第五章 石油和天然气的成因与生油岩.doc

内容摘要 [内容提要] 石油和天然气的成因历来有无机和有机学说之争。本章首先概述了无机和有机两大学派的分歧，目前形成了晚期成油学说为主的石油现代成因理论，强调石油是沉积物（岩）中的不溶有机质（干酪根）在成岩作用晚期，经过热解作用生成的。天然气的成因则多种多样，有生物成因气、油型气、煤型气及无机成因气。烃源岩是油气生成的介质，对它的评价主要着眼于岩石的地球化学特征，而石油的地球化学对比则侧重于从方法上加以介绍，最后介绍了有关低熟油、煤成油方面的进展。 §1? 石油成因概述 按照生油原始物质的不同，石油成因假说可分为无机和有机两大学派。前者认为石油是由自然界的无机物质形成的，后者则认为石油是由地质时期的生物有机质形成的。在有机成因学派中，又可根据主张石油形成在沉积物成岩作用早期或晚期，分为早期成油和晚期成油两个分支。现在看来，每一学说都有其产生和发展的实际依据和理论基础，虽然目前在石油形成理论中晚期成因学说占主要地位，但也不排除在某些特定的时期和地区无机成油（气）与早期成油气学说存在的可能，甚至占绝对优势的可能。 一．无机成因说 主张：石油是由自然界中的无机物化合而成的，与有机物质无关。 “碳化说”（门捷列夫，1876）：地壳深处 3FemOn+4H2O（帜热）??? mFe3O4+C3nH8m 宇宙成因说（索科洛夫，1889）：碳氢化合物是宇宙固有的，随后地球冷却被吸附凝结于地壳上部，沿断裂上升形成油气藏。 岩浆说（库德梁采夫，1950s）：地球深处存在C、H、O、S、N及其它灰份元素，由深处12000高温到地表，可依次形成甲炔基、亚甲炔基、甲基化合物和甲烷，这些活性基团加氢可生成从甲烷开始的各种碳氢化合物及一些复杂的含氮化合物。 高温生油说（切卡留克，1971）：实验发现，一些矿物在高温高压下，可分离出甲烷、乙烷，……因此他认为地壳中的油气是上地幔中的氧化铁与水反映所得。 致命要害：解释不了为什么世界上90%以上的石油都埋藏在沉积岩中，为什么石油具有只有生物有机质才有的旋光性、生物标志化合物等问题。且石油的旋光性在300以上将不存在，若石油为无机成因，因需高温，高压条件，则旋光性早已消失。实验室合成生成的仅是一些烃分子，远不是代表油、气本身的复杂混合物。 发展趋势：近年来又有进一步发展的趋向。如张景廉等（1997，1998）通过对塔里木、准噶尔盆地干酪根、沥青的Pb、Sr、Nd（铌）同位素地化研究，认为干酪根为壳源，沥青则为幔源，克拉玛依原油生成于294Ma（石炭纪，而一般认为是由二叠系烃源岩在晚期形成的），生烃环境为俯冲带地幔，而塔里木则分别为872Ma和下地壳麻粒岩相。 二．有机成因说 主张：石油是地质历史时期中生物有机质在还原环境中转化而成的。又可根据主张石油形成于沉积物成岩作用的早期或晚期，分为早期成油说和晚期成油说。 早期有机成油说 依据：A．实验发现，一些生物组分如类脂物、蛋白质、碳水化合物在一定条件下都可生成烃类。 B．在现代或近代的沉积物中，观察到有机质向烃类的转化。美国P. V. Smith（1952）和前苏联B. B. Zobell（1945）分别对取自墨西哥湾与里海、黑海和谢万湖的近代沉积进行研究，发现这些沉积中不但富含有机物质，且有自由液态的烃类物质，经C14同位素测年分析，这些烃类有一部分与包含它们的沉积物同时生成。 C．某些细菌是有机物质加氢、去羧基转化为类石油物质的媒介，而这一过程完成于沉积物埋藏不深的阶段，说明烃类只能在成岩早期生成。 难点：a. 世界上发现的原生油气藏几乎都在上新世（N2）以前； b. 现代沉积中的烃类性质与真正的石油不同：以甲烷为主，缺乏C2-8重烃；正烷烃分布曲线上具奇数碳优势，而石油中奇偶碳几乎相等。 三．晚期有机成因说 1960s以来，由于分析手段的提高和认识水平的飞跃，晚期有机成油学说逐渐占了上风。通过对生油剖面的详细研究表明，只有当含有丰富有机质的沉积物（称为母岩/源岩）被埋藏到一定温度和深度时，有机质才会显著地产生大量石油烃。阿贝尔森（Abelson,1963）提出，石油是沉积物（岩）中的不溶有机质（称为干酪根）在成岩作用晚期，经过热解生成的。该理论认为，随着埋藏深度的逐渐加大，地温不断升高，有机质向油气的转化显示出明显的阶段性，可划分为生物化学生气、热催化生油气、热裂解生凝析气和深部高温生气四个阶段，而热催化生油气阶段是生成石油的主要时期，此时的有机质埋藏深度一般大于1500m。这一观点目前成为石油生成的主流学说。 ▲ 应该看到，原始有机质从沉积，埋藏到转化为石油和天然气，是一个逐渐演化的过程，在承认晚期成油起主要作用的同时，也不能一概否定早期成油的影响，只不过在生油的量上可能多少不一，以晚期为主罢了。实际上在有些地区，早期成烃亦可发挥较大作用，据悉我国柴达木盆