[科普知识]石油和天然气

2012年12月11日11:35 | 中国发展门户网 www.chinagate.cn | 给编辑写信 字号:T|T
关键词: 圈闭 储集层 孔隙体积 石油生成 孔隙度 初馏点 生物气 坳陷 元古界 油气形成

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。

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