油氣成因研究綜述

摘 要：石油天然氣的形成必須要有物質(zhì)基礎(chǔ)，還要遵循客觀的演化規(guī)律，對(duì)于它的成因有機(jī)成因說(shuō)和無(wú)機(jī)成因說(shuō)的對(duì)峙已久，至今仍然存在爭(zhēng)議，而兩派爭(zhēng)議的核心自然是對(duì)油氣的起源物質(zhì)和生成演化過(guò)程的認(rèn)識(shí)不同。簡(jiǎn)單的說(shuō)，有機(jī)成因說(shuō)認(rèn)為油氣是地下分散在沉積巖中的植物、動(dòng)物有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化而成，無(wú)機(jī)成因說(shuō)主張油氣是在地下深部高溫高壓的環(huán)境下，由無(wú)機(jī)物轉(zhuǎn)換而來(lái)，這兩種爭(zhēng)論從其產(chǎn)生延續(xù)至今。

關(guān)鍵詞：天然氣；石油；有機(jī)成因說(shuō)；無(wú)機(jī)成因說(shuō)

1 油氣有機(jī)成因說(shuō)

有機(jī)成因說(shuō)是18世紀(jì)中葉提出的，主要理論有“蒸餾說(shuō)”、“動(dòng)物說(shuō)”、“植物說(shuō)”、“動(dòng)植物混合說(shuō)”、“晚期成油說(shuō)”等。最主要的證據(jù)有：a.目前發(fā)現(xiàn)的油田大都分布在沉積巖中；b.前寒武紀(jì)到第四紀(jì)的每個(gè)時(shí)代巖層里都發(fā)現(xiàn)了石油；c.從油氣剖面中看出含油氣層位與富含有機(jī)質(zhì)的層位有相互依存的關(guān)系；d.目前發(fā)現(xiàn)的石油中化學(xué)成分并不完全相同，也沒(méi)有完全不同；e.石油組分中的元素和有機(jī)質(zhì)中的元素相近；f.在模擬實(shí)驗(yàn)中可以從有機(jī)質(zhì)中提取到在油氣中含有的烴類物質(zhì)；g.油層的溫度大都低于100℃；h.石油大都有旋光性。下面將以時(shí)間順序介紹有機(jī)成因的各個(gè)學(xué)說(shuō)。

1.1 高溫蒸餾說(shuō)

18世紀(jì)中葉蘇聯(lián)的羅蒙諾索夫提出高溫蒸餾說(shuō)，他是最早提出有機(jī)學(xué)說(shuō)的學(xué)者，他認(rèn)為石油是煤在地下受到高溫蒸餾的產(chǎn)物。

1.2 動(dòng)物說(shuō)與植物說(shuō)

在18世紀(jì)60年代，有機(jī)學(xué)派根據(jù)實(shí)驗(yàn)和觀察，提出了一些新的方案，如以低等動(dòng)物為主的動(dòng)物說(shuō)和以藻類為主的植物說(shuō)，植物說(shuō)認(rèn)為可能成為生油氣的藻類有綠藻、藍(lán)藻、硅藻及甲藻。從1888年起，Hoefer和Engler對(duì)多種動(dòng)植物的脂肪酸進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步完善了該學(xué)說(shuō)。

1.3 動(dòng)植物混成學(xué)說(shuō)

20世紀(jì)初，波東尼認(rèn)為動(dòng)植物都可以成為油氣生成的基礎(chǔ)材料，它們和礦物質(zhì)點(diǎn)一起形成腐泥巖，腐泥巖經(jīng)過(guò)天然蒸餾可產(chǎn)生石油。進(jìn)而在1932年古勃金各種生物化學(xué)組成部分均可參與生成油氣，他們可以來(lái)自海洋的動(dòng)植物殘?bào)w和從陸地?cái)y帶進(jìn)海洋的生物分解產(chǎn)物，含有這些有機(jī)質(zhì)的腐泥就是生油氣的母巖，一開(kāi)始時(shí)石油以纖維油滴的形式分散于粘土淤泥的母巖中，而后在壓力的作用下運(yùn)移聚集形成油氣藏。在這個(gè)過(guò)程中溫度并不高，其間有厭氧菌的參加，壓力也在不斷增加。這些都使得早期成油理論得到進(jìn)一步發(fā)展。

1.4 晚期成油說(shuō)

晚期成油說(shuō)即干酪根熱降解成油說(shuō)，在20世紀(jì)初期，學(xué)者們認(rèn)識(shí)到了原油成分與密度隨著溫度和沉積巖變質(zhì)程度加深而不斷變化；到了50年代，氣相色譜圖的發(fā)展，加快了地質(zhì)體中的微量可溶有機(jī)質(zhì)的研究，借機(jī)可以更加系統(tǒng)的研究沉積巖沉積物以及石油中的脂肪酸、烷烴的成因及分布特征。經(jīng)過(guò)了大量的研究，人們認(rèn)識(shí)到石油的生成不僅是烴類的富集過(guò)程，更重要的是烴類的新生過(guò)程。1969年Vassoevich提出石油生成的“主要階段”和“主要相”的概念；1973年P(guān)usey通過(guò)對(duì)古地溫的研究，發(fā)現(xiàn)石油在地下一定溫度和深度范圍內(nèi)分布，由此提出了“液體窗”和“地溫窗”的概念。這些都為晚期成油說(shuō)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。晚期成油說(shuō)認(rèn)為沉積物埋藏的一定深度之后，到了成巖作用的晚期，沉積巖中一些不溶有機(jī)質(zhì)達(dá)到成熟，進(jìn)而熱解生成大量油氣。這種觀點(diǎn)在油氣成因研究中被廣泛認(rèn)可。

