油氣成因研究綜述

1、油氣成因研究綜述油氣成因理論作為石油地質(zhì)學(xué)研究的核心問題已爭論上百年，油氣成因的認(rèn)識可歸納為有機成因和無機成因2大學(xué)派，其爭論的核心是生成油氣的母質(zhì)和形成過程。前者認(rèn)為油氣是由地質(zhì)歷史時期分散在沉積物中的動植物有機質(zhì)發(fā)生熱解轉(zhuǎn)化而成，后者則提出油氣是由地下深處的無機物通過無機合成反應(yīng)形成的。 1.1 有機成因說 有機成因說認(rèn)為油氣是由分散在沉積巖中的生物有機體轉(zhuǎn)化而成。有人根據(jù)一些實驗事實，提出油氣是由動物遺體轉(zhuǎn)化而來的；也有人根據(jù)煤的形成,提出油氣的生成同植物殘體的埋藏有關(guān)；古勃金則根據(jù)多數(shù)油藏分布于濱海或海洋沉積層內(nèi)，或是與海洋有聯(lián)系的陸相沉積層內(nèi)，提出石油的動植物混成說。 史密斯經(jīng)過對墨

2、西哥灣進行大量現(xiàn)代沉積取樣分析研究，提出油氣的有機成因早期生成說，認(rèn)為沉積物中所含原始有機質(zhì)在成巖過程中逐漸轉(zhuǎn)化為石油和天然氣。但其觀點與實際地質(zhì)資料有較大出入：古代沉積巖中液態(tài)烴含量要比現(xiàn)代沉積物中大20余倍，現(xiàn)代沉積物中液態(tài)烴的組成和性質(zhì)與石油都有一定的差別，而且要在地下一定深度和溫度下才能生成石油。于是又有人提出有機成因晚期生成說，認(rèn)為有機質(zhì)埋入地下，隨沉積物不斷下沉，有機質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)楦衫腋?，在一定溫度和壓力下，干酪根達(dá)到成熟熱解，開始生成大量油氣。但后來研究表明生物有機質(zhì)在細(xì)菌的分解作用下，可以不經(jīng)干酪根而直接生成油氣。因而有機成因?qū)W派在油氣生成過程及生成機理上也有分歧。 現(xiàn)代石油地質(zhì)學(xué)理

3、論主要是建立在油氣生成的有機成因上，人們認(rèn)為所有工業(yè)性油氣藏和煤礦幾乎完全為生物成因的。油氣的有機成因理論已被長期作為油氣勘探戰(zhàn)略和方法的理論基礎(chǔ)，石油有機成因主要依據(jù)如下： (1)世界上已發(fā)現(xiàn)的油氣田90%以上分布于沉積巖中，而在大片巖漿巖和變質(zhì)巖區(qū)，很少或沒有找到油氣聚集。 (2) 從前寒武紀(jì)至第四紀(jì)更新世的各個時代巖層中都找到了石油，但石油天然氣在地質(zhì)時代上的分布很不均衡，似乎與沉積巖中有機質(zhì)的分布狀況相吻合，并且與煤、油頁巖等可燃有機礦產(chǎn)的時代分布有一定聯(lián)系。 (3) 在近代海相和湖相沉積中發(fā)現(xiàn)了有機物質(zhì)轉(zhuǎn)化為油氣的過程，而且這個過程至今仍在進行。愈往地下深處，近代沉積物中的有機物質(zhì)愈

4、接近石油。 (4)世界上既沒有化學(xué)成分完全相同的兩種石油，也沒有成分完全不同的石油。但大多數(shù)石油的化學(xué)組成十分相似，而在成分上的差異性則可能同原始生油物質(zhì)的生成環(huán)境的不盡相同及油氣生成后的變化歷程有關(guān)。 (5) 光譜分析表明，煤和石油都可能是有機生成的。 (6) 從大量油田測試結(jié)果可知，石油是在低溫條件下生成的。(7) 石油生成并聚集成油藏所需時間大約不到1Ma。1.2 無機成因說 油氣無機成因論認(rèn)為烴是由碳和氫在無生物作用條件下合成的，而不是起源于沉積有機質(zhì)。按照無機成因油氣理論的發(fā)展歷程可將其劃分為早期無機成因油氣理論或古典無機成因油氣(18世紀(jì)中葉至20世紀(jì)70年代) 和晚期無機油氣生成

