中国石油地质研究论文

中国陆相石油地质理论的发展历程，与石油天然气勘探事业的发展密切相关，经过了一个探索、创立和日趋完善的过程。新中国成立之前，我国石油工业基础十分薄弱，石油地质理论主要是从国外引入，并根据传统的背斜说和地面油气显示找油。新中国成立后，石油工业进入一个蓬勃发展的崭新阶段，石油地质学理论体系也获得了不断充实和发展。与我国勘探事业发展阶段相对应，陆相石油地质学理论经历了20世纪50年代初创阶段、60～70年代勘探东移的快速发展阶段和80年代以来充实完善阶段。

（一）近代石油地质学理论的引入及陆相生油观点的提出

中国近代，伴随着石油地质勘探事业的发展，逐步从国外引入科学的石油地质学理论，主要是背斜油气聚集成藏理论及追踪油气苗的勘探方法。

近代石油工业，先是从美国发展起来的，而且发展较快。石油地质学也是于19世纪末期先从美国逐步发展起来的。

1859年，美国人德拉克（Drake，.）在阿巴拉契亚山区，以蒸汽机为动力，在宾夕法尼亚州Tilusville区，成功地钻成了世界上第一口工业油井，井深 m，日产油 m3，从而成为石油工业的起点。这一口井也被命名为德拉克井（Drake well）。

国外把寻找石油与地质结合起来，是在19世纪末期才开始的。由此诞生了石油地质学。在Drake井完成后的第三年，加拿大人亨特（Hunt，.）研究了安大略油田，指出石油多储于背斜顶部多孔隙灰岩之中。与此同时，美国人安德鲁斯（Andrews，.）也提出同样的观点，但均未引起石油界的注意。

怀特于1883年研究了美国阿巴拉契亚区油气井后，指出石油聚集与背斜构造有密切关系。为证明他的观点，他选了 3 个背斜，在其顶部拟定了 3 口井位，于 1884 年开始，先后获得油气流。于是怀特于1885 年发表了论文《天然气地质学》（The Geology of Nature Gas），提出背斜理论，并开始为石油界重视。到 1915 年，大部分石油公司均先后建立了地质部门，因而把1885年被定为石油地质学的诞生年。

至1919年，按石油地质学家多西·瓦格尔（Dorsey Huager）1915年出版、1919年所修订的《石油地质学》（Oil Geology）一书，在原理方面已不局限于背斜理论，而且包括了石油的成因、聚集、物理化学性质、地层、构造地质等。在勘探方法方面，包括测图、井位确定、钻井、石油生产以及石油地质野外方法与用具等。书中关于石油的成因，分为“无机说”与“海相有机说”及“无机与有机复合说”3种。

关于油气聚集的要素，提出了五个方面，即背斜（包括单斜）构造、地层水与挤压作用、毛细管作用、储层、盖层和底板层。书中对石油地质学的主要方面均已涉及，只是因为勘探程度和分析化验技术水平的局限，在认识程度上比较肤浅。

中国近代石油地质科学原理，基本上是从国外引进的。1932年著名地质学家谢家荣编著出版《石油》一书，这可以说是中国人写的第一本石油地质学著作，难能可贵。该书主要引用外国书刊理论综合编写，对中国石油地质涉及较少，但却成为国外油气地质科学引入中国的第一本中文书籍。

在近代中国石油地质事业发展中，老一辈地质家在极其艰难的条件下，在惟海相生油论气氛笼罩下，通过在中国的实地调查，提出了陆相生油的观点。从而使中国这个在印支构造运动后陆相沉积广泛分布的国土上，勘探石油天然气的前景变得乐观起来。

首先是潘钟祥教授，他根据从1931～1934年先后4次去陕北进行石油地质调查，1935年又去四川作石油地质调查，获得的比较系统的实际资料，于1941年在美国石油地质家协会杂志上发表了《论中国陕北及四川白垩系陆相生油》的论文，向当时流传的只有海相地层才能生油的论点提出了挑战，认为陆相沉积同样可以生油。

接着黄汲清、翁文灏等，根据1942年在新疆石油地质调查的资料，在1943年初编写的《新疆油田地质调查报告》中也提出陆相生油的观点，指出新疆二叠系、三叠系、侏罗系及下第三系均为可能生油层。文中说：“至少可以说某些新疆石油，显然来源于纯粹的陆相侏罗纪沉积”。

此后，还有不少地质学家，如谢家荣、李春昱（1944）、陈贲（1945）、王曰伦（1947）、阮维周（1947）、尹赞勋（1948）、王尚文（1949）等，先后在地质调查报告中论述过陆相沉积可以生油的观点，他们认为玉门老君庙油田的生油层，应是白垩系黑色湖相页岩。尹赞勋更提出由于火山喷发，淡水湖泊中生物暴亡，成为玉门石油之来源。这些观点虽然是以区域地质分析为基础的，但它无疑是对中国石油地质学发展的一个重要贡献。

正是由于有了比较明确的陆相地层也可生油的认识，才指导了许多地质学家不畏艰难，锲而不舍地在中国广袤的国土上进行石油地质调查和钻探，发现了玉门油田，为现代中国石油天然气工业发展，指出了良好的勘探前景。

中国对近代石油地质学的贡献是，指出了惟海相生油理论的局限性，提出陆相沉积也可以生油的新观点，这是在石油海相成因观点占绝对优势的条件下，地质认识的一种革命性变化和飞跃。

