石油和天然氣

對石油這個(gè)名字，大家都熟悉，但究竟什么是石油？回答恐怕就不那么確切了。對于這個(gè)問(wèn)題，這里不妨用一句話(huà)來(lái)表達，那就是，石油是在地下巖石中生成的、液態(tài)的、以碳氫化合物為主要成分的可燃性礦產(chǎn)。

顧名思義，石油形成于地下，有多深？幾百以至幾千米。它經(jīng)歷了數百萬(wàn)年甚至幾億年的演化過(guò)程，不同年代的石油生成地質(zhì)環(huán)境不同，生成石油的物理性質(zhì)也不同。不同油田所產(chǎn)石油的密度、粘度、熔點(diǎn)、初餾點(diǎn)都不相同。

原油的物理性質(zhì)最直觀(guān)的就是豐富多彩的顏色，有淺至深有白色、褐色、黑綠色和黑色。我們常見(jiàn)的石油一般都是黑色的，顏色的深淺與其中含有的非烴類(lèi)物質(zhì)的多少有關(guān)，含量愈高則顏色愈深。

石油是一種復雜的天然有機物，主要成分是碳（C）和氫（H），碳含量一般為80％－88％，氫為10％－14％，同時(shí)含有少量的氧（O）、硫（S）、氮（N）等元素。有這些元素組成的化合物稱(chēng)烴類(lèi)化合物。天然氣也是以碳氫化合物為主要成分，以氣體狀態(tài)從地下巖石中來(lái)到地面的。與石油一樣，天然氣所含烴類(lèi)主要是烷烴（飽和烴）。一般含1－4個(gè)碳的烷烴從氣體狀態(tài)被稱(chēng)為天然氣；含5－10個(gè)碳的烷烴為液體狀態(tài)，就是石油；含17個(gè)以上碳的烷烴為固體狀態(tài)，如石蠟、瀝青等。

　　石油、天然氣的來(lái)源

對石油、天然氣（以下簡(jiǎn)稱(chēng)油氣）生成的來(lái)源，科學(xué)家主要有兩種觀(guān)點(diǎn)：一種認為是生物死亡后轉變成的，及有機生成學(xué)說(shuō)。另一種是無(wú)機生成學(xué)說(shuō)，認為石油天然氣來(lái)源于無(wú)機物的合成。有機生成學(xué)說(shuō)觀(guān)點(diǎn)的依據是：幾乎所有的油田都是在沉積巖中發(fā)現的，而沉積巖中可以見(jiàn)到豐富的生物遺跡（如化石等）；通過(guò)實(shí)驗，生物體中三大組成部分的蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪在一定條件下可以形成與石油中碳氫化合物類(lèi)似的物質(zhì)；在石油中發(fā)現的血紅素和葉綠素等有機物質(zhì)，前者是來(lái)自動(dòng)物的血液，后者則來(lái)自植物的葉綠素。石油是生物死亡后轉變而成的觀(guān)點(diǎn)所提出的理由是如此之多，并且比較充分，使有機生成學(xué)說(shuō)得到大多數人的認同，現在油氣生成的研究方法和內容都是建立在這種觀(guān)點(diǎn)的基礎上的。

雖然有機學(xué)說(shuō)占了絕對優(yōu)勢，但在有機層油的大前提下，還存在著(zhù)是海洋生物生成石油，還是陸上河流、湖泊中生物生成石油的爭論?，F實(shí)中，中東地區的沙特、科威特等國家的大油田都是海相地層生油，而我們國家的打多數油田則是陸相地層生油。

早在10多億年前，地球上就出現了生物，隨著(zhù)歷史的發(fā)展，生物的數量和種類(lèi)越來(lái)越多，生物大量地繁殖和死亡，其中一個(gè)藻類(lèi)植物在適宜的條件下，8天內就可以繁殖到1036個(gè)后代，重量可以達到1.4×1017噸。大量的生物，主要是海洋和湖泊中的浮游生物，在它們死后一部分有機質(zhì)被氧化變成二氧化碳逸散掉了，一部分則隨作泥沙沉積下來(lái)，成為生成油氣的物質(zhì)來(lái)源。

