。克罗波特金也修正了自己的看法，明确宣称地球深部是最大的烃源。认为在地壳深处和上地幔存在着自由氢与呈固相的碳，同时还有一氧化碳和水等，在温度压力适合的深度上就可以有烃的形成和保存。地下深处形成的原始天然气混合物（其中包含有烃CO、CO2、NH3、H2S等），在以脉冲式向地表喷射过程中可能发生重烃的凝聚，随着温度压力的变化，流体混合物分离成各自独立的相，从而形成带有大气顶的油藏。后来在长期的保存中气体缓慢逸散，而剩下的油藏氧化变质，吸收了N、S、O成分。只有凝析气藏最接近于深部原始天然气混合物的成分。
库德里亚夫采夫认为，烃是由碳和氢构成的，氢不仅存在于太阳和星球之中，而且也存在于地球的岩浆之中。在高温下碳和氢有可能形成CH、CH2、CH3等，尔后温度降低，这些化合物又在高压下发生聚合作用和加氢作用，从而形成各种烃类。由于各种烃的数量比例不同，以及与岩石的相互作用，于是造成不同性质的石油。他并不否认沉积岩中的油藏比结晶岩中要多，原因是沉积岩的渗透条件较好，有利于深处石油在其中运移和聚集。结晶岩只能使油气呈很少的包裹体存在。
赤崛四郎（1969）认为，石油可由水作用于金属碳化物而形成，但更可能是在星云凝聚成原始地球时由-CH2叠合而成。当时的地球是富含氢的，它使得大部分的碳变成烃，大部分的氮变成氨。木星的大气正是由甲烷和氨所组成。
以上是无机生油理论成烃机理的一些具有代表性的观点。无机说往往把石油的生成同天体或地下深处相联系，而这些正是人们认识比较薄弱的环节；地质上难于进行实际验证，因而也难于更深入地探讨。无机学说把简单的碳氢化合物与复杂的石油等同起来，往往单纯从化学反应式出发考虑石油生成，难免脱离地质条件的允许。
无机学派同有机学派一样重视储层和圈闭条件，但前者不承认有什么生油岩，认为石油发源于地球深部，因而比较注重深大断裂的作用，确信其为沟通深处与表层的通道。无机学派普遍认为烃类至今还在不断积蓄之中，它的蕴藏量几乎是取之不尽的。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（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）。从这一点上说，也许有机学说认为石油枯竭之时，正是无机学说可以定论之时。
应该承认，并不排除在自然界也有非生物起源的烃类，特别是气态烃。但就目前所发现具有工业价值的油气田（藏）来说，其主体应是有机成因的；而且基本上是在有机生油理论指导下找到的。
三、About “Dualism”
在油气成因的有机学派和无机学派各持己见的同时，还出现了一些主张"二元论"的学者。许多学者通过研究后认为，外部氢源在烃类形成过程中起着非常重要的作用，是促使油气形成的重要因素之一。持类似观点的有Г.П.斯塔尼科夫（1937），П.В.赫梅列夫斯卡娅（1947），В.А.索科洛夫（1948，1965），И.И.涅斯介洛夫（1968），В.И.莫洛切诺夫（1981），В.П.依萨耶夫（1986，1991，1995）等众多学者。在自然界，氢的来源有多种，有原生的，有岩浆作用成因的，有变质成因的，有辐射作用以及构造作用成因的等等。Б.М.瓦良耶娃（1994）经过计算后认为，大量的氢来自地下，自大洋中脊中每年可产出13×108m3的氢气。对与热液共生的气体分析后证实，它们主要由氢、硫化氢和甲烷组成。热液脱气作用释放的产物能与沉积岩中的有机质相互作用，加快氢化作用过程。因此，直接进入沉积岩中的热液具有最重要的实际意义（С.П.Левщунова，1995）。进入热物质载体的氢气积极作用于沉积岩地层，使岩石中的有机质转换产物发生氢化作用，从而促进了烃类的形成（С.П.列夫舒诺娃，1990）。
我国石油地质界学者张恺也积极主张油气成因二元论，认为板块构造理论能令人信服地阐明两种成因的油气都是自然界的客观产物，能把两者的成因机理在板块构造理论的基础上统一起来。并创立了板块构造旋回与油气壳-幔深部成因说。认为组成地球的原始物质，在原始低温条件下凝聚时就含有丰富的H2、CH4、C2H6等烃类物质和碳化物。它们被吸收和封闭于地核、地幔和地壳中。板块构造旋回所形成的各种断裂系统，以及在地球演化的各个阶段外来天体对地球的撞击在地球上形成的裂缝系统，为地球深部无机成因的烃类物质由高温、高压环境向低温、低压环境运移提供了通道。原始的简单烃类物质在运移过程中发生复杂的聚合、化学反应，形成各种高分子碳氢化合物；而由各种基性和超基性岩在高温高压下脱出的大量水分在运移过程中遇到金属碳化物时，也能形成碳氢化合物。在这些碳氢化合物沿着各种断裂-裂缝系统运移途中，遇到良好的圈闭和封闭条件，便可形成各种类型的油气田（藏）。
油气的壳-幔深部成因与板块构造旋回各个演化阶段所形成的六种板块构造活动沉降带及其深部的岩石圈断裂带系统息息相关。这些条件的变化又控制着油气非生物成因的各种模式，以及油气运移、聚集和演化的全过程（张恺，1995）。地球固体潮是壳-幔系统非生物成因油气运移的主要动力来源之一。月球和太阳的引力产生的地球表面振动形成的昼夜两次遍及地壳的固体潮，在中纬度地带其幅度可达数百毫米。潮波经过时地壳变形--扩大，尔后又缩小。结果使地壳的微裂隙构造和大裂隙构造发生周期性的变化。这些微裂隙和大裂隙构造与超壳断裂和壳断裂，以及超岩石圈断裂和岩石圈断裂，形成庞大的断裂-裂隙系统。固体潮形成的周期性的扩大和缩小活动，产生了油气运移的动力。地球固体潮产生的壳-幔排气活动所涉及的深度遍及整个壳-幔的断裂-裂隙系统，是使油气在圈闭的储集层中聚集起来形成工业性油气藏的有利动力条件（张恺，1998）。
在储集层多孔介质中运移的水动力等，构成了油气沿断裂-裂隙系统垂向运移和横向运移的动力来源。其特点是，油气运移贯穿整个壳-幔-沉积盖层系统，以自下而上的垂直运移为主，以横向运移为辅；产生油气运移的综合动力场是长期的、周期性的、脉动式的，其运移速度是快的；油气运移通道以断裂-裂隙系统为主，以多孔介质为辅；油气运移规模和运移量是巨大的，可形成世界上超巨型、巨型、特大型、大型油气田（张恺，1990，1991，1998）。
对于油气成因理论之争，最好牢记Orton（1988）的警告，这就是对立的理论往往是由通过强调多方面问题中的某一个方面来解决的。一个问题的圆满解决应是所有资料必须吻合一致（H.H.Wilson，1990）。关于油气起源问题解决的途径，必须走将天文学、地球科学、生物科学和石油地质学向高度综合发展的道路，并在天、地、生和石油地质交叉科学发展中得到解决（张恺，1990）。
Section 5 The Origins of Natural Gases and Their Correlative Types
随着气体地球化学和有机地球化学、微生物化学、沉积学的发展及深海钻探的进展，加上沼气池和实验室模拟实验以及宇宙化学方面的研究新成果，为解决天然气的成因提供了多方面的依据。天然气成因的各种机理不断被揭示，并逐步成熟。天然气的多源成因已为人们所接受。
一、Origin of natural gas
（一）Summary for origin of natural gas
天然气来源有多种途径，可以是由沉积物中分散有机质经微生物降解、热解作用所形成的；也可以由石油、油页岩和低阶煤（泥炭及褐煤）等可燃有机矿产的进一步热解所形成。此外，还有数量不等的烃气是深部无机成因气。部分也可能来源于大气的渗入。由此也可以说天然气是以烃气为主体的各种来源气体的混合物。
Hunt(1979)对构成天然气组成的各种来源按主次依序列于表中。
天然气（主指烃气）根据形成机理可分为有机成因气和无机成因气两大类。其中以有机成因气研究较为深入。
Constituent
origin of natural gas
来 源
各种主要来源的可能次序 （重要性依数字增大而减小）
CH4
CO2
N2
H2S
He
H2
沉积有机质的热解
1
1
1
1
1
沉积有机质的微生物降解
2
4
煤层的成熟作用
4
3
2
储层石油和沥青的热转化
3
2
火成岩、变质岩气体扩散
3
1
碳酸盐的热分解
2
沉积物捕获的空气
4
（二）Organic origin of natural gas
1. Organic matter of producing gas
一般说来，腐泥型（Ⅰ型）干酪根主要来源于水生低等浮游生物的残体，富含烷族结构，是主要的成油有机质；而腐植型（Ⅲ型）干酪根富含芳环结构，是成气主为的有机质。
沉积有机质组成上的差异性，常对沉积盆地中某一层系的生油、气潜力起着相当的作用，甚至是控制盆地含油气性的重要原因之一。 就盆地整体而言，不同类型有机质在时间、空间分布上都广泛存在着纵向上的交替叠置和横向上的混合过渡现象。沉积有机质为单一类型的盆地极为罕见，甚至可以说不存在。这也是天然气在分布上与石油、煤等可燃有机矿产有着密切联系的基本原因之一。此外，实际上不存在只生油不生气的有机质。各种类型的有机质都可以生气。因此可以说，所有有机质都是成气有机质。
2.Evolvement of organism producing hydrocarbon and production mode of gas
为了与本章第二节所述内容衔接统一，还是以烃类有机成因晚期成油说有机质演化的三个阶段划分为基础，再从有机质演化生气的角度考虑稍作细化（表） 。
Stages
plot on evolvement of organism producing hydrocarbon
划分
依据