（二）20世纪50年代现代油气勘探的首次突破与中国陆相石油地质学理论的初步创立

新中国诞生后，石油天然气勘探事业是在旧中国遗留下来的技术十分落后、基础极其薄弱的情况下起步的。指导油气勘探的是背斜理论，勘探目标选定的依据，一是地表背斜，二是地面油气苗。

鉴于西北地区的山前坳陷和山间盆地内背斜构造明显，又有众多的油气苗，而且已发现了老君庙和独山子油田，因此，勘探重点在西部。从1952年起，主要力量移向甘肃西部，开展了酒泉西部、民和、潮水盆地的石油勘探。同时，在新疆准噶尔盆地南缘、四川盆地西部龙门山山前坳陷开始了地面地质调查。1954年进入青海省柴达木盆地。

1950～1954年共计完钻探井420口，进尺万米，平均井深583 m。先后发现了永坪、白杨河、石油沟等3个小油田，勘探成效不大。究其原因，有的是储层物性差，如陕北枣园；有的是目的层缺失，如潮水盆地窖水构造；有的是地面背斜构造与地下构造不吻合，如川西海棠铺构造。在挫折中人们开始认识到，一个油气藏的形成，需要具有多方面的条件，找油气田不能简单理解为就是找地面背斜构造、找油气苗，还要研究储层的变化、地层分布、构造发育历史以及深浅层构造吻合情况等。并认识到区域构造稳定地区，也可形成油气田。对油气藏形成方面的这些新认识，是油气勘探指导思想的一次提高。

鉴于前期的认识，本时期油气勘探逐步向盆地腹地和构造平缓地区拓展，即所谓的上“地台”。在此认识指导下，1955年末首次突破，发现了克拉玛依油田。1958年发现了川中含油区。

到1959年底，川中地区共发现平缓背斜24个，钻探了10个，发现了7个油田，产油层位包括有中、上三叠统和侏罗系。储集空间主要为裂缝、由裂缝连通的晶洞、溶洞、介壳间隙等。凉高山层为既有裂缝、又有孔隙的双重介质储层，油层的分布受裂缝发育产状的控制。大安寨层既是生油层，又是较好的介壳灰岩储层。表明川中地区油层纵向上为多层系，横向上分布广泛，并不局限于背斜圈闭。

从1950年到1959年8月，是我国现代石油天然气地质理论发展的初创时期。在实践中初步总结出了一套具有中国特色的油气地质理论雏形。

经过10年的油气地质勘探，通过野外地质调查和油藏所处的地质环境研究，使广大地质学家进一步确立了陆相生油的观点。各勘探盆地已先后确定了本地区的主要生油层系及分布范围。

1960年前后，石油工业出版社出版了有关这方面的若干著作，代表了这个阶段石油地质学家对陆相生油认识的水平。但由于种种原因，多数未能与广大读者见面。《中国陆相沉积生油和找油论文集》（第一集，1960年3月）是公开发行的一本。该书各篇论文，有的从大地构造条件、沉积环境、古气候及有机物沉积特点，来论述石油的生成；有的从陆相沉积、沉积建造与生油关系，来论述陆相沉积的生油条件；有的从岩石性质及动物、植物化石来论证陆相生油；有的论文还谈到在陆相沉积中，如何找油的问题等等。

关于生油的地质条件，当时已经提出，在内陆盆地的沼泽相、湖泊相（淡水、半咸水），甚至三角洲相，都是生油层的沉积环境，并大体明确了中国已勘探盆地的主要生油层系。关于生油层与储油层的分布关系，该书认为，储油层在生油层剖面内，或在其上，或在其附近。陆相生油岩是在沉积盆地不断扩大、水体封闭、湿润气候条件下堆积而成的，其直观标志与海相一样是灰绿色到黑色粘土岩。

在此期间，中国科学院兰州地质研究所于 1959 年提出中国陆相生油的地质条件是“内陆潮湿坳陷”。地质部系统对陆相生油也进行了大量的研究工作，在描述生油层地质条件时，特别强调了还原环境。

1955年，第一次走出山前坳陷，在背斜构造不明显的单斜带，发现了当时中国最大的克拉玛依地层超覆和地层不整合大油田。之后，又在玉门鸭儿峡发现了变质岩风化壳油藏、在川中发现了裂缝性油藏，证实了中国油气藏类型是多种多样的，勘探领域十分广阔。

在油气藏形成的过程中，水文地质条件有很大影响，克拉玛依油田在这方面的研究较为深入和系统（《石油地质报告集》，1959）。

这期间开始认识到油气藏分布不仅受单个构造的控制，就总体来看，是被构造带控制的。因此，相应地提出了油气聚集带的概念，如准噶尔盆地北部划分出3个含油区、7个油气聚集带；克拉玛依-乌尔禾为1个油气聚集带。

关于找油方向，这期间已经明确提出必须在具有生油岩系的盆地范围内去找，首先是要在有生油岩系的整个盆地里去找储油构造。

对含油气的评价工作，也逐步摒弃了单个背斜的排队方法，而着眼于全盆地或一个含油气地区的综合评价。在勘探方法上，开展了如川中、川南等地区的构造连片细测和克拉玛依的地面地质、钻井及地球物理的综合勘探，从而能够较全面而且较快地认识地下地质构造。

