石油的成因

在石油地质学发展史中，出现两种石油成因学说，一种是石油无机成因说，一种是石油有机成因说。前者认为石油是由自然界的无机碳和氢经过化学作用而形成的。这种学说又大致分为两类：一类是地深成因说，认为烃类起源于地球深处，其主要根据是在火山喷出的气体及熔岩中含有烃；另一类是宇宙成因说，认为烃类在宇宙形成阶段即已生成，其依据是在天体中常有碳、氢、氧等元素及其化合物存在，在太阳系行星的气圈中也存在一定浓度的甲烷，在陨石中也已鉴定出有烃类化合物。石油无机成因论者还用实验的方法证明可以获得烃类化合物。但他们往往忽视石油形成的地质条件，即石油勘探的大量实践证明。世界上 99％以上的油气田分布在富含有机质的沉积岩中，即使在火成岩或变质岩中也曾发现油气，但几乎都是由毗邻的沉积岩中生成的石油运移而来的。

石油有机成因说认为石油是在地质时期生物死亡后有机物分解而形成的。这里所说的生物，既有动物，更有植物，而更重要的是浮游生物和低等微生物。近年统计，大洋中浮游生物和细菌等总量接近 280 亿 t，其中 60％生活于温带海洋。多数石油地质学家并不排除在自然界也有非生物起源的烃类，特别是气态烃。但是，具有工业价值的石油应当是有机成因的。

石油有机成因的依据 ①大多数石油具有旋光性，生物有机质普遍具有这种性质，而无机质则普遍不具有这种旋光性；②现代及古代沉积物中均含有构成石油的各种烃类化合物，而且所有活有机体中也都含有烃类；

③实验证明，动植物有机体组分在适当条件下可不同程度地生成烃类化合物；④大多数沉积岩中都含有有机质成分，而世界上几乎所有的油气田均分布于沉积岩地区。

干酪根成油说最早的石油有机成因说，是俄国 M.B.罗蒙诺索夫于 1763 年提出的蒸馏说，认为石油是煤在地热作用下干馏产生的。20 世纪

40—50 年代石油勘探实践证明，大多数油气田并不与煤层共生，以后人们着重研究石油乃是从沉积岩中分散的有机质形成的理论，特别是对于分散有机质生成石油的转化条件及生成环境等进行了研究。1963 年，P.H.埃布尔森提出干酪根成油说，又称干酪根热降解成油说，认为石油是沉积物的干酪根在成岩过程中的晚期经过热解生成的。干酪根是沉积物中既不溶于无机碱、又不溶于有机溶剂的有机聚合物，其分子量很大，约占沉积岩中有机质的 80

％以上。干酪根的原始母质可以是主要由动物与低等植物遗体组成，富含类脂化合物与蛋白质的分解产物，以脂肪烃结构为特征，称为腐泥型；也可以是主要由高等植物组成，富含木质素与碳水化合物分解产物，以芳烃结构为特征，称为腐殖型；还有一类介于腐泥型与腐殖型之间，称为过渡型。20 世纪 60 年代以来，许多学者已就干酪根生油的地球化学依据、全球干酪根的数量、干酪根的类型、干酪根的演化等有关干酪根成油机理问题进行了深入研究，70 年代到 80 年代许多学者还建立了石油生成模型（B.P.索蒂，1975）、运移模型（B.迪朗，1983）等，逐渐使石油地质理论走向定量化和模式化，从而使干酪根成油说，已成为石油生成的现代最重要的理论，并成为指导石油勘探工作和评价油气资源的重要依据。

石油的生成，不仅是有机质中原有烃类的富集过程，更重要的是在有机质埋藏过程中不断形成新的烃类。近年研究揭示了干酪根转化成油的机理，认为有机质在一定深度和温度条件下才能大量转化为石油。70 年代法国B.P. 索蒂以巴黎盆地中页岩为研究对象，得出结论 1500m 深度是导致干酪根转化为烃类的重要转化点，页岩中的干酪根含量在埋深小于 1500m 时其变化很不显著，而当埋深大于 1500m 时则其含量明显减少；与此相关，页岩中的烃类含量在埋深小于 1500m 时增长很慢，而当埋深大于 1500m 时则其含量明显增长。烃类含量与干酪根含量随埋深的变化曲线的转折点（均在埋深 1500m 处）是一致的，表明烃确是由干酪根生成的，并需要一定的埋藏深度。干酪根大量成油需要一定的埋藏深度，也表明干酪根成油需要一定的温度，即沉积物中干酪根在一定温度下才能热解形成石油。在干酪根热解过程中，时间也是一个重要因素。根据化学动力学原理，母质产生石油的数量与温度呈指数关系，而与时间呈线性关系，故温度与时间相比，后者处于次要地位，所以石油的形成需要漫长甚至上百万年的过程。

