【摘 要】通过对甲烷气和甲烷气藏的形成过程的分析，引入甲烷气发生失氢聚合的地球化学反应并生成较大的油气分子的假设，推导和演绎了甲烷气以及水合甲烷与油气藏的形成的密切关系，认为甲烷气藏形成是油气藏形成的基础，水合甲烷体的形成是气藏形成的初级阶段。沉积泥质吸附的一部分甲烷气（包括后来又产生的甲烷）以及残留的部分水合甲烷在漫长成岩过程中，形成了页岩气藏。

　　【关键词】甲烷；水合甲烷；油气藏；失氢聚合假设本文试图阐述水合甲烷的形成与石油形成的关系。通过对现有生物生油理论和非生物生油理论，及对水合甲烷地质情况综合分析和演绎，认为甲烷和水合甲烷的形成是油气藏形成的原始第一步，在地球化学作用下，甲烷气的失氢聚合反应是油气藏形成过程的一个重要环节。提出油气藏形成过程的新模型。该模型包括：（1）甲烷的产生和水合甲烷体的形成；（2）水合甲烷体上方形成坚实而稳定的盖层；（3）埋深不断加大，温度不断升高，水合甲烷解析和甲烷气体的运移；（4）在运移过程或在储层中发生漫长的地球化学变化，即甲烷气失氢聚合反应形成油气的过程；（5）在密闭体中形成油气储层。

　　1.甲烷和水合甲烷体的形成过程水合甲烷体的形成过程是油气田形成的第一阶段，为油气田形成奠定了物质基础。甲烷的来源主要有：（1）、细菌对沉积物中有机质的分解。古菌主要包括甲烷菌、硫酸盐还原菌、超常嗜盐菌和极耐嗜热、耐酸、耐碱以及代谢元素硫的菌群等[1]。细菌分解有机质的温度一般在0℃以上，在产生甲烷条件下，多群体微生物联合降解有机质，使地层中的沉积有机质转化为生物气[2]。（2）、有可能来源于地层断裂带逸出的地球深部甲烷，或来源于地壳深部的碳物质通过断裂带热化学反应产生的甲烷。不仅是因为水合甲烷大多存在的海沟或海槽都处在断裂带上，而且大多数油气田也都是在地质断裂带附近。例如：松辽盆地深层目前所发现的高含CO2气藏均为无机成因，与深大断裂和岩浆活动关系密切[3]、[4]。甲烷按照重力原理和沿着地层密度较低方向扩散的原理，从地层深部向浅部运动[5]，在适当的温度和压力下形成水合甲烷，逐渐聚集和积累。根据实验室合成水合甲烷的物理参数和目前发现的水合甲烷的地质条件，一般存在于200米深度以下的海洋底，也就是说水合甲烷的形成与温度和相对应的压力环境有关。

　　现行石油成油理论认为，几千万年前或几亿年前，由于巨大的生物残体沉积在海洋和古代湖泊里，随着沉积层的不断增厚，温度不断增高，在缺氧环境下，这些有机体发生分解形成石油，聚集运移到储层形成油田。该理论有四点值得讨论：（1）沉积体中不仅存在着生物残体，而且还有除碳氢元素外的其它物质，其数量远远超过生物残体的数量，如果生物残体分解直接生成石油，会大量吸附在这些物质上面，从油页岩的表观具有相当强的吸附能力推演，生物残体不经过成气过程而直接生成石油，石油能否从沉积层中流出值得怀疑。（2）从极度严重缺氢的干洛根生成氢含量十分丰富的烃，显然是一种奇论。（张景廉――中国石油天然气集团公司西北地质所，主要从事油气无机成因的地球化学研究。）（3）按目前的生油理论，石油应该通过孔隙或裂缝进行聚集和运移。是什么动力推动这些微小的液滴都朝着一个或有限方向进行聚集和运移？也就是说在沉积层演变过程和储层之间有一只无形的手，把这些孔隙、小裂缝与运移通道连接起来。根据地球引力作用，同质地层距地表越近密度越低，孔隙越大。深层地层在三向应力的作用下，更容易形成垂直裂缝。按此推理，形成的石油应向地表运移，而不是向着有限的几个方向运移。（4）目前的石油生成理论无法解释‘水合甲烷’现象。

