什么是石油和天然气生成的“母体”?

如题所述

目前,虽然对石油的成因有不少的观点,但大多数学者都同意“有机成因”学说,即石油与天然气是由远古时代死去的各种生物体转化而成的。但是,自然界中那么多的生物(包括动物、植物、微生物、生物的不同器官等等),究竟哪一部分是生成油、气的主力呢?

油气的生成

生物群落与有机物 生物群落中的内容十分丰富,在地质历史中,大到恐龙、原始哺乳动物,小到草木花朵乃至肉眼看不到的被子植物的花粉与裸子植物的孢子体。在水体中,有鱼类、贝类、蜗牛、浮游动植物等等。它们是装点大地、海洋的主体,也是构成地球上有机物的基础。

在陆地,各种动物、植物死亡之后,往往被其他动物吃掉或被风吹雨淋很快腐烂、分解。而在水体中,由于水层的保护,水底安静的环境、缺氧等条件,可以大大缓解甚至防止生物体的腐烂。

在地表水体中,生活着大量的微生物和微体生物。据推算,一个硅藻体在不受任何阻碍的条件下,一天之内可繁殖到和地球一样大小!海洋学家在不同深度的海洋水体中安置了生物体接收网。据观察推算,海洋中的浮游生物每年的死亡量可达5500亿吨。这些浮游生物在水体中大量生存被科学家称为“生物雨”,而死亡后向水底飘落则形成了“尸体雨”,还有大量的生物遗骸被河流和风源源不断地携带到海洋与湖泊中,不断地沉降到底部,这些生物碎屑是生成石油和天然气的雄厚的物质基础。

生成油气的生物来源

蓝藻:①微囊藻;②胶刺藻;③念珠藻甲藻:④三角角藻;⑤金褐球鳞藻;⑥夜光藻绿藻:⑦刺松藻;⑧浒苔;⑨海白菜硅藻:⑩纺锤状硅藻;行内图:/19787502148683010003_0073_0048.jpg" />

角刺藻;行内图:/19787502148683010003_0073_0049.jpg" />

三角硅藻

有机物与干酪根 在水体中,生物死亡以后,体内的主要成分如碳水化合物、蛋白质、类脂物、木质素等会先后遭受不同程度的分解与破坏。分解产物一部分被另外一些生物当作能源而再循环,另一部分则经过物理学过程而变为简单分子(CO2和H2O等)。剩下的部分(生物原始数量的极少部分)没有经历完全的生物再循环和物理化学分解而进入沉积物中,这就是“沉积有机质”的主要来源。

早期的沉积有机质和沉积物在沉积压实作用下,不断地被埋藏到较深的部位。在正常的地质条件下,需经过5000~10000年才能形成1米厚的沉积层。在这段沉积时期,细菌活动引起的发酵作用使有机物中的纤维素、蛋白质和多糖大分子被降解。大多数有机质在这一阶段聚合成不溶于有机溶剂的有机物,人们称之为“腐殖组分”,石油地质学家把它叫做“干酪根”。

生成石油的母质

干酪根一词来源于希腊语,意为能生成油或蜡状物的物质。1912年A.G.布朗第一次用它来表示苏格兰油页岩中的有机物质,这些有机物质在干馏时可产生类似石油的物质。以后,这一术语多用于代表油页岩和藻类中的有机物质。直到20世纪60年代才明确规定为代表沉积岩中的不溶于酸的有机质。弗斯曼和哈特(1958)明确提出,干酪根系指沉积岩中一切不溶于普通有机溶剂的分散状有机物质,特别是非储集沉积岩中的不溶有机质。蒂索和威尔特(1978)则定义为沉积岩中既不溶于含水的酸性溶剂,也不溶于普通有机溶剂的有机组分,它泛指一切成油型、成煤型的有机物质,但不包括现代沉积物中的腐殖物质。干酪根是岩石中有机质的主体,约占总有机质的80%~90%,其中80%~95%的烃是由干酪根转化而成的。研究表明,干酪根是一种高分子聚合物,没有固定的化学成分,主要是由碳、氢、氧和少量硫、氮组成,无固定的分子式和结构模型。

人们对干酪根的真正含意也争论了很久,目前比较趋于一致的看法是:干酪根是死亡的生物体在一定条件下被微生物降解后残留下来的不溶部分,而可溶部分则称为沥青。石油地质学家在实验室模拟条件下使干酪根转化生成了石油烃,所以干酪根生油说就成为有机生油理论的核心。

从有机质变为干酪根主要得益于细菌的降解作用,使干酪根进一步演变成石油则主要靠温度作用。

云南第三系干酪根

干酪根与石油 在地温不超过60℃的较浅地层处,干酪根中氧和硫元素的含量下降,液态烃的形成量极少,干酪根形成了一些极为复杂的大分子碎片;当地温超过60℃以后,前一阶段形成的大分子碎片因其化学键的进一步断裂,形成了更小的碎片,干酪根中的碳氢化合物开始产生,进入石油生成的主要阶段,石油地质学中称其为“生油窗”或“液态窗”。随着埋藏深度的加大,或者由于岩浆活动等原因,当地温达到120℃以上时,留在干酪根中的烃基几乎全部消失,液体烃遭受破坏,低分子甲烷气大量产生,即为生成千气阶段。总之,石油的生成可以认为是干酪根为适应环境不断调节、改造自身的过程,这些过程大多已由实验室模拟证实。

目前,各国的石油地质工作者都是用物理与化学的方法把干酪根从岩石中提取出来,然后在光学、荧光和电子显微镜下观察、认识其形态;还用红外光谱、元素分析以及稳定同位素分析等方法认识干酪根的组成和成熟特征,进而对一个地区的石油生成和含油远景做出评价,并指导油气勘探。

在沉积环境中,不同类别生物体的天然组合决定了沉积物中有机质形成的干酪根的组成和类型,因而造成它们的性质和生油气的潜能有很大的差别。

依据干酪根的显微组分的特征以及用化学分析方法对干酪根中碳、氢、氧等元素的分析结果和高倍显微镜下的直接观察等分析测试结果,可将干酪根划分为三大类型。

干酪根降解成烃机理模式图

Ⅰ型干酪根 也称腐泥型干酪根,原始氢含量高,氧含量低,以类脂化合物为主,生油潜能大,主要来源于水生生物藻类,具有相当高的生油潜力。

Ⅱ型干酪根 也称混合型干酪根,原始氢含量较高,但稍低于Ⅰ型,根据来源不同,可细分为偏腐泥型和偏腐殖型两种,前者生烃能力好于后者,生油潜能中等。

Ⅲ型干酪根 也称腐殖型干酪根,原始氢含量低,氧含量高,来源于陆地高等植物,生油潜能低。

石油主要是由干酪根生成的,而且不同的干酪根类型对生成油气的潜能大小以及质量好坏有重要的影响。实践已经证实,腐泥型干酪根类型最好,它反映有机物来源以低等水生生物藻类为主,生油质量最好;其次则为混合偏腐泥型,反映有机物中水生生物、陆生高等植物都有,但水生生物占比例大些;再次则为混合偏腐殖型,即以陆生高等植物占比例偏多;差的类型是腐殖型,以陆源高等植物为主,对生油来讲是质量最差的,但是它更有利于生成天然气。

干酪根是一种极为复杂的大分子化合物,来源和形成原因都十分复杂,人们虽然使用了高倍扫描电子显微镜和透射电子显微镜及多种有机地球化学分析,但迄今还没有完全弄清楚它的结构,但可以确定,它与生物体的残余物有着密切的关系。

温馨提示:答案为网友推荐,仅供参考