生物气是由厌氧微生物在低温条件下分解有机质而生成,以甲烷为主,含部分二氧化碳及少量氮气和其他微量气体组分。生物气属于高效、高能、低污染的优质能源,与常规天然气相比具有较高的能源效益、环境效益,因此也就成为天然气资源重点研究内容。生物气资源在我国广泛分布,各沉积盆地中均发现有生物气藏,例如柴达木盆地、江浙沿海地区、渤海湾盆地及松辽盆地等地区。柴达木盆地三湖坳陷是我国生物气资源主要开发区,从1958年至今已经过近60年的勘探和开发。在此期间,前人分别从沉积环境、气源岩发育情况和生物气运聚成藏等方面对三湖坳陷西部生物气的形成与富集进行了系统的研究,但对三湖坳陷东部生物气的形成及影响因素等方面的研究还较薄弱。本学位论文立足于三湖坳陷东部诺木洪北部地区(以下简称诺北地区)的基础地质资料,根据岩性、古生物、元素地球化学及有机地球化学等资料,对研究区第四系七个泉组的沉积环境、气源岩特征及产甲烷菌生存环境进行了分析,在此基础上讨论其对生物气形成的影响,这将为后期诺北地区第四纪生物气藏的勘探开发提供地质理论依据。诺北地区第四系七个泉组主要为湖相沉积,还发育有冲积扇、河流和三角洲沉积。七个泉组沉积演化可以划分为5个阶段:分别是更新世早期(K9～K13)的湖泊形成阶段、更新世中期(K5～K9)的湖泊鼎盛阶段、更新世中晚期(K2～K5)的湖泊稳定阶段、更新世晚期(K0～K2)的湖泊萎缩阶段和全新世早期的湖泊消亡阶段。研究区内沉积相呈环带状分布,由中央向两侧,沉积相由湖相逐渐过渡为冲积扇、三角洲。生物气生成机理与干酪根热解产气机理完全不同,对于生物气源岩有机质丰度的评价应考虑可溶有机质的影响。参照适用于柴达木盆地第四系七个泉组气源岩丰度的评价标准,认为诺北地区诺1井气源岩有机质丰度较低至中等,以较差、中等气源岩为主。气源岩的体积可影响生物气的潜力和规模,诺北地区地层中暗色泥岩平均厚度比例超过45%,可在一定程度上弥补有机质丰度的不足。气源岩整体处于未成熟阶段,有机质类型以腐殖型(Ⅲ型)为主,富含陆源植物的木质素、纤维素和丹宁,容易被厌氧细菌所利用,有利于生物气的生成。产甲烷菌的生长、发育以及产甲烷过程受到环境因素的严格控制,这些因素包括温度、盐度、地层水性质和氧化还原性等。结果表明,诺北地区以微咸水-咸水环境为主,呈中性-弱碱性,具有较强还原性;沉积时水体温度较低,现今温度主要受到地温梯度的影响;三湖坳陷地表水系主要来源于南部的昆仑山,形成了地下水由南向北径流的特征,在地下水的运移过程中,伴随着蒸发作用,水量逐渐减小,由南向北盐度逐渐升高。存在产甲烷菌可以利用的营养底物、具备适宜产甲烷菌生存和繁衍的地质条件是生物气形成的两个关键要素。气源岩发育受各种因素的制约,沉积环境是控制气源岩有机质丰度、质量及分布特征的最重要因素,间接影响了生物气的生成。诺北地区七个泉组沉积后期湖泊相发育的3～5段,生物气潜力优于1～2段。地球化学环境影响产甲烷菌的生长和繁育,中性-弱碱性环境和较强还原性适宜产甲烷菌的生存。较低的沉积温度不仅有利于有机质的保存,也抑制了产甲烷菌的活性,避免了浅埋藏阶段有机质过度分解;随着埋藏加深,温度逐渐升高,有利于生物气的形成。较高的盐度在保存有机质的同时,也抑制了产甲烷菌的活性,对于高盐度地区是否能够形成生物气藏,需考虑区域流场的影响。诺北地区生物气以近源垂向运聚为主,气源岩是生物气大规模生成的基础。广泛发育的湖相泥岩,早期成岩阶段弱压实作用提供的大量储集空间,巨厚的沉积厚度及膏岩沉积增加了盖层的封闭能力,形成良好的生、储、盖组合。其中,中央凹陷气源岩条件最好,并发育大型第四系同沉积背斜,是形成生物气藏的最有利区块。北斜坡与现今发现的气田地质条件相似,可能存在生物气横向远距离运聚成藏,应作为下一步重点勘探区块。南斜坡水体盐度较低,对产甲烷菌缺乏抑制作用,生物气大量生成进而散失,形成生物气成藏的可能性较低。