石油和天然气

    对石油这个名字，大家都熟悉，但究竟什么是石油？回答恐怕就不那么确切了。对于这个问题，这里不妨用一句话来表达，那就是，石油是在地下岩石中生成的、液态的、以碳氢化合物为主要成分的可燃性矿产。

    顾名思义，石油形成于地下，有多深？几百以至几千米。它经历了数百万年甚至几亿年的演化过程，不同年代的石油生成地质环境不同，生成石油的物理性质也不同。不同油田所产石油的密度、粘度、熔点、初馏点都不相同。

    原油的物理性质最直观的就是丰富多彩的颜色，有浅至深有白色、褐色、黑绿色和黑色。我们常见的石油一般都是黑色的，颜色的深浅与其中含有的非烃类物质的多少有关，含量愈高则颜色愈深。

    石油是一种复杂的天然有机物，主要成分是碳（C）和氢（H），碳含量一般为80％－88％，氢为10％－14％，同时含有少量的氧（O）、硫（S）、氮（N）等元素。有这些元素组成的化合物称烃类化合物。天然气也是以碳氢化合物为主要成分，以气体状态从地下岩石中来到地面的。与石油一样，天然气所含烃类主要是烷烃（饱和烃）。一般含1－4个碳的烷烃从气体状态被称为天然气；含5－10个碳的烷烃为液体状态，就是石油；含17个以上碳的烷烃为固体状态，如石蜡、沥青等。

    石油、天然气的来源

    对石油、天然气（以下简称油气）生成的来源，科学家主要有两种观点：一种认为是生物死亡后转变成的，及有机生成学说。另一种是无机生成学说，认为石油天然气来源于无机物的合成。有机生成学说观点的依据是：几乎所有的油田都是在沉积岩中发现的，而沉积岩中可以见到丰富的生物遗迹（如化石等）；通过实验，生物体中三大组成部分的蛋白质、碳水化合物、脂肪在一定条件下可以形成与石油中碳氢化合物类似的物质；在石油中发现的血红素和叶绿素等有机物质，前者是来自动物的血液，后者则来自植物的叶绿素。石油是生物死亡后转变而成的观点所提出的理由是如此之多，并且比较充分，使有机生成学说得到大多数人的认同，现在油气生成的研究方法和内容都是建立在这种观点的基础上的。

    虽然有机学说占了绝对优势，但在有机层油的大前提下，还存在着是海洋生物生成石油，还是陆上河流、湖泊中生物生成石油的争论。现实中，中东地区的沙特、科威特等国家的大油田都是海相地层生油，而我们国家的打多数油田则是陆相地层生油。

    早在10多亿年前，地球上就出现了生物，随着历史的发展，生物的数量和种类越来越多，生物大量地繁殖和死亡，其中一个藻类植物在适宜的条件下，8天内就可以繁殖到1036个后代，重量可以达到1.4×1017吨。大量的生物，主要是海洋和湖泊中的浮游生物，在它们死后一部分有机质被氧化变成二氧化碳逸散掉了，一部分则随作泥沙沉积下来，成为生成油气的物质来源。

    石油、天然气的生成条件

    生成石油的基础条件是沉积物中存在大量的有机物，水是有机物运移的动力，泥沙和有机物在水的携带下，从高处往低处流动，寻找一个“沉积地”，就是寻找一个低洼地带。这种低洼地带，根据它的规模大小，分别被称为盆地、坳陷、凹陷等，但这种低洼地形不是固定不变的，在各个地质历史时期中随着地壳的运动继续下沉或上升。若能继续下沉，则保持低洼的地形，可以继续接受沉积物，使地层厚度不断增大；若随着地壳运动上升，则低洼幅度就逐渐变小，接受沉淀物就少；如果继续上升至水面上，则有几质就不再沉积，早先沉积的有机质也暴露在氧气中，会被风化剥蚀掉。

    虽然低洼地带不断下降对有机质的沉积有利，但也不是绝对的，如果地壳下沉速度大于沉积物沉积速度，就会使洼地内水的深度相对增大，使有机质下沉到水底的距离变长，沉积物受水中氧作用时间也就增长了，有机质被氧化的机会增多了。有了丰富的有机质沉积，还是不能生成石油，还必须具备缺氧环境、温度、压力、时间、催化剂等因素。缺氧环境就是没有氧气或者氧气少的环境，如果有氧气存在，有机物就会被氧化生成二氧化碳和水。温度也是有机质向石油转化的重要条件，达到一定温度，有机质才能大量向石油转化，一般最适宜有机质转化的温度范围为60?C-210?C。有机质生成石油的速度很慢，所需的时间以百万年计，一般来说，温度越高，有机质转化成石油所需的时间越短。

    地层的温度与地层深度有关系，地层越深则离地核越近，温度越高，利于有机质在一定的温度下生油，这也可以说是在一定的深度下利于生油。地层的深度越深，不光温度升高，而且压力增大，对生成石油也有利。细菌和粘土岩中的粘土矿物是加速有机质生成石油的催化剂，含有这种粘土矿物的地层也有利于石油的生成。