石油、天然氣的生成條件

生成石油的基礎條件是沉積物中存在大量的有機物，水是有機物運移的動(dòng)力，泥沙和有機物在水的攜帶下，從高處往低處流動(dòng)，尋找一個(gè)“沉積地”，就是尋找一個(gè)低洼地帶。這種低洼地帶，根據它的規模大小，分別被稱(chēng)為盆地、坳陷、凹陷等，但這種低洼地形不是固定不變的，在各個(gè)地質(zhì)歷史時(shí)期中隨著(zhù)地殼的運動(dòng)繼續下沉或上升。若能繼續下沉，則保持低洼的地形，可以繼續接受沉積物，使地層厚度不斷增大；若隨著(zhù)地殼運動(dòng)上升，則低洼幅度就逐漸變小，接受沉淀物就少；如果繼續上升至水面上，則有幾質(zhì)就不再沉積，早先沉積的有機質(zhì)也暴露在氧氣中，會(huì )被風(fēng)化剝蝕掉。

雖然低洼地帶不斷下降對有機質(zhì)的沉積有利，但也不是絕對的，如果地殼下沉速度大于沉積物沉積速度，就會(huì )使洼地內水的深度相對增大，使有機質(zhì)下沉到水底的距離變長(cháng)，沉積物受水中氧作用時(shí)間也就增長(cháng)了，有機質(zhì)被氧化的機會(huì )增多了。有了豐富的有機質(zhì)沉積，還是不能生成石油，還必須具備缺氧環(huán)境、溫度、壓力、時(shí)間、催化劑等因素。缺氧環(huán)境就是沒(méi)有氧氣或者氧氣少的環(huán)境，如果有氧氣存在，有機物就會(huì )被氧化生成二氧化碳和水。溫度也是有機質(zhì)向石油轉化的重要條件，達到一定溫度，有機質(zhì)才能大量向石油轉化，一般最適宜有機質(zhì)轉化的溫度范圍為60?C-210?C。有機質(zhì)生成石油的速度很慢，所需的時(shí)間以百萬(wàn)年計，一般來(lái)說(shuō)，溫度越高，有機質(zhì)轉化成石油所需的時(shí)間越短。

地層的溫度與地層深度有關(guān)系，地層越深則離地核越近，溫度越高，利于有機質(zhì)在一定的溫度下生油，這也可以說(shuō)是在一定的深度下利于生油。地層的深度越深，不光溫度升高，而且壓力增大，對生成石油也有利。細菌和粘土巖中的粘土礦物是加速有機質(zhì)生成石油的催化劑，含有這種粘土礦物的地層也有利于石油的生成。

天然氣雖然在組成上與石油一樣，都是以碳氫化合物為主要成分，但它的生成條件要比石油更為多樣化。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。

天然氣根據其生成條件，大致可以分為以下幾種類(lèi)型：生物氣－現代沉積淤泥中，有機質(zhì)在細菌作用下，生成以甲烷為主的天然氣。例如在一些和溝中生成的沼氣。油型氣－有機質(zhì)進(jìn)入生成石油深度以后，除大量地生成石油外，同時(shí)伴隨著(zhù)生成天然氣。隨著(zhù)埋藏深度的不斷增加，石油受高壓、高溫影響，強烈分解，生成天然氣。煤型氣－含有煤層的沉積巖層叫做煤系地層，煤型氣是指煤系地層在時(shí)間和溫度的作用下生成的天然氣，其主要成分也是甲烷。無(wú)機成因氣－在巖漿和巖石變質(zhì)作用下生成的氣體，如二氧化碳、甲烷。

沉積巖

地球是一個(gè)近似橢圓的球形體，半徑約為6300千米。地球由表及里分為地殼、地墁和地核三個(gè)部分。它們的分界面在不同地區深度不同，地殼厚度為5千米－65千米，地墁介于地殼底面到約2900千米深度之間，從2900千米直到地心稱(chēng)地核。地殼是由三大類(lèi)巖石（通常叫石頭）組成的，即巖漿巖、變質(zhì)巖和沉積巖，其中沉積巖覆蓋地表面積60％以上，我們通常見(jiàn)到的泥土或砂礫，就是巖石風(fēng)化形成的表層風(fēng)化殼，或者是新沉積的松散物質(zhì)。石油分布于沉積盆地中，沉積盆地在一定的地質(zhì)時(shí)期，接受沉積物的沉降形成較厚的沉積巖。

地層的檔案－地質(zhì)年代劃分

在40多億年前，地殼就形成了，此后每個(gè)時(shí)期都有沉積巖形成。如果沒(méi)有強烈的構造運動(dòng)影響，一個(gè)地區先沉積的地層在下面，后沉積的地層在上面。不同地質(zhì)時(shí)期形成的沉積巖，其生物化石和構造特征不同。據此，將組成地殼的巖石劃分為不同單元，每個(gè)單元對應一定的地質(zhì)時(shí)期。地層劃分是以“界”為單位，按由老到新的順序分為五個(gè)界：太古界、元古界、古生界、中生界、新生界。