成岩作用阶段
烃类产物
成 熟 度
化学反应方式
阶
段
划
分
成岩作用
早期
生物成因气期
未成熟
未成熟
生物化学作用
晚期
成岩气期
未-低成熟
生化-低温热解作用
深成作用
(退化作用)
早中期
成油期
成熟
成熟
热催化
降解作用
晚期
湿气期
高成熟
准变质作用
（交代作用）
干气期
过成熟
热裂解作用
在未成熟的成岩阶段早期，有机质演化生气明显以细菌降解作用占优势，称之为生物成因气期；晚期随埋深增加而温度渐升，有机质演化的微生物作用趋于减弱，伴之以低温降解生气作用逐渐增强，逐步向热催化降解作用过渡，这是伴随沉积物的固结成岩作用加强而发生的，故称之为成岩气期。
有机质成熟的深成作用阶段早中期，埋藏进入生油门限温度，在温度为主的作用下，有机质演化以生油为主，生气为辅，通常称为主生油期，尤以中期为生油高峰期；晚期随着埋藏深度的加深，在较高温度作用下，有机质演化为以生气为主、生油为辅，此期产气重烃含量较高，通常称为湿气期。
进入过成熟的准变质作用阶段，在更高温度的作用下，有机质演化产气以甲烷为主，先期生成的石油都要裂解为气烃甚至于全部甲烷化。
3. Production gas ratio of organism evolution
有机质演化成烃过程各阶段的成熟指标及有关参数，Hunt（1979）曾以图表形式列出（下图）。
Diagram
of maturation about mixture organism
(from Hunt,1979)
对于不同类型有机质（干酪根）在不同演化阶段形成烃类产物中液态烃与气态烃的比率，由于各种影响因素组合的千差万别，可能其比率也会随之变化，比较复杂，研究难度较大，这方面研究程度也比较低。李汶国（1984）曾依据物质平衡法计算过不同类型有机质各演化阶段的累积生气量和有效生气量（表）。
有机质类型
成熟（成煤）阶段
累积生气量（%）
腐泥型
混合型
腐植型
未成熟（泥炭-褐煤）阶段
0
— 9.18
0
— 4.17
0
— 3.75
成熟（长焰煤-气煤）阶段
9.18
— 29.53
4.17
— 18.15
3.75
— 5.30
高成熟（肥煤-瘦煤）阶段
29.53
— 59.36
18.15
— 39.80
5.30
— 13.91
过成熟（无烟煤*）
39.36
— 60.75
39.80
— 40.69
13.91
— 14.85
Weight rate between heaping gas and coal
in different stages of organic evolvement
二、Origin types of natural gas
根据形成机理天然气可划分为有机成因气和无机成因气两大类。
根据成气的主要作用因素，可进一步将有机成因气分为生物成因气（包括成岩气）和热解气；后者是有机成因气的主体。
还可根据成气有机质类型的不同再进一步划分：将由成油有机质（Ⅰ、Ⅱ型干酪根）形成与石油相伴生成的天然气称为油型气；而将Ⅲ型干酪根和成煤有机质在成煤变质过程中形成的天然气称为煤型气。这样就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（表）。
有关各类型有机成因气与有机质演化各个阶段的关系见表。
Origin
types of natural gas
分类
依据
形成机理
主要作用因素
有机质类型
天然气
有机成因气
生物成因气
（生物化学作用）
热解气（温度--热力作用）
油型气
（Ⅰ、Ⅱ型干酪根）
煤型气
（煤、Ⅲ型干酪根）
无机成因气
（一）Microbial origin gas
生物成因气是有机质在还原环境下由微生物降解(microbe degradation)、发酵(ferment)和合成作用(combination)形成的以甲烷为主的天然气。
1. Biochemical process of methane formation
微生物的代谢作用包括呼吸作用(respiration)和发酵作用(zymosis)。呼吸代谢作用分为喜氧呼吸和厌氧呼吸。
在喜氧呼吸的代谢作用中，游离氧很快被消耗尽而进入还原环境，代之以厌氧的硫酸盐还原菌的还原作用成为主要的呼吸作用。当硫酸盐的还原作用基本完成之后从而进入碳酸盐还原带。
在严格的缺氧环境中，微生物发酵和合成作用明显加强。发酵作用是使不溶有机质变成挥发性可溶有机酸、二氧化碳和氢；而合成作用则是使二氧化碳和氢转变成甲烷。因此，严格缺氧环境的碳酸盐还原带，是生成甲烷的主要生化带。
2. Formative mechanism and influence factors of microbial origin gas
生物气的形成包括一系列生物化学作用过程。其实质是通过微生物的作用，使复杂的不溶有机质在酶的作用下发酵，变为可溶有机质；可溶有机质在产酸菌和产氢菌的作用下，变为挥发性有机酸、H2和CO2；H2和CO2在甲烷菌的作用下最后合成CH4。将不溶有机质变为挥发性有机酸（包括甲醇和其它含氧官能团的可溶有机质）是形成甲烷的前提，而最后生成甲烷是由产甲烷菌来完成的。
对于微生物合成甲烷过程中影响甲烷气产率的因素已作过大量实验，有利于生物气形成的因素可大致归纳为：①有丰富的有机质；②严格的缺氧、缺硫酸盐环境；③pH值以接近中性为宜；④温度在35-42℃为最佳。
Influence
of temperature on formative quantities of methane
(from J.G.Zeikus & M.R.Winfrey,1976)
门多塔湖沉积物，图中标明m数为取样深度；室内培养时间为30天
微生物合成甲烷过程中最佳温度为35-42℃
3.Chemical components of microbial origin gas
目前已确认的部分生物成因气藏中天然气的成分如表所列。
Chemical
components of microbial
origin gases in the world
- 国内外若干生物成因气成分表
气田地区及名称
CH4
重烃
CO2
N2
C1/C2+
C2+/CH4
δ13C1(‰PDB)
西
西
伯
利
亚
乌连戈伊
98.5
1.0
0.21
1.10
985.0
0.001
-59.0-
-59.2
塔佐夫
99.01
0.187
0.30
0.50
529.5
0.0019
-61.7-
-59
扎波利扬
98.5
0.262
0.50
0.70
375.95
0.0027
-63.0-
-60.3
古勃金
98.5
0.135
0.1
1.2
729.6
0.0014
-61.7-
-61.1
麦德维热
98.2
0.413
0.22
0.73
237.8
0.0042
-58.3
柴
达
木
聂中(2)
99.5
0.035
-
0.45
2842.9
0.00045
-66.4
涩中(6)
98.28
0.09
-
1.62
1092.0
0.0009
长江三角洲
89.45
0.72
1.6
CO2+H2S
7.86
124.24
0.0080
-78.7-
-68.3
- (据陈荣书，1989)
生物成因气的δ13C1值一般为-60‰（亦有以-55‰或-58‰为上限者）到-85‰之间，最低可为-90‰。
若有深部热成因气的加入，δ13C1值可升高达-45‰--50‰左右。腐植母质的生物成因气其δ13C值约为-58‰--80‰。
4.Distribution of microbial origin
部分国家和地区发现生物成因气的产出层位、埋藏深度及储量简况如表所列。
Distribution
of microbial origin in the world
国家和地区
时代
埋深(m)
储量(1012m3)
可采
地质
美
国
库克湾
第三纪
910-1650
2.21(已采出0.28未计入)
0.34*
2.83**
墨西哥湾
更新世
460-2800
洛基山区
更新世，第三纪和白垩纪
120-840
伊利诺斯
更新世
40
前
苏
联
西西伯利亚
白垩纪
6.83-1300
最大深度达3100
10.6+
北咸海
第三纪
320-350
斯特拉瓦波尔
白垩纪和第三纪
180-1050
北普里阿拉尔
第三纪
300-500
日本
第三纪
100-1000
0.13
加拿大
白垩纪
300-10000
0.42
油型气系指成油有机质（腐泥型或Ⅰ+ⅡA型干酪根）在进入成熟阶段后，以热力作用为主的整个成油过程及其后成气阶段，包括液态烃（石油）热裂解过程中形成的所有天然气。根据成气的热力条件及其与石油的伴生关系，可进一步划分为石油伴生气、凝析油伴生湿气和热裂解干气。
1. Formative mechanism
据杨天宇和王涵云（1986）的研究，成油有机质（干酪根）热解成烃的热力条件可大致表述为：
（二）Oil type gas
有机质在热力作用下天然热降解成烃过程中，通常用Ro值的大小来代表其成熟程度。下图是一种简明的表述方式。
The mode of forming hydrocarbon and evolvement condition
成油有机质在其热解成烃过程中，干酪根自身的结构也要发生相应的变化。即伴随成烃过程，一方面释放或生成低碳数的液态烃和气态烃；另一方面干酪根内部的芳环不断缩合（或聚合）成较大的分子，H/C比值不断下降，直至最后丧失成烃（气）能力。干酪根热演化过程中自身结构和H/C原子比值的变化与成烃的关系如图.
