ScienceDaily (July 26, 2009)
译文/马志飞（Beijing Institute of Geology）
我们日常生活和汽车使用的石油和天然气等燃料起源于生物有机体，这些生物有机体死亡之后，在地壳中被厚厚的沉积岩压缩并增温。科学家们已经争论多年，是否有一些碳氢化合物可以在地球的更深部、而且是没有有机质参与的条件下形成。现在科学家们第一次发现，乙烷和更高分子的重质碳氢化合物能够在上地幔的温度和压力条件下合成，即在地壳的下部和地核的顶部。
这项研究是由美国卡内基研究院地球物理实验室的科学家以及来自俄罗斯和瑞典的同事共同进行的，其研究结果发表在7月26日的《自然地球科学》（《Nature Geoscience》）杂志上。
甲烷（CH4）是天然气的主要成分，而乙烷（C2H6）主要被用作石化原料。这两种碳氢化合物，以及其他相关的燃料，被称为饱和烃，因为他们拥有简单的单键，而且达到了氢饱和。利用金刚石砧压槽和激光热源，科学家首先将甲烷所受压力超过海平面大气压的两万倍，使温度达到1300 °F至2240 °F 。这些条件是在模仿40至95英里的地球深处。甲烷在此反应，形成乙烷，丙烷，丁烷，分子氢和石墨。然后科学家们将乙烷放到同样的条件下，结果它产生出甲烷。这种转变表明较重的重质碳氢化合物可能存在于更深处。可逆性意味着合成饱和烃是受热力学控制的，而且此过程不需要有机物。
科学家们排除了是实验中的催化剂在起作用的可能性，但他们承认，在地球深部的混合化合物中有催化剂的存在。
“我们对以往的实验和理论预测结果感到十分好奇，”合作者之一、卡内基的Alexander Goncharov评论说，“几年前的实验报告指出，将甲烷放置在高温高压条件下，发现有重质碳氢化合物在此形成。然而，分子是如何分配的我们无法确定。我们改进了激光加热技术，从而克服了这一问题，从而就可以让气体处于更加均匀的实验条件下。我们发现，可以从乙烷生成甲烷。”
合作者之一的Kutcherov教授说：“地幔中产生的碳氢化合物迁移到地壳，并对石油和天然气藏的形成具有一定的贡献。这里所研究的合成物以及地幔完整条件下的重质碳氢化合物都需要继续加以探讨。此外，这在多大程度上影响碳迁移到地壳需要进一步研究。此类问题的证明需要一个新的实验和理论来研究地球深部的碳的运移。”
改编自卡内基研究所EurekAlert提供的材料。
链接文章：http://oil.nengyuan.net/2009/0622/26294.html
无机说的石油生成机理
二十世纪五十年代，克罗波特金（П.Н.Кропоткин）按天体物理学家施米特（Ο.Ю.Шмидт）的理论，地球是由冷的宇宙尘埃和气体所组成。这种原始气体中包含有He、H2，也包含有烃。因此认为烃类早在地球发育早期就已存在了。波尔菲里耶夫（В.Б.Порфирьеа）在六十年代根据赫埃里的宇宙起源说，也认为烃象铁、硅酸盐、水、二氧化碳、氢等一样，都是元古宇宙中的实体。这些原始星云物质在凝聚过程中烃好象胶似地起粘结作用；后来在重力影响下轻的烃和水被挤向地表，只是命运不同；烃由于氧化及紫外线照射而散失，只有其残余保留在储集岩中。到了七十年代有了人造卫星探测的新资料，波尔菲里耶夫改变了宇宙成因的主张，转而倾向于地球深部成因。克罗波特金也修正了自己的看法，明确宣称地球深部是最大的烃源。认为在地壳深处和上地幔存在着自由氢与主呈固相的碳，同时还有一氧化碳和水等，在温度压力适合的深度上就可以有烃的形成和保存。地下深处形成的原始天然气混合物（其中包含有烃、CO、CO2、NH3、H2S等），在以脉冲式向地表喷射过程中可能发生重烃的凝聚，随着温度压力的变化，流体混合物分离成各自独立的相，从而形成带有大气顶的油藏。后来在长期的保存中气体缓慢逸散，而剩下的油藏氧化变质，吸收了N、S、O成分。只有凝析气藏最接近于深部原始天然气混合物的成分。