（三）中国油气勘探战略东移与陆相石油地质学理论快速发展阶段

中国石油天然气勘探重点由西部向东部转移的原因，一是油气地质学理论水平的提高，认识到东部地区有较大的含油气潜力；二是勘探手段的改进与发展，特别是地震与深井钻探技术已开始广泛使用，于是才有可能在一无地面背斜，二无油气显示的广袤大平原内进行油气勘探。

关于我国东部地区的含油性，早在1948年1月，翁文灏教授在美国油气杂志上就著文指出，中国松辽、华北、江汉和鲁、苏、浙、闽、粤沿海以及台湾省西部定碳比小于70%，为有利含油气区。从1952年以后，又有一些中国地质专家先后提出，应该开展中国东部地区的地质勘探。

从1955年开始，地质部和燃料工业部石油管理总局加强了在东部地区进行的石油地质普查工作。1955年1月，燃料工业部石油管理总局召开了第六次全国石油勘探会议，确定了开展中国东部地区石油地质普查。同年1～2月，地质部第一次石油普查工作会议也决定开展东部的勘探。

1956年，石油工业部成立华北石油勘探大队，并开钻了第一口石油参数井——华1井，同时派出地质队到二连盆地进行石油普查。

1958年，又在长春市成立了松辽石油勘探局，在上海成立了华东石油勘探局，为中国石油勘探的重点东移做好了组织准备。

1.大庆油田的勘探开发和中国油气地质理论的逐步建立

松辽盆地以找油气为目的的地质普查勘探是从1955 年开始的。首先是地质部东北地质局进行了两条路线踏勘。通过调查认为，松辽平原是一个沉降区，有很厚的白垩系与第三系沉积，总厚度约4000 m。在松花江岸及公主岭西之黑山嘴子找到了具有油味和荧光显示的含介形虫化石的暗色泥岩，并提出有海相地层存在的可能。预测平原中部可能有储油构造，建议尽快开展地球物理勘探。1956 年，地质部松辽石油普查大队和第二物探大队，在松辽平原进行重磁力普查，初步了解了松辽平原的基底起伏状况。

大庆油田的发现，进一步证明了陆相沉积盆地不仅可以生油，而且可以形成丰富的石油，形成特大型的世界著名的大油田，从而极大地提高了对陆相盆地含油气潜力的评价，对中国油气资源的认识就更加乐观。

在大庆油田的勘探开发实践中，系统地研究和总结了陆相盆地石油地质学的主要内容，使中国石油地质学理论水平和相应的勘探指导思想水平，有了大幅度的提高。

（1）在陆相生油方面有重大进展

陆相生油研究，不再局限于过去单纯的地质定性分析，开始大量应用岩石化学分析资料，确立了定量鉴别生油层的有机质丰度和沉积环境参数，这是一个很大的进步。在大庆油田陆相生油研究的推动下，全国各油气区，陆续进行了这方面的工作，明确了中国陆相原油和海相原油相比，多数具有高蜡、低硫、低卟啉含量、低w/（V）/w（Ni）比值等特点。陆相生油层沉积水体矿化度多数较低，氯根含量一般只为海相的10%～20%，碘含量为海相的20%～50%，溴的含量也低，还原硫、钒、镍、铜、铬等元素含量也普遍低于海相，说明多数陆相生油层形成于淡水和半咸水中。能否构成生油层，关键是有机质的丰度和沉积环境，而不取决于古水体的矿化度。

陆相生油层的形成与沉积时水体的氧化-还原程度密切相关。提出利用铁还原系数（k）来确定还原程度：氧化相k=0～，还原相k=～，其中，弱还原亚相k=～，还原亚相k=～，强还原亚相k=～，硫化氢相k>。以此为标准，分析了中国主要含油气盆地生油层的分布特点，指出陆相生油层主要沉积于弱还原亚相和还原亚相，而海相生油层则主要沉积于还原亚相、强还原亚相和硫化氢相。

还原环境有利于有机质的保存和有机质向石油转化，有机碳含量则是衡量生油层优劣的标准。中国陆相生油层有机碳含量比较高，它的下限值为，而一般值为1%～2%；海相生油层有机碳含量一般为1%左右或更高。陆相生油层的沉积环境，为长期下沉、并为较深水体所覆盖的湖盆，非补偿区是形成良好生油层的最佳部位。气候条件不是最主要的，但温暖湿润的气候更有利于水体的长期保持与动植物的繁衍生长。

（2）推动了陆相沉积学的发展

大庆油田发现后，在储油层岩性、物性、沉积环境及其分布规律方面的认识，极大地推动了陆相沉积学的研究与进展。

对陆相沉积环境的研究，早在20世纪50年代末期，在大庆油田发现前业已开始。1958年冬，石油工业部石油科学研究院在北京举办岩相古地理学习班，由各石油管理局派人参加学习。之后，各探区借鉴海相沉积学研究方法，应用地层、岩性和古生物资料进行岩性分区和岩相古地理恢复研究。石油工业部石油科学研究院于1959年成立岩相古地理研究队。该队于1959～1960年，先后研究了鄂尔多斯盆地延长组（T3y）和延安组（J1y），渤海湾盆地济阳坳陷的下第三系，松辽盆地松花江群和四川盆地的侏罗系。由于资料短缺，研究单元划得大、方法少，因此，对陆相沉积特点体现较少。但是，在认识盆地的发育历史和沉积特点方面起到了一定的作用。

