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2024-07-27 10:55:13

1.石油和天然气生成之谜

2.桂林现在小车的标准是国三吗？

石油和天然气生成之谜

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石油和天然气是非常宝贵的矿物，人们对石油和天然气生成的认识，是在勘探和开发实践中逐步加深的。石油和天然气的生成问题是自然科学领域中争论最激烈的一个重大研究课题，是石油地质学界的主要研究对象之一。

为了认识石油和天然气是怎样生成的，首先应该了解什么是石油和天然气。

（一）石油和天然气成分探秘

石油可分为天然石油和人造石油两种。天然石油是从油气田里直接开出来的，如克拉玛依油田、塔河油田、大庆油田等开出来的石油。人造石油是从油页岩或煤干馏出来的，如东北抚顺和广东茂名等地利用油页岩干馏得到的石油。石油在提炼以前称为原油。从原油中可以提炼出汽油、煤油、柴油、润滑油以及其他一系列的石油化工产品，如乙烯、化肥等。

石油有哪些特性呢？从外观上看，石油的颜色多种多样，有的油田的石油是棕黑色的，像烟袋油，如克拉玛依油田的；有的呈黑绿色，如独山子油田的；还有浅棕**，如柯克亚油田的；有些油气田出来的石油无色透明，像清水一样，如巴楚地区的巴什托凝析油气田和呼图壁凝析油气田的。

闻气味也是认识石油的一种方法。石油中含有汽油和煤油，所以可以闻到特殊的煤油味。有一些石油中含有硫化氢，闻起来有一股臭鸡蛋味。还有一些石油含有较多的芳香烃（一种有机化合物），闻起来又特别香。

石油比水轻，又不溶于水。石油的相对密度（在20℃时，与同体积的水相比）介于0.75～1.0之间，相对密度小于0.9的石油称为轻质石油，相对密度大于0.9的称为重质石油。由于石油比水轻，又不溶于水，所以当石油遇到水时，就漂浮在水面上，呈现出五颜六色的油膜。

石油不像水那样容易流动，具有一定的黏性，黏度越大，越不容易流动。石油的黏度随着温度的增高而减小，有些石油在地面看起来很稠，很不容易流动，但是在地下比较高的压力和温度条件下，它的流动性可能是很好的。

以上几点突出的物理性质，可以帮助我们去认识石油。物理性质是化学组成的反映，因此，要认识石油还必须认识它的实质，即它的化学组成。

有许多有用矿产的化学组成是比较简单的，如煤，主要是由碳（C）组成的。石油的化学组成比较复杂，它既不是由单一的元素组成的，也不是由简单的化合物组成的，而是由多种元素组成的多种化合物的混合物。

石油是由碳（C）、氢（H）和少量的氧（O）、硫（S）、氮（N）等元素构成的。其中两种主要元素碳和氢构成碳氢化合物，化学上称为烃，这是取碳字中的“火”字和氢字中的“”而构成的。烃类是一种有机化合物，它占石油成分的%～99%，其余的成分是含氧的化合物、含硫的化合物和含氮的化合物。这些化合物只占1%～3%。在自然界里，大多数含碳化合物中，除一氧化碳、二氧化碳和碳酸盐以外，都是有机化合物。所以说，石油是一种复杂的有机化合物的大家族。

石油中的碳氢化合物，按照结构的不同分为三类：

（1）烷族碳氢化合物：它是通式为CnH2n+2的饱和烃，“n”表示碳的个数。在室温下，C1—C4为气态，C5—C16是液态，是石油的主要成分；C16以上的为固态，悬浮在石油中（表4-3-1）。

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表4-3-1 石油中的部分碳氢化合物

（2）环烷族碳氢化合物：通式为CnH2n，属饱和烃。碳元素呈环状结构，以五元环和六元环最多。

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在多数情况下，环烷族烃占石油成分的主要部分。

（3）芳香族碳氢化合物：通式为CnH2n－6，属不饱和烃，包括苯、甲苯和二甲苯等。芳香烃具有强烈的芳香气味，但是在大多数情况下，它在石油中的比例比较小。

还有其他不饱和的碳氢化合物混杂在石油中，如烯烃类（表4-3-1），但是数量很少，对石油的成分影响不大。

不同油田的石油，所含各类碳氢化合物的比例是不同的。新疆大多数油田的石油含烷烃较多，其次是环烷烃，芳香烃较少，属于烷族－环烷族石油。

组成石油的碳氢化合物，在一般情况下，有一部分呈气体状态。在油田里都含有一定数量的这种气体，称为天然气，或称油田气。

实际上，石油和天然气是个“双胞胎”，它们的生成物质和生成环境基本上是一致的。因此，当我们了解了石油的特性以后，还应该了解天然气的特性。

天然气的成分也不是单一的，是各种气体的混合物，其中主要的气体是气态碳氢化合物，其次有少量的碳酸气〔（即：二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）〕、氮气（N2）、氢气（H2）、氦气（He）和氩气（Ar）等，有时还有少量硫化氢气（H2S）。

