岩层中的天然榨油机

2025-02-17 14:33:00

沉积后的有机质变成石油和天然气的过程,也是有机淤泥缓慢地变成岩石的过程。也就是说,石油的生成并不是发生在岩石形成之后,而是在同时进行着。这里所说的“同时”,并不是严格地指生油和成岩是同时开始,同时结束的,而是这两件事有时间上的交集。这个问题至今仍是油、气成因学说中需要探索的问题之一。但可以肯定的是,初生的石油是星星点点地分布在正在压实、固结中的岩石层里的。

能够生成石油的富含有机质的岩石层随着沉积盆地的下沉也在不断地下沉。在生油层内,油、气渐渐生成,在生油层上部,沉积物不断叠加增厚。

生油层所承受的压力越来越大,组成岩石的固体颗粒也就越压越紧,存在于这些颗粒之间的水和初生油、气也就越来越待不住了,最后,终于被挤榨出生油层。上覆地层的这种作用就像一部巨大的榨油机。这部“机器”靠上覆地层的静压力把生油层中的绝大部分水和油、气榨出来。

初次生成的油、气被赶出生油层后又往哪里去呢?沉积岩大多是成层分布的。在生油层附近常常有储层存在,由于储层里面还保存着一定数量的孔隙,相邻的储层自然就成了初生油、气的最佳落脚点。在成岩过程中,那些颗粒较细小、含水较多的泥质沉积层(如生油层)可压缩性较大,而颗粒粗大、结构坚硬的砂质沉积层和砾石沉积层可压缩性却相对较小。在固结成岩以后,后者内部的孔隙仍然较多,孔隙与孔隙之间的连通性也好。由于砂粒、砾石组成的岩石骨架承受着上部地层的全部重压,所以,在储层孔隙中的水所承受的压力一般就只相当于该处的静水柱压力。初生油、气从生油层中被赶出来,就钻进了压力较低的储层孔隙中,开始它新的生活。因为生油层附近岩石所承受的静水柱压力相对较低,所以被榨出的油、气不仅能进入生油层上部的储层,也能进入生油层下部的储层。油、气被上覆岩层的重压赶进储层是沿两个方向进行的。除了沿垂直于层面的方向直接进入相邻的储层外,还在压力差的作用下,沿平行于层面的方向向储层运移。因为同一层沉积物的不同部位所承受的重压不同,压缩性也不同。愈是接近沉积盆地的中心,沉降的幅度愈大,沉积物愈厚,生油层所承受的压力愈大,可压缩性也愈大;愈是接近湖、海的边缘,接近水流较强、较快的地方,则可压缩性愈小。在这些地方,生油层也常常渐变为储层了。

还有一种可能,在成岩的初期,只有一小部分有机物质变成了油、气,并被上覆地层的重压压进了储层。大部分油、气是在生油层沉降到更深的地方后才生成的。岩层在大幅度沉降中被挤压而产生褶皱和断裂。在深处生成的油、气是在上覆地层的重压下沿着这些裂缝向上运移到上部的储层中的。

随着沉积盆地的不断下降,沉积物质的不断增厚,不仅对下部的生油层起了榨油机的作用,而且由于深度的增加,温度也随之增高,对油、气的运移增加了有利条件。一方面,由于岩石和流体的膨胀系数不同,受热后,流体要比岩石颗粒膨胀剧烈得多。另一方面,温度的升高,帮助流体从岩石颗粒之间往外挤。这样,外榨内挤,初生油、气就离开了它们生成的地方——生油层。温度的增加又使流体的黏度减小,流动性增加。甚至使其部分或全部变成蒸汽或气体,更有利于流体的运移。

有人提出了一种“微裂缝”理论。认为随着上覆地层的增厚,生油层中温度的增加,使得其中的气态碳氢化合物膨胀,会在生油层中造成许多微裂缝。油、气就在静压力的作用下通过这些微裂缝排出生油层,进入储层。当油、气排出后,生油层中流体体积恢复到膨胀前的水平,生油层内部压力也随之恢复到原来水平,微裂缝也就闭合。随着生油层的继续下沉,上述过程又可再次发生。

岩石层都含水,纯水对碳氢化合物的溶解能力是很弱的,对非碳氢化合物的溶解度却较高。但当水中溶解了非碳氢化合物,并且在地层的温度、压力均较高的条件下,溶解碳氢化合物的能力就大大地增加了。这种水不但可以将岩石颗粒表面的碳氢化合物剥离下来,而且可以把有机物残骸中的碳氢化合物抽提出来。这种水和“天然榨油机”互相配合,把大量地碳氢化合物从生油层中携带入储层。

“天然榨油机”的动力除了上覆地层的压力,即静压力外,还有地壳运动产生的压力,即动压力。动压力使沉积岩进一步压实、变形,也会把其中的流体榨向压力较小的地方。此外,碳酸盐质的生油岩层在成岩过程中的矿物结晶作用也是一种榨油的动力。这种作用一方面排挤混杂在未结晶的碳酸盐中的流体,另一方面又产生了无数大大小小的裂缝,给流体的运移、储集创造了良好条件。

当然,太大的压力也可能使岩石颗粒堵塞一些孔隙,甚至使部分油、气被封堵在那些孔隙中不能排出生油层。不过这种作用是次要的,被封堵住的油气极少。

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