论文导读：沉积有机质的演化是一个非常漫长而复杂的物理化学过程，这个过程受控于许多因素包括有机质本身性质。为表示在温度作用下有机质的热演化程度，我们常用的指标是镜质组反射率。未成熟阶段即镜质组反射率小于0.5%，此时生成的化学物质主要是一些生物成因的气体，其中以甲烷含量为主，干酪根呈黄色，对应的煤阶为泥炭——褐煤，这一时期的沉积有机质主要受压实作用的影响，孔隙水分被大量排出，发生一些化学物质分解和聚合。
关键词：镜质组反射率，干酪根，有机质
0.引言
沉积有机质的演化是一个非常漫长而复杂的物理化学过程，这个过程受控于许多因素包括有机质本身性质。沉积有机质在一定地温、压力以及微生物作用下可形成对人类文明发展有巨大帮助的化石能源——煤、石油、天然气。随着资源的日益紧缺，深入认识有机质的演化过程对于指导我们寻找化石能源有重要意义。
1. 认识有机质的演化过程的重要意义
在沉积盆地中，原始的沉积有机质伴随其它矿物质沉积后，随埋藏深度的逐渐增加，地温不断上升，在缺氧的还原条件下，有机质发生一系列复杂的物理化学变化。由于地质因素以及有机质的自身性质的差异，发生的物理化学反应类型和产物不同，且具有较大的差异。为表示在温度作用下有机质的热演化程度，我们常用的指标是镜质组反射率。随着镜质体演化程度的增高，反射光能力增强。科技论文。针对分散有机质的演化特点，根据有机质镜质体反射率的大小，一般将有机质的演化划分为四个阶段：未成熟阶段、成熟阶段、高成熟阶段、过成熟阶段。在不同的阶段，油气生成的机理和产物类型都有区别。科技论文。未成熟阶段即镜质组反射率小于0.5%，此时生成的化学物质主要是一些生物成因的气体，其中以甲烷含量为主，干酪根呈黄色，对应的煤阶为泥炭——褐煤，这一时期的沉积有机质主要受压实作用的影响，孔隙水分被大量排出，发生一些化学物质分解和聚合。在这个阶段会有少量的液态烃生成，从化学成分上看，这些液态烃中相对分子质量较高的正烷烃在C22——C34范围内有明显的奇数碳优势；芳香烃也是以相对分子质量高的化合物为主。成熟阶段又称为热降解生油阶段，镜质组反射率在0.5%——1.2%，干酪根为暗褐色，这一阶段生成的有机产物主要是石油，不过在镜质组介于0.5%——0.7%之间时，生成的石油以低成熟度石油为主，它们会与一些未熟油混合，形成所谓的未熟油——低熟油。科技论文。这个阶段粘土矿物可作为降低干酪根降解反应活化能的催化剂，尤其是蒙皂石。它可以是有机质组分在颗粒表面富集，并依据物质吸附性能的差异进行重新分布，这一过程可以降低有机质的成熟温度。高成熟阶段即热裂解生湿气阶段，此时处于高成熟阶段的有机质，镜质组反射率介于1.2%——2.0%，干酪根颜色为深褐色，生烃机理为热裂解作用，对应的煤阶为焦煤——瘦煤——贫煤，该阶段地温是超过多数烃类的临界温度，主要反应时大量C—C链的断裂，包括环烷烃的开环和破裂。一些相对分子质量较高的正烷烃含量渐渐趋于零，而相对分子质量较低的烷烃数量剧增。原油裂解气的生成时间要晚于干酪根降解气的生成时间。进入高成熟阶段后，在镜质组反射率低于1.6%时，生成的气体以干酪根降解气为主，而镜质组反射率大于1.6%之后，大量的原油发生裂解，产生裂解气。虽然原油裂解发生的时间较晚，但是生气量远远高于干酪根降解生气的量。过成熟阶段即深部高温生气阶段，镜质组反射率大于2.0%，干酪根颜色为黑色，生烃机理以热裂解为主，对应的煤阶为半无烟煤——无烟煤，主要产干气。在该阶段干酪根的残渣释放出甲烷后进一步缩聚，H和C的原子比会接近生成甲烷的最低限度。几乎所有的有机质在这个阶段的热演化中形成最终的产物——干气甲烷和碳沥青或石墨，也就是说先期形成的一些液态烃类最后形成了气体与固体。在干酪根的热演化过程中，生油还是生气取决于干酪根的种类。I型干酪根和II1型的干酪根在热降解作用中以生油为主，天然气的生成量较少，而II2型与III型的干酪根则以生气为主。在煤层中积聚的III型干酪根可以形成所谓的煤层气，不过在中国的吐哈盆地中，煤层中赋存的II2型与III型的干酪根经过热演化形成了液态烃，即煤成油，而且聚集形成了规模较大的油田。关于这点，事实上煤中若含有较多的富氢显微组分就会具有一定生成液态烃的能力。煤或煤系有机质的生烃机理与干酪根生烃机理无本质上区别。只要煤中富氢显微组分的含量占总有机质的5%——10%以上，就可以形成达到一定工业规模的油。
2.结束语
有机质演化的四个阶段代表了有机质从沉积开始一直到演化终极的全过程，有些盆地中的有机质演化到某一阶段可能由于地质因素的变化而停止。从演化的历史来看，随着地温和埋藏深度的增加，演化阶段在不断提高。在一些古老地层中的有机质可能大多已向天然气或沥青转变。因此在有机质处于高成熟或者过成熟阶段的盆地中找到石油的可能性就不太大而极有可能找到天然气资源。由于不同沉积盆地地质环境和演化历史的各异性，油气生成过程以及煤化过程可能具有较大的差异。这些过程本身都是非常复杂的，各异性又增加了研究它们的难度。自二战以来，许多特大油田、气田和煤田被接连发现，这极大地促进了社会发展，然而到今天能源问题已越来越严重，寻找未发现能源的紧迫性日益增加，勘探难度也在提高，这就需要我们进行大量的科学研究和理论创新。地球化学知识及手段是寻找能源的一个重要支撑。相关领域的工作需要油气地球化学家、煤岩学家以及广大的地质工作者密切配合，相信取得的一些成果将会对资源勘探提供重要理论支持和科技保障。
【参考文献】
[1]傅雪海，秦勇，韦重韬.煤层气地质学.中国矿业大学出版社,2009.
[2] (苏)热姆楚日尼科夫,Ю.А.,金兹布尔格,А.И.煤岩学原理.科学出版社,1965.
[3] 卢双舫, 张敏主.油气地球化学.石油工业出版社,2008.
[4] 陈道公.地球化学.中国科学技术大学出版社,2009.
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