Relations
between structure、changes of H/C rate
and formation hydrocarbon in the course of thermal evolution on Kerogen
(from Hunt,1979
杨天宇和王涵云（1984）所作的原油热模拟实验，加热到300℃（恒温100h）原油没有发生反应，无气体析出；
到350℃时，原油开始起变化，油质变轻，产生气体，同时出现黑色重质沉淀物；
自350-400℃，不仅大量产生气态烃，而且重烃占有相当大的比例；从400℃以后，重烃所占比例开始下降，直到600℃重烃消失，完全裂解成甲烷和氢气；
800℃（加热8h）甲烷开始裂解产出氢气亦急剧增长，直到1,200℃甲烷几乎完全消失。
对于地层条件下甲烷消失（破坏）的温度，杨天宇和王涵
云（1986）曾根据他们实验的结果，考虑一般地层条件下成油门限温度大约为65℃，液态烃裂解温度约为177℃，热模拟温度约为该温度的2.6倍等资料，推测在地层条件下192-230℃只存在干气，460℃为甲烷消失的最高地温界限。
川中角7井(侏罗系)原油裂解气组分数据表
温度℃
CH4
乙烷
丙烷
异丁烷
丁烷
异戊烷
戊烷
乙烯
丙烯
丁烯
戊烯
CO2
H2
350
21.87
20.13
16.38
5.89
3.51
0.24
0.17
2.92
8.47
1.80
0.15
0.24
1.74
400
41.42
27.62
17.99
1.19
3.50
0.28
0.63
2.27
微
1.37
0.56
4.90
450
62.19
23.94
9.75
0.81
0.15
0.63
微
3.45
500
75.56
17.46
微
微
微
7.63
550
70.10
11.88
微
10.85
600
80.41
0.19
微
19.50
800
38.74
0.19
66.44
900
18.21
0.02
78.82
1000
10.91
0.13
87.82
1100
1.54
0.23
98.26
1200*
<0.1
*
1200℃时容器严重变形无法计算
Datasheet of components about gas that crude oil cracked to become in the Cuan Zhong-jiao 7 well
2.Production ratio of gas that oil cracked to be
刘耀光等（1982）根据原油的平均组成，按下列方程：
C22H46+7H2O-15CH4+7CO
估算出每吨原油裂解可产气1,082m3。
杨天宇和王涵云等（1984）所作的热模拟实验（上表）得出，在完全裂解的条件下，每吨原油能产生700m3天然气，其中甲烷为600m3，氢气为100m3（图）。考虑到在地层条件下，氢气有与碳结合也形成甲烷的可能性，甲烷的总量也不会超过700m3。
液态原油裂解成甲烷的实验数据还不很充分，以上数据可供参考。
Production ratio of cracking gas
with 1 ton crude oil in different temperature
3.Chemical components of oil type gas
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。在化学组成上的基本特点是重烃含量高，一般大于5%；而且iC4/nC4常小于1。过成熟干气则以甲烷为主，很少重烃（＜2%）。两者在碳同位素组成上亦有明显差别，由石油伴生气→凝析油伴生气→过成熟干气方向13C逐渐富集，δ13C1值增大。分别为-55--40‰；-45--30‰；-35‰。
（三）Gas from coal(煤型气)
与煤系有机质（腐植煤和分散的腐植型有机质）有关的天然气，目前叫法较多，如煤系气、煤成气、煤型气等，不同学者所付予的含义也不完全等同。本教材拟采用如下定义："由腐植煤及腐植型有机质在变质作用阶段形成的天然气称为煤型气"。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。煤型气不包括煤系有机质形成的生物成因气和成岩气。煤系有机质煤化作用阶段形成的天然气，无论存在于煤层内外及煤系内外统称煤型气（陈荣书，1989）。
1.Origin organic
matter of production coal and its main evolution
stage
（1） Origin organic matter of production coal
煤是由各种不同门类的植物遗体形成的。志留纪前以藻菌类植物为主，只能形成腐泥煤。志留纪开始出现陆生裸蕨植物；石炭纪以来，各类植物空前繁盛。虽然不同时期成煤植物有所差别，但均以陆生高等植物为主要成煤原始物质，低等植物仅占次要地位。陆生植物，特别是陆生高等植物，它们的有机组成主要是碳水化合物（包括纤维素、半纤维素等）、木质素为主。其元素组成见表。按木质素的元素组成，其原子比用表观分子式表示大致为C27H26O10，δ13C值为-24--26‰。
Element
composition f main organic components in plants
有机组分
元素组成（重量%）
C
H
O
S
N
碳水化合物
44
6
50
-
-
木质素
63
5
31.6
0.1
0.3
（2）Production coal evolution of organic matter
成煤有机质被埋藏后，随着埋深的增加，在微生物、温度、压力、时间等因素的作用下，不同的原始有机质形成不同类型的煤，即腐泥煤和腐植煤。前者以低等浮游藻类为成煤的主要原始有机质；后者以高等植物为主要成煤有机质。古代植物遗体被埋藏后成煤演化的全过程大致可分为两个阶段，即泥炭化阶阶段和煤化作用阶段。
Ⅰ.Stags of peat
从植物死亡后堆积到水体中开始，在氧和微生物的作用下，植物遗体发生氧化和分解。随着植物遗体继续堆积和埋藏，先前堆积的植物遗体逐渐与空气隔绝而处于弱氧化或还原环境。在厌氧细菌作用下，上述分解产物和植物遗体经过复杂的生物化学变化合成腐植酸、沥青等泥炭化物质。
这个阶段称之为泥炭化阶段。
Ⅱ.Stage of coal
随着埋藏加深，在微生物、温度、压力、时间等因素的作用下，泥炭向褐煤、烟煤、无烟煤以至半石墨方向演化的全过程，称为煤化作用阶段。此阶段还可根据演化条件和有机质熟化变质程度进一步分为成岩作用(diagenesis)阶段和变质作用(metamorphics)阶段。
成岩作用阶段：是指从泥炭层顶板沉积后开始到褐煤（或年轻褐煤）阶段的煤化作用。该阶段埋深不大，温度不高（一般＜60-70℃），压力较小，泥炭中含水量较高。此阶段促使泥炭向褐煤转变的主要营力是微生物的生物化学作用和压实作用。结果使有机质脱水和去羧基（CO2释出）；同时形成的煤元素组成上也发生相应的变化--含氧量进一步下降，碳相对富集，氢含量有一定的变化但不明显。
变质作用阶段：在温度的作用下，伴随煤变质程度的逐步加深，煤中有机质分解产生烃气，这是煤型气形成的主要阶段
从植物→泥炭→褐煤→烟煤→无烟煤形成的全过程，是碳元素逐渐富集，氧、氢元素不断减少，挥发分不断降低的过程。演化早期（泥炭化和煤化作用前期即成岩作用阶段），氧的消耗远大于氢，碳、氢两元素同时富集（为煤型气的生产蓄积原材料）；而晚期（变质作用阶段），氢的消耗大于碳（烃气和液态烃生成并释出），氢含量不断下降，碳不断富集，煤阶逐渐升高。
2.Formation and production ratio of gas from coal
腐植型有机质在成煤转化的各个阶段都有天然气产生
（1）Stage of production gas in the course of production coal
前人经大量研究，将成煤过程中煤系有机质的成气作用大致分为四个阶段：
无烟煤
Gas
stages and relevant coal rank、 RO
value in the course of production coal of humic organic matter
成 煤 作 用
煤 阶
成气阶段
相应RO值（%）
泥炭化作用
泥 炭
第一阶段
＜0.4
煤 化 作 用
成岩作用
年青褐煤
年老褐煤
第二阶段
＞0.4 — 0.6
变 质 作 用
长 焰 煤
气 煤
第三阶段
＞0.6 — 1.7
肥 煤
焦 煤
瘦 煤
贫 煤
第四阶段
＞1.7
First stage：从泥炭--年青褐煤阶段。Ro＜0.4%；地温一般≤75℃，少数可达100℃左右；相应埋深＜1.5km，少数可＞2km。此阶段早期腐植型有机质处于泥炭化阶段，以脱水和脱羧基为主，产气多为CO2，CH4产率甚低；晚期CH4含量明显增加。气产物以CO2占显著优势，烃气不足本阶段总产气量的10%。
Second stage：从年老褐煤--长焰煤阶段。Ro为0.4-0.6%；地温一般可达70-90℃以上；埋深一般＞1.5-2km。产气组成上仍以CO2为主，但随埋深加大，地温增加，CO2逐渐减少，烃气含量逐渐增加，将成为仅次于CO2的主要产物。烃气中除甲烷外，重烃（C2+）由少逐步增多。早期（年老褐煤期）为成岩气，晚期（长焰煤期）为热成因气。本阶段产气量居各阶段之首。
Third stage：从气煤到瘦煤阶段。Ro为0.6-1.7%；地温约为90-190℃；埋深的下限可达6km。该阶段生成的天然气以烃气为主，其量已明显超过CO2。这是煤型湿气（含煤型油）的主要形成阶段。
