虽然对石油的成因已经有不少的观点,但大多数学者都同意“有机成因”的学说,即石油与天然气是由远古时死去的各种生物体转化而成的。但是,自然界中那么多的生物(包括动物、植物、微生物等),究竟哪些是生成油、气的主力呢?
每年,从初春到深秋,我们生活的大地万紫千红,各种各样的植物、动物把地球装饰得多姿多彩。你可曾想到,与现代生活密切相关的黄色、黑色、褐色的石油会是由它们,或者是它们的孢子和花粉变成的!
生物群落中的内容十分丰富,在地质历史中,有大到恐龙、原始哺乳动物,小到草木花朵,乃至肉眼看不到的被子植物的花粉与裸子植物的孢子体。在水体中,有鱼类、贝类、浮游动植物等。它们是装点大地、海洋的主体,也是构成地球上有机物的基础。
在占地球表面75%的水体中,生活着大量的微生物和微体生物。海洋学家在不同深度的海洋水体中安置了生物体接收网。据观察推算,海洋中的浮游生物每年的死亡量可达5500亿吨。它们在海水中大量生存被科学家称为“生物雨”,而死亡后向海底飘落则形成了“尸体雨”。还有大量的生物遗骸被河流和风源源不断地携带到海洋与湖泊中,不断地沉降到底部,这些生物和碎屑就是生成石油、天然气雄厚的物质基础。
在水体中,生物死亡以后,体内的主要成分如碳水化合物、蛋白质、类脂物、木质素等会先后遭受程度不同的分解与破坏。分解产物一部分被另外一些生物当作能源而再循环,另一部分则经过物理化学过程而变为简单分子(CO2和H2O等)。剩下的部分,是生物原始数量的极少部分,没有经历完全的生物再循环和物理化学分解而进入沉积物中,这就是“沉积有机质”的主要来源。
早期的沉积有机质和沉积物在沉积的压实作用下,不断地被埋藏到较深的部位。在正常的地质条件下,需经过5000~10000年才能形成1米厚的沉积层。在这段沉积时期,细菌活动引起的发酵作用,使有机物中的纤维素、蛋白质和多糖大分子被降解。大多数有机质在这一阶段聚合成不溶于有机溶剂的有机物,人们称之为“腐殖组分”,石油地质学家把它叫作“干酪根”,它的形状和性质有点像人们日常生活中炼制动物油后的油渣。
干酪根(Kerogen)一词来源于希腊语,意为能生成油或蜡状物的物质。1912年布朗(A.G.Brown)第一次提出该术语,表示苏格兰油页岩中的有机物质在干馏时可产生类似石油的物质。以后这一术语多用于代表油页岩和藻类中的有机物质。直到20世纪60年代才明确为代表沉积岩中不溶于酸的有机质。人们对干酪根的真正含意也争论了很久,目前比较趋于一致的看法是:干酪根是死亡后的生物体在一定条件下被微生物降解,残留下来的不溶部分,而可溶部分则称为沥青。石油地质学家在实验室模拟条件下,使干酪根转化生成了石油烃,所以干酪根生油说就成为有机生油理论的核心。
从有机质到干酪根,主要得益于细菌的降解作用,使干酪根进一步演变成石油则主要靠温度作用。
干酪根是一种极为复杂的大分子化合物,来源和形成原因都十分复杂,人们使用了高倍扫描电子显微镜和透射电子显微镜、多种有机地球化学分析,但迄今依然没有能够准确而客观地认清干酪根的结构,但可以确定,它与生物体的残余物有着密切的关系。
在不同沉积环境中不同类别生物体的天然组合,决定了沉积物中不同来源的有机质形成的干酪根的组成和类型,因而造成它们的性质和生油气的潜能有很大的差别。
不同的干酪根类型对生成油气的潜能大小及质量好坏有重要的影响。腐泥型干酪根最好,它反映有机物来源以低等水生生物藻类为主,生油质量最好。其次则为混合偏腐泥型,反映有机物中水生生物、陆生高等植物都有,
但水生生物占比更大些。再次则为混合偏腐殖型,即以陆生高等植物生源占比例偏多。差的类型是腐殖型,以陆源高等植物生源为主,对生油来讲是质量最差的,优点是它更有利于生成天然气。