干酪根成油理论的成立还建立在干酪根物源充足的基础上。今知地壳表面积为 5.10×108km3，地壳平均厚度为 17km，沉积岩占地壳总量的 5％，则地球上沉积岩总体积为 4.3×108km3。假定沉积岩的平均密度为 2.3，则地球上沉积岩的总重量大致为 1018t。若沉积岩中干酪根平均含量为 0.3％，则全球干酪根数量约为 3×1015t。世界油气资源总量（天然气按 1000m3 相当原油1t 折算）粗略估计为 1012t。据此，全球干酪根的数量大约是世界油气资源总量的 3000 倍，为油气资源的形成提供了足够的保证。

石油演化指石油发生、发展的全过程。根据有机质和石油的化

学成分看，表明从有机质形成石油，实际上是一个碳、氢不断增加而氧不断减少（即去氧加氢富集碳）的过程。因此形成石油首先必须有一个有利于生物繁殖和聚集的环境，而且是适于形成石油的还原环境，其中包括陆相环境和海相环境，如淡水湖泊、半咸水湖泊、潟湖、半封闭海湾或三角洲浅海等。除此，还必须有利于生物特别是微生物繁殖的气候条件，如温度、日照、大气湿度等；同时，还需要有大量泥沙物质输入，使有机质沉积物被新沉积物所覆盖，造成与空气隔绝的环境。概括而言，沉积物中有机质的演化需要经历 3 个主要阶段：①成岩作用阶段，成岩作用初期微生物活动十分重要，使有机物发生腐烂分解；接着是使化学元素重新组合、缩聚，形成腐殖酸一类物质（分子量约为 700—30000，广泛分布于土壤、湖沼、海底、泥炭等沉积物中）；成岩作用后期，有机质进一步转化为干酪根。②后生作用阶段，有机沉积物形成后，还需要伴随地壳的下沉运动，使沉积物不断埋深加厚，导致地热增温，达到“石油成熟点”，使干酪根热降解而形成石油。③变生阶段，即沉积盆地埋深进一步扩大，使已生成的石油降解成低分子烃类，直至形成甲烷干气及伴生的固体沥青。石油生成和演化阶段的划分（依据许多项指标），在石油勘探中具有重要的指导意义。

油、气藏的形成 油、气生成后，还必须经过由分散到集中的转化过程，也就是必须具备生油、集中和保存的条件，才能形成油、气藏或者说油、气矿床。

生油层指当初具备成油条件生成油气的地层。油、气生成后，一般呈分散状态存在于生油层中，不同的沉积物中所含的有机质多少不同，如泥质岩平均为 2.1％，碳酸盐岩为 0.2％，砂岩为 0.05％，故泥质岩和某些碳酸盐岩常形成良好的生油层。
储油层在生油层中呈分散状态存在的油气，必须运移集中到孔隙和裂隙发育较好的岩层中，才有可能形成油气藏。这种能储集油气并可在其中流动的岩层，称为储油层或储集层。储油层的孔隙性越好，储油的能力越大；储油层的渗透性良好，油气的流动性越强。这些条件可以决定油气的产量。

油气所以能从生油层向储油层运移集中，是由于油气本身是流体，具有流动性；另外也须有导致油气运移的外部动力条件。这种动力条件。

①是静压力所产生的压实作用，在一个盆地内沉积了巨厚的岩层后，下部岩层受到上覆岩层的压力，可以使岩层中孔隙缩小，把孔隙中的油气挤出。但由于不同的岩石，其颗粒粗细不同，静压力对其所产生的压缩效应也不同。例如，泥质岩石容易压缩，而砂质岩石则不易压缩，因而在一定静压力作用下，油气就由细粒生油层向粗粒储油层运移储集。从整个沉积盆地来看，由于盆地中心沉积厚度大，边缘厚度小，也可以导致油气从静压力大的中心地区向静压力小的盆地边缘移动。