Fourth stage：从瘦煤到无烟煤阶段。Ro＞1.7%；地温约为190-250℃（或更高些）；该阶段是煤型干气的主要形成阶段，烃气产率较高，且以甲烷占绝对优势。
这四个阶段中，前两个阶段气产率较高，但以产二氧化碳为主；后两个阶段则是以产烃气为主,恰好是煤型气的主要产气阶段。
Common mode about gas stages and production gas in the course of production coal of humic organic matter
（2）Production ratio of gas from coal
煤型气的成分构成和气体产率不仅与煤阶有关，而且还与煤的煤岩组成有关。目前在计算煤型气产率中常用的概念是：煤气发生率和视煤气发生率。
煤气发生率（Rg）：是指成煤先体（植物残体或泥炭）在成煤过程中每形成单位重量（吨）的某煤阶煤时所累计生成的天然气（不包括非烃气）的总体积（m3）。又称为总煤气发生率。
视煤气发生率（Ra）：是指褐煤后（即以褐煤为起点）到形成某一煤阶的单位重量（吨）煤时所生成的天然气的总体积（m3）。视煤气发生率（Ra）可视为煤型气产率。
煤气发生率（Rg）与视煤气发生率（Ra）之差，即为泥炭-褐煤的煤气发生率。该阶段主要是生物成因气而非典型的煤成气。
Occurrence
ratio of gas from coal（m3gas/t
coal）
煤 阶
褐 煤
长焰煤
气 煤
肥 煤
焦 煤
瘦 煤
贫 煤
无烟煤
总煤气发生率
（Ra）
68
168
212
230
270
287
330
422
视煤气发生率
（Ra）
0
100
144
162
202
219
262
354
阶煤气发生率
（Ra）
68
100
44
18
40
17
43
3. Chemical components
煤型气可含有相对较高的非烃气体；典型的煤型干气并不多见。一般煤型气普遍含N2，通常在7-16%；也常含有CO2，一般为5%左右。它们都是煤化作用中同甲烷一起产生的。此外，煤型气普遍含汞量较高,常贫H2S。在相同成熟度时，煤型气较油型气富集13C ，其δ13C值常较油型气约重13-14‰。
据戴金星等（1985）的资料，我国煤型气甲烷、乙烷和丙烷的δ13C值分布如图所示。
Distribution of δ13C value of methane、hexane、propane from gas type coal in our country
Chemical
and C stable isotope components in some oil type gas field in the world
气田名称
产层时代
气源层时代
天然气组成(%)
δ13C1
(‰PDB)
资料来源
C1
C2+
N2
CO2
格罗宁根
P1
C2
81.2
3.48
14.4
0.87
-36.6
据Stahl,1977
拉策尔
P1
C2
89.9
6.10
-29.2
达卢姆
P1
C2
86.06
0.44
-22.0-
-25.4
圣胡安
K
K
-42.0
转引自Schoell,1983
库
柏
盆
地
木姆巴9井
P1
P1
66.02
0.67
33.27
-28.8
据Rigby,1981
图拉奇9井
P1
P1
71.76
11.62
14.40
-36.3
文留22井
E2
C-P
96.35
2.35
-27.9
据朱家蔚等，1983
陕
甘
宁
刘庆1井
P1x
C-P
95.0
0.64
4.13
据王少昌,1983
任4井
P2s
92.52
6.97
0.49
0.01
-30.47
四川
中坝4井
T3x2
T3x
90.8
8.20
0.17
0.40
-34.8
*为中坝7井邻近数据，据陈文正，1982
中坝7井
T3x2
87.33
12.23
0.41
0.03
-35.9-
-36.0*
（四）Inorganic origin gas
对于无机成因气，前面在论及烃类的无机成因中已有所涉及。在此仅就"气"的无机成因问题进行讨论。
Wclham and Craig（1979）在东太平洋海隆（EPR）热液喷出口观测到射出的甲烷气，从实践上证实了地球内部大量深源无机成因甲烷气的客观存在。在加勒比海深大断裂附近，曾测得规模更大的甲烷气，外逸气中还含有少量乙烷和丙烷（C2+含量达0.5%）。在6,300m深处的甲烷浓度为标准海水中甲烷浓度的5,000倍，每10日逸出量达1×106m3。海洋沉积物中广泛分布的甲烷水合物，数量巨大，甚至连赞成有机成因的研究者（Claypool and Kaplan 1974）也承认难以单用细菌作用生成甲烷来解释。而深源无机成因说可提供符合实际情况的解释--由深部形成的甲烷在向地表运移过程中被捕集于泥质沉积物中，在适当温压条件下转变为气水合物。但气水合物中δ13C1值一般较低，这可能是由于甲烷在浅层氧化过程中13C贫化（同位素交换作用使13C富集于CO2中）所致。
Stability
of methane in the balance condition of Fe-wustite buffering agent
(from MacDonald,1982)
关于深源无机成因气的形成机理，据French(1966)、Nordlie(1971)、Gerlach(1980)和Holloway(1981)等对地壳内部岩浆作用的热力学模型的研究结果认为，地壳内部甲烷的稳定性取决于温度、压力和氧的化学有效性。氧的化学有效性用"逸度"表示。高逸度值有利于形成H2O、CO2和SO2；低逸度值有利于还原型化合物如H2S、H2和CH4等的形成和保存。图表示逸度值接近铁-方铁矿缓冲剂条件下，在较低的温度下甲烷的稳定性比CO2和H2O更好。
对碱性岩、金刚石、橄榄岩中尖晶石等矿物气体包裹体的测定证明，这些岩石和矿物在地幔中形成时氧逸度值低（0.25-1常用对数单位），CH4、H2、CO和H2S的浓度高，而且有一些较重的烃类（Giardini and Mctten,1981）；H2O、CO2和SO2极少。而地表氧化岩石和高温火山气的逸度值高（4-5个常用对数单位），仅有H2O、CO2和SO2。由此证明，处于地幔深处的岩石是还原的，其氧逸度接近铁-方铁矿缓冲剂，CH4是稳定组分；而高温、高逸度值条件下，CH4便不稳定。
根据上述资料以及对地幔排气作用的综合研究结果认为，地幔排气过程依其特点可分两种基本类型：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（引自陈荣书，1989）。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。
经前人对各类岩浆侵入岩体、基底结晶岩系内（包括矿物包裹体内）、地热泉和热液喷出口产出天然气的组成及其同位素测定资料的总结，并与有机成因气加以对比分析，对深源无机成因气的特征有了一些基本的认识（表）。其中最主要的特征如下：
Identification
symbol of gas pool about deep source
组分特征
烃 类
CH4＞75%
同
位
素
组
成
特
征
δ13C1值＞-30‰
C1/(∑C1-C6)=1
3He/4He＞1.4×10-6（有混入）
3He/4He＞10×10-6（全为深源气）
非 烃
CO2＞10%
He/40Ar≤1
N2＞6%
40Ar/36Ar=(0.35
— 20)×103
稀有气体
He＞1‰
N2/36Ar＞8×103
Ar＞1‰
δ13Cco2＞-8‰
天然气年龄
40Ar～36Ar＞1,300my
δ15N＞-6
— 0‰
He～Ar＞1,300my
δ13C1＞δ13C2＞δ13C3
（1）化学组成上常可见少量到微量烯烃（乙烯或丙烯），且氢、氮、二氧化碳、一氧化碳及氦气含量较高。
（2）烃气中δ13C1值变化范围大，从-2--41‰都有，但以-15--35‰区间最为普遍。一般以δ13C1值＞-20‰作为无机成因气的较可靠证据。
（3）惰性气体的同位素组成。对宇宙和地幔内部气体中测定结果表明，3He/4He比大气中（1.37×10-6）要大得多，一般为6-30倍，最高可达数百倍。大洋中脊热液喷出口的天然气中一般大8倍以上。因此，通常将3He/4He（气）＞83He/4He（大气）作为无机成因气的重要证据。
与无机成因气的理论研究相比，具体确定无机成因气田（藏）的工作更为困难。必须有多方面的证据相互印证才能确认。
三、Origin of non-hydrocarbon gas
各种成因的天然气中一般都或多或少伴有非烃气体，在个别情况下还可形成以某种非烃气体（如N2、CO2、H2S等）为主的非烃气藏。研究非烃气体的成因，可为天然气的来源提供有用的信息。
（一）Nitrogen of origin
天然气藏中氮气的成因目前一般认为有以下几种：
1.Nitrogen of organic origin
在成岩作用早期，有机质中的蛋白质水解形成氨基酸，氨基酸氧化形成氨气，氨气易溶于水，并极易被粘土所吸附。待埋藏到有机质成熟阶段，溶于水或被吸附的NH3，在较高温度下释出。当游离的NH3进入富含氧化铁的红层时，即可形成N2。
沉积物、石油和煤中含氮化合物（包括高分子含氮杂环化合物），在较高温度的作用下亦易形成NH3和N2。对于煤来说，从泥炭到半无烟煤的成煤变质作用过程中生成的N2大致是CH4的1/10。
由于N2的分子直径比CH4小，较容易通过孔隙直径较小、渗透性差的岩层。与CH4相比，N2可以运移得稍快且运移较远些。
2. Nitrogen of magma origin
岩浆源在上升过程中脱气作用可以释出N2。当其沿断层和裂缝向上运移至地壳上部时，即可在储集层中聚集起来。
3. Nitrogen of atmosphere origin
