從三葉蟲(chóng)的“同僚”到珍貴的油氣

○文／劉文匯 張海霞 王 杰

從三葉蟲(chóng)的“同僚”到珍貴的油氣

○文／劉文匯 張海霞 王 杰

4億年前的遠(yuǎn)古生物歷經(jīng)地球的變遷，在多種因素的助推下，變成了今天的工業(yè)油氣藏。

當(dāng)聳立在塔克拉瑪干沙漠腹地的鉆機(jī)轟鳴著鉆向地下6000多米時(shí)，你是否會(huì)想到，4億年前，也許正有一群筆石、腕足類生物在廣袤的低等微生物群中自由遨游……

穿越時(shí)空，回到4億年前，那時(shí)的地球正上演著海洋盛宴，陸地上沒(méi)有任何動(dòng)物。在古生代之首—寒武紀(jì)時(shí)，海水異常溫暖，陽(yáng)光、水分、溫度適宜，更多更高等的多細(xì)胞生物“出生”了。此時(shí)，除海洋微生物外，海藻、三葉蟲(chóng)等硬殼無(wú)脊椎動(dòng)物亦悉數(shù)登場(chǎng)。隨后在奧陶紀(jì)三葉蟲(chóng)、腕足動(dòng)物大規(guī)模繁殖以及在志留紀(jì)筆石、腕足類生物統(tǒng)治了地球。這些遠(yuǎn)古生物歷經(jīng)地球滄海桑田的神奇變遷后，成為今天在早古生代海相層系探尋工業(yè)油氣藏的“功臣”。

誰(shuí)是生成油氣的“幸運(yùn)兒”

近10年來(lái)，國(guó)內(nèi)古生代海相層系發(fā)現(xiàn)了一批大中型油氣田。但新一輪資源評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，該領(lǐng)域油氣探明率仍不足10%。其中下古生界資源潛力巨大，勘探程度更低。因此，加大勘探力度、創(chuàng)新油氣地質(zhì)理論、發(fā)展勘探技術(shù)，以發(fā)現(xiàn)更多大油氣田，對(duì)我國(guó)油氣工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

石油與天然氣是地球送給人類的貴重禮物，這份珍貴的禮物來(lái)自哪里？油氣地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為，生油氣層可以是陸相的，比如我國(guó)大慶油田、勝利油田、大港油田等。它也可以是海相的，比如中東、北美、俄羅斯等全球一半以上的大型油氣田。與陸相層系相比，我國(guó)早古生代海相層系經(jīng)年日久，蘊(yùn)含著大量低等生物，但這些生物的生存環(huán)境與全球已發(fā)現(xiàn)的大油氣田沉積的湖相或海相淤泥不同，他們主要生活在以形成石灰石為主的碳酸鹽巖海底，這使得當(dāng)時(shí)的生物群落以浮游生物為主，后期生物尸骸沉積會(huì)以另一種方式保存和演化，成為油氣的源頭。

4億年前，我國(guó)早古生代海相地層蘊(yùn)含與三葉蟲(chóng)同代的這些生物無(wú)疑是好的生油母質(zhì)，但因時(shí)間久遠(yuǎn)，大部分在巖石中的生物已無(wú)法成為能生烴的物質(zhì)，錯(cuò)過(guò)了最佳產(chǎn)油期。部分在巖石中埋藏的生物在歷經(jīng)地殼升降、水平擠壓運(yùn)動(dòng)后，成為“幸運(yùn)兒”，可以生成石油，然后就地或者運(yùn)出后被再次高溫、高壓和流體作用而裂解成天然氣，成為現(xiàn)今工業(yè)油氣藏的來(lái)源。當(dāng)然，一個(gè)當(dāng)時(shí)形成的古油氣藏，也會(huì)由于地殼抬升、保存條件變差而逸散。

巖石生油的那些助推器

油氣的形成除了需要充足的沉積有機(jī)質(zhì)，還需要能使沉積有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化成石油的細(xì)菌作用，持續(xù)一定時(shí)間的適當(dāng)?shù)臏囟取毫?、催化劑等物理、化學(xué)及生物化學(xué)條件。其中，溫度及其持續(xù)的時(shí)間是油氣形成過(guò)程中至關(guān)重要的因素。

石油地質(zhì)學(xué)家把沉積有機(jī)質(zhì)能夠轉(zhuǎn)化成液態(tài)石油的主要溫度壓力范圍稱為“生油窗”，它的深度區(qū)間與盆地的地溫梯度和含有機(jī)質(zhì)巖石的年齡有關(guān)。一般而言，“生氣窗”范圍遠(yuǎn)大于“生油窗”，這也是氣藏分布比油藏廣泛的主要原因。油氣的生成只出現(xiàn)于有限的溫度和深度范圍，溫度過(guò)低或過(guò)高都不利于油氣形成。隨著上覆地層厚度增大，沉積有機(jī)質(zhì)的上覆壓力也會(huì)隨之升高，當(dāng)然，壓力升高也將促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)。然而，壓力對(duì)油氣生成的作用比較小，在某些情況下可以促進(jìn)油氣生成，反之，在某些條件下亦可抑制油氣生成。

不過(guò)，時(shí)間本身在很低的溫度下不能起作用，有機(jī)質(zhì)處于低溫條件下，不管經(jīng)歷多長(zhǎng)時(shí)間也不能生烴。概括地說(shuō)，時(shí)間可以補(bǔ)償溫度，但溫度占據(jù)首要地位，是有機(jī)質(zhì)生成油氣的決定性因素。