库德里亚夫采夫认为，烃是由碳和氢构成的，氢不仅存在于太阳和星球之中，而且也存在于地球的岩浆之中。在高温下碳和氢有可能形成CH、CH2、CH3等，尔后温度降低，这些化合物又在高压下发生聚合作用和加氢作用，从而形成各种烃类。由于各种烃的数量比例不同，以及与岩石的相互作用，于是造成不同性质的石油。他并不否认沉积岩中的油藏比结晶岩中要多，原因是沉积岩的渗透条件较好，有利于深处石油在其中运移和聚集。结晶岩只能使油气呈很少的包裹体存在。
赤崛四郎（1969）认为，石油可由水作用于金属碳化物而形成，但更可能是在星云凝聚成原始地球时由-CH2叠合而成。当时的地球是富含氢的，它使得大部分的碳变成烃，大部分的氮变成氨。木星的大气正是由甲烷和氨所组成。
以上是无机生油理论成烃机理的一些具有代表性的观点。无机说往往把石油的生成同天体或地下深处相联系，而这些正是人们认识比较薄弱的环节；地质上难于进行实际验证，因而也难于更深入地探讨。无机学说把简单的碳氢化合物与复杂的石油等同起来，往往单纯从化学反应式出发考虑石油生成，难免脱离地质条件的允许。
无机学派同有机学派一样重视储层和圈闭条件，但前者不承认有什么生油岩，认为石油发源于地球深部，因而比较注重深大断裂的作用，确信其为沟通深处与表层的通道。无机学派普遍认为烃类至今还在不断积蓄之中，它的蕴藏量几乎是取之不尽的。无机成因油气不仅存在，而且远景巨大，将有可能比有机成因的油气潜力大得多（陈沪生，1998）。较典型的有如对中东油气富集的认识：波斯湾地区几十个油气田分布在一条500英里长的地带，占地球表面积不到2％，却拥有世界可采储量的50％以上。这些油气藏显示了很宽的地质年龄谱；而且烃类产在构造和地层变化都很大的环境中，各种圈闭都是严重泄漏的，油气渗流随处可见，且由来已久；显然是一种过度供给的情形。这里的石油组成极为相同，因而推测它们是同一来源。但这个来源是什么呢？不少地质学家认为可能是地幔来的无机成因烃源（P.A切诺韦斯，1993；转引自陈沪生，1998）。从这一点上说，也许有机学说认为石油枯竭之时，正是无机学说可以定论之时。
应该承认，并不排除在自然界也有非生物起源的烃类，特别是气烃。但就目前所发现具有工业价值的油气田（藏）来说，其主体应是有机成因的；而且基本上是在有机生油理论指导下找到的。
链接文章：http://www.sinopecnews.com.cn/shnews/content/2008-05/06/content_495982.htm
非有机的幔源油气 丰富的深部资源
中国工程院院士康玉柱说，要以创新精神探讨非生物油气的地质基础理论问题和资源前景，拓展我国油气资源的勘探领域
□陈伟立
中国工程院院士康玉柱在接受采访时说，几十年来，中国深层古生代海相油气成藏，一直是国内外石油地质专家、学者十分关注的问题。我国古生代海相沉积分布十分广泛，以华北、华南、塔里木、准噶尔等地块发育最佳。深部油气勘探接连获重大突破的实践表明，蕴藏于地球深部的非有机幔源油气具有巨大的资源潜力。
