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油气之光——石油的成因

2015-7-15 10:15:34 来源:中国矿业报 作者:杜治利

石油的成因,一直存在多种理论或假说,主要包括无机成因论、有机成因论和混合成因论。

(一)无机成因论

无机成因论以前苏联学者为代表,19世纪晚期,俄国门捷列夫认为,地球深处的金属碳化物在高温下与水起反应,生成乙炔,随后凝聚成烃。石油来源于地壳深部和地幔内的含烃类物质。无机成因论者指出,有机论无法解释巨大的石油资源量,有些油田的石油资源量远远超过沉积物的生烃量。目前勘探已证实,有些天然气确实来源于地幔。

(二)有机成因论

有机成因论为石油地质学的主导思想,几乎所有的石油天然气田都位于沉积盆地内,烃源岩是沉积岩,烃源于有机物干酪根。有机成因论的科学依据在于,世界上已经发现的油气田99.9%都分布在沉积岩中。世界上25个大型含油气盆地占世界发现石油总量的86%,从前寒武纪至第四纪各个时代岩层中均发现了石油,都与沉积岩的分布、与煤和油页岩的分布密切相关。世界上没有化学成分完全相同的两种石油,这与石油的同源性和生成环境的不同有关。石油和煤的灰分均富集V、Cu、Ni、Co,说明石油和煤具有相似的成因。石油是低温条件下生成的,很少超过100度,且油气藏的聚集时间一般为1亿年。以上这些都是无机成因论难以解释的。

(三)石油的现代成因模式

现在绝大多数研究者都是支持石油的有机成因论的,通过进行模拟实验,勘探验证,逐渐提出了石油的现代成因模式。

石油的生油物质为干酪根(Kerogen)。干酪根泛指沉积岩或沉积物中不溶于一般有机溶剂的沉积有机质,其形成实际上在生物体衰老期间就已开始。其时,有机组织开始发生化学和生物降解转化,大分子生物聚合物部分全部被拆散,形成单体分子,通过腐泥化或腐植化过程,形成干酪根的前身“地质聚合物”。在成岩过程中,聚合物变大,变复杂,埋深至数十米或数百米,具有很大分子的干酪根才发育起来。

在海相和湖相沉积盆地的发育过程中,包括干酪根在内的原始有机质伴随其他物质沉积后,随着埋藏深度逐渐加大,经受地温不断升高,在乏氧的还原环境下,有机质逐步向油气转化。有机质向油气转化可以分为四个阶段:

1.生物化学生气阶段:从地表至1500米深处,温度介于10℃~60℃,以细菌活动为主,相当于炭化作用的泥炭-褐煤阶段,以乏氧的生物化学降解为生气机制,类似“沼气”,以甲烷为主。大部分有机质是以干酪根形式存在于沉积岩中。

2.热催化生油气阶段:沉积物埋藏深度达到1500米至4000米,有机质经受的地温达到60℃~180℃,相当于长烟煤-焦煤阶段,促使有机质转化的最活跃因素是热催化作用。页岩等粘土岩的催化作用十分关键,粘土矿物的催化作用可以降解有机质的成熟温度,促进石油的生成。

3.热裂解生凝析气阶段:沉积物埋藏深度达到4000米至7000米,地温达到180℃~250℃,超过了烃类物质的临界温度,环烷产生开环和破裂,液态烃急剧减少,主要以甲烷及其他气态的低分子正烷烃,在地下呈气态,当采至地面,随着温度和压力降低,反而凝结为液态轻质油。这个阶段是高成熟油气阶段,以凝析气和湿气为主要产物。

4.深部高温生气阶段:当深度超过7000米,沉积物进入变生阶段,到了有机质转化的末期,相当于无烟煤阶段,地温超过250℃,以高温高压为主。石油全部裂解成最稳定的甲烷,干酪根残渣释出甲烷后进一步缩聚,生成碳沥青或石墨,是变质产物。

(四)生油层

生油岩是指能够生成石油和天然气的岩石,由生油岩组成的地层成为生油层。最有利的生油岩相是浅海相、三角洲相和深水湖相,有利于形成粘土岩类生油层和碳酸盐岩类生油层。

浅海相的碳酸盐岩类和粘土岩类都具备很好的生油条件,多处于广海大陆架和潮下带的局限海,属持续低能环境,盆底长期稳定沉降,气候温暖湿润,生物繁盛,水体安静,长期的还原环境使丰富的有机质得以顺利堆积、保存并向油气转化。□

(作者单位:中国地质调查局油气资源调查中心)

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