    天然气虽然在组成上与石油一样，都是以碳氢化合物为主要成分，但它的生成条件要比石油更为多样化。石油要达到一定深度才能大量生成，而天然气从浅到深都能生成。

    天然气根据其生成条件，大致可以分为以下几种类型：生物气－现代沉积淤泥中，有机质在细菌作用下，生成以甲烷为主的天然气。例如在一些和沟中生成的沼气。油型气－有机质进入生成石油深度以后，除大量地生成石油外，同时伴随着生成天然气。随着埋藏深度的不断增加，石油受高压、高温影响，强烈分解，生成天然气。煤型气－含有煤层的沉积岩层叫做煤系地层，煤型气是指煤系地层在时间和温度的作用下生成的天然气，其主要成分也是甲烷。无机成因气－在岩浆和岩石变质作用下生成的气体，如二氧化碳、甲烷。

    沉积岩

    地球是一个近似椭圆的球形体，半径约为6300千米。地球由表及里分为地壳、地墁和地核三个部分。它们的分界面在不同地区深度不同，地壳厚度为5千米－65千米，地墁介于地壳底面到约2900千米深度之间，从2900千米直到地心称地核。地壳是由三大类岩石（通常叫石头）组成的，即岩浆岩、变质岩和沉积岩，其中沉积岩覆盖地表面积60％以上，我们通常见到的泥土或砂砾，就是岩石风化形成的表层风化壳，或者是新沉积的松散物质。石油分布于沉积盆地中，沉积盆地在一定的地质时期，接受沉积物的沉降形成较厚的沉积岩。

    地层的档案－地质年代划分

    在40多亿年前，地壳就形成了，此后每个时期都有沉积岩形成。如果没有强烈的构造运动影响，一个地区先沉积的地层在下面，后沉积的地层在上面。不同地质时期形成的沉积岩，其生物化石和构造特征不同。据此，将组成地壳的岩石划分为不同单元，每个单元对应一定的地质时期。地层划分是以“界”为单位，按由老到新的顺序分为五个界：太古界、元古界、古生界、中生界、新生界。

    流动的油气－石油、天然气的运移

    石油和天然气是一种流体矿床，他们与一般矿床的区别在于：它具有流动性，它先进存在的位置与其生成位置有时相距很远。生成的油气从生成的位置向有缝孔隙、裂缝的地层流动，储集成将分散的星星点点的油气初步集中起来，就好像涓涓溪流汇入大河一样。这种流动的动力来自于地层的压力，也可以说来自于沉积物本身的重量，地层在沉积过程中逐渐加厚，重量也逐渐加大，因此产生的压力也越来越大，已生成的油气，就随同水一起，被挤出去。到达“大河”后，油气并没有停下来，而是继续流动，这种流动的主要动力则来自油气本身的浮力。因为油、气密度比水小，当油气进入含水的地层后，油气在浮力的作用下向着高处流去。因为油气不易溶于水，在水中大部分都是以“油滴”和“气泡”的形式在含水的地层中流动的。它们走着曲曲弯弯的道路，克服许多阻力，艰难地前进着，运移的速度相当缓慢。

    油气在地下的流动空间－储集层

    我们经常听到“油湖”和“油海”的说法，容易使人联想到石油就象湖泊和海洋一样在地下分布着，甚至有人担心，生怕我国边境油田的石油会流到外国去。其实，情况并不是这样，。那么油气在地下怎么存在的呢？石油生成后，储存在有孔隙、洞穴和裂缝的岩石之中，这种既可以储存液体又可让其从中流动的岩石，叫做储集层。油层是一种带孔隙的岩层，人的肉眼看不见孔隙，当可以在显微镜下看到，也可通过实验方法测得孔隙体积， 一般油层孔隙体积可战岩石体积的10％－35％。专业人员主要用孔隙度和渗透率两个因素来衡量储集层的优劣，孔隙度的数值大，可以容纳更多的石油。渗透率的数值高，表示孔隙、缝洞之间的年同性好，石油容易流动，容易开采。

    油气在地下的保护层－盖层

    油气如果无限制地向上移动，一旦到了地表就会逸散掉。为了使储集层中的油气不逸散掉，在储集层的上方需要有一层致密的、不渗透的地层间储集层中的油气盖起来，这种岩层就叫做盖层。 适合做盖层的岩石有页岩、泥岩等，致密的泥灰岩和石灰岩有时也可以充作盖层。盖层要有一定的厚度，太薄了就承受不住油气对它的压力，不能阻止油气逸散，起不到“盖”的作用。盖层的分布要稳定，即厚度的变化不能太悬殊，更不能有的地方有盖层，有的地方没有盖层，否则，就会在储集层的上方出现“漏洞”，油气从“漏洞”处逸散出去。

    石油在地下的仓库－圈闭

    在地下，凡是能阻止油气流动并将分散的“油滴”、“气泡”储集起来的地质构造就叫地质圈闭，简称圈闭。它就好像是一个地下的储油仓库，能把油气储藏起来。因此，圈闭就是油气运移的终点站，是油气藏的所在地，当然也是有工作者要寻找的目标。圈闭是储集岩与盖层的统一体，储集岩被盖层遮挡起来，油气就储存在储集岩的孔隙中。油气进入圈闭以后，因为油、气、水的密度不同，在圈闭内分为三个层次，最轻的天然气在上面，较重的油在中间，最重的水在下面。至此，石油从生成、运移到进入圈闭，完成了油气形成的全过程。