我国深部油气的重大突破
1969年2月11日，著名地质学家李四光指出：我们现在找出来的油田都是中、新生代的，难道我们的古生代就没有油吗？美国有一半大油田在古生代，苏联的第二巴库也是泥盆系的，非洲的阿尔及利亚、利比里亚的大油田也是古生代的。我们要在古生代盖层平缓、褶皱缓和的地区集中力量试验一下……从战略上讲，我们要选一个地方，早一点打开一个缺口。
康玉柱说，按照李四光的预见，1970年初，我国科学家运用地质力学理论，在塔里木盆地开展了油气地质调研和油气远景的评价工作。此间，康玉柱等人首次提出上古生代的石炭系、下二叠统海相泥质岩、碳酸盐岩是塔里木盆地重要的生油岩，并指出塔里木盆地是我国重要的大型含油气盆地之一。此后，发现了著名的新疆塔里木大油田。1978年，在进行塔里木盆地评价和选区的研究中，他们进一步提出寒武—奥陶系碳酸盐岩是该盆地的重要生油、储油岩系，还指出要注意在盆内古隆起上寻找古生界古潜山型油气藏（田）。1980年底，康玉柱等人根据地质力学理论、低级次扭动构造控油的理论和地震勘探的新成果，在塔北沙雅隆起雅克拉构造上部署了沙参2井，并于1984年9月，钻至井深5391.8米的奥陶系白云岩时喜获高产油气流，日初产原油1000立方米，天然气200万立方米，从而实现了中国深层古生代海相碳酸盐岩油气田的首次重大突破。从此，塔里木盆地油气勘查工作便有了历史性的转折，进而拉开了在塔里木找大油气田的序幕。
很多专家认为，沙参2井是我国石油天然气勘探史上的重要里程碑。当时的国务委员康世恩说：沙参2井高产油气流的发现，是一个大大的突破，也是我国最深的一口高产油气井。之后，在塔里木盆地连续找到了多个古生界油气田，1990～1997年，又发现了我国第一个深层古生代大油田——塔河大油田。
深层油气资源十分丰富
深部油气勘探连获重大突破，表明我国深层油气的资源十分丰富。康玉柱说，若依照干酪根热解成油三个阶段的模型而言，石油生成最大深度应该是4000米，而4000米以下只有天然气，可是实际并非如此，6000多米处仍有石油存在。自沙参2井在奥陶系白云岩获突破后，几年来国内外油气勘探多次获得新发现，在6000米以下发现了多个大油气田。
为了说明我国丰富的深层油气资源情况，康玉柱举例说，塔里木盆地沙雅隆起塔河油田沙112井、中奥陶统灰岩的深度达6480米，日产油239立方米，气3.5万立方米；塔深1井8408米有液态烃；TP2井6835～6925米中奥陶统灰岩中试获高产油气流；塔中地区塔中45井6297.5米的中奥陶统灰岩处产油361立方米，气28万立方米；在库车坳陷北部的乌什凹陷的乌参1井6038～6052米白垩系砂岩试获高产油气流；西南坳陷区内的桑珠1井于6820米石炭系白云岩中见良好油气显示；叶城坳陷柯克亚油气田的柯深1井6389米古近系试获高产油气流，日产油104立方米，天然气13.68万立方米，满加尔坳陷部羊屋2井于上奥陶统6450～6468米处试获高产油气流。准噶尔盆地昌吉坳陷北坡永1井5900～6100米侏罗系试获工业油气流；松辽盆地大庆油田徐家围子徐深21井4273米下白垩统获高产天然气流，日产气41.43万立方米；四川盆地东北地区普光大气田埋深6000米处有大量天然气工业气流。