5、理論 (20世紀(jì)70年代至今)；按照是否發(fā)生合成反應(yīng)分為2個主要理論學(xué)派，一是地幔脫氣理論，認(rèn)為烴類在地球形成時期就已存在，在合適的構(gòu)造環(huán)境下從地球內(nèi)部排出；二是無機反應(yīng)成烴理論，即認(rèn)為烴類是在地球內(nèi)部合適的物理化學(xué)環(huán)境條件下通過各種無機反應(yīng)形成的。主要論據(jù)有： (1) 石油和天然氣常發(fā)現(xiàn)于長的線性或大的弧型構(gòu)造單元。這些部位有切割很深的斷裂構(gòu)造。 (2)石油中許多化合物在實驗室可以合成。如費托反應(yīng)。 (3) 一些溫度較高的深層發(fā)現(xiàn)了石油，這些部位幾乎找不到生物成因的證據(jù)，有時原油的旋光性與奇一偶碳數(shù)分布特征也完全消失。 (4) 許多天體中存在碳?xì)浠衔?。在球吸積增生過程中這種碳?xì)浠衔锊糠直?/p>

6、封存于地球內(nèi)部，地球后期演化過程碳?xì)浠现匦戮奂蚍稚ⅰ?(5) 一些生命物質(zhì)可以由無機(非生物)過程合成。甲烷、水、氨和碳的氧化物可能是蛋白類、氨基酸的起源物。 (6) 在許多不存在生物的地方發(fā)現(xiàn)了甲烷。譬如,在無沉積物的大洋中脊、巖漿巖和變質(zhì)巖裂隙中，以及地球深部、火山噴氣中都含有甲烷等含碳揮發(fā)份。 (7) 在一個大區(qū)域內(nèi)原油的化學(xué)成分和同位素組成常與含油氣巖系的地質(zhì)年代及巖性無關(guān)，天然氣碳同位素組成倒序是聚合反應(yīng)造成的，許多烴類聚集中有幔源氦。 1.2.1 地幔脫氣說 地幔脫氣說也叫宇宙成因說。俄國學(xué)者索科洛夫（1889）主張在地球呈熔融狀態(tài)時碳?xì)浠衔锞桶渲?，隨著地球冷卻碳?xì)浠衔?/p>

7、被巖漿吸收，最后凝結(jié)于地殼中形成石油；其后，Gold根據(jù)太陽系、地球形成演化模型，對宇宙成因說進行了更為詳細(xì)深入的研究，其認(rèn)為距今3600-4000Ma前的地球是由含CH4、CO2、H2等成份的星云演化形成的。在3500星云凝聚固化形成地球的地幔和地殼過程中&星云或原始大氣中的CH4、CO2、He等氣體被束縛在地殼和地幔中，并在隨后的地球演化過程中，部分下地殼和上地幔區(qū)域溫壓條件和氧逸度條件仍適于CH4等氣體的保存而未被氧化，在地球分異演化的早期從地球深部被加熱而釋放出來。也就是說，大量CH4和其他非烴資源氣體在地球形成時就已存在。王先彬等通過模擬實驗證實了在地球深部的高壓條件不僅有抑制烴類系

8、列化合物熱分解的作用，而且可以促進烴類的環(huán)化作用、聚合作用和凝析作用，并向復(fù)雜烴類系列演化。這些烴類及及其他氣體經(jīng)廣泛的地幔脫氣作用運移至近地表形成油氣藏。 1.2.2 無機反應(yīng)成烴理論 無機反應(yīng)成烴理論主要為CO、CO2、H2和H2O等一些小分子，在合適的地質(zhì)條件下通過無機合成反應(yīng)可以形成高分子量的烴類。該理論主要是基于實驗研究，主要學(xué)說包括費-托催化合成說、碳化物說、巖漿說、高溫生成說和蛇紋石化生油說。 費-托合成法是德國化學(xué)家弗費希爾和漢托羅普希于1923年創(chuàng)立的，是一種以H和CO或CO2為原料，在催化劑（鐵）作用下合成烴類的方法。其化學(xué)反應(yīng)機理為通過CO或CO2的催化加氫作用和還原聚合