1960年11月，石油科学研究院召开了“全国油气田分布规律与岩相古地理会议”，交流了各油气区的经验。把湖相细分为滨湖、浅湖、半深湖和深湖亚相。并提出了深湖亚相利于生油，以及陆相沉积有明显的旋回性，地层剖面多生储盖组合的观点。认为生油层、盖层位于细粒段，储层位于粗粒段，从而形成了生储盖组合。

（3）进一步认识陆相油气藏形成的特征

大庆油田发现后，总结提出油气藏形成的生（油层）、储（集层）、盖（层）、运（移）、圈（闭）、保（存）等6个条件，对中国陆相盆地油气藏形成及分布规律有了进一步认识。归纳起来大体有如下几点：①由于陆相沉积岩性、岩相变化大，油气运移距离小，油气藏分布严格受生油凹陷的控制；②二级构造带控制油气聚集；③斜坡区，往往形成非背斜油气藏；④盆地中央宽缓部位，往往发育有平缓的长垣背斜，油气最为富集，如大庆长垣背斜。因此，在勘探上形成了“定凹探边”，以二级构造带为目标的指导思想。所谓定凹，首先要确定生油凹陷，然后在有利生油凹陷周边有利储集相带区，以二级构造带为目标，进行整体勘探。这种勘探做法，在随后的渤海湾盆地油气勘探初期，应用见到了实效。

2.渤海湾大型油气区的勘探进展推动了油气聚集理论的完善和提高

渤海湾油气区的发现和发展过程，是认识张性裂谷盆地油气藏形成和分布特点的过程，也是中国陆相石油天然气地质理论长足发展，进一步完善提高的过程。

1964～1977年的10多年间，通过全面而系统的研究，中国石油天然气地质理论，包括陆相沉积学、陆相生油层评价、陆相储集岩特征、陆相流体性质和陆相油气田分布规律等内容，都有很大的丰富和发展。进展最明显的是油气藏形成条件及复式油气聚集带理论的产生。

（1）油气藏形成条件认识的发展

如前所述，在大庆油田发现后的初期，对油气藏的形成曾提出了生（油气层）、储（集层）、盖（层）、圈（闭）、运（移）、保（存）等6个要素，经过渤海湾盆地大规模油气勘探和深入研究后，认识深化了，对油气藏形成条件也进行了补充和发展。首先认为烃源岩是基础，储、盖层两个条件不应分割开来单独分析，而应当把两者联系起来，从其组合的角度分析它们在油气藏形成中的作用。另外也应把烃源岩与运移两条件结合起来，分析油气源的状况。因此实际上油气藏形成的最基本要素，就是油气源、储盖层组合和圈闭。

上述3个条件也并非就是油气藏形成的充分条件，有不少地区这3个条件都有，但是有的圈闭成为油气藏，有的却含油气很少，有的甚至成为“空”圈闭。这是为什么呢?经过深入研究，认为油气藏形成的 3 个要素，并非是互相联系发展的，而是各自独立变化的。只有当3个要素在时间、空间上具最佳配置和组合的地方，才能形成油气藏。特别是油气运移和圈闭形成的时间、空间的配置就更为重要，即在时间上是在油气生成前或与油气生成同时形成的圈闭。而在空间上，则是距油气源近，或虽然远，但有通道沟通的圈闭，才最有利于油气藏的形成。比如济阳坳陷的胜-坨地区，是一个同沉积的逆牵引背斜构造，发育于沙三期（E2-3 s3），定型于油气运移开始的东营中晚期（E3 d1-2）。在空间上，这个背斜带紧邻东营生油凹陷陡侧，有多条断层与主要生油层沙三段沟通，因而在沙二段（E2-3 s2）形成丰度很高的油气藏。黄骅坳陷孔店凸起，不仅距歧口生油凹陷较远，而且披覆于凸起上的馆陶组背斜形成也较晚，但在时间上仍早于油气主要生成运移期明化镇期（N1-2 m）。在空间上圈闭与油源区有不整合面和断层沟通，因此也形成了油气藏。

油气藏形成的关键是3个成藏要素的时空配置和组合。在此观点指导下开展了渤海湾盆地油气生成、运移与圈闭形成诸要素的时空关系研究，随后的找油勘探工作就更有针对性，成效有了明显提高。

（2）复式油气聚集带理论的产生

对以拉张断陷为特征的渤海湾盆地油气聚集与分布的认识，大体上经历了3个阶段。

第一阶段———简单背斜油气藏模式阶段：在勘探初期，认为华北平原和松辽平原一样，油气聚集于背斜中，因此用简单背斜油气藏的模式来指导勘探，采用等距离布探井、大剖面控制的办法来探明含油气的范围，但使许多井遇到了意想不到的情况。如在济阳坳陷的勘探中，发现在构造高部位的探井为水层，在低部位的探井却见到油层；在一口井中，油层之上有水层，水层之下有油层；同一油层在不同井中，其流体性质、产能、产量、油气比等变化都很大，有些井落了空。再如，辽河坳陷在整体勘探黄金带———热河台二级构造带，套用大庆油田油气分布模式部署井位，致使第一批定在翼部及鞍部的探井落空。一度曾出现了仅在“构造高点有油”的论点，认为含油面积只能依靠钻井来确定。于是出现了“打到油层往外扩，打到水层往里缩”的完全被动和“不可知”的状况。