“上述诸多事实均表明深层油气资源潜力巨大。”康玉柱说，我国东部的古生界、海域的中古生界、南方的下古生界、西北地区的古生界，特别是塔里木盆地的下古生界、准噶尔盆地—柴达木盆地—河西走廊地区及东北地区的上古生界等深部的油气资源十分丰富，都将是今后寻找大油气田重要的领域之一。
丰富的幔源气——二氧化碳
康玉柱介绍说，幔源油气就是在地幔流体上涌到地壳过程中经合成反应生成的石油和天然气，地球从内到外是由地核、地幔、地壳组成的，地幔犹如裹在地核外的“鸡蛋清”。他说，二氧化碳是幔源天然气的一种，在我国东部从南到北一带非常丰富。如1983年10月，江苏苏北地区发现了黄桥二氧化碳气田，其二氧化碳纯度高达98％，探明加控制储量为260亿立方米，成为亚洲最大的二氧化碳气田。此外，松辽盆地的万金塔二氧化碳气田，徐家围子二氧化碳气田，广东三水盆地、南海盆地等的二氧化碳气田，形成了我国东部二氧化碳的南北聚集带，在环太平洋成矿带占有重要地位。
研究证实，东部地区的二氧化碳气是典型的无机成因天然气，它是通过深部断裂作为运移通道，从地球深部或上地幔涌入地壳浅部而聚集成藏的。深部所有无机成因的天然气必须经历此过程，而达到有效聚集，因此，无机成因天然气的运移、成藏过程与深部断裂通道具有时间与空间上的密切关联。
丰富的幔源气——碳氢化合物
近十年来，专家学者还发现以其他形式存在的无机成因天然气，如太阳、外行星及其他卫星等许多天体中有大量碳氢化合物。康玉柱举例说，慧星尾端有固体甲烷，土卫6号上的甲烷很普遍，坠落在地球上的球粒陨石中富含挥发成分的碳氢化合物，其成分类似于地幔和星云凝聚物。因而有学者认为，地球演化和气圈形成初期，甲烷可作为一种“化石气”，并保留于地幔和上地壳中，作为以后沿超壳深大断裂向盆地运移的无机甲烷。
世界上每年都有大量的火山喷发，经测定，其气体中有大量的一氧化碳和很重的碳同位素，分析表明，属甲烷分解而成。一般认为来自于地壳和地幔沿断裂上来的金刚石包裹体中，封存有类似油的化合物。裂谷带之上的湖水或海水中甲烷含量很高。东非大裂谷中的基伍湖底层水中就含有大量的甲烷，其单位体积水中的甲烷含量比水体其他部分大1000～10000倍。而且湖底几乎没有沉积物，整个湖区由新的火山岩组成，湖岸还有活火山存在。该湖位于目前仍有活动的大裂谷带，此裂谷带延伸到了红海，1984年有学者发现从红海底喷出的热卤水中也含有大量的甲烷。
康玉柱说，丰富的幔源稀有矿物质也不断被人们发现。在伏尔加—乌拉尔含油区的鞑靼隆起处钻的两口井，穿过基底以下2000～3000米，在前寒武纪花岗岩和变质岩中，发现轻质油、沥青和烃气；在科拉半岛上钻的11.6千米超深井，于结晶岩中发现沥青包裹体和含有高浓度的烃、氮气和氦气的盐水流；在塔里木盆地沙参2井奥陶系白云岩的高产油气流中氦气含量很高；麦盖提斜坡的麦3井石炭系高产油气流中含丰富的氦气。这些均证明深部—上地幔含有丰富的非化石天然气。
采访结束前，康玉柱院士指出，探讨非生物油气的地质基础理论问题和资源前景，是当前科学研究的前沿领域之一，该领域已取得的进展令人鼓舞。我们要改变传统观念，创新知识和理论，拓展我国油气资源的勘探领域，改善能源结构，从而推动我国石油石化产业的持续健康发展。
https://blog.sciencenet.cn/blog-258217-246016.html
上一篇：
这张图笑得我肚子疼了一天！下一篇：
笑死人的经典瞬间！
