石油和天然氣的生成

　　一。概述

　　在談油氣生成之前，還得先說清楚什么是石油和天然氣這個問題。

　　對石油這個名字，大家不會太陌生了，但究竟什么是石油?回答恐怕就不那么確切了。對這個問題，這里不妨用一句話來表達，那就是：“石油是地下巖石中生成的、液態的、以碳氫化合物為主要成份的可燃性礦產”。

　　這里還要特別提到的就是天然氣，天然氣作為石油的伴侶，它也是以碳氫化合物為主要成分，而是以氣體狀態從地下巖石中來到地面的。從廣義上來說，天然氣除了以碳氫化合物組成的可燃氣體外，凡經地下產出的任何氣體都可稱為天然氣。如二氧化碳氣、硫化氫氣等。不過，通常所說的天然氣都是指的可燃性氣體。從地下采出來的石油，沒有經過加工提煉成各種產品以前通稱為原油。原油的化學元素主要是碳、氫、氧、氮、硫，其中碳和氫所占的比例最高，含碳84~87%，含氫12~14%，剩下的1~2%為氧、氮、硫、磷、釩等元素。這些元素的大多數都是以化合物的形態出現。我們可以把石油中名目繁多的化合物分成兩大類，一類是由碳、氫元素組成的化合物，即通常稱為烴類的化合物,如鏈烷烴、環烷烴、芳香烴，這是原油的主要成份。另一類是含氧、氮、硫的非烴化合物，如含氧的酚、醛、酮;含氮的葉琳;含硫的硫醇、噻吩等。

　　原油的物理性質最直觀的就是豐富多彩的顏色，由淺到深有白色、淡黃色、褐色、黑綠色以至黑色。我們常見到的石油一般都是黑色的。顏色的深淺和其中含有的非烴類物質的多少有關，含量高的顏色就深。此外，用儀器測得的原油物理性質還有密度、粘度、凝固溫度以及在熒光燈下發出顏色各異的熒光等。這些不同的物理性質都是與它的化學成分和含量有關。例如，原油的凝固溫度就與蠟的含量有關，蠟含量高，凝固溫度也高，反之，凝固溫度就低。

　　我們了解原油的化學成分和物理性質，目的是為了尋找它、改造它和利用它。

　　有的原油要通過人工的措施改造它的性質，如高粘度的原油不易流動，就要采取提高溫度的辦法，降低它的粘度，使它易于流動，達到多采油的目的。

　　原油的化學成份和物理性質更直接顯示出作為一種資源可供人們廣泛利用，如原油的“發熱量”就意味著它是重要的能源。眾多的化學成份就意味著是廣泛的工業原料。因此，對石油的開發和利用已成為人類文明社會的一種標志。

　　二。石油的生成條件

　　要使沉積物中的有機質能夠保存下來，需要有特定的地質條件。

　　大家都知道“水往低處流”的道理。泥沙和有機質是在水的攜帶下，在一個低洼的地區沉積下來。因此，首要的地質條件就是要有一個低洼的地形。這種低洼地形，根據它的規模大小，分別稱為盆地、坳陷、凹陷、洼槽等，并在各個地質歷史時期中是不斷變化的。若隨著地殼的運動繼續下沉，它就能繼續保持低洼的地形，可以繼續接受沉積物，使地層厚度不斷增大。若隨著地殼運動上升，則低洼幅度就逐漸變小，接受沉積物就少，使沉積的地層厚度變薄。如果升到水面以上，則失去了低洼的形態，不但不接受沉積物了，反而使早先沉積的東西會被風化剝蝕掉。由此可見，不斷下沉的盆地或坳陷對有機質的聚集才是有利的。

