8.2.2.1 石油的原始物質(zhì)

目前認(rèn)為石油的原始物質(zhì)是沉積環(huán)境中聚集起來(lái)的生物機(jī)體，是否應(yīng)排除非海相沉積物作為生油源尚無(wú)定論。但在含油建造中海相沉積物占優(yōu)勢(shì)的事實(shí)表明：多數(shù)石油的母質(zhì)曾在近岸海相環(huán)境中沉積。

原油在元素成分方面是相當(dāng)固定的。一般它含碳83%～87%，含氫11%～14%，其他元素主要為氧、氮和硫，最高含量約為5%。許多原油99%以上的部分僅由碳和氫組成?；曳值暮康?，從0.001%～0.005%。

與元素成分的這種一致性和簡(jiǎn)單性形成鮮明對(duì)照的是，石油中的化合物顯示出非常大的可變性和復(fù)雜性，它由大量不同烴類(lèi)的化合物按各種比例混合組成。這些烴類(lèi)可劃分為三個(gè)系列：①鏈烷烴（石蠟），一般成分式為CnH2n+2；②環(huán)烷，環(huán)狀類(lèi)型的烴類(lèi)，一般成分式為CnH2n；③苯型的烴類(lèi)，一般成分式為CnH2n-6。在不同原油中各類(lèi)化合物的比例變化相當(dāng)大，對(duì)應(yīng)的原油按占優(yōu)勢(shì)的化合物類(lèi)型可分為三類(lèi)。

假如原油是一種處于熱力學(xué)平衡下的產(chǎn)物，并且也能獲得許多烴類(lèi)化合物的熱力學(xué)數(shù)據(jù)，則有可能計(jì)算出這種混合物的成分。近年來(lái)，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)局等已在烴類(lèi)化合物自由能測(cè)定方面獲得了一些有意義的成果：

（1）在較低溫條件下，鏈烷烴是相對(duì)最穩(wěn)定的烴類(lèi)。

（2）在均勻系列中，當(dāng)碳原子數(shù)目減少時(shí)化合物的穩(wěn)定性增大，甲烷是最穩(wěn)定的烴。

（3）環(huán)境的穩(wěn)定性與鏈烷烴的穩(wěn)定性差別不大。

（4）在石油形成的溫度范圍內(nèi)，苯型烴類(lèi)的穩(wěn)定性較相應(yīng)的飽和烴類(lèi)小。

在近于相同的總成分的原油中，不同烴類(lèi)化合物的量有寬廣的變化范圍，表明原油不是一種熱力學(xué)平衡的混合物。原油的組成主要取決于與其形成有關(guān)的各反應(yīng)的速率。產(chǎn)于較老地層中的原油通常較年輕建造中的原油含有較多的鏈烷烴類(lèi)和揮發(fā)分（即低分子量化合物），反映出年代的增長(zhǎng)使體系更接近熱力學(xué)平衡。

原油成分還能夠提供其他的成因線索。如卟啉和復(fù)雜的氮飽和烴類(lèi)等熱敏感化合物（約200℃就要分解）的存在，說(shuō)明形成石油過(guò)程中溫度不會(huì)超過(guò)200℃，實(shí)際形成溫度可能還要低得多。在同一地區(qū)石油的產(chǎn)出與煤的等級(jí)之間存在著普遍的相關(guān)性，即當(dāng)以固定碳表示的煤的等級(jí)超過(guò)某一數(shù)值時(shí)石油就不存在（一般固定碳超過(guò)70%時(shí)，常常就標(biāo)志著石油的無(wú)望）。顯然，石油對(duì)于變質(zhì)作用更敏感，它在使煤發(fā)生進(jìn)級(jí)變質(zhì)的條件下就已經(jīng)被破壞。

對(duì)形成原油的原始有機(jī)質(zhì)性質(zhì)的認(rèn)識(shí)還不統(tǒng)一。一般設(shè)想任何生物機(jī)體（動(dòng)物或植物）均可形成石油。海中浮游生物是較高等生物的食物，設(shè)想它們可以代表石油的原料成分（見(jiàn)表8.7）。由原始母質(zhì)與石油成分的對(duì)比可知，原始母質(zhì)轉(zhuǎn)化為石油必然包括除氧過(guò)程。

石油顯然是在還原條件下形成的，因?yàn)檠趸饔萌菀讓⒂袡C(jī)質(zhì)分解成 CO2和 H2O；生油環(huán)境還必須不利于食腐肉動(dòng)物生存，否則死的機(jī)體多成了它們的食物。一般在洋底停滯水的地方（尤其是海盆地和海槽處）具備這種條件，沼澤、堵塞的潟湖和鹽漬濕地中也具備這種條件。在這些地區(qū)沉到水底的有機(jī)質(zhì)由厭氧細(xì)菌分解腐爛，產(chǎn)出一種稱(chēng)為腐泥（sapropel）的黑色泥。黑海是現(xiàn)今的一個(gè)例子，在那里水的循環(huán)受到限制，底部沉積物中有機(jī)質(zhì)含量高達(dá) 35%（海相沉積物平均一般只含約2.5%的有機(jī)質(zhì)）。

腐泥被認(rèn)為是石油的母質(zhì)。腐泥向石油的轉(zhuǎn)化包含生物化學(xué)及無(wú)機(jī)化學(xué)兩類(lèi)過(guò)程。已有證據(jù)說(shuō)明，在將碳水化合物和蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)變成烴類(lèi)化合物時(shí)，細(xì)菌活動(dòng)是重要的因素。有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊N類(lèi)化學(xué)式可概略表示為：