第二阶段——勘探小断块阶段：经过初期勘探实践，已认识到渤海湾盆地断层多、断层活动时间长、构造破碎和断块控制油气分布的特点。针对断块油田的特殊性，一部分勘探家曾产生过必须先搞清每一个断块的油层分布情况，然后才能进行油田开发的想法。这一做法一度使勘探工作陷入复杂小断块中，导致探井密度越来越大，钻井越来越多，使勘探步子难以迈开，以致于在一段时间里，勘探上没有重大发现。如某一个坳陷的勘探初期，对其中2个构造带，勘探了2年，仍然没有超出3～4 km2的范围。

第三阶段——复式油气聚集带观点的建立阶段：渤海湾盆地在下第三系沉积时，有47个凹陷。多数凹陷自成一个独立的沉积系统，在其周围有大小不等、数量众多的水系注入湖盆，形成了各类砂体与生油岩在平面上共生、剖面上错叠交互的组合。而且又因湖盆中心不断迁移，从而使生油岩和储油岩构成良好的生储盖匹配。这与我国一些大型湖盆，如松辽盆地构成的统一沉积盆地不同而且要复杂得多。另外，在沉积过程中及沉积后，盆地又经历了多次强烈的断裂活动，使生、储油层被一系列不同方向的断层切割、错动，或呈垒堑相间、或呈阶梯变化、或呈群楼式的镶嵌体。每一个油田都是由很多含油层系、很多类型油藏和大小不等的一系列含油断块组成。每个断块的每个含油层段又都是一个独立的油水系统。实际上一个油田是由成百上千个油藏组成的。

有关复式油气聚集带的理论，就是在这样的地质条件下，经过反复实践和全面系统的综合研究，才逐步总结出来的。

复式油气聚集带理论的提出，在我国东部地区的油气勘探中发挥了重要作用，提高了勘探、开发成效。

断陷盆地既有它复杂的一面，也有它简单的一面，既有差异性，又有统一性。所谓统一性，就是一个断裂构造带一般都有相对统一的形成史、主要目的层与主要的生储盖组合及主要的油气藏形成期。油气分布受构造带控制，在一个成藏地质体中构成多层系、多类型油气藏组合含油的基本面貌。所谓差异性，是一个断裂构造带被众多的断层切割，油、气、水在各断块中又自成系统，断块间在含油气层系、油层段、油水界面、油气水层组合、流体性质、压力系统、驱动类型与能量方面均有差异。在勘探上，要从统一性出发，整体着眼，立足于油气藏聚集带进行整体部署，对含油规模进行控制和探明。而在开发上，则要立足于断块，区别对待，力求稀井高产，早期补充能量，及时注水。

（3）滚动勘探开发方法应运而生

如上所述，复杂油气聚集带内油气藏数量众多、类型多样，是不可能通过一次勘探就能完全搞清的。因此，要把勘探开发交叉进行，从而产生了滚动勘探开发的具体实践，使勘探开发成效明显提高，这是中国石油勘探专家、油藏工程师与油田开发专家基于对断陷盆地油藏特征与油、气、水分布复杂性的深刻理解，在实践中描述总结出的行之有效的方法，是对世界油气勘探开发实践的重要贡献。

（四）1979年之后中国陆相石油地质学理论进一步丰富完善阶段

为了深化对中国含油气盆地石油地质特征的认识，以便更有效地发现油气储量，从1979年开始，原石油工业部组织强化了对中国石油天然气地质理论的研究。一是健全和建立研究组织机构，在北京充实和加强了石油勘探开发科学研究院，在全国各地区的各油田管理局（公司），先后建立和健全了石油天然气地质勘探开发研究院（所）；二是加强了科学研究工作的协调和计划管理，以及广泛应用先进的分析、实验技术；三是强调了基础学科研究，如构造、沉积相、生油层、储层、煤成气及天然气地质、资源评价和油气藏分布规律等。经过几轮分专业分地区的系统综合总结和全国性专业系统综合总结，中国石油天然气地质学有了很大的充实和提高。

1981年开展的全国油气资源评价研究，促进了油气地质学理论的发展。在统一的研究大纲和计划安排下，进行了5年工作，于1986年完成了构造、沉积、生油、煤成气、油气聚集与分布、资源评价等专题研究和全国143个盆地的资源评价。预测了全国石油和天然气资源量。这次资源评价工作，重视基础研究，从专题研究入手，取得了丰硕的成果。在该项研究工作结束之后，先后汇总出版了中国油气区构造、沉积相、陆相生油、煤成气、油气资源评价方法及油气聚集与分布规律等6个专题研究论文集。

1985～1995年的《中国石油地质志》编写工作，包括中国海洋石油总公司及中国石油天然气总公司所属各石油管理局、勘探局（公司）的研究院（所），按照统一的提纲，对各油气区的石油天然气地质理论，包括地层、沉积相、构造、生油层、储层、油田水文地质、天然气地质、原油性质、油气运移、油气藏分布规律、资源潜力和勘探前景等，进行了更为全面和系统的总结，使中国石油天然气地质理论水平又向前跨进了一大步。

1992年开始的第二次全国资源评价，促进了对我国石油天然气地质特征的认识进一步深化。

随着油气勘探的发展，很多油气地质问题需要重新认识和研究。为此，中国石油天然气总公司和中国海洋石油总公司从1992年4月到1994年底，组织全国各有关24个单位按照统一要求，进行了第二次全国油气资源评价研究工作。地质评价主要进行盆地评价和区带-圈闭评价。盆地评价研究统一采用先进的盆地模拟技术，在对盆地石油地质进行综合研究的基础上，建立地质模型和数学模型，随后编制成软件，应用计算机，定量模拟沉积盆地的形成、发展及其中烃类的生成、运移和聚集过程，从而指出盆地有利的勘探区带。区带-圈闭评价研究，采用地质风险方法，主要对区带-圈闭的含油气性进行基础地质研究，指出成藏条件及与其相关区带-圈闭的对比研究。

