8.2.2.1 石油的原始物質

目前認為石油的原始物質是沉積環境中聚集起來的生物機體，是否應排除非海相沉積物作為生油源尚無定論。但在含油建造中海相沉積物占優勢的事實表明：多數石油的母質曾在近岸海相環境中沉積。

原油在元素成分方面是相當固定的。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。灰分的含量低，從0.001%～0.005%。

與元素成分的這種一致性和簡單性形成鮮明對照的是，石油中的化合物顯示出非常大的可變性和復雜性，它由大量不同烴類的化合物按各種比例混合組成。這些烴類可劃分為三個系列：①鏈烷烴（石蠟），一般成分式為CnH2n+2；②環烷，環狀類型的烴類，一般成分式為CnH2n；③苯型的烴類，一般成分式為CnH2n-6。在不同原油中各類化合物的比例變化相當大，對應的原油按占優勢的化合物類型可分為三類。

假如原油是一種處于熱力學平衡下的產物，并且也能獲得許多烴類化合物的熱力學數據，則有可能計算出這種混合物的成分。近年來，美國標準局等已在烴類化合物自由能測定方面獲得了一些有意義的成果：

（1）在較低溫條件下，鏈烷烴是相對最穩定的烴類。

（2）在均勻系列中，當碳原子數目減少時化合物的穩定性增大，甲烷是最穩定的烴。

（3）環境的穩定性與鏈烷烴的穩定性差別不大。

（4）在石油形成的溫度范圍內，苯型烴類的穩定性較相應的飽和烴類小。

在近于相同的總成分的原油中，不同烴類化合物的量有寬廣的變化范圍，表明原油不是一種熱力學平衡的混合物。原油的組成主要取決于與其形成有關的各反應的速率。產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和揮發分（即低分子量化合物），反映出年代的增長使體系更接近熱力學平衡。

原油成分還能夠提供其他的成因線索。如卟啉和復雜的氮飽和烴類等熱敏感化合物（約200℃就要分解）的存在，說明形成石油過程中溫度不會超過200℃，實際形成溫度可能還要低得多。在同一地區石油的產出與煤的等級之間存在著普遍的相關性，即當以固定碳表示的煤的等級超過某一數值時石油就不存在（一般固定碳超過70%時，常常就標志著石油的無望）。顯然，石油對于變質作用更敏感，它在使煤發生進級變質的條件下就已經被破壞。

對形成原油的原始有機質性質的認識還不統一。一般設想任何生物機體（動物或植物）均可形成石油。海中浮游生物是較高等生物的食物，設想它們可以代表石油的原料成分（見表8.7）。由原始母質與石油成分的對比可知，原始母質轉化為石油必然包括除氧過程。

石油顯然是在還原條件下形成的，因為氧化作用容易將有機質分解成 CO2和 H2O；生油環境還必須不利于食腐肉動物生存，否則死的機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。在這些地區沉到水底的有機質由厭氧細菌分解腐爛，產出一種稱為腐泥（sapropel）的黑色泥。黑海是現今的一個例子，在那里水的循環受到限制，底部沉積物中有機質含量高達 35%（海相沉積物平均一般只含約2.5%的有機質）。

腐泥被認為是石油的母質。腐泥向石油的轉化包含生物化學及無機化學兩類過程。已有證據說明，在將碳水化合物和蛋白質轉變成烴類化合物時，細菌活動是重要的因素。有機質轉變為烴類化學式可概略表示為：

表8.7 生物機體物質的元素化學成分

地球化學

在此過程中發生著反復的氧化和還原作用，一部分有機質完全氧化成CO2，而另一部分完全還原為烴類。生物化學作用首先產生脂肪酸類，然后通過包括裂解、縮合、凝聚和脫水化等一系列反應再轉化為烴類。這些反應可能會受到催化劑的促進，粘土的作用和意義也值得重視。粘土質點是強吸附劑，因此它們能使許多外來有機分子緊密地接觸在一起，使有機分子不僅相對粘土而且彼此間也具固定的位置，并且互相反應形成新的化合物。

8.2.2.2 我國海相石油地球化學研究

我國大面積分布的海相新元古宙至三疊紀碳酸鹽巖地層的累計厚度超過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出油、氣苗，而且已發現許多屬于原生成因工業油、氣藏。

（1）碳酸鹽巖生油潛力。人們普遍認為碳酸鹽巖可以生油，但是否能形成工業油氣藏，則有不同的認識。1980 年底美國休斯敦的碳酸鹽巖地球化學與生油潛力會議上，列舉了一些確屬來源于碳酸鹽巖的工業油氣藏。我國川南二疊系產出大量天然氣和少量原油，其地質-地球化學資料證明，這些天然氣和少量原油可能直接來源于碳酸鹽巖地層（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特征。我國海相碳酸鹽生油巖有機質豐度低而轉化率高，有機質熱演化程度普遍較高。碳酸鹽巖中的分散有機質有吸附有機質、晶包有機質（周中毅、葉繼彌等，1983）和包裹體有機質三種存在形式。其中吸附有機質和晶包有機質可能在生油方面的貢獻較大，而包裹體有機質主要在油氣運移和聚集的過程中形成。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，有機質的熱演化已處于油氣演化的晚期階段，接近或超過原油演化的下限。

（3）碳酸鹽生油巖評價。我國海相碳酸鹽巖生油巖評價的關鍵不在于有機質或干酪根的類型，而在于有機質的豐度。對碳酸鹽巖有機質豐度低的原因，有些學者提出了有機質在早期成巖過程中丟失、在熱演化過程中有耗損等論點，并確定了我國碳酸鹽巖生油巖評價的有機質豐度下限標準（陳五濟，1985；郝石生，l984），以及進行了沉積巖成巖作用階段和沉積有機質演化的劃分（表8.8，傅家謨、劉德漢，1982）。這些認識與國外的研究結果（Palacas，1984）基本一致。

表8.8 沉積巖成巖作用階段和沉積有機質演化階段的劃分

在石油成因方面一個很重要的問題就是對時間因素的認識。在晚于上新世的巖石中很少有石油產生（即使有，也可能屬于從較老的巖石中移出的），過去在近代沉積物中未能檢測出液態烴，目前廣泛認為石油有一個緩慢的形成過程。然而，史密斯（Smith，1954）和其他學者成功地從近代海相沉積物中抽提出鏈烷烴、環烷和苯型烴類，游離烴的含量還高于干沉積物。應用碳-14 同位素年代法，證明該烴類具有約 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-鏈烷烴類顯示出具有顯著的奇數優勢，而原油中則不存在這種優勢；在近代沉積物中缺少低分子量的烴類，在許多原油中它們卻很豐富。顯然，原沉淀的有機質在石油形成和聚集過程中經歷了進一步的演化。

標簽：地球化學有機石油