　　這里提到了兩個因素，一個是地層沉積，另一個是盆地下沉。它們在進行過程中都有一個快慢問題，前者叫“沉積速度”，這與沉積物來源的充足與否有關系;后者叫“沉降速度”，這與地殼運動的強弱有關系。二者要有恰當的配合是最為理想的。如果沉積速度小于沉降速度，就會使洼地內水體的深度相對增大，使有機質的下沉到底的距離加長。這樣沉積物受水中氧的作用時間也就長了，對有機質會起到破壞作甩。如果沉積速度大于沉降速度，則洼地的水體會變淺，甚至干枯成為陸地，使有機質暴露在大氣中受氧的作用，以致遭到更大的破壞。因此，有利于有機質保存的另一個地質條件，就是兩種速度要大體相當，即沉降多少，沉積物就補充多少。這被稱為“補償性的沉積速度”。

　　要生成石油還有一個必須具備的地質條件，就是缺氧的“還原環境”。這就是要求接受沉積物后的洼地水體能保持封閉或半封閉，或富含有機質的沉積物能迅速被后來的沉積物所覆蓋，使之與氧隔絕，防止有機質的氧化和逸散。

　　現代的生油理論還認為，生物體中的有機質先要轉化成一種特殊的有機質，這種特殊有機質叫做“干酪根”，再由干酪根轉化成石油。這種轉化要在一定的物理化學條件下才能實現，這個條件主要是地下溫度。干酪根開始變成石油的溫度范圍大致是100~130°C，因為地下溫度從淺到深是逐漸升高的，早先的沉積物不斷被后來的沉積物所覆蓋，埋藏也就越來越深，有機質只有在達到一定的埋藏深度時才能轉化成石油。

　　除了溫度的因素以外，還與埋藏的時間長短有關，溫度和時間兩個因素可以互補。也就是說如果溫度低一些但埋藏時間較長，或者溫度高一些但埋藏時間較短，兩種情況對干酪根轉化成油的影響效果都是一樣的。

　　可見，生成石油的地質條件是綜合性的，它既需要在沉積過程中保持“補償沉積速度”的條件，又需要使得沉積物能具有缺氧的“還原環境”，還需要有相應的地層溫度(即要有一定的地層埋藏深度)的作用等多方面因素的配合，才能有效地生成石油。

　　三。天然氣的生成條件

　　天然氣作為石油的伴侶，雖然在組成上都是以碳氫化合物為主要成份的，但天然氣的生成條件要比石油更為多樣化。就生成階段來說，石油要達到一定深度才能大量生成，而天然氣從淺到深都能生成;就物質來源來說，生成石油主要以水中浮游的動、植物或稱腐泥型有機質為主，而生成天然氣，除此以外還可以有高等植物或稱腐植型的有機質;就成因來說，有有機成因的，也有無機成因的，這種多樣化的成氣條件為我們提供了更為廣闊的找氣領域。

　　根據天然氣的形成條件，大致可以分為五種類型:

　　生物氣－－在尚未固結成巖石的現代沉積淤泥中，有機質在細菌的作用下，可生成以甲烷為主的天然氣，俗稱沼氣。

　　早期成巖氣－－沉積物中的有機質在其埋藏深度尚未達到生成石油深度以前，一部分腐植型的有機質即可開始生成甲烷氣。

　　油型氣－－有機質進入生成石油深度以后，除大量地生成石油外，同時也伴隨著生成天然氣。隨著埋藏深度的不斷增加，生成的天然氣也逐漸增加，而生成的石油卻逐漸減少，直到生成的全部都是干氣，即甲烷氣時，就停止了生油。

　　煤型氣－－含有煤層的沉積巖層叫做煤系地層，煤型氣就是指煤系地層在時間和溫度的作用下生成的天然氣，其主要成份也是甲烷。從找油來說，煤型氣不是勘探對象，但從尋找可燃氣體為能源來說，煤型氣也不應忽視，因為使用的手段、方法和形成氣藏的地質條件大體都和找油、找油型氣一樣。

　　近年發現的鄂爾多斯大氣田，就可能是屬于煤型氣。

　　無機成因的天然氣－－由火成巖或地熱所產生的氣體，如二氧化碳、甲烷、硫化氫等。