主要是沉积作用阶段捕获的大气氮。N2属不活泼气体，在水中的溶解度也比较低，故考虑通过地下水进入沉积物孔隙水中的大气氮数量有限。
（二）Origin of carbon dioxide
CO2在天然气中分布最为普遍，也是研究较多的非烃气体，其成因主要有：
1. Carbon dioxide of organic origin
有机质特别是腐植煤类，含氧官能团丰富，成煤的各个阶段都有CO2生成，CO2的产率相当高。前已述及，由泥炭到褐煤演化阶段，产气以CO2为主；特别是泥炭到年青褐煤阶段，产气以CO2占显著优势。据Karwcil（1969）的计算，从褐煤到无烟煤的整个变质作用过程中，1千克煤能生成75升（最高达120-140升）CO2。有机质特别是煤系有机质的热变质作用，常常是CO2的重要来源之一。
2. Carbon dioxide of magma(volcano) origin
CO2是岩浆脱气作用的主要产物之一。前面在论及深源成因气中曾经提到，在较高温度、较高氧逸度、较低压力的热排气过程中，CO2是从地幔向地壳逸出的主要气体之一。在火山气中CO2的含量虽然变化较大，由2.1%-40.9%，但从相对含量上看，仅次于H2O居第二位。
3. carbon dioxide of petrochemistry origin
世界上绝大多数CO2气产地的地质剖面中都存在碳酸盐岩，且大多伴有岩浆活动。因此许多学者认为，这些气是在岩浆热力作用下由碳酸盐岩分解产生的，其反应方程式如下：
CaCO3-→CaO+CO2↑
CaMg(CO3)2-→CaO+MgO+2CO2↑
CaCO3+SiO2-→CaSiO3+CO2↑
CaMg(CO3)2+SiO2-→CaMgSiO4+2CO2↑
碳酸盐岩分解所需的温度，据实验为710-940℃。
对比CO2与碳酸盐岩的碳同位素分析资料，相当多的CO2的δ13C值都与碳酸盐岩的δ13C值相近。这就更令人信服地说明CO2气大多来自碳酸盐岩的热分解。
（三）Origin of Sulfureted hydrogen
H2S含量特别高的产气层都是碳酸盐岩层，而且往往与石膏或（和）岩盐成互层共生。但并不是所有含膏盐的岩层都有H2S产出。天然气中高H2S的形成有多种原因，其中在高温作用下含硫有机质和石油中的含硫有机杂环化合物热解形成的H2S是最主要的。
由有机质演化生成的烃气和非烃气产率与有机质类型有密切关系。随着有机质成熟度（埋深）的增加，所生成的气体组成在垂向上有着明显的分带性（图）。
Mode
of natural gas concerned organic matter evolution following depth change
(from Hunt，1979)
（四）Origin of hydrogen
Nechaycva（1968）对西西伯利亚气进行分析的结果，有15%的样品含有H2，其中60%的H2含量小于1%。H2含量的峰值，气田气为0.9%，凝析气为6%，油田气为11%。浓度最高的来自富含有机质的侏罗系，暗示来自有机质的热解产物。
氢是宇宙中分布极广的元素，也是岩浆气体的主要组成之一。前已提及，在较低温度、较低氧逸度、较高压力的冷排气，H2是逸出的主要气体之一；火山气中也存在少量氢。此外，水和氧化铁在300-320℃下催化反应亦可生H2。
Section 6 Source Rocks
烃源岩包括油源岩、气源岩和油气源岩，习惯上通常叫作生油岩(source rocks)。
烃源岩是与烃类有机起源说紧密联系的，无机起源说就不存在烃源岩问题。因此，对于有机学派来说，如何评价烃源岩就是一个经常要面对的课题。特别是依据油气成因的现代概念，烃源岩的研究内容相当丰富。亨特（J.M.Hunt，1979）将烃源岩限定为"曾经产生并排出了足以形成工业性油、气聚集之烃类的细粒沉积"。从找油找气角度出发，这一概念比较合适。从油气成因的现代概念理解并着眼于成油，这一概念就限定为成熟烃源岩；从广义的成烃角度来看则既指成熟烃源岩，也包括未成熟烃源岩。因为生物成因气也可以形成工业性聚集。
蒂索（B.P.Tissot，1978）则定义为:
“ 可能产生或已经产生石油的岩石叫做生油岩”
在一定的地史阶段相同的地质背景下形成的一套生油岩与非生油岩的岩性组合，叫做生油岩系。生油岩主要是低能带粘土和碳酸盐淤泥沉积，但并非所有低能环境的细粒沉积都是生油岩。
对烃源岩的研究，通常要从有机质丰度、有机质类型和有机质成熟度等三个方面的分析来对其作出定性定量评价。
一、Amount of organic matter in source rocks
烃源岩的有机质数量一般是通过测定有机碳、氯仿抽提物和烃含量来定量估算。
在沉积岩中，碳以碳酸盐碳（或氧化碳）和非碳酸盐碳（或还原碳，有机碳）两种形式存在。沉积岩中有机碳约占18%，而氧化碳占82%。有机碳与生物活动有关，在组成生物体的C、H、O、N、S五种主要元素成分中，碳的含量最高，最稳定。因此有机碳的含量能够代表有机质的数量。
目前测出烃源岩的有机碳含量显然是残余有机碳。如前所述，考虑有机质生成油气和排烃都是个低效率的过程（图），因而即使是残余有机碳的含量，仍然能够近似地代表烃源岩中有机质的数量。
影响有机碳含量的因素很多，但主要是沉积环境（图）。据格胥曼H.M.Gechman，1962）的分析资料，346块灰岩样品的有机碳平均含量为0.24%；而1066块页岩样品的平均有机碳含量为1.14%。
Proportions of hydrocarbon in rocks 、Kerogen and bitumen
(from Tissot & Welte,1978)
Organic carbon and C15+ content of sediments
(from J.M.Hunt,1979
作为烃源岩，有机碳含量的下限值是很重要的指标。原地矿部石油地质中心实验室（1980）曾据中国陆相泥质生油岩生油条件与有机碳含量的关系（表），将生油岩有机碳含量的下限定为0.5%。
许多地球化学家认为，有机碳最小值为0.4%的细粒页岩能够产生足以形成工业聚集的石油。而对碳酸盐岩，有机碳最小值可低至0.3%，甚至0.1%。
Relations between continental argillation source rocks and
organic
carbon content in Chain
特征
生油条件
岩 性
岩 相
地球化学相
有机碳（%）
最 好
以黑色泥页岩为主
较深-深湖相
还原-强还原
＞1
好 — 较好
灰-灰黑色泥岩、
页岩为主夹灰绿色砂泥岩
浅湖-较深湖相
还 原
0.5
— 1
较好 — 较差
以灰-灰绿色泥岩为主
沼泽-浅湖相
弱还原-还原
0.3
— 0.5
并非有机碳含量越高的生油岩越好。因为生油量的大小还取于有机质向石油的转化，所以还需结合氯仿抽提物及总烃含量才能正确评价生油岩的有机质数量。
氯仿抽提物是对岩样用氯仿作溶剂在索氏抽提器内连续抽提一定时间所获得的可溶有机质总量。也称氯仿沥青“A”或C15+抽提物，常用单位重量岩石百分数或ppm表示。氯仿抽提物由饱和烃、芳烃、非烃和沥青质组成。其中饱和烃与芳烃之和称为C15+总烃量。用“C15+”表示。
目前国内外依据氯仿抽提物含量和总烃量划分生油岩标准不尽一致。以下两表是我国地矿部石油地质中心实验室和石油部依据各自的实际资料分别确定的不同划分标准(表1、表2）。用以估价油源丰度与生油潜能时要注意母质类型及成熟度等因素的影响。
Grade
standard extracts and hydrocarbons
标志
类型
有机碳
（ppm）
C15+抽提物
（ppm）
C15+总烃含量（ppm）
烃类转化率（烃/有机碳）
海相碳酸盐岩
1000
100
60
1
— 5
陆相
泥页岩
好 的
＞10000
＞1000
＞500
＞5
中 等
5000
— 1000
500
— 1000
100
— 500
1
— 5
差 的
3000
— 5000
200
— 500
60
— 100
＜1
（据地矿部石油地质中心实验室）
Estimation
standard of source rock
项 目
生油岩类别
有机碳（%）
氯 仿“A”（%）
总 烃（ppm）
非生油岩
＜0.4
＜0.015
＜100
生
油
岩
差
0.4
— 0.6
0.015
— 0.05
100
— 200
较好
0.6
— 1.0
0.05
— 0.1
200
— 500
好
1.0
— 2.0
0.1
— 0.2
500
— 1000
最好
＞2.0
＞0.2
＞1000
通常将氯仿抽提物含量250-300ppm和总烃含量50-100ppm定为生油岩的下限值。
也可用氯仿抽提物/有机碳和烃/有机碳（烃在每克有机碳中的毫克数）来表示有机质的丰度。
此外，还可用岩石高温热解总烃产率（S1+S2）来表示有机质丰度。岩样热解（图）所得到的游离烃（S1）裂解烃（S2）之和，即热解总烃产率，通常用毫克烃/克岩石或千克烃/吨岩石表示。S1代表岩样中已生成的烃，S2代表岩样若埋深增加干酪根进一步裂解所生成的烃，S1+S2即高温热解总烃产率，它更本质地反映了岩石中干酪根热解的生烃潜力，用以表示有机质丰度更具实用价值。
如我国松辽盆地白垩系良好的生油岩其最高值可达22.65kg（烃）/t（岩石），较好的生油岩为2.17-12.35kg（烃）/t（岩石），而差的生油岩仅有0.56kg（烃）/t（岩石）。这不仅与其它有机质丰度标志一致，而且还揭示了不同类型生油岩的生油潜力。下表所列分级标准可作参考。
Estimation
standard of source rock dependent on （S1+S2）