2 油氣無(wú)機(jī)成因說(shuō)

油氣無(wú)機(jī)成因說(shuō)是在19世紀(jì)后期至20世紀(jì)中葉提出來(lái)的，其中著名的理論包括宇宙說(shuō)、碳化說(shuō)、隕石說(shuō)與巖漿說(shuō)等，他們認(rèn)為油氣的生成是由宇宙天體中的碳?xì)浠衔锘蛘呤堑叵律钐帋r漿中所含的碳和氫通過(guò)無(wú)機(jī)方式合成的。

2.1 碳化說(shuō)

碳化說(shuō)是在1876年由門捷列夫提出的，他觀察到石油起源同煤相聯(lián)系的提法與實(shí)際中觀察的剖面有矛盾，在試驗(yàn)中他發(fā)現(xiàn)碳?xì)浠衔锟梢酝ㄟ^(guò)無(wú)機(jī)合成來(lái)得到，因此他提出“石油是地下深處的重金屬碳化物與下滲的地下水相互作用生成的”。油氣生成的過(guò)程是重金屬碳化物與水發(fā)生反應(yīng)生成金屬氧化物和石油蒸汽。這種觀點(diǎn)有一個(gè)很大的弱點(diǎn)：地下究竟有無(wú)重金屬碳化物，還沒(méi)有確鑿的證據(jù)。

2.2 宇宙說(shuō)

在19世紀(jì)末期由索科洛夫提出，他的理論依據(jù)是發(fā)現(xiàn)一些天體中含有碳?xì)浠衔铮谒?、天王星、土星及彗星的頭部都有發(fā)現(xiàn)。所以他認(rèn)為碳?xì)浠衔锸怯钪婀逃械?，在地球處于熔融狀態(tài)時(shí)，碳?xì)浠衔锞桶谒拇髿馊?，隨著地球的冷凝，碳?xì)浠衔镆脖焕鋮s的巖漿吸收，隨著這些碳?xì)浠衔镅刂严断虻乇硪苿?dòng)，聚集起來(lái)便形成了油氣藏。對(duì)于這種觀點(diǎn)也有它解釋不通的地方，地球早期的碳?xì)浠衔锓肿恿啃?，結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡(jiǎn)單，而現(xiàn)在開(kāi)采出來(lái)的石油分子量很大，結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜。

2.3 巖漿說(shuō)

巖漿說(shuō)是前蘇聯(lián)庫(kù)得梁采夫提出的，他在火山噴發(fā)巖中發(fā)現(xiàn)了瀝青，在巖漿巖中也找到極少數(shù)的石油，這些石油的形成同基性巖漿冷卻時(shí)碳?xì)浠衔锏暮铣捎嘘P(guān)，正是由于高溫高壓的條件，使得很多不飽和的碳?xì)浠衔锉痪酆铣娠柡偷奶細(xì)浠衔?。他的理論表明地球上先有了石油才有了生物，不是石油?lái)自于有機(jī)物，而是有機(jī)物來(lái)自于石油。

2.4 高溫成因說(shuō)

這是由俄國(guó)切卡留克提出的，他根據(jù)金剛石合成的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)石油形成于上地幔古登堡層內(nèi)，在高溫高壓的條件下，鐵的氧化物被還原成烴類。

2.5 蛇紋石化生油說(shuō)

俄國(guó)科學(xué)家耶蘭斯基認(rèn)為，有些油田被發(fā)現(xiàn)于蛇紋巖或者是蛇紋化強(qiáng)烈的橄欖巖中，因此他認(rèn)為油氣可以通過(guò)橄欖石的蛇紋石化作用形成，這種蛇紋石化作用多發(fā)生在地殼深部的坳陷，所生成的油氣沿著裂隙升入沉積巖中形成油藏。

在上述兩種成因說(shuō)中，目前有機(jī)成因說(shuō)被多數(shù)人認(rèn)可，而且占了絕大優(yōu)勢(shì)，但是在有機(jī)成因說(shuō)中仍然有很多不能解釋的矛盾，比如大量生物死亡后是如何才能聚在一起分解的；而無(wú)機(jī)成因說(shuō)也有確鑿的證據(jù)：在實(shí)驗(yàn)室中確實(shí)可以通過(guò)無(wú)機(jī)合成的方法生成石油中的碳?xì)浠衔?；在目前開(kāi)發(fā)的油田中也可以找到無(wú)機(jī)成因的油氣。這些原因都不得不使人重新審視油氣的成因，因此還誕生了油氣成因的二元論。

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