第二次资源评价研究与第一次相比，采用技术方法先进，规范标准统一，认识深入和可信度显著提高。不少区带-圈闭评价研究，直接为探区提供了勘探目标。特别对于油气藏形成条件与规律、陆相生油理论、低熟油以及若干新区勘探新成果、新理论编写了专著，使对中国含油气盆地的地质认识进一步深化。

兰凤娟1 秦勇1，2 常会珍1 郭晨1 张飞1

(1.中国矿业大学资源与地球科学学院 江苏徐州 221116;2.煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室 江苏徐州 221008)

摘要:一般来说，煤层气中重烃浓度低于3%～5%，然而某些地区煤层气中重烃浓度超过常规而显现异常。煤层气化学组成中隐含着极为丰富的成因信息，对重烃异常原因的研究能深化对煤层气成因的认识，推动煤层气地球化学基础研究的完善发展。本文归纳总结了国内外煤层气中重烃异常的分布和特征，以及目前学者们对重烃异常成因的诸多解释，对于这些解释笔者分别提出了自己的见解，为重烃异常成因的深入研究提供一个思路和切入点，认为还需结合具体地区综合考虑多种因素进行进一步研究。

关键词:重烃异常 分布特征 成因

基金项目: 国家自然科学基金重点项目 ( 40730422) 资助。

第一作者简介: 兰凤娟，1986 年生，女，博士研究生，煤层气地质，，lanfj1986@126. com。

Distribution Characteristics of Abnormal Heavy Hydrocarbon in Coalbed Methane and its causes

LAN Fengjuan1QIN Yong1，2CHANG Huizhen1GUO Chen1ZHANG Fei1

( 1. The School of Resource and Earth Science，china university of Mining and Technology， Xuzhou，Jiangsu 221116，china 2. Key Laboratory of CBM Resources and Reservoir Formation Process，Xuzhou，Jiangsu 221008，China)

Abstract: Generally speaking，concentration of heavy hydrocarbon of CBM is between 3% ～ 5% ，however，it is more than normal in somewhere. There is abundant genetic information in chemical composition of coalbed methane ( CBM) . The research about its origin will deepen our understanding of origin and geochemistry of coalbed gas. This article summarizes the distribution characteristics of abnormal heavy hydrocarbon domestic and overseas and scholars’explanations for its causes at present，giving the author's own opinion which provides a starting point for the further research of the causes. It is thought that it still needs further study taking many factors into account in some definite area.

Keywords: abnormal heavy hydrocarbon; distribution characteristics; causes

引言

煤层气主要由CH4构成，次要组分为重烃(C2+)、N2和CO2，微量组分有Ar、H2、He、H2S、SO2、CO等(陶明信，2005)。据Scott对美国1400口煤层气生产井气体成分的统计结果，煤层气平均成分为:CH4，93%;CO2，3%;C2+，3%;N2，1%;干湿指数(C1/C1～5)，～(Scott，1993)。中国煤层气虽然总体上以干气为特征，但也发现了大量“湿气”的实例。这些实例中，煤层气中重烃浓度通常在5%～25%之间，甚至出现了重烃浓度大于甲烷浓度的现象(吴俊，1994)。就云、贵、川的龙潭组而言，云南恩洪矿区煤层气中重烃浓度往往较高，其次是黔西和重庆地区。在恩洪向斜，煤层气中乙烷浓度达～，一般在16%左右;丙烷浓度～，一般小于3%(吴国强等，2003)。不仅是恩洪，其他一些地区也出现重烃异常，如重庆天府矿区上二叠统焦煤煤层瓦斯中C2H6—C4H10浓度高达，是CH4浓度的倍;南桐矿区煤层气中重烃的比例高达6%～15%(刘明信，1986)。

1 国内外煤层重烃异常分布

国内出现重烃异常的地区从南往北有云南、贵州、重庆、浙江、湖南、江苏、安徽、河南、陕西、辽宁、河北、内蒙古、黑龙江(见表1)。出现重烃异常的时代集中在石炭纪、二叠纪和侏罗纪，其中以二叠纪为主。煤化程度处于气煤、肥煤、焦煤阶段，在长焰煤中也有出现。重烃浓度介于～之间。出现重烃异常的煤层常常与油气有关联，有的在煤层中或其顶底板发现有液态油的存在，有的有明显的气显示和油显示。

表1 国内煤层气重烃异常分布表

续表

根据已查阅的资料，国外煤层中出现重烃异常的有美国、俄罗斯、德国。煤变质程度主要处于气肥煤阶段，重烃浓度最高大于43%。有趣的是许多出现重烃异常的煤田附近有一个与煤成气相关的天然气田或油田，有的煤层中也见到了液态石油或者有良好的气显示和油显示，因此有的学者就用石油气的成分来解释重烃浓度，认为与盆地深部层位的含油性有关，可能其运移是沿深断裂进行的(А.И.Кравцов，1983)。

