- 政策解讀
- 經濟發展
- 社會發展
- 減貧救災
- 法治中國
- 天下人物
- 發展報告
- 項目中心
[科普知識]石油和天然氣
關鍵詞： 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
|
|
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，那就是，石油是在地下巖石中生成的、液態的、以碳氫化合物為主要成分的可燃性礦產。
顧名思義，石油形成于地下，有多深？幾百以至幾千米。它經歷了數百萬年甚至幾億年的演化過程，不同年代的石油生成地質環境不同，生成石油的物理性質也不同。不同油田所產石油的密度、粘度、熔點、初餾點都不相同。
原油的物理性質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的多少有關，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。天然氣也是以碳氫化合物為主要成分，以氣體狀態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被稱為天然氣；含5－10個碳的烷烴為液體狀態，就是石油；含17個以上碳的烷烴為固體狀態，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，科學家主要有兩種觀點：一種認為是生物死亡后轉變成的，及有機生成學說。另一種是無機生成學說，認為石油天然氣來源于無機物的合成。有機生成學說觀點的依據是：幾乎所有的油田都是在沉積巖中發現的，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、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似的物質；在石油中發現的血紅素和葉綠素等有機物質，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，使有機生成學說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點的基礎上的。
雖然有機學說占了絕對優勢，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。現實中，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，隨著歷史的發展，生物的數量和種類越來越多，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天內就可以繁殖到1036個后代，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來源。
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，根據它的規模大小，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，在各個地質歷史時期中隨著地殼的運動繼續下沉或上升。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；如果繼續上升至水面上，則有幾質就不再沉積，早先沉積的有機質也暴露在氧氣中，會被風化剝蝕掉。
雖然低洼地帶不斷下降對有機質的沉積有利，但也不是絕對的，如果地殼下沉速度大于沉積物沉積速度，就會使洼地內水的深度相對增大，使有機質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，有機質被氧化的機會增多了。有了豐富的有機質沉積，還是不能生成石油，還必須具備缺氧環境、溫度、壓力、時間、催化劑等因素。缺氧環境就是沒有氧氣或者氧氣少的環境，如果有氧氣存在，有機物就會被氧化生成二氧化碳和水。溫度也是有機質向石油轉化的重要條件，達到一定溫度，有機質才能大量向石油轉化，一般最適宜有機質轉化的溫度范圍為60?C-210?C。有機質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，有機質轉化成石油所需的時間越短。
地層的溫度與地層深度有關系，地層越深則離地核越近，溫度越高，利于有機質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。細菌和粘土巖中的粘土礦物是加速有機質生成石油的催化劑，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型：生物氣－現代沉積淤泥中，有機質在細菌作用下，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－有機質進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－在巖漿和巖石變質作用下生成的氣體，如二氧化碳、甲烷。