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[科普知識]石油和天然氣
關(guān)鍵詞： 圈閉 儲集層 孔隙體積 石油生成 孔隙度 初餾點 生物氣 坳陷 元古界 油氣形成
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石油和天然氣
對石油這個名字，大家都熟悉，但究竟什么是石油？回答恐怕就不那么確切了。對于這個問題，這里不妨用一句話來表達(dá)，那就是，石油是在地下巖石中生成的、液態(tài)的、以碳?xì)浠衔餅橹饕煞值目扇夹缘V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(shù)百萬年甚至幾億年的演化過程，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、初餾點都不相同。
原油的物理性質(zhì)最直觀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。我們常見的石油一般都是黑色的，顏色的深淺與其中含有的非烴類物質(zhì)的多少有關(guān)，含量愈高則顏色愈深。
石油是一種復(fù)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烴類化合物。天然氣也是以碳?xì)浠衔餅橹饕煞郑詺怏w狀態(tài)從地下巖石中來到地面的。與石油一樣，天然氣所含烴類主要是烷烴（飽和烴）。一般含1－4個碳的烷烴從氣體狀態(tài)被稱為天然氣；含5－10個碳的烷烴為液體狀態(tài)，就是石油；含17個以上碳的烷烴為固體狀態(tài)，如石蠟、瀝青等。
石油、天然氣的來源
對石油、天然氣（以下簡稱油氣）生成的來源，科學(xué)家主要有兩種觀點：一種認(rèn)為是生物死亡后轉(zhuǎn)變成的，及有機生成學(xué)說。另一種是無機生成學(xué)說，認(rèn)為石油天然氣來源于無機物的合成。有機生成學(xué)說觀點的依據(jù)是：幾乎所有的油田都是在沉積巖中發(fā)現(xiàn)的，而沉積巖中可以見到豐富的生物遺跡（如化石等）；通過實驗，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?xì)浠衔镱愃频奈镔|(zhì)；在石油中發(fā)現(xiàn)的血紅素和葉綠素等有機物質(zhì)，前者是來自動物的血液，后者則來自植物的葉綠素。石油是生物死亡后轉(zhuǎn)變而成的觀點所提出的理由是如此之多，并且比較充分，使有機生成學(xué)說得到大多數(shù)人的認(rèn)同，現(xiàn)在油氣生成的研究方法和內(nèi)容都是建立在這種觀點的基礎(chǔ)上的。
雖然有機學(xué)說占了絕對優(yōu)勢，但在有機層油的大前提下，還存在著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。現(xiàn)實中，中東地區(qū)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(shù)油田則是陸相地層生油。
早在10多億年前，地球上就出現(xiàn)了生物，隨著歷史的發(fā)展，生物的數(shù)量和種類越來越多，生物大量地繁殖和死亡，其中一個藻類植物在適宜的條件下，8天內(nèi)就可以繁殖到1036個后代，重量可以達(dá)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，成為生成油氣的物質(zhì)來源。
石油、天然氣的生成條件
生成石油的基礎(chǔ)條件是沉積物中存在大量的有機物，水是有機物運移的動力，泥沙和有機物在水的攜帶下，從高處往低處流動，尋找一個“沉積地”，就是尋找一個低洼地帶。這種低洼地帶，根據(jù)它的規(guī)模大小，分別被稱為盆地、坳陷、凹陷等，但這種低洼地形不是固定不變的，在各個地質(zhì)歷史時期中隨著地殼的運動繼續(xù)下沉或上升。若能繼續(xù)下沉，則保持低洼的地形，可以繼續(xù)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，接受沉淀物就少；如果繼續(xù)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，就會使洼地內(nèi)水的深度相對增大，使有機質(zhì)下沉到水底的距離變長，沉積物受水中氧作用時間也就增長了，有機質(zhì)被氧化的機會增多了。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、時間、催化劑等因素。缺氧環(huán)境就是沒有氧氣或者氧氣少的環(huán)境，如果有氧氣存在，有機物就會被氧化生成二氧化碳和水。溫度也是有機質(zhì)向石油轉(zhuǎn)化的重要條件，達(dá)到一定溫度，有機質(zhì)才能大量向石油轉(zhuǎn)化，一般最適宜有機質(zhì)轉(zhuǎn)化的溫度范圍為60?C-210?C。有機質(zhì)生成石油的速度很慢，所需的時間以百萬年計，一般來說，溫度越高，有機質(zhì)轉(zhuǎn)化成石油所需的時間越短。
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(xì)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?xì)浠衔餅橹饕煞郑纳蓷l件要比石油更為多樣化。石油要達(dá)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(jù)其生成條件，大致可以分為以下幾種類型：生物氣－現(xiàn)代沉積淤泥中，有機質(zhì)在細(xì)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，同時伴隨著生成天然氣。隨著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間和溫度的作用下生成的天然氣，其主要成分也是甲烷。無機成因氣－在巖漿和巖石變質(zhì)作用下生成的氣體，如二氧化碳、甲烷。