煤,石油,天然气是怎么形成的( 二 ) _有机质「问人人知识网」

富含硫酸盐的强还原环境，特别是沉积腐泥型有机质的强还原环境，对产甲烷菌有明显的抑制作用，有机质不易分解出H2和CO2，使生物成因气不能大量生成。在陆相环境中，由于淡水湖泊盐度低，缺少硫酸盐类矿物，腐殖型和混合型有机质易被分解成H2和CO2，并有利于甲烷菌繁殖。甲烷在靠近地表不深的地带即可形成，但由于埋深太浅，大部分被散失或氧化，不易形成规模较大的生物成因气藏。在低气温的极地和深海，浅层形成的烃气可与水结合形成固态气－水合物。在半咸水和咸水湖，尤其是碱性咸水湖有利于有机质保存。直到埋藏一定深度后，有机质才大量分解并使产甲烷菌大量繁殖，合成的甲烷在适当的条件下可聚集成较大规模的气藏。因此，富含腐殖型和混合型有机质的浅海和海陆交互相带，寒冷的极地和深海以及大陆干旱－半干旱的咸水湖泊都是生物成因气形成的有利沉积环境。
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。pH值低于60或高于80，甲烷菌生长和甲烷气产率都会有明显减少;甚至会使甲烷菌中毒，发酵停滞。即使发酵好了，也可能缺CO2;pH值接近80时，CO2溶解度趋近于0，也不能生成CH4 。虽然有资料表明，产甲烷细菌可以在温度高于100℃时仍能成活，但模拟实验显示，适合甲烷菌大量繁殖并生成甲烷的温度一般低于75℃ 。在低于75℃的条件下，甲烷的产率随温度上升而增加。主生气带在25～65℃之间(关德师和戚厚发等，1997) 。根据发酵的温度，可分低温发酵(＜28℃)，中温发酵(28－42℃)和高温发酵(＞42℃);一般高温发酵具有较高的甲烷产率，因为高温发酵不仅能使有机质较快地转化生成甲烷(或许包含有低温热解的因素) ，而且有新的甲烷细菌群体出现，产酸和产氢菌类型也有较大改善。
生物成因气化学组成，除个别含N2较多的天然气外，CH4含量一般大于98%，有的甚至在99%以上。重烃含量低，一般少于02%，个别可达1%～2% 。C1/C+2(干燥系数)一般在数百以上到数千不等，为典型的干气。重烃含量一般随埋藏深度的增加而增加，这已被深海钻探计划提交的研究成果所证实。一般认为重烃含量在2%以上者大多有热成因气掺和。
图5－27 富含有机质的敞开海沉积物中微生物代谢作用的生化环境剖面图(据Rice＆Claypool，1981)
生物成因气的δ13C1值一般为－85‰～－60‰(亦有以－55‰或－58‰为上限者)之间，最低可为－90‰ 。若有深部热成因气的加入，δ13C1值可升高达－50‰～－45‰ 。腐殖母质的生物成因气其δ13C值约为－80‰～58‰ 。有机质进入沉积域后，经过微生物的发酵作用一直到合成甲烷气的过程，实际上都是12C富集的过程。故生物成因气中甲烷的13C含量很低，因而δ13C1值的负值大。生物成因气的δ13C1值随埋藏深度的增加会有所升高。这不仅与少量低温热解成因气的形成有关，也与深部热解成因气的向上运移有关。