标准
等级
好的
中等
差的
S1+S2（kg烃/t岩石）
＞6
2
— 6
＜2
( from Tissot,1978)
有机质丰度是生油岩评价的第一位标志。目前应用最广的是有机碳、C15+抽提物含量和C15+总烃量。有机碳方法简单，标志成熟，可比性强；高温热解总烃产率是近些年来出现的新标志，由于热解方法简便、快速，参数还能本质地反映生油岩的生烃潜力，因而受到广泛重视。
二、Type of organic matter in source rock
有机质的类型不同，其性质也不同；其生烃潜力、产烃类型及门限深度（温度）都有一定的差异。因此对有机质类型的研究自然成为评价生油岩的重要内容之一。
类型
划分依据
腐 泥 成 分
腐 植 成 分
按煤岩学
（反射光）
壳 质 组
镜 质 组
惰 性 组
按孢粉学
（透射光）
絮 质
藻 质
草 质
木 质
煤 质
按H/C和O/C原子比
Ⅰ、Ⅱ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
按化合物
脂 肪 族
含芳香脂肪族
含脂肪芳香族
芳 香 族
物质来源
海洋、湖泊
陆地
陆地
陆地、再沉积
成矿意义
石油、油页岩、腐泥煤
油、气
气、腐植煤
无油、痕量气
The
classification of kerogen and its geological meanings
干酪根的镜下观察和有机质定型，我国胜利油田曾庆英等依据干酪根的各显微组分对生油贡献的大小，分别乘以不同的加权数，计算其类型指数（TI）作为分型标准，对有机质进行定型。腐泥组生油潜力最大，加权数取+100；壳质组次之，取+50；镜质组取-75；生油潜力最小的惰性组取-100。每个样品鉴定统计300个颗粒，所得各组分百分含量乘以各加权系数，即得该样品的类型指数，其算式如下：
式中a、b、c、d分别代表腐泥组、壳质组、镜质组和惰性组。按TI值划分的干酪根类型标准为：
Ⅰ型：TI≥80；ⅡA型：TI=80-40；ⅡB型：TI=0-40；Ⅲ型：TI＜0。
可根据岩石热解测出的吸附烃（S1）、干酪根热解烃（S2）和二氧化碳（S3），分别计算氢指数（S2/有机碳，IH）和氧指数（S3/有机碳，IO）用以确定生油岩中的有机质类型（图，表）。 详细分析吸附烃的组成（即C2-C7轻烃的组成），也可用来确定干酪根的类型。
Organic matter type confirmed by hydrogen index、oxygen index (Espitalie etc.,1977)
Pyrogenation
character of different Kerogen
生烃潜力(kg烃/吨岩石)
氢指数(mg烃/g有机碳)
氧指数(mg烃/g有机碳)
Espitalie
国内
Espitalie
大庆
石油部研究院
Espitalie
石油部研究院
腐泥型
160
22.65
600-900
650
620-950
10-30
10-40
混合型
A
75
12.35
600-450
350-650
400-620
20-60
25-150
B
2
100-300
100-400
40-400
腐植型
1.2
0.56
<100
<100
<100
20-150
100-7800
Kerogen
type distinguished by benzene/n-Hexane
海 相 干 酪 根
陆 相 干 酪 根
深度（ft）
苯/正巳烷
深度（ft）
苯/正巳烷
深度（ft）
苯/正巳烷
深度（ft）
苯/正巳烷
925
0.01
7660
0.02
8100
2.31
13400
1.60
1990
0.01
8650
0.12
9200
0.67
14200
0.33
3010
0.01
9490
0.06
10400
1.37
15500
2.22
4660
0.01
10190
0.32
11300
4.06
16300
1.80
6410
0.05
11540
0.31
12700
2.44
注：表中1ft=0.3048m(据F.M.Thompson,1979）
此外，作为地球化学化石的甾烷和萜烷的性质和数量，也可反映有机质类型。如萜烷多见于高等植物，而甾烷则在植物和动物中都有。尤其是甾、萜烷立体异构体的分布，在有机质物源的判断上，更具有重要意义（可参阅有关石油地球化学专著）。
各种有机质的特征综合列于表 。
需要指出的是，确定生油岩有机质类型，最好选择同是埋藏深度较浅的未成熟样品进行分析比较。切记避免使用成熟度过高或成熟度相差较大的样品进行分析比较，因为成熟作用会模糊原始有机质的差异。
Character
of all kinds of Kerogen
类 型
特 征
海相或湖相成因的
陆相成因的
Ⅰ、Ⅱ型
Ⅲ型
絮质的
草质的
木质的
煤质的
元素组成百分数
碳
83
82
83
89
氢
11
8
5
3.5
氧
6
10
12
7.5
氢碳原子比
1.6
1.2
0.7
0.47
生物标志化合物
nC15-nC21
奇碳优势
无
nC27-nC35
无
奇碳优势
姥鲛烷/植烷
低(<1)
高(>1>
姥鲛烷/nC17
低
高
三萜烷
低
高
脂肪酸
C12-C18
高
低
C21-C36
低
高
烃产量
C1
高
中等
C2-C14
高
低
C15
高
低
(from
J.M.Hunt,1979）
三、Maturation of organic matter
这是烃类有机成因学派中早期成油与晚期成油争论的焦点。按早期成油的观点，生油岩有机质的成熟度是可以忽略的；而按油气成因的现代概念（晚期成油说）来说，有机质的成熟度则是关键所在。在生油岩研究中，测定生油岩有机质成熟度的方法，应用最普遍的是对不溶有机质干酪根的光学鉴定，包括透射光、反射光和萤光；干酪根的物理-化学方法；以及可溶有机质的化学方法。
（一）To mensurate maturation of organic matter in source rock by optics method
1.Vitrinite reflectance（Ro）
镜煤反射率的测定，是将样品磨光后在显微镜反射光下进行测量。这是目前确定煤化作用阶段的最佳参数之一。已扩大应用于页岩和其它岩石中的分散有机质（干酪根）。
在煤岩组成中，镜质组比其它任何微观结构物质（壳质组、惰性组等）要丰富。镜质组包括有结构镜煤体和无结构腐植体，这两种物质的反射率大致相同，而且其成熟速度也相同。但与壳质组和惰性组的成熟度有所差异。因此测定反射率必须在镜煤组上进行，反映成熟度才具有一致性。
在磨光面上，镜质组反射率（一般多用油浸反射率即“Ro”）之所以随着成熟度增加而升高，其原因主要在于其分支结构的变化。
反应速率随温度以指数形式增加的不可逆化学反应，决定着由分子结构的变化所引起的随温度的线性增加反射率呈指数升高。
据经验数据，Ro＜0.5-0.7%为成岩作用阶段，生油岩未成熟；0.5-0.7%＜Ro＜1.3%为深成作用阶段早中期，成油主带即"油窗"；1.3%＜Ro＜2%为深成作用阶段晚期，湿气和凝析气带；Ro＞2%为准变质作用阶段，干气带，只有甲烷。注意因干酪根类型不同而有所差别（图），但差别不大。
Reflectance hoisting by index with temperature in the course of heating lignite in the laboratory
(from Ting,1975)
Confirmed
almost boundary of oil-gas zone dependent on the vitrinite reflectance
(from Tissot etc.,1978)
Classification
of organic matter evolution in carbonate rock
演化阶段
Ro（%）
H/C原子比
沥青
镜质体
未熟期
＜0.65
＜0.5
＞0.8
成熟期
0.65
— 1.50
0.5
— 1.3
0.8
— 0.6
高熟期
1.50
— 2.20
1.3
— 2.0
0.6
— 0.4
过熟期
＞2.20
＞2.0
＜0.4
2.Colors of palynomorph and Kerogen
在显微镜透射光下，孢子、花粉及其它微化石结构，随成熟作用的增强而显示不同颜色。最初是黄色，然后是桔黄色或褐黄色（成岩作用阶段），褐色（深成作用阶段），最后是黑色（准变质作用阶段）。另外，还可测定孢子、花粉的光吸收度来判断它们的成熟度。
测定生油岩有机质成熟度的光学方法，除上所述之外，还可使用电镜研究干酪根以及测定干酪根的萤光性等，但这些方法只能定性地研究其演化程度。
Maturation
facies of organic matter
大致的温度℃（oF）
成熟指数
干酪根颜色
成熟度
期望产物
30(86)
50(122)
100(212)
150(301)
175(347)
＞200(＞392)
1.未转化
2+.轻度转化
2.中度转化
3.强度转化
4.剧烈转化
5.已变质
浅黄
黄
橙
褐
褐黑
黑
未成熟
成熟
变质
干气
干气，重油
油，湿气
凝析物，湿气
干气
干气乃至无气
(from J.M.Hunt ,1979)
（二）To mensurate maturation with pyrogenation method
随着生油岩成熟度的增高，生成的油气越来越多，导致可溶烃（残余油气或吸咐烃）S1逐渐增多，而热解烃S2却逐渐减少，因而可以用热解峰顶温度（Tmax）、产率指数（Ip=S1/S1+S2）、氢指数（IH）和氧指数（IO）的变化来研究生油岩的成熟度。
