油气生成探秘

2013-07-04 10:40:00

     石油、天然气(以下简称油气)在人们的生活中扮演着不可或缺的角色。那么有多少人能够准确地知道石油生成的来龙去脉呢?生成的条件,科学家们提出了两种观点:一种是无机论,即石油是在基性岩浆中形成的。基性岩浆铁、镁含量较多,黏度小,易于移动,在漫长的地质量变化中如何能变幻出石油来,仍然无人能说得清。第二种是有机论,既各种动物、植物,特别是低等的藻类、细菌、蚌壳、鱼类等动植物死后的尸体,埋藏在不断下沉缺氧的海湾、泻湖、三角洲、湖泊等地,经过长期的物理、化学作用,逐渐形成了石油。有机生成学说观点让我们知道到黑色的石油原来是难以计数的缤纷的生命聚合而成。其依据是:几乎所有的油田都是在沉积岩中发现的,而沉积岩中可以见到丰富的生物遗迹(如化石等);通过实验,生物体中三大组成部分的蛋白质、碳水化合物、脂肪,在一定条件下可以形成与石油中碳氢化合物类似的物质;在石油中发现的血红素和叶绿素等有机物质,前者来自动物的血液,后者则来自植物的叶绿素。石油是生物死亡后转变而成的观点理由十分充分,使有机生成学说得到大多数人的认同。按有机生成说的观点,油气形成的条件主要有三个方面。油气形成的首要条件是形成有机质的物质,包括海洋、湖泊中的细菌、浮游植物、浮游动物和高等植物等。没有这些生物在死亡后的大面积在水下沉积物中的埋藏,任何物理化学作用都无法形成石油。石油的原料是生物的尸体,生物细胞中的脂肪和油脂则由碳、氢、氧等3种元素组成。生物遗体沉降于海底或湖底并被淤泥覆盖之后,氧元素分离,碳和氢则组成碳氢化合物。在地球上已经发现的3000多种碳氢化合物,石油是由其中350种左右的碳氢化合物形成的,比石油更轻的碳氢化合物则成为天然气。大量产生碳氢化合物的岩石被称为“石油源岩”。埋没于地中的石油源岩受到地热和压力的影响,再加上其他多种化学反应之后就产生石油,而石油积存于岩石间隙之间便形成油田。然而,光有丰富的有机质并不能形成油气,还需要特定的古地理条件为石油的产生提供合适的温床。大家都知道“水往低处流”的道理。泥沙和有机质是在水的携带下,向低洼地区流动并沉积下来。因此,低洼地地形对石油的形成与聚集有着很重要的作用。根据规模大小,这种低洼地形分别称为盆地、坳陷、凹陷、洼槽等,并在各个地质历史时期不断变化。当然,这是一个极其缓慢的过程。若随着地壳的运动继续下沉,它就能继续保持低洼的地形,并持续接受沉积物,使地层厚度不断增大。若随着地壳运动上升,则低洼幅度就逐渐变小,接受沉积物就少,使沉积的地层厚度变薄。如果升到水面以上,则失去了低洼的形态,不但不能接受沉积物,反而使已经沉积的有机物会被风化剥蚀掉。由此可见,不断下沉的盆地或坳陷对有机质的聚集十分有利。这里提到了两个因素,一个是地层沉积,另一个是盆地下沉。它们在进行过程中都有一个快慢问题,前者叫“沉积速度”,这与沉积物来源的充足与否有关系;后者叫“沉降速度”,这与地壳运动的强弱有关系。二者相关之间的运动关系在很大程度上决定着有机质的保存质量。如果沉积速度小于沉降速度,就会使洼地内水体的深度相对增大,使有机质的下沉到底的距离加大。这样沉积物受水中氧的作用时间也就长了,对有机质会起到破坏作用。如果沉积速度大于沉降速度,则洼地的水体会变浅,甚至干枯成为陆地,使有机质暴露在大气中受氧的作用,以致遭到更大的破坏。因此,有利于有机质保存的另一个地质条件,就是两种速度要大体相当,即沉降多少,沉积物就补充多少。这被称为“补偿性的沉积速度”。有了丰富的有机质沉积,还是不能生成石油,还必须具备缺氧环境、温度、压力、时间、催化剂等因素,形成油气演变的物理和化学条件,为油气的形成提供良好的环境。现代的生油理论还认为,生物体中的有机质先要转化成一种特殊的有机质,这种特殊有机质叫做“干酪根”,再由干酪根转化成石油。这种转化要在一定的物理化学条件下才能实现,地下温度直到了决定性的作用。干酪根开始变成石油的温度范围大致是100~130℃,因为地下温度从浅到深是逐渐升高的,早先的沉积物不断被后来的沉积物所覆盖,埋藏也就越来越深,有机质只有在达到一定的埋藏深度时才能转化成石油。除了温度的因素以外,还与埋藏的时间长短有关。如果温度低一些但埋藏时间较长,或者温度高一些但埋藏时间较短,两种情况对干酪根转化成油的影响效果都是一样的。另外,地层越深则离地核越近,温度越高,越有利于有机质在一定的温度下转石油转化。地层的深度越深,不光温度升高,而且压力增大,对生成石油也十分有利。细菌和粘土岩中的粘土矿物是加速有机质生成石油的催化剂,含有这种粘土矿物的地层也有利于石油的生成。天然气虽然在组成上与石油一样,都是以碳氢化合物为主要成分,但它的生成条件要比石油更为多样化。石油要达到一定深度才能大量生成,而天然气从浅到深都能生成。可见,生成石油的地质条件是综合性的,有机生物、古地理条件和促进向石油转化的物理化学条件缺一不可,才能有效地生成石油。这三种条件都是古地理环境变化送给现代人的礼物,是无复制与创造的,因此,石油才成不宝贵的不可再生资源。

阅读原文