流動(dòng)的油氣－石油、天然氣的運移

石油和天然氣是一種流體礦床，他們與一般礦床的區別在于：它具有流動(dòng)性，它先進(jìn)存在的位置與其生成位置有時(shí)相距很遠。生成的油氣從生成的位置向有縫孔隙、裂縫的地層流動(dòng)，儲集成將分散的星星點(diǎn)點(diǎn)的油氣初步集中起來(lái)，就好像涓涓溪流匯入大河一樣。這種流動(dòng)的動(dòng)力來(lái)自于地層的壓力，也可以說(shuō)來(lái)自于沉積物本身的重量，地層在沉積過(guò)程中逐漸加厚，重量也逐漸加大，因此產(chǎn)生的壓力也越來(lái)越大，已生成的油氣，就隨同水一起，被擠出去。到達“大河”后，油氣并沒(méi)有停下來(lái)，而是繼續流動(dòng)，這種流動(dòng)的主要動(dòng)力則來(lái)自油氣本身的浮力。因為油、氣密度比水小，當油氣進(jìn)入含水的地層后，油氣在浮力的作用下向著(zhù)高處流去。因為油氣不易溶于水，在水中大部分都是以“油滴”和“氣泡”的形式在含水的地層中流動(dòng)的。它們走著(zhù)曲曲彎彎的道路，克服許多阻力，艱難地前進(jìn)著(zhù)，運移的速度相當緩慢。

油氣在地下的流動(dòng)空間－儲集層

我們經(jīng)常聽(tīng)到“油湖”和“油海”的說(shuō)法，容易使人聯(lián)想到石油就象湖泊和海洋一樣在地下分布著(zhù)，甚至有人擔心，生怕我國邊境油田的石油會(huì )流到外國去。其實(shí)，情況并不是這樣，。那么油氣在地下怎么存在的呢？石油生成后，儲存在有孔隙、洞穴和裂縫的巖石之中，這種既可以?xún)Υ嬉后w又可讓其從中流動(dòng)的巖石，叫做儲集層。油層是一種帶孔隙的巖層，人的肉眼看不見(jiàn)孔隙，當可以在顯微鏡下看到，也可通過(guò)實(shí)驗方法測得孔隙體積， 一般油層孔隙體積可戰巖石體積的10％－35％。專(zhuān)業(yè)人員主要用孔隙度和滲透率兩個(gè)因素來(lái)衡量?jì)瘜拥膬?yōu)劣，孔隙度的數值大，可以容納更多的石油。滲透率的數值高，表示孔隙、縫洞之間的年同性好，石油容易流動(dòng)，容易開(kāi)采。

油氣在地下的保護層－蓋層

油氣如果無(wú)限制地向上移動(dòng)，一旦到了地表就會(huì )逸散掉。為了使儲集層中的油氣不逸散掉，在儲集層的上方需要有一層致密的、不滲透的地層間儲集層中的油氣蓋起來(lái)，這種巖層就叫做蓋層。 適合做蓋層的巖石有頁(yè)巖、泥巖等，致密的泥灰巖和石灰巖有時(shí)也可以充作蓋層。蓋層要有一定的厚度，太薄了就承受不住油氣對它的壓力，不能阻止油氣逸散，起不到“蓋”的作用。蓋層的分布要穩定，即厚度的變化不能太懸殊，更不能有的地方有蓋層，有的地方?jīng)]有蓋層，否則，就會(huì )在儲集層的上方出現“漏洞”，油氣從“漏洞”處逸散出去。

石油在地下的倉庫－圈閉

在地下，凡是能阻止油氣流動(dòng)并將分散的“油滴”、“氣泡”儲集起來(lái)的地質(zhì)構造就叫地質(zhì)圈閉，簡(jiǎn)稱(chēng)圈閉。它就好像是一個(gè)地下的儲油倉庫，能把油氣儲藏起來(lái)。因此，圈閉就是油氣運移的終點(diǎn)站，是油氣藏的所在地，當然也是有工作者要尋找的目標。圈閉是儲集巖與蓋層的統一體，儲集巖被蓋層遮擋起來(lái)，油氣就儲存在儲集巖的孔隙中。油氣進(jìn)入圈閉以后，因為油、氣、水的密度不同，在圈閉內分為三個(gè)層次，最輕的天然氣在上面，較重的油在中間，最重的水在下面。至此，石油從生成、運移到進(jìn)入圈閉，完成了油氣形成的全過(guò)程。 (摘自中石油網(wǎng)站)