　　目前发现的‘水合甲烷’形成的地质年代相当年青，沉积的生物残体不是直接生成石油，而是甲烷，并能大量的聚集。通过以上分析，似乎可以推演：无论是生物生油气或非生物生油气，在形成油气田之前都要完成相当规模的水合甲烷体的地质阶段。

　　2.水合甲烷体上方形成坚实而稳定的盖层完成相当规模的水合甲烷储层的地质阶段后，或者在水合甲烷聚集过程中，水合甲烷体上方可能会逐渐形成盖层，这些盖层可能是漫长的海洋化学或湖相化学形成的沉淀物，如碳酸岩层，或其它沉积物。另一方面，这些盖层的上方还有可能生成新的水合甲烷储层，并不断叠加，如同‘三明治’，使水合甲烷或甲烷在相当的一段时间内，被禁固在相应的层间。

　　3.水合甲烷解析和甲烷气体的运移随着时间的推移，水合甲烷体上方的盖层不断加厚，水合甲烷储层埋深逐步加厚，温度不断升高，聚集相当规模的水合甲烷体开始解析，使储层内的压力逐渐增大。解析后的甲烷气体该向何方去？大概有三条去路：（1）冲破盖层，逸出海洋或湖泊，进入大气中。目前已发现了一些有逸出水合甲烷的地层构造。或进入上方的另一个水合甲烷的储层，重新形成新的水合甲烷，再进行下次的解析过程。（2）由于水合甲烷体的盖层完整，并形成了足以坚固的密闭体，解析后的甲烷继续滞留在原盖层下面，就地形成油气构造。（3）高压高温下的甲烷气体向孔隙较大的地层扩散，或沿着地层裂缝向其它方向进行运移。

　　4.甲烷气体发生失氢聚合反应形成石油的过程高压甲烷气体运移过程大概有三种结果：（1）、在运移的漫长过程中，这些高压甲烷气体与地层中氧化物质发生地球化学变化，失去相应的氢气，并聚合成不同成分的石油，最终形成油气田。这些氧化物质可能是氧化铁、硫化物等物质，如与三氧化二铁反应，生成磁铁矿（或氧化亚铁）、水和石油，或更复杂的地球化学反应。我们知道植物残体是形成煤田的主要物质，煤田形成过程中伴随着大量的甲烷气体生成。植物残体不会直接生成石油。但目前发现了许多煤成油气的油气田，也可以解释为甲烷气体在运移过程中，经过复杂的地球化学反应形成了油气田。土哈盆地发现煤成油田13个，在印尼NW Boren Balingian省，由红树林形成的海陆交相第三纪煤系，在此也发现了许多煤成油田。塔里木盆地库车坳陷奇克里克煤成油田，大宛齐油田，准噶尔盆地南缘古牧地煤成油田，卡拉库姆有120多个煤成油田[5]。形成的石油和天然气继续沿着运移通道运移，最终圈闭在储层中。（2）在运移过程中，由于其它地层不是密闭体或由于裂缝使圈闭结构与大气连通，最终甲烷气或部分石油会逸散入大气中。（3）在运移过程中，甲烷气体没有遇到足够的氧化物质，甲烷气没有发生失氢聚合反应，或只有很少一部分发生反应，仍主要以气体状态的形式存在，最终形成气田。 　　5.在密闭体中形成油气储层甲烷气体在完成了形成甲烷水合体、被盖层覆盖、解析、运移或失氢聚合反应后，最终在密闭体中聚集，形成油气储层。需要指出的是失氢聚合反应既可在运移过程中发生，也可在储层内发生，前提是地层内应存在氧化物质，且温度适合，并进行地球化学反应。可能形成的油气储层有以下四种形式：（1）解析后的甲烷继续滞留在原水合甲烷体盖层下面的密闭体内，而该地层内没有足够的氧化物质或存在很少的氧化物质，或地球化学反应进行非常缓慢，主要形成天然气储层或以天然气为主的储集层。这种模式的气藏属于页岩气藏的一种或生油层气藏的一种。（2）解析后的甲烷继续滞留在原水合甲烷体盖层下面的密闭体内，而该地层内存在有足够的氧化物质，甲烷气体经过地球化学反应后，失去部分氢气，聚合反应较为充分，主要形成石油储层或以石油为主的油气储层。这种模式的油气藏属于页岩油气藏的一种或生油层油气藏的一种。（3）甲烷气体的运移通道地层和最终的储集地层内没有足够的氧化物质或存在很少的氧化物质，几乎不发生地球化学的失氢聚合反应，或发生反应数量较少，主要形成天然气储层或以天然气为主的储集层。这种模式气藏属于目前发现的大多数气田的气藏形式。（4）甲烷气体的运移通道地层和最终储集的地层内存在有足够的氧化物质，且温度适合，使甲烷气体的失氢聚合反应较为充分，主要形成石油储层或以石油为主的储集层。这种模式的油气藏属于目前发现的大多数油田的油气藏形式。