●數(shù)億年前的海洋生物成為今天黑色石油的來(lái)源。

在油氣形成的過(guò)程中，別看細(xì)菌微小，威力卻很大。特別是在有機(jī)質(zhì)的成巖作用、油氣生成及降解過(guò)程中對(duì)有機(jī)質(zhì)的分解與性質(zhì)改造起著重要作用。同時(shí)，在低溫下分解有機(jī)質(zhì)，還可以產(chǎn)生以甲烷為主的生物氣。對(duì)油氣生成過(guò)程而言，最有意義的要數(shù)厭氧細(xì)菌。比如說(shuō)，產(chǎn)甲烷菌就是一種厭氧細(xì)菌，它能“吃掉”有機(jī)質(zhì)，再以排氣的方式把以甲烷為主的生物氣排出，同時(shí)在沉積時(shí)死亡的細(xì)菌加入沉積有機(jī)質(zhì)中，使得生油氣的有機(jī)質(zhì)變得更好。

催化劑是一種化學(xué)反應(yīng)加速劑。它對(duì)油氣形成發(fā)揮的作用也不小，通常認(rèn)為能夠起催化劑作用的是黏土礦物，它在油氣生成過(guò)程中可以起到促進(jìn)油氣生成和裂解的作用。

對(duì)于年齡老、埋藏深的早古生代生物構(gòu)成的有機(jī)質(zhì)而言，細(xì)菌作用和催化作用已不是油氣形成的主要因素，能否形成現(xiàn)代仍有工業(yè)價(jià)值的油氣藏，也不是其是否達(dá)到生油窗的深度-溫度問(wèn)題，而是其是否遠(yuǎn)超過(guò)生油窗深度-溫度的問(wèn)題。當(dāng)然即便超過(guò)生油窗，它們必定經(jīng)歷過(guò)生油過(guò)程，仍然有形成油氣藏的潛力。

儲(chǔ)存油氣的“大房子”

遠(yuǎn)古時(shí)期海相層系古生物的遺骸被不斷分解、混合、沉積，在一定溫度和壓力的作用下，由分散到集中保存在“油

氣倉(cāng)庫(kù)”中。要形成儲(chǔ)量豐富的油氣藏，主要取決于生油層、儲(chǔ)集層、蓋層、運(yùn)移、圈閉和保存六個(gè)條件。

經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代，那些富含有機(jī)質(zhì)的巖層逐漸被深埋，經(jīng)受的溫度也隨著深度的加大而逐漸升高。一旦達(dá)到合適的溫度，有機(jī)質(zhì)就開(kāi)始熱分解或熱裂解，生成石油和天然氣，這些油氣源的豐富程度從根本上控制著油氣資源的規(guī)模。就4億年前的早古生代海相層系而言，油氣由分散在巖石中的有機(jī)質(zhì)不斷生成，它們?cè)趲r石的微小孔隙中越積越多，積聚的壓力也越來(lái)越大，最終突破巖石阻力，從中“逃逸”出的油氣進(jìn)入到具有一定孔隙度和滲透性的碳酸鹽巖層中，這就是所謂的儲(chǔ)集層。它們是很早就埋在地下、相當(dāng)于桂林山水中的溶洞和大量的裂縫，通過(guò)地下改造，它們成為油氣儲(chǔ)存的最好倉(cāng)庫(kù)。

油藏的形成，除了需要儲(chǔ)集層外，還必須有圈閉。圈閉是盛裝油氣容器的外殼，就好像人類居住的房子，這個(gè)儲(chǔ)存油氣的“房子”必須在油氣生成和運(yùn)移到此處之前就“蓋好”。而房子的質(zhì)地必須使油氣進(jìn)入后能得以保存。否則，若油氣通過(guò)時(shí)還沒(méi)有“房子”可住，或即便有空間但四處透風(fēng)，就會(huì)繼續(xù)前行，尋找其他住所或者散失。因此，存儲(chǔ)油氣的圈閉需要盆地中大范圍分布的在地下以塑性為特征的石膏和石鹽巖層，或盡管歷經(jīng)地球變化升降、擠壓后仍能獨(dú)善其身的泥巖“大被子”，這是工業(yè)油氣藏的保護(hù)神。研究表明，我國(guó)塔里木盆地、四川盆地和鄂爾多斯盆地等都存在上述4億年沉積層系中能夠形成大型油氣田的條件，并為近年來(lái)的勘探所證實(shí)。

4億年前與三葉蟲(chóng)同時(shí)代的生物主要以低等水生生物為主，這些古老生物“出身好”，生成油氣的能力強(qiáng)。但問(wèn)題是古老生物埋藏的地層深度大，地層壓力和溫度都較高，油氣形成、聚集、成藏過(guò)程復(fù)雜，是我國(guó)科技創(chuàng)新規(guī)劃“ 深空、深海、深地、深藍(lán)”中“深地”的重要研究對(duì)象。因此，認(rèn)識(shí)數(shù)億年前生物生長(zhǎng)環(huán)境、變化過(guò)程以及其形成油氣藏的生命歷程中是否有有規(guī)模的“大倉(cāng)庫(kù)”和良好的保存條件，成為我們尋找更多、更大油氣田的追求，也是保障國(guó)家能源安全的必然。

責(zé)任編輯：趙 雪

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