9、作用形成有機化合物，其反應(yīng)式如下： CO2+H2CnHm+H2O+Q 該反應(yīng)的催化劑為Fe、Co、Ni、V等過渡金屬，反應(yīng)溫度為300-400。在地質(zhì)條件下，費-托合成反應(yīng)中所需的CO、CO2、H2除主要來自地幔脫氣作用，還可以通過巖石-流體反應(yīng)獲得，如H2可以通過超鎂鐵質(zhì)巖蛇紋石化和高溫的碳與水作用；CO可以來源于海水、碳酸鹽礦物離解脫碳作用和巖漿脫氣作用，該反應(yīng)的催化劑可以為金屬Fe 、離子化（氧化）的Fe，也可以為地殼中常見的磁鐵礦、鐵硅酸鹽。Abrajano等根據(jù)同位素和稀有氣體特征研究菲律賓Zambales蛇綠巖排出的CH4-H2油氣苗時，推斷富CH4-H2流體很可能是在超基性巖蛇紋

10、石化過程中通過費-托合成方式形成的，并認(rèn)為這種形成方式在地球內(nèi)部有較廣泛的分布。 1.2.3 地質(zhì)條件下的無機成因油氣模式 世界油氣的分布與大地構(gòu)造格局密切相關(guān)。首先，大油氣田儲層主要為中新生代地層，占世界大油氣田儲層地質(zhì)時代的77.3%左右，中新生代正是聯(lián)合古大陸解體、板塊構(gòu)造活動非?；钴S的時期；其次，目前世界106個主要含油氣盆地中的115個特大油田和25個特大氣田，除歐洲和北美有些盆地分布在板塊內(nèi)部或與古板塊活動有關(guān)外，其余均分布在中生代板塊活動形成的大陸邊緣。從Klemme統(tǒng)計出的不同類型構(gòu)造盆地的油氣豐度表中也可以明顯地看出大陸碰撞帶最富含石油，穩(wěn)定區(qū)平均含油量明顯低于碰撞帶和板塊邊

11、緣。因此，有的學(xué)者將油氣成因模式和與板塊構(gòu)造類型聯(lián)系起來，認(rèn)為油氣是各種類型板塊構(gòu)造活動帶的自然產(chǎn)物，提出了全球油氣分布、富集的5種地質(zhì)模式；也有學(xué)者提出無機成因氣藏的發(fā)育嚴(yán)格受控于深大斷裂、構(gòu)造活動帶。由于以上油氣成因分布模式均以構(gòu)造背景為主要分類依據(jù)，而沒有涉及油氣生成機理，按照其反應(yīng)的基礎(chǔ)物質(zhì)來源和構(gòu)造環(huán)境相結(jié)合的原則將無機油氣生成模式劃分為種，即“缺花崗巖型”盆地的無機成因油氣模式、板塊俯沖帶的無機成因油氣模式和洋中脊熱液的無機成因油氣模式。1.3 分析討論 所有無機成因及有機成因的觀點都有其局限性，無機成因說的依據(jù)是一些特殊的化學(xué)和地質(zhì)現(xiàn)象，對于大多數(shù)油氣勘探資料，缺乏足夠的說服力，都不能解釋油氣成分的復(fù)雜性、油氣的旋光性及含卟啉化合物等與生物有關(guān)的一些特性。有機成因說則對泥火山大規(guī)模重復(fù)噴發(fā)、油氣藏二次形成、變質(zhì)巖和巖漿巖中的油氣顯示以及在不可能有油的地盾中發(fā)現(xiàn)大型工業(yè)油氣藏等一些事實不能給出圓滿解釋。這些學(xué)說都有一定的道理，在一定時期對油氣資源的勘探開發(fā)都作出了很大的貢獻，雖然它們都有自己的局限性,但我們不能簡單地認(rèn)為這是人們認(rèn)識局限性所致。 有關(guān)油氣生成的每一種觀點都是以一定的事實為依據(jù)的，都能對某些地質(zhì)現(xiàn)象做出合理的解釋，而又都有一些事實無法解釋。每一種學(xué)說提出的早期，對油氣形成的理論研究都做出了很大的貢獻，有些學(xué)說對油氣藏