表2 国外煤层气重烃异常分布表

续表

2 煤层重烃异常成因

关于煤层气中重烃异常的成因众说纷纭，有生气母质说、油气渗透说、接触变质说、煤化作用阶段说等。下面列出了重烃异常原因的各种假说。

生气母质

烃源岩的生烃母质组成特征影响着烃源岩的生烃品质和生烃潜力，是烃源岩研究的重要内容，其主要研究方法有两种:一是煤岩学的方法，一是干酪根方法，煤岩学法保存了有机质的原始状态与结构，有利于对成因的研究，镜质组反射率更可靠，干酪根法富集了矿物沥青基质中的那部分有机质，利于干酪根类型的确定(韩德馨，1996)。

煤岩显微组分很大程度上决定了煤层的产烃能力。通常认为，富壳质组煤层具有产油倾向，富镜质组煤层具有产气倾向。岩相学和地球化学研究表明，高或中等挥发分烟煤中，以壳质组分为主的腐泥煤生成湿气和液态烃，以镜质组分为主的腐殖煤生成干气(Rice D D，1993)。但某些种类镜质组分也具有生成较高重烃浓度气体的能力(BertrandP，1984)。例如，新西兰富氢煤层中镜质组含量在80%以上，但具有很高的产油能力(Killops S D et al.，1998);研究发现挪威北海中侏罗纪腐殖煤中壳质组含量和产油能力之间没有明确关系;Gentzis等认为，加拿大阿尔伯塔MedicineRiver煤层(乙烷和丙烷浓度5%)湿气来源于煤中大量的富氢镜质组分(Gentzis T，et al.，2008)。一般认为，惰性组由于芳构化程度和氧化程度更高及氢含量极低，不仅不能生油，而且产气量也比相同煤阶的壳质组和镜质组低，因而通常不把惰性组作为油气母质。但是近年来，经过煤岩学家的深入研究发现，某些惰性组分并非完全惰性，如南半球煤中“活性半丝质体”(RSF)的发现以及荧光与非荧光惰性体的划分(黄第藩等，1992)，为惰性体成烃提供了有机岩石学证据。徐永昌等对惰性组分加热也曾得到产油量为的残物(徐永昌，2005)。

笔者认为前人对煤岩显微组分对重烃产生的影响只是通过显微镜观测和测得的气组分的对比来进行的猜测，对具体显微组分对重烃产生的影响还没有进行过实验验证，尤其还未进行过煤化学结构特殊性的探索验证，还应对不同地区同类型的干酪根对重烃产生的影响进行深入研究。

微生物

微生物可以从两方面对重烃浓度产生影响，一是重烃菌有助于煤层产生重烃，一是微生物可以消耗掉重烃(如产甲烷菌)，产生次生生物气，不利于重烃的保存。

一种解释认为自然界存在重烃菌，生物气中少量重烃是重烃菌的贡献，即生物成因说。但要证明生物作用可以形成重烃，必须有以下证据:在一定的地质背景下，生物成因气中可以含有少量的重烃组分(～);乙烷的碳同位素较轻(就目前所报道的碳同位素值都在－70‰～－55‰之间)(Mattavelli L and Martinenghic，1992)，充分的证据证明无其他成因乙烷混入;还有一个重要的条件，就是在实验室内能够培养出产重烃菌。徐永昌等(2005)测得了陆良天然气乙烷的碳同位素组成δ13C2值为－‰～－‰，结合其单一的地质背景的分析，基本排除了热成因乙烷的可能，较明晰地显示了其为生物成因，对长期争议的生物作用是否可以生成乙烷给出正面的回答(徐永昌，2005)。

笔者认为重烃菌和细菌生源等有助于煤层产生重烃的因素尚需进一步验证;而影响到重烃的保存的次生生物气来解释重烃异常的前提是，整个向斜的煤层产生重烃的数量都很多，只是有的井田未受到微生物的影响而保存了下来，需要证明重烃正常区存在次生生物气。

催化作用

近年来，越来越多的学者开始注意催化作用对煤层气生成的影响，国内外学者研究中涉及地质过程中能起催化生气作用的无机质主要有粘土矿物、碳酸盐矿物、氧化物矿物、过渡金属元素等(吴艳艳和秦勇，2009)。催化剂对重烃生成的影响也有一些假说:

某些著作中提出一个假设，煤层中的重烃是由于甲烷、煤的灰分化合物和地层水的相互化学作用造成。据Е.Е.Вороищй的结论:包含在岩石孔隙中甲烷的氧化将导致高分子同系物的形成，其反映是:

Fe2O3+2CH4→2FeO+C2H6+H2O和2Fe(OH)3+2CH4→2FeO+C2H6+4H2O

但这种假设未必正确，还应研究煤层中重烃从属于矿物杂质的分布情况(А.И.Кравцов，1983)。

火山活动及深部流体活动在沉积有机质生烃地质过程中的作用也日益受到重视。张景廉认为含煤盆地的原油可能的模式是深部氢气与有机质的加氢液化生烃，或是深部H2、CO2、CO在中地壳的低速高导层中经费托合成反应生成油气(张景廉，2001)。金之钧等认为，深部流体至少从3个方面影响烃类的生成:一是直接以物质形式参加生烃过程，深部流体中的氢与沉积有机质可能发生加氢反应而增加烃的产率;二是热效应，深部流体携带的大量热能有助于提高有机质成熟度，加快有机质生烃过程;三是催化作用，深部流体携带的各种元素可能成为烃源岩生烃的催化剂(金之钧等，2002)。实验结果表明:以熔融铁作媒介，CO2和H2可以合成烷烃类物质;地下深处的玄武岩、橄榄玄武岩和橄榄岩与实验室条件下的熔融铁类似(郭占谦和杨海博，2005)。