②是定向压力的作用，岩层在构造运动作用下，产生定向压力，使岩层

进一步压缩变形，促使油气由高压区向低压区流动。

③是水、油、气的分异作用，由于三者比重不同，地下水在流动过程中可以带动油气运移，同时由于水的浮力，常使气在上部聚集，油在中间集中，而水居于下部。

④是毛管力的作用，毛管力的大小与液体的表面张力成正比，与毛管的半径成反比。由于岩石中的孔隙有粗有细，因此在粗细孔隙不同的岩层中间产生了毛管压力差，促使油气从小孔隙岩层向大孔隙岩层中流动；再加上水的表面张力大于油，水可以把油气从小孔隙的泥质岩层中驱赶出来，更促使它向大孔隙的岩层中移动。

此外，A.H.斯纳尔斯基（1962）指出不渗透生油层中的微裂缝，对石油从其中排出有重要作用。70 年代，B.P.索蒂、R.佩列特和 H.D.赫德伯格还认为，液态或气态烃类数量不断增加，导致生油层内压力增大，当压力增到大于岩石强度时，岩石产生微裂缝，使烃类液体或气体排出；它们排出后，岩层内压力减低，又使岩石中微裂缝闭合；随着烃类不断产生，岩层内压力增大，岩石又产生微裂缝，使烃类排出。如此反复进行，就使烃类断断续续从生油层中排出，成为石油运移的新理论。

圈闭油气从生油层运移到储油层，还必须有东西挡住油气继续前进的道路，才能使之集中并且得以保存，形成油气藏。由于阻挡而使油气聚集，称为圈闭。圈闭可有多种形式，如储集层岩性发生横向变化，岩石孔隙由粗变细，形成圈闭，这种称为岩性圈闭。又如，倾斜的储集层上面被水平的或产状不同的不渗透岩层所覆盖，这种圈闭称为地层圈闭；有时储集层被断层错开，导致圈闭，这种称为断层圈闭；但最好的圈闭是岩层隆起形成背斜或穹窿构造（图 6-10，本书后面将要介绍这种构造），岩层拱起像倒扣着的锅一样，把油气保护起来，这种圈闭称为构造圈闭。不过，随着日益增多的勘探实践，非构造圈闭越来越引起人们的重视。当然，有了圈闭条件，也并不一定有油气藏，这还要看被圈闭的地层中有没有油气，被圈闭的有效空间有多大，圈闭的场所是否严实无缝（是否有无裂隙或破碎之处），等等。由此可见，真正形成油气藏的条件是很复杂的。

中国的石油 石油是最重要的能源，现在世界上每年消费能源折合标准煤（指含热量 3.13×107J/kg 的煤）约为 100 亿吨，其中石油和天然气约占 65％，煤炭约占 27％，其它（水能、原子能等）不到 8％，可见石油所占的地位如何重要。同时，石油还是“万能的化工原料”，从石油中提炼的产品达 500 多种，用来制造的产品达 5000 多种，70 年代以来，世界各国有机合成产品，有 70％来自石油化工。

我们的祖先很早就认识和利用石油。大约在 2000 年前，陕北石油就被发现了（首见《汉书·地理志》）。古人称石油为石漆、脂水、石脂水、石脂、石脑油等。北宋沈括（1031—1095）在《梦溪笔谈》中首先提出“石油” 这一名称，又预言“石油至多，生于地中无穷”。根据《大元大一统志》（成

书于 1303 年）记载，在陕北延长、延川、宜君一带凿了油井，比所谓世界第一口油井（美国，1859 年钻成；前苏联，1848 年钻成）早好几百年。我国第一口气井开凿的时间更早，至晚在距今 1700 多年以前，在四川就开凿了天然气井，比所谓世界上最早的天然气井（英国，1668 年）要早 1400 多年。

我国是世界上石油储藏量较丰的国家之一。但在旧中国靠“洋油”度日，石油工业非常落后。我国可供找油气的沉积岩面积，在大陆上共有 420 万km2，迄今已经找到了数以千计的储油构造，在东北、华北、华东相继发现、建成（或正在建设）了大庆、胜利、辽河、任丘、大港、中原、南阳等油田。同时在西北、西南以及沿海大陆架上也正在勘探石油。在近海已经完成了数百万平方千米的地质调查，先后发现渤海、南黄海、东海、南海珠江口、北部湾和莺歌海等 6 个大型含油气盆地，展示了我国海上油气资源的广阔前景。