热解峰温Tmax（℃）是生油岩成熟度的重要参数。生油岩中干酪根热降解生成油气时，首先是热稳定性最差的部分先降解，而对余下部分的热解就需要更高的温度。使干酪根热解生烃量最大的温度Tmax随成熟度的增加而不断升高（图）。我国各类生油岩的平均值范围如表所示。
To identify maturation transformation
rate
of source rock and top temperature with pyrogenation method
(from Tissot,1978)
Tmax
scope of source rock in our country
成 熟 度
未成熟
生 油
凝析油
湿 气
干 气
镜质体反射率
＜0.5
0.5
— 1.3
1.0
— 1.5
1.3
— 2
＞2
热变指数
＜2
2
— ＜3
＞2 — ＜3
＜3 — ＞3
＞3 — 4
Tmax
Ⅰ型
＜437
437-460
450-465
460-490
＞490
Ⅱ型
＜435
435-455
447-460
455-490
＞490
Ⅲ型
＜432
432-460
445-470
460-505
＞505
（据邬立言，1986）
（三）To study organic matter maturation of source rock with Kerogen element components and infrared spectrum
在干酪根的热成熟过程中，可以简单地理解为先是释放氧，然后释放氢的两个阶段。以形成CO2和H2O的形式释放氧，以形成烃、H2O和H2S的形式释放氢。热成熟的早期以形成CO2和H2O为主，后期以形成烃为主。这两个主要阶段的开始和持续时间都因干酪根类型不同而异（图）。Ⅲ型干酪根释放氧的阶段开始得早，持续时间长；而Ⅱ、Ⅰ型干酪根开始得晚，持续时间短。相反，Ⅱ、Ⅰ型干酪根释放氢的阶段开始得早，持续得长。这就表现出三种干酪根产烃的性质和潜力不同，它们成油的门限值也不同。
Evolution of Kerogen from diagenesis stage to qasic-metamorphics stage (from Tissot,1978)
干酪根的成熟演化阶段也可借助于干酪根元素组成，即H/C和O/C原子比及红外光谱特征予以确定。从图可以看出，在成岩作用阶段是O/C原子比明显降低和H/C原子比微弱降低；在红外光谱图上（图），则主要表现为含氧官能团（C=O）逐渐消失（1770cm-1吸收峰从①到②、③减弱）。深成作用阶段，以Ⅱ型干酪根来说，H/C原子比从1.25降到0.5，O/C原子比降到0.05；红外光谱的特征是，脂键逐渐减少（2960cm-1，1460cm-1，1380cm-1吸收峰减弱），芳核-CH的吸收峰从930cm-1移到700cm-1。对于Ⅱ型干酪根，当H/C原子比≤0.5时，即到达干酪根准变质作用阶段，这时脂键和C=O键完全消失，只剩下芳核C=O键。
infrared
spectrum of Ⅱ kerogen evolution
(from Tissot,1978)
在巴黎盆地，根据干酪根元素组成和红外光谱特征，成岩作用阶段的未期，相当于最大埋深600-800m，生油岩干酪根未成熟，在生油岩中只生成很少的烃；但产生了大量的CO2、H2O和含O、S、N的重杂原子化合物。深成作用阶段的埋深相当于2,970-2,510m。而在撒哈拉深成作用阶段的埋深大约是3,000m。
Element
component of three types kerogen at the beginning of production hydrocarbon
zone
平 均 原 子 比
H/C
O/C
产烃带
石 油
1.45
1.25
0.8
0.05
0.08
0.18
湿 气
0.7
0.7
0.6
0.05
0.05
0.08
干 气
0.5
0.5
0.5
0.05
0.05
0.06
干酪根类型
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
（四）To estimate organic matter maturation of source rock with C2-C7 light hydrocarbon
C2-C7是干酪根热降解产物，而不是生物合成的，因为在生物体内和现代沉积物中很少见到这类轻烃。经研究，C2-C7的组成与温度有一定的函数关系，这有助于确定生油岩有机质的成熟阶段。汤普森（K.F.M.Thompson，1979）从不同成熟阶段母岩有机质中共分离出29种C2-C7范围的化合物，其与温度的关系如表所示。
由表可见，埋深相当温度41℃时，轻烃以芳烃为主，相当于生油岩之未成熟阶段；埋深相当温度66℃时以环烷烃为主，103℃时以烷烃为主，环烷烃和烷烃为主的阶段即相当于生油岩之成熟阶段；而埋深相当温度195℃时，烷烃占66%以上，此时烃类多裂化成气态烃，即相当于生油岩的成气（包括湿气和干气）阶段。
Connection
between light hydrocarbon and temperature
地层
上新统
上新统
中新统
下白垩统
地区
墨西哥湾
墨西哥湾
加利福尼亚
路易斯安那
温度
41℃
60℃
103℃
195℃
轻烃类型
环烷烃
2.95
46.05
39.95
14.47
烷 烃
28.73
36.82
44.33
66.80
芳香烃
68.32
17.14
15.72
18.74
芳烃阶段
环烷烃阶段
烷烃阶段
裂化阶段
未成熟带
成油带
成气带
（ 五）To identify maturation dependent on character of C15+hydrocarbon
C15+烃类性质随着埋深的增加也呈规律性的变化，因而也用以确定生油岩的演化阶段。
1. Carbon preference index (CPI）and odd-even predominance ( OEP) of n-paraffin
E.E.布雷和E.D.伊万斯（Bray and
Evans，1961）注意到现代沉积、古代沉积和原油中高分子量范围的奇碳原子正烷烃与偶碳原子正烷烃的分布有着明显的不同（图），现代沉积物中奇碳正烷烃远大于偶碳正烷烃；古代沉积物中奇碳正烷烃略大于偶碳正烷烃；而石油中两者几乎相等。据此用碳优势指数（CPI）来表示奇碳与偶碳正烷烃的相对含量，并用于鉴定生油岩的有机质成熟度。其计算公式为：
Distribution of n-paraffin in crude oil of current、ancient sediments
由于原油中CPI值在0.9-1.15之间，因此认为只要沉积岩的CPI值接近这个范围就是成熟的生油岩；而且CPI值越接近于1的附近越成熟。CPI值曾被认为是鉴定生油岩的一把钥匙。但应用中也遇到某些样品碳数范围比较窄，正烷烃出不到nC34或含量太低，计算误差大。
奇碳优势（OEP）由斯凯兰和史密斯（Scalem and Smith，1970）提出，也用于表示奇、偶碳原子正烷烃的相对优势。其计算公式如下：
碳数的选择一般用主峰碳及前后的各两个正烷烃，共5个组分计算。式中i+2为主峰碳数，i为最低碳数。若i+1为偶数，则指数为（+1），公式不变；若i+1为奇数，则指数为（-1），计算时分子、分母倒置。
现代沉积物中正烷烃的OEP值高达2.5-5.5，而古代沉积岩中一般在0.9-2.4，原油0.8-1.2之间。因此，一般生油岩当其OEP值约为1.0-1.2时即已成熟；大于1.2为不成熟；小于1.0即出现偶奇优势并伴随植烷优势，可能与盐湖或海相碳酸盐有关；碳质泥岩OEP值高，主要是生油速度慢和烃转化效率低所致。现代沉积中C15+正烷烃OEP值还与母质类型有关，陆相大于海相。例如我国青海湖底淤泥OEP值为6.2，而南黄海的海底淤泥OEP值仅1.24-2.38，平均为1.67。国内所见原油的OEP值最高为1.25（新疆克乌油区八区二叠系井下样品），最低仅为0.7（四川某地），后者通常是轻质油。总之，无论何种物源，原油中OEP值都接近于1。
2.Loop number of saturated hydrocarbon
随着埋深的增加，C15+饱和烃中的环烷烃从以三环、四环为主，变成以单环、双环为主。
3. Compound of isoprene type
随埋藏深度的增加，干酪根热降解形成的新生烃类，使直接或稍经变化而来自生物的分子受到稀释，象植烷（Ph）、姥鲛烷(Pr)、甾烷和藿烷等，与其相邻的正烷烃比较，其相对含量都随深度增加而减少。因此Pr/nC17，C31藿烷/nC31等参数的变化，都反映生油岩的成熟度。同时，甾烷和藿烷的立体异构化也能比较有效地反映生油岩有机质的成熟度。
上述确定生油岩有机质成熟度的方法和指标并非全部，比如粘土矿物的X-衍射、磷灰石裂变径迹、TTI值等，都可用于研究生油岩埋藏受热历史。各种方法以综合使用最有效。
有机质成熟度是油气成因现代概念的重要构成环节，许多生油岩有机质成熟度指标，都是石油地质学家和石油地球化学家经过若干实验分析总结出来的，现今还在不断地探索。对生油岩的评价主要从生油岩的有机质丰度、有机质（干酪根）类型和成熟度三个方面进行，而这三个方面是互相联系的。同一分析方法，甚至同一参数，既反映有机质丰度，也反映有机质类型，同时还反映有机质成熟度。如岩石热解分析就是一例。在对生油岩进行评价时，要对三个方面用多种方法所获得的有机地化指标进行综合分析，特别是成熟度与有机质类型的相互影响，在实际应用中要加以考虑。
Mature symbol dependent on analysis kerogen
Mature symbol dependent on bitumen component and abundance
