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关于石油的成因 -- 前言 精选

已有 4353 次阅读 2019-6-3 19:03 |个人分类:科普|系统分类:科普集锦| 石油, 有机成因, 无机成因

石油地质方面教科书或者一些专业论文在讲到石油成因理论时往往会指出石油成因没有定论,理论界存在有机成因和无机成因两种学说。这种说法实际上有误导,在石油专业领域,尤其在石油工业界对石油成因是不存在争议的(注1)。几乎所有地质工程师,地球物理师,油藏工程师,以及其他石油领域专业人员都认可有机成因理论并应用该理论指导自己的工作。勘探地质人员在找寻油气田的时候一定按照有机成因理论指导在烃源岩发育而且有机质丰度高的地区找寻,没有公司会根据无机成因学说在没有油源的基岩或断裂,地震火山活动频繁地带投资打井。

石油有机成因和无机成因学说基本都起源于18世纪和19世纪的俄国,但石油有机成因理论现在被全世界石油界所接受,成为指导全球石油公司油气勘探的重要基础理论。而无机成因学说则主要在俄罗斯和乌克兰有少量支持者,在西方只有几位天文学家支持无机成因学说。

石油有机成因理论认为生物体,包括细菌、浮游植物、浮游动物和高等植物,是生成油气的来源。这些生物死亡之后,它们的残体与沉积物一起沉积埋藏,在成岩过程或成岩作用晚期沉积岩中的不溶有机质发生热降解,生成石油和天然气。能够生成油气的岩石称为烃源岩,烃源岩生成的油气经一次运移(从烃源岩运移到高渗岩层)和二次运移(在高渗层中运移)在具有隔层和圈闭的构造部位形成油气藏。石油勘探专业人员主要工作内容就是寻找烃源岩和油气藏,而石油开发专业人员主要工作内容则是把油气藏中储集的油气经济高效采出地面。下图为地下油气从烃源岩生成,然后运移到油气藏的示意图。

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1)油气在烃源岩中生成;(2)油气一次运移,从烃源岩运移到渗透层;

      3)油气二次运移,油气向油气藏运移;(4)油气在圈闭聚集,形成油气藏

无机成因有几种不同学说,它们虽然都不认可油气来源于生物体,但对油气成因有不同的解释。门捷列夫(对,就是提出元素周期表的俄国伟大化学家)在1877年提出的无机成因学说认为地球深处金属碳化物在高温条件下与水发生反应生成乙炔,乙炔在通过裂隙向上运移过程中冷凝形成重烃组分。1890年索柯洛夫提出太阳系生成的时候就已经有碳氢化合物,原始碳氢化合物随着地球的冷却凝结在地壳上部,然后沿着裂隙向上运移形成油气藏。库德梁采夫发展了门捷列夫学说,他在1959年提出现代石油无机成因学说,认为石油生成于地壳深部和地幔之内,库德梁采夫指出地球上任何所发现油气的区域在其下部各个岩层一定存在大量或少量的油气资源,一直到基底岩石。西方在天文学家中有无机成因的支持者,比如英国天文学家弗雷德·霍伊尔(宇宙大爆炸一词的发明者,但反对宇宙大爆炸理论)非常支持索柯洛夫的学说,他甚至认为不只是石油,包括地球生命也源于太空(注2)。出生于奥地利的天文学家托马斯·古德是西方现代最活跃的无机成因学说倡导者,古德不但与霍伊尔在天文学方面共同反对被大多数天文学家所接受的宇宙大爆炸理论,支持宇宙稳态模型,在石油成因方面也一致倡导无机成因学说。

石油工业界之所以接受和认可石油有机成因理论最主要原因可以归结为“It works”。石油工业的高速发展,油气勘探成功率的不断提高,世界油气储量和产量的增加等都与石油有机成因理论作为油气勘探的指导是息息相关的,同样中国地质学家提出的陆相有机生油理论对中国石油新增探明储量的增长的贡献也是功不可没的。而到目前为止几乎没有应用无机成因学说找到具有经济开采价值油气田的实例。

石油有机成因具有强有力的实践和理论基础。从实践角度来讲,世界已发现的油气田几乎全部分布在沉积岩中,只有极个别例外(越南的白虎油田石油储集在基质花岗岩裂缝,是无机成因学说支持者喜欢举的案例,我曾经在越南工作两年,对越南油气田有一定了解,后面将详细介绍)。石油地质学家对近代有机质的沉积研究证实近代沉积中存在着油气生成过程,而且在实验室用有机质进行地下条件模拟,可以转化出烃类,这为有机成因学说提供了有力的科学依据。在理论方面,石油中含有卟啉,异戊间二烯,以及甾醇这些生物标志分子,这些分子的特定碳结构是不可能通过无机化学反应来生成的,只可能来自活体生物。另外石油具有生物有机质特有的旋光性,石油的元素组成和化合物组成非常相近,说明它们的成因大致相同,是由生物有机质生成的。

 

1:就像转基因和全球气温变化一样,虽然社会上有各种质疑和争议,但生物学界和气候学界早有共识,他们绝大多数都认可转基因技术以及人类活动对全球气温变化的影响。

2:著名进化生物学家,科普作家理查德·道金斯对霍伊尔否认地球上生物进化理论表示非常遗憾。




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