maoxp9的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/maoxp9

博文

石油的无机成因说可能玄了-从煤的变质程度看有机质在地层中的赋存状况 精选

已有 2510 次阅读 2019-10-20 07:05 |系统分类:科研笔记| 石油无机成因说, 石油有机成因说, 幔汁, 天然气, 化石

    这几天因为中石油DQ油田研究院C博士发了英雄帖,提出了油气无机说的三个观点,驳倒一个可得10万。我不是冲钱去的,而是觉得其中第2条太离谱,不服气,与他争论了一番,他认为:1)石油来自于地幔,所有工业油气藏都是地幔来源,热解生烃实验是在500度以上的高温下做的,而沉积盆地内有机质的温度小于这个温度,不可能产生化学反应并裂解成油气;2)煤来自于石油,煤是石油沥青化、沥青煤化的结果;3)页岩不生气。真是惊天大新闻,一下接受不了。

    这不是本文的重点,重点是在仔细思考煤的变质过程及组分变化,发现石油的无机成因可能不成立。

    本人是石油成因的有机论者,但对杜乐天教授提出的幔汁理论并不排斥,石油勘探若能有新的领域待发现是大好事一件,何乐而不为呢?且众多学者在固体矿产领域内看到了地幔流体对成矿的作用,他们笃定地相信,深部地幔流体对油气肯定是有贡献的。严格地讲,我都支持。

    理越辩越明。虽然我长期从事油气方面的工作,同时也接触到一些煤的知识,但从与C博士的讨论并查阅一些资料、思考其错误的根源时,突然自已似乎明白了一些:石油无机说,更玄了!

    我们知道,煤从未成熟的泥炭、褐煤,到成熟的长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤,再到过成熟的贫煤、无烟煤,成熟度越来越高,如下表所示。

表1 油气演化主要阶段及其特征(来自于某教材)


成熟的煤经历了沉积地层条件下65-180℃的温度,而过成熟的煤经过了大约180-250℃的高温烘烤。随着成熟度增高,煤的挥发分越来越少,H含量越来越少,到无烟煤时,几乎全是碳,轻的元素,如H、O、S等都在变质过程中流失。或者说无烟煤由于氢元素的流失,可以近似地称为无机物了,因为只有碳,有机物的基本定义是C和H同时存在。若成熟度或温度再升高,就变成半石墨、石墨(曹代勇,2017),完全是无机物,有人认为构造应力,更多地认为是岩浆接触变质的产物,离岩浆越近,变质程度越高。在此补一个技术,由C博士提到,油能变煤的重要依据是小分子轻烃可以合成为大分子重烃的费托反应。去年8月份在银川开一个与能源有关的学术会,会后安排到神华集团在银川建立的我国最大的煤变油的工厂参观,其基本原理就是将煤的大分子变成小分子,给煤“补氢”,补的的确是轻烃,相当于人补钙,使煤“软化”,变成石脑油,再通过一些工艺变成石油。

这就是说,氢在油、气、煤中是重要的成分,在地层条件下,180-250℃就能让有机质中的氢几乎完全消失,无烟煤里几乎全是碳,可以约等于无机物了,如石墨一样(但还不是无机物)。在这么低的温度下,远未达到岩浆的1300℃高温时,有机质氢组分就跑掉了,岩浆里或地幔里要想含有烃类就很迁强了,不许夹带私货。

    那这里有个问题,煤里的氢“怕热”(为了好理解用一句俗语),地温太热时它跑了,那煤的主要成分碳元素就不跑了?也跑。我们从硅化木的成因找到答案。目前认为煤是高压高温形成的;硅化木是高压低温形成的且需要含有酸性的化学环境和硅源,这个说法不好细究。但从树的两种命运:变煤、变硅化木比较,发现一个有意思的现象,煤层中的树化石,肯定是煤;而一棵树在单独存在时,几乎都是硅化木,这说明了什么?有机质在地温升高并变质过程中,因为“太热”了(形象一点,专业术语叫变质程度增高),不但氢也跑了,碳也会跑,一定厚度的煤层,这时碳多,跑掉了,还能剩下很多,于是树里的碳还能保留,变成树化石,如图1所示为我2008年在内蒙西乌珠穆沁旗东北190km的霍林郭勒市霍林河露天煤矿白垩系煤层中所拍摄;而若是一棵树独立存在沉积地层中时,周围无有机质,其中的碳被硅置换了。如四川射洪硅化木产于侏罗系上统蓬莱镇组J3P的灰黄色钙质长石砂岩中(郑媛2006);藏北双湖于龙尾湖西侧硅化木产于上侏罗统索瓦组上部中层状中粗粒长石岩屑砂岩中(谭富文2003);渐江新昌西部梅渚苏秦村硅化木产于早白垩世砾岩、长石砂岩中(董传万2002);北京延庆化石林产于上侏罗统土城子组底部泥岩中,但它是原地堆积,树木方向与地层垂直(张元福2012)。所谓置换,说白了,就是碳比硅轻,轻的,个头小的氢在高温高压下先跑,然后是个头稍大一点的碳后跑,“太热了,我呆不住啊”。最后,树的有机质成分,完全被硅质代替,想在里面想找点儿有机质?难!