表8.7 生物機(jī)體物質(zhì)的元素化學(xué)成分

地球化學(xué)

在此過(guò)程中發(fā)生著反復(fù)的氧化和還原作用，一部分有機(jī)質(zhì)完全氧化成CO2，而另一部分完全還原為烴類(lèi)。生物化學(xué)作用首先產(chǎn)生脂肪酸類(lèi)，然后通過(guò)包括裂解、縮合、凝聚和脫水化等一系列反應(yīng)再轉(zhuǎn)化為烴類(lèi)。這些反應(yīng)可能會(huì)受到催化劑的促進(jìn)，粘土的作用和意義也值得重視。粘土質(zhì)點(diǎn)是強(qiáng)吸附劑，因此它們能使許多外來(lái)有機(jī)分子緊密地接觸在一起，使有機(jī)分子不僅相對(duì)粘土而且彼此間也具固定的位置，并且互相反應(yīng)形成新的化合物。

8.2.2.2 我國(guó)海相石油地球化學(xué)研究

我國(guó)大面積分布的海相新元古宙至三疊紀(jì)碳酸鹽巖地層的累計(jì)厚度超過(guò)10 km。此外，新疆寒武系、二疊系和第三系海相層系中含有碳酸鹽巖，在這些碳酸鹽巖為主的海相沉積中不僅廣泛產(chǎn)出油、氣苗，而且已發(fā)現(xiàn)許多屬于原生成因工業(yè)油、氣藏。

（1）碳酸鹽巖生油潛力。人們普遍認(rèn)為碳酸鹽巖可以生油，但是否能形成工業(yè)油氣藏，則有不同的認(rèn)識(shí)。1980 年底美國(guó)休斯敦的碳酸鹽巖地球化學(xué)與生油潛力會(huì)議上，列舉了一些確屬來(lái)源于碳酸鹽巖的工業(yè)油氣藏。我國(guó)川南二疊系產(chǎn)出大量天然氣和少量原油，其地質(zhì)-地球化學(xué)資料證明，這些天然氣和少量原油可能直接來(lái)源于碳酸鹽巖地層（黃藉中、張子樞，1982；傅家謨，1989、1984；Fu Jiamo，1980）。

（2）碳酸鹽生油巖地球化學(xué)特征。我國(guó)海相碳酸鹽生油巖有機(jī)質(zhì)豐度低而轉(zhuǎn)化率高，有機(jī)質(zhì)熱演化程度普遍較高。碳酸鹽巖中的分散有機(jī)質(zhì)有吸附有機(jī)質(zhì)、晶包有機(jī)質(zhì)（周中毅、葉繼彌等，1983）和包裹體有機(jī)質(zhì)三種存在形式。其中吸附有機(jī)質(zhì)和晶包有機(jī)質(zhì)可能在生油方面的貢獻(xiàn)較大，而包裹體有機(jī)質(zhì)主要在油氣運(yùn)移和聚集的過(guò)程中形成。海相碳酸鹽巖地層，尤其是南方新元古界至三疊系碳酸鹽巖，有機(jī)質(zhì)的熱演化已處于油氣演化的晚期階段，接近或超過(guò)原油演化的下限。

（3）碳酸鹽生油巖評(píng)價(jià)。我國(guó)海相碳酸鹽巖生油巖評(píng)價(jià)的關(guān)鍵不在于有機(jī)質(zhì)或干酪根的類(lèi)型，而在于有機(jī)質(zhì)的豐度。對(duì)碳酸鹽巖有機(jī)質(zhì)豐度低的原因，有些學(xué)者提出了有機(jī)質(zhì)在早期成巖過(guò)程中丟失、在熱演化過(guò)程中有耗損等論點(diǎn)，并確定了我國(guó)碳酸鹽巖生油巖評(píng)價(jià)的有機(jī)質(zhì)豐度下限標(biāo)準(zhǔn)（陳五濟(jì)，1985；郝石生，l984），以及進(jìn)行了沉積巖成巖作用階段和沉積有機(jī)質(zhì)演化的劃分（表8.8，傅家謨、劉德漢，1982）。這些認(rèn)識(shí)與國(guó)外的研究結(jié)果（Palacas，1984）基本一致。

表8.8 沉積巖成巖作用階段和沉積有機(jī)質(zhì)演化階段的劃分

在石油成因方面一個(gè)很重要的問(wèn)題就是對(duì)時(shí)間因素的認(rèn)識(shí)。在晚于上新世的巖石中很少有石油產(chǎn)生（即使有，也可能屬于從較老的巖石中移出的），過(guò)去在近代沉積物中未能檢測(cè)出液態(tài)烴，目前廣泛認(rèn)為石油有一個(gè)緩慢的形成過(guò)程。然而，史密斯（Smith，1954）和其他學(xué)者成功地從近代海相沉積物中抽提出鏈烷烴、環(huán)烷和苯型烴類(lèi)，游離烴的含量還高于干沉積物。應(yīng)用碳-14 同位素年代法，證明該烴類(lèi)具有約 10000 年的表面年齡，表明它們是原地形成的。但是，近代沉積物中的烴類(lèi)與原油中的組合差別甚大：近代沉積物中抽提出的n-鏈烷烴類(lèi)顯示出具有顯著的奇數(shù)優(yōu)勢(shì)，而原油中則不存在這種優(yōu)勢(shì)；在近代沉積物中缺少低分子量的烴類(lèi)，在許多原油中它們卻很豐富。顯然，原沉淀的有機(jī)質(zhì)在石油形成和聚集過(guò)程中經(jīng)歷了進(jìn)一步的演化。

標(biāo)簽：地球化學(xué)有機(jī)石油