笔者认为若是火山活动及深部流体活动在煤层生烃过程中起到了的催化作用，可以很好的解释许多重烃异常点的分布特征，所以流体活动对重烃产生的影响值得深究。

煤化作用阶段差异

在煤层气热成因的中期阶段，有机质主要通过树脂、孢子和角质等稳定组分降解初期所形成沥青的转化，以及芳核结构上的烷烃支链的断裂，形成富含重烃的气体。肥煤和焦煤初期阶段是有机质生油的高峰期，这是造成煤层气中重烃浓度相对增高的一个重要原因。根据我国统计资料，在整个煤级序列中，镜质组最大反射率处于～之间煤层的煤层气中重烃浓度明显较高(吴俊，1994)。

笔者虽在肥焦煤阶段是重烃产生的最高峰，但只有少数肥焦煤中煤层气出现重烃异常，所以煤化阶段是重烃异常的影响因素，但却不是唯一的影响因素。

煤对气体组分的差异吸附作用

由于被吸附势的差异，煤对重烃气体成分的吸附能力比对甲烷的要大。在煤微孔中，重烃气体分子主要被吸附在孔壁表面，甲烷分子主要位于重烃分子吸附层之上。被吸附力的这种差异，造成甲烷分子易于运移，导致煤层中重烃气体相对富集(吴俊，1994)。

某些学者注意到由于镜质组吸附作用造成煤排出烃类成分的变化。Given、Derbyshire等、Erdmann等发现，煤层中产生的油被吸附在镜质组微孔中(Given P，1984;Derby-shire F et al.，1989;Erdmann M and Horsfield B，2006)。Ritter采用分子直径的概念研究了镜质组中微孔的吸附作用，基于杜平宁—兰德科维奇(Dubinin－Radushkevitch)理论建立起来的镜质组吸附模型模拟排出了高含量的芳香族气体冷凝物，认为显微组分微孔的分布和交叉连接密度可能对煤层排出烃类的成分起着决定性作用，干酪根中吸附溶解过程影响到了煤层排出的烃类物质成分(RitterU，2005)。

煤微孔隙分子筛作用

煤中孔隙分布极不均匀，对于分子直径大小不一的烃类气体具有明显的分子筛作用。甲烷气体分子直径最小，在煤层中最易运移;重烃气体分子直径较大，在运移过程中常受到孔径制约而停滞于孔隙中，使重烃气体相对富集，且常以较高压力状态存在(吴俊，1994)。

烃类物质驱替效应

许多煤层具有煤、油、气共生的特征，含油性高的煤层中较多的液态烃占据了煤中有效孔隙，并驱替气态烃运移。分子量越小，被驱替的效应就越为明显。这种差异驱替特性，造成C2以上重烃气体在煤层中相对富集(吴俊，1994)。

笔者认为差异吸附作用、分子筛作用、驱替效应涉及的是气体分馏作用使得重烃得以富集和保存，对此项因素的验证需排除生烃母质差异的可能性。

油气渗透说

主张油气渗透说者认为，煤层中存在重烃是油、气藏中石油或天然气渗透到煤层中的结果(于良臣，1981)。

构造作用

现在煤层中保存的烃气，不仅包括深成变质作用产生而保留下来的烃气，还应该包括叠加在深成变质作用之上的构造煤动力变质作用产生而保留下来的烃气。

赵志根等探讨了构造煤动力变质作用的生烃问题，认为:①构造煤在动力变质过程中有烃气形成;②动力变质作用所形成的烃气对瓦斯含量、瓦斯压力的增加起着重要作用;③重烃是在构造煤动力变质过程中形成的(赵志根等，1998)。曹代勇等认为构造应力影响化学煤化作用存在两种基本机制→应力降解和应力缩聚。应力降解是指构造应力以机械力或动能形式作用于煤有机大分子，使煤芳环结构上的侧链、官能团等分解能较低的化学键断裂，降解为分子量较小的自由基团，以流体有机质形式(烃类)逸出的过程。应力缩聚是指在各向异性的构造应力作用下，煤芳环叠片通过旋转、位移、趋于平行排列使秩理化程度提高，基本结构单元定向生长和优先拼叠、芳香稠环体系增大的过程，构造应力在煤化作用中有“催化”意义(曹代勇等，2006)。

笔者认为从构造的动力学机制来分析重烃的产生能解释某些地区重烃异常沿断层的分布的特征，但为何只有部分断层的两侧有重烃异常需进一步研究。

3 结论

(1)国内外均有较多地区的煤层气中出现重烃异常，出现重烃异常的时代集中在石炭纪、二叠纪和侏罗纪，其中以二叠纪为主。煤化程度处于气煤、肥煤、焦煤阶段，在长焰煤中也有出现。出现重烃异常的煤层常常与油气有关联，有的在煤层中或其顶底板发现有液态油的存在，有的有明显的气显示和油显示。

(2)从生气母质、微生物、催化作用、煤化作用阶段差异、差异吸附作用、煤微孔隙分子筛作用、烃类物质驱替效应、油气渗透说、构造作用等方面总结了目前学者对重烃异常可能成因的解释并分别提出了笔者的见解，认为重烃异常成因的研究对煤层气的成因、勘探和开发以及煤矿的安全生产都有着重要的意义，需结合具体地区综合考虑多种因素进行进一步研究。

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