(from B.Durand)
Section
7 Geochemistry Contrast
of Petroleum & Natural Gases
油气的地球化学对比，广义上应包括油-油对比、油-岩对比、气-气对比和油-气-岩对比。其中油-岩对比是核心问题（图）。
这项研究不仅具有理论意义，而且对于指导油气勘探、寻找新的油气资源、扩展原有含油气范围等都有着重要的实用价值。所以油气地球化学对比已成为石油地球化学在油气勘探上应用的一个重要方面。
Investigative
content about oil-natural gas-source rock contrast
(from Tissot etc,1978)
一、Common contrast parameter
（一）Trace element（V、Ni）
石油中卟啉是生物色素（尤其是叶绿素）在还原条件下经金属置换、去羧基和加氢等复杂反应而生成的。钒、镍在反应中成为卟啉的络合物并随卟啉一起进入石油。石油中的钒、镍含量有随石油的比重增加而增长的趋势。钒的含量通常多于镍，但陆相油却是镍多于钒。
石油中钒、镍的绝对含量可能随风化、运移等作用而变化，但二者的比率常无明显的变化。V/Ni似乎随地质年龄的增长而减小；该比值在最年轻的石油中最高，最老的石油中最低。据此，来自同层位的石油其V/Ni比值应该相近，所以V/Ni可用作石油对比的参数。
（二）N-paraffin
用正烷烃进行油-源对比，主要考虑同源的石油其正烷烃分布曲线形态应该具有相似性。威利斯顿盆地的研究表明了正烷烃分布曲线的对比效果。该盆地为一多油层含油气盆地（寒武系至侏罗系），用原油与岩石抽提物正烷烃分布曲线成功地将其分为三种类型，确定了各自的油-源关系（图）。而且从碳同位素及烃类组分方面的资料得到证实。
Distribution
curve showing three kinds of crude oils and their extracts n-paraffin
of source rock in Welics basin (from
J.A.Williams,1974)
威利斯顿盆地为一多油层含油气盆地（寒武系至侏罗系），用原油与岩石抽提物正烷烃分布曲线成功地将其分为三种类型，确定了各自的油-源关系。
图中，第Ⅰ类原油，主要产自奥陶系，其生油岩为奥陶系温尼伯页岩；第Ⅱ类原油，大部分产自密西西比系，少部分在上泥盆统和侏罗系，其生油岩为上泥盆--下密西西比系的巴肯页岩；第Ⅲ类原油，只分布在宾夕法尼亚系下部的泰勒组，其生油岩就是泰勒页岩。
由图可以看出，三种原油，其正烷烃分布曲线明显不同；而各类原油与其源岩抽提物的正烷烃分布曲线却十分相似。
证明了不同原油同其母岩的亲缘关系。
（三）Biomaker
卟啉本身也可用于原油对比。具有高分子量的生物标记化合物如卟啉、甾类、三萜类、异戊间二烯类，由于它们相对地不受流失和风化作用的影响（与轻组分不同），所以它们的分布特征不仅可用于油-油对比，也可用于油-苗对比和油-岩对比。但要注意原油中的卟啉在运移过程中有部分被吸附的可能，用于油-岩对比时应予以考虑。
异戊间二烯型烷烃在原油和生油岩中均有较普遍的分布，它们的化学性质非常相似。用之作为对比标志曾一度被誉为“指纹”化合物。威尔特曾较成功地用之对比过德国西北部的某些原油。他采用15-21个碳原子的异戊二烯型烷烃的分布特征作为对比标志，以C19（姥鲛烷）为100，将这7种分子的相对含量绘图。
Distribution
sketch map of isoprene type paraffin
由图可见，左、中两油样相异；右、中两油样相同。据此，再结合地质资料便可推断母岩了。
由于异戊二烯型烷烃与相近碳数的正烷烃性质近似，有时也采用姥鲛烷/正十七烷（Pr/nC17）、植烷/正十八烷（Ph/nC18）、姥鲛烷+植烷/正十七烷+正十八烷(Pr+Ph/nC17+nC18)作为对比标志。
威尔特特别强调具有二十七到三十个碳原子的四、五环烷烃，认为它们有特殊的分子结构和独特的分布方式，用之于对比常有最可靠的判断价值。图是在西德弗斯特油田的应用实例。该油田中侏罗系产油，在中侏罗和下侏罗统共有三个页岩层为可能生油岩。经对比认为石油主要来自中侏罗统的页岩。
The
contrast between oil and C27 ring compound
of source rock in First oil field of West Germany
(from Welte)
自左向右分别代表胆甾烷、麦角甾烷、埃第安烷、谷甾烷、藿烷和
可能的羊毛甾烷
（四）Stable isotope of carbon
碳同位素是石油对比上使用较为广泛的一个对比参数。按PDB标准，石油的δ13C值介于-18‰--34‰之间，平均约-29‰。石油本身各组分的值也是不同的。烷烃同位素最轻，环烷烃的13C含量接近于全油，芳烃重于全油。多环芳烃重于单环芳烃，再往下是非烃，至沥青质，13C含量常是递增的。但这绝不是一成不变的，特别是当原油受到生物降解时，会使饱和烃δ13C值升高，非烃、沥青质δ13C值稍低，从而严重打乱常规分布状态。利用碳同位素进行原油对比，最好是按不同馏分或组分进行。
同位素组成的通常变化范围约为千分之十，尽管很小，但现代质谱可测出0.05‰误差。
碳同位素用于天然气对比的效果更好。生物甲烷δ13C1值为-55‰--95‰，腐泥型干酪根热解形成的油型气δ13C1值为-40‰--58‰，腐植型干酪根和煤系有机质变质过程形成的煤型气δ13C1值为-25‰--40‰。
此外，借助于镜煤反射率，也可用同位素进行气-岩对比。
戴金星等（1985）和徐永昌等（1986）在研究我国许多煤型气和油型气源岩RO值与天然气δ13C1值之间的相关性后，分别提出下列关系式：
煤型气：δ13C1=14.1254logRo-34.3922±2.5
δ13C1=8.64logRo-32.8
油型气：δ13C1=15.8015logRo-42.2061±2
（五）Component partnership of low molecule paraffin
还可用低分子烷烃进行对比。但石油中C1-C10的轻质烃绝对浓度很容易受到运移和聚集过程中的外界因素影响，例如溶解、吸附、扩散、生物作用等；甚至会受到采样条件不同的影响。所以，直接对比化合物的绝对浓度只有有限的价值。为了避免这些非成因因素的干扰，厄德曼将化学结构和沸点相近的两种烃分子浓度做成比率，来与另一种原油相同分子对的相应比率进行比较。首先求出各相应配对分子浓度比率的对比值（R）：
式中CAM和CAN是A油样中两种配对分子的浓度，CBM和CBN是B油样中相同的配对分子浓度。R =1时表示二者完全一致。
然后将两种油的各R值绘制成曲线（图）。图中的实线是具有相同母岩的挪威北海油样A与油样B的R值曲线；虚线是毫无相干的北海油样A与美国犹他州油样C的R值曲线。
Partnership
contrast of crude oil component
From
J.G.Erdman和D.A.Morris,1974)
二、Selection of correlative
parameter
石油（天然气）的对比是基于这样的设想：性质相同的两油（气）应该源于同一母岩，以及母岩排出的油气应该与母岩中残留的油气相同。但实际情况未必如此。因为石油可能受到重力分异、生物降解以及吸附、溶解、混合、扩散等外界因素的影响。尤其在母岩抽提物与油藏原油之间，差异更为突出。
由于油藏与母岩埋藏史的不同，母岩与其生成运移出去的石油可以具有不同的成熟程度。鉴于此，在进行对比时，应尽量选取那些受非成因因素影响最小的参数作为对比标志；至少也应考虑到这些因素的影响。
石油的粗特性一般不宜用作对比。因为它们容易受到非成因因素的改变。包括比重、含硫量、含氮量、饱和烃量、芳烃量、沥青烯量、钒镍量、轻馏分含量以及O、S、N化合物含量等特征均不宜作对比参数。
V/Ni、生物标记化合物、碳同位素作对比参数普遍受到重视。因为它们既为母岩与油气共有，又具有相对的稳定性。对于两个比重小的原油样，可以对比轻质馏分的烃组成；而对于两个重油样（包括风化油苗），可对比正烷烃分布或V/Ni等。对比参数选取得恰当与否，取决于对油气形成和演化的理解，还取决于根据具体情况的灵活掌握和正确分析。
在数量上，一般应选取一个以上的参数，以便互相补充和验证。但盲目求全求新并不可取。启用新的标志应受已知样品和较成熟标志的多批次检验，以证实其效用。
三、Result explanation of geochemistry correlation on oil and gas
用现代仪器检测出两个油样对比所需指标参数是很容易的，但细致的解释则要难得多。
对测算所得的数据最好选择直方图、三角图或相关曲线图等适当的形式表现出来。不要轻易舍去不合主观愿望的数据，应如实反映。它们或许包含着有用的信息。
两个油样绝对相同是不存在的，微小的差别不影响可比性。显著的差别一般为母质不同的反映。
所采用的对比标志若出现矛盾，应通过原理分析去辨别真假。对失灵的标志要找出原因。特别要强调的是，地球化学对比决不能脱离地质背景资料而孤立地进行。
在烃类组成有上述变化的同时，非烃部分也随埋藏深度的加深有相应的变化。胶质和沥青质在组成和结构上杂原子减少，芳香度增加；因而引起石油比重降低、颜色变浅。干酪根向石油转化的中间产物--MAB抽提物随深度增加其含量减少。在深成作用阶段的演化中，干酪根的量和质也在发生着相应的变化。在数量上干酪根随深度减少；在质量上随深度的变化主要表现在残余干酪根的H/C和O/C比值下降，缩聚程度增高，颜色由黄变黑，以及反射率增高（本阶段RO=0.7-1.9）等方面。