煤,石油,天然气是怎么形成的( 四 ) _有机质「问人人知识网」

图5－30 煤岩显微组分和植物组成的H/C与O/C原子比相关图(据Tissot等， 1984)
腐殖有机质的基本结构是带有许多脂肪族短侧链和杂原子官能团的缩合稠环芳烃体系。稠环有较大的稳定性，但侧链和官能团与稠环之间的结合力较弱，热稳定性小，故在不断埋藏和升温过程中逐渐发生脱落，分解形成CO2、H2O、N2、CH4及其同系物等分子简单的挥发物质。
成煤作用的阶段可划分为泥炭化作用和煤化作用两大阶段，前者指高等植物主要在生物化学作用下转变成泥炭的过程。后者又分为成岩作用和变质作用阶段，成岩作用阶段是从泥炭到褐煤的过程，而变质作用阶段主要是在热力作用下由褐煤依次转变为长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤和贫煤等烟煤至无烟煤的过程。从泥炭到无烟煤的元素组成如图5－31所示。
图5－31 在埋藏过程中从泥炭到无烟煤的元素组成演化(据Durand等， 1983)
泥炭化阶段所生成的生物成因气因缺乏保存条件而难以形成聚集。与成油母质相比，腐殖型有机质在成岩作用阶段形成的生物成因气，非烃气含量较高。进入变质作用阶段所形成的天然气称煤型气。其中气煤－肥煤阶段(Ro约065%～12%)为生成轻质油和C2—C4重烃气的高峰期，从焦煤或瘦煤开始(Ro=15%或17%)，为煤型裂解气主要生成阶段。煤型气中非烃气以CO2生成量最大，N2次之，H2S最少;无锡石油地质中心实验室对不同岩性、不同类型有机质进行了大量的成气热模拟实验和实际资料的研究，得出了主要生气阶段和生气高峰时Ro值的分布和其母质的H/C原子比值，如图5－32所示。
煤型气的化学组成中重烃气含量有时可达10%以上，甲烷气一般占70%～95% 。非烃气中普遍含N2和Hg蒸气，也常含CO2，但贫H2S 。据戴金星等(1985)资料，我国煤型气的δ13C1值为－418‰～－249‰;δ13C2值为－2709‰～－2381‰，平均值为－2578‰;δ13C3值为－2572‰～－1916‰ ，平均值为－2345‰ 。
图5－32 天然气生成模式图(据张义纲等，1991)
(四)无机成因气
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(C+2含量达05%) 。在6300m深处的甲烷浓度为标准海水中甲烷浓度的5000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。