　　6.本文油气藏模型与现在流行的油气藏形成模型的差异本文模型与现在流行的油气藏形成模型的差异主要表现在以下方面：（1）本文模型认为甲烷气的形成是油气藏形成的最初阶段，先有甲烷气，然后形成水合甲烷储层，再解析成为甲烷气，经地球化学反应生成石油。这个观点与在全球发现储量巨大的水合甲烷的客观事实一致，也可解释地球上存在许多单一大气田的现象，如在四川，只有川中矿区和江油矿区有储量不大的油藏，而更大规模的是天然气气藏，这可能与甲烷气运移和储层中缺少氧化物质有关。而现在的油气藏形成模型阐述的是沉积物在高温高压下的直接反应形成石油，此模型很难解释遍及全球的水合甲烷的现象。另外，本文认为沉积物在高温高压下即使能直接反应形成石油，对能否使小液滴聚集成油藏表示怀疑。（2）本文模型认为沉积体中的生物残体可以产生甲烷气，因为植物或动物残体在适当的环境下，通过细菌作用可产生甲烷气体，这一现象地球上随处可见。另一方面认为甲烷气也可能来源于地球深部或源于地壳深部的碳物质通过断裂带热化学反应产生的甲烷，因为发现的规模巨大的水合甲烷体大都在海沟或海槽等断裂带区域，如日本处在大断裂带上，并发现储量巨大的水合甲烷。另外，发现的大部分油气田也都处在地层断裂带附近，如环勃海湾等油田 [6]、[7]。

　　7.结尾和建议本文阐述的油气藏形成过程的模型概括为：甲烷气的产生――水合甲烷体――盖层形成――高温解析――运移――失氢聚合反应――形成油气藏。但没有探讨在油气勘探方面如何利用本文模型的问题。

　　建议在油气勘探方面加深以下认识：（1）从地质和地震勘探方面，研究地质较大断裂带的走向和小断裂带的分布情况。（2）通过地质资料的分析，在断裂带附近寻找有水合甲烷体盖层的迹象，确定油气的来源地。（3）通过小断裂带或裂缝以及孔隙差的分析，确定最有利的运移方向。（4）在运移方向上寻找各种密闭的储体。

　　参考文献：

　　[1] 丁安娜、卢双舫等，生物气源岩中原核生物改性指标与评价新方法，石油勘探与开发，2008，35（1）64-65。

　　[2] 刘志恒，现代微生物学[M]。北京：科学出版社。2003.217-236）。

　　[3] 赵文智等，松辽盆地深层火山岩气藏地质及评价技术，石油勘探与开发，2008，35（2）136-137。

　　[4] 戴金星，各类烷烃气的鉴别[J]。中国科学（B辑），1992，OOB（2）：185-193）。

　　[5] 戴金星等，中国天然气地质与地球化学研究对天然气工业的重要意义。石油勘探与开发，2008.35（5）：518-519。

　　[6] 高志前等，塔里木盆地塔中南坡台缘带油气成藏条件，石油勘探与开发， 2008，35（4）， 443.。

　　[7] 邹才能，赵文志等，中国沉积盆地火山岩油气藏形成与分布，石油勘探与开发，2008，35（3），259-270。