DSC02770.jpg

DSC02771.jpg

图1 二连盆地下白垩统树化石


图2 硅化木(来自于百度图片)

    树的尺度太大了,说个小的。我今年8月(2019年)随中国岩石力学学会唐春安教授等多名专家一起赴北极圈,参加了《欧亚科学家北极联合考察》,在挪威北部斯瓦尔巴群岛朗伊尔城南面的下白垩统地层找到了树叶化石,这里有大量树叶残枝堆积,被压实后、变质后,氢组分跑光了,碳也跑掉很多,只剩下碳迹了。若是厚层有机质,则可能演变成煤,如下图所示。事实上,在下白垩统地层中,这里就有正在开采的煤矿(图4)。


图3 斯瓦尔巴群岛朗伊尔城南面下白垩统地层的树叶化石


图4 北极圈斯瓦尔巴群岛的煤及煤层(朗伊尔城全景)


    也就是说,不仅氢跑了,碳也跑了。用个比方,中学生想夹带一点私货:小吃(碳、氢),结果总逃不掉班主任的眼睛,学校规定,通通没收(碳氢逸散了)。这还是沉积地层条件,100-300℃,再热点儿呢?硅化木里的包裹体是否包了有机质残余?在500℃,1300℃的高温烘烤下,若包了有机质还有救吗?

    然而,无机成油说,或研究深部流体的学者的最具说服力的证据试图支撑石油的无机说,大致是:发现了大量被认为来自深部的岩石样品,内部含有流体包裹体,也含有OH键物质,这可是实验证据啊!通过亿年的累积,肯定可形成油藏甚至煤田,这是无机论的主要观点,但它们真的来自于深部?

    现实中,岩浆象铁水一样,古人有云,水火不容。若将骨头丢进铁水里,会立马烧成碳黑,过不久,连碳黑都找不到并挥发了。岩浆在侵入过程,都会与围岩有物质交换,这就是混染现象(夏林圻,2002)。离地表越来越近时,温度会下降很快,冷却至一定温度之下后,岩浆会捕获围岩进入岩浆体内,即捕掳体。此时,岩体边缘相带的物质,就很难说清楚是来自于地幔深部还是围岩。我曾和一些石油无机论专家探讨过,要想看看真正的地幔汁,可否打钻打到岩体的中心相带,且必须有一定深度,与围岩没有物质交换的嫌疑时,看看里面是否有流体包裹体,是否含有有机质或水等流体,做做这个研究,结果人家不开腔了。在大洋中脊有人还说喷出“石油”,这就更需要考证了,在岩浆温度下降到1000℃以下到喷出时,这一路上会碰到多少公里厚的围岩,岩浆活性这么高,它难道不会搂草打兔子弄点儿C,O,H等轻组分进去?这就不得而知了。

    综上所述,地幔深部容不得半点儿有机质,石油的无机成因说可能不成立。无烟煤和硅化木的成分给我们启示,有机质变质程度很高,但所经受到的温度即便远小于岩浆1300℃时,有机质都几乎变成无机的了,碳也会很快跑掉,在深部地幔流体中,更难让有机质保存下来。正所谓水火不容,无机无效。

    地大北京小平同志

    2019年10月20日于北京凌晨4:00-9:30




http://blog.sciencenet.cn/blog-2367565-1202654.html

上一篇:惊闻万有引力常数是变的?还能引起构造运动?

6 范振英 杨正瓴 康建 黄永义 文克玲 朱志敏

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (7 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备14006957 )

GMT+8, 2019-11-14 08:54

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部