石油和天然气是沉积有机质热演化过程中的阶段性产物。沉积有机质的演化过程可分为三个阶段：成岩作用阶段、深成热解作用阶段和变质作用阶段（图4-12）。不同阶段产油、产气的数量和油、气的成分是不同的。
图4-12 沉积有机质的演化及其油气的生成
（一）成岩作用阶段
此阶段的温度、压力低，促使有机质演化的主要营力是生物作用。沉积物中，一部分有机质被微生物的新陈代谢所利用，一部分转变为微生物的细胞，而未被微生物同化的残余物经缩合作用形成干酪根。通常人们将干酪根视为生油的母质。在干酪根的形成过程中，还伴有甲烷气和未成熟原油产生。除甲烷以外，这一阶段还生成少量的C15以上的烷烃和环烷烃，它们直接来自活的生物体，继承了生物体的结构等特性，成为生物标志化合物。
（二）深成热解作用阶段
随着埋藏深度增加，温度持续上升，干酪根发生热降解，愈来愈多的化学键（如醚键和C—C键等）断裂，生成大量的液态烃，并伴随一定量的气，主要有甲烷、乙烷、丙烷等。在石油形成的主要阶段，大部分新形成的烃具有中、低等分子量，这类烃已经失去原来的特定结构和特殊分布，这些烃已不具标志特点。同时，此类烃的出现，使早期形成的生物标志化合物稀释，使其标志特征不明显。
（三）变质作用阶段
由于温度进一步升高，干酪根中大部分的侧链已消耗殆尽，残余的少量烷基侧链继续断裂，从干酪根上生成的仅有少量的甲烷。同时，已形成的液态烃和重质气态烃也因温度增高裂解生成大量甲烷。
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