天然气中的气态碳氢化合物主要是烷烃类，而且以甲烷最多，一般占气体成分的80%～90%，另外还有少量的乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）和丁烷（C4H10）等。在气态的烷烃中，乙烷以上的烃类称为“重烃”。不同的油气田的天然气中，重烃的含量是不同的（表4-3-2），重烃含量较高的天然气称为“湿气”或称富气。含有很少量重烃的天然气称为“干气”或称贫气。干气常以气田的形式出现，如塔里木盆地的克拉2气田。油田中的天然气多为湿气。

表4-3-2 天然气、煤田气和沼气中各种气体成分含量百分比

天然气作为燃料已广泛用于国民经济当中，已利用天然气炼钢、发电等。在人口集中的城镇利用天然气取代煤炭作为清洁能源供居民燃烧使用。新疆的乌鲁木齐、克拉玛依、喀什、和田、阿克苏、库尔勒、石河子和呼图壁等城镇居民就已使用上了这种清洁能源，大大地改善了空气质量，保护了人类的生存环境。

（二）石油和天然气生成探秘

由于石油和天然气的成分比较复杂，而且它们又能流动，现在发现的油气矿藏往往并不是它们的出生地，这与煤、铁等固体矿藏显著不同。因此，长期以来，对于石油和天然气的生成问题，有过许多激烈的争论，直到现在对这个问题还在继续实践和认识。

从18世纪70年代到现在230多年来，人们对石油和天然气的生成问题，先后提出了几十种说。这些说中，大多数是根据实验室里试验、天文观测和勘探开发油气田的实践。把许多种说归结起来，可分为两大学派，即：无机生成说和有机生成说。

1.无机生成的学说

无机生成说是根据实验室内由无机物制成甲烷、乙烷、乙炔及苯等类碳氢化合物，认为石油和天然气是由无机物变成的。在石油无机生成说中，又有碳化物说、宇宙说及岩浆说。现简介如下：

（1）碳化物说：俄国著名化学家Д·И·门捷列夫在1876年提出。他认为在地球形成时期，温度很高，使碳和铁变为液态，互相作用而成碳化铁，并保存在地球深处。后来地表水沿地壳裂缝向下渗透，与碳化铁作用产生碳氢化合物，后来又沿着裂隙上升到地壳比较冷却的部分，冷凝下来形成石油，并在孔隙性岩层中聚集而成油气矿藏。

门捷列夫还指出：在“山脊”上升时期是地球成油最有利的时期，因为这时容易造成裂隙，成为地表水向下渗透和油气向上运移的通道。他以当时大多数地表油气苗显示和油田都位于山脊附近的事实来论证自己的观点。

（2）宇宙说：俄国天文学家В·Д·索可洛夫在1889年提出。当时天文学获得了巨大成就，光谱分析证明彗星头部气圈中含有碳氢化合物，在其他行星（木星、土星等）大气中也含有碳氢化合物，有的直接存在着甲烷气体。

宇宙说主张在地球呈熔融状态时，碳氢化合物就包含在它的气圈中，随着地球冷凝，碳氢化合物被冷凝岩浆吸收，最后凝结于地壳中而成石油。

由于碳化物说和宇宙说所依据的是由无机物制成简单碳氢化合物的实验，至今未找到任何实地证据说明在自然界中也发生过这样的过程。所以，20世纪以来，上述的石油无机生成学说，逐渐被人们忘记。但是，到20世纪50年代，苏联地质界又再次兴起无机生成思潮，就是岩浆说。

（3）岩浆说：1949年，苏联著名的地质学家Н·А·库得梁夫提出了石油起源岩浆说。他认为石油的生成是同基性岩浆冷却时碳氢化合物的合成有关，这个过程是在高压条件下完成的，因而可以促使不饱和碳氢化合物聚合而成饱和碳氢化合物。他还指出，因岩浆中形成石油的过程在不断进行着，古老的油气通过扩散作用早已消失。所以，所有的油藏都是年轻的油藏。并且依靠石油才在地球上产生了生物，石油中含有生物所需要的一切元素。因此，石油不是来自有机物质，恰好相反，有机物质却是来源于石油。

2.有机生成的学说

石油有机生成说也有早期成油说和晚期成油说两种认识。

（1）石油有机生成早期成油说：早在1763年，俄国的化学家М·В·罗蒙诺索夫就提出了石油是煤在地热作用下干馏产生的有机生成说。今天用它来解释欧洲北海的油气田仍然有效。但实践表明，很多地区的油气田并不与煤共生。因此，人们开始把注意力转向了混在沉积岩中的、在数量上比煤大得多但却又分散的有机物质。经过多年对沉积岩中分散有机物质的野外观察和实验室研究，从地质、地球化学各个方面进行总结，逐渐形成了石油是由沉积岩中分散有机质生成的思想。20世纪40～50年代，石油地质工作者普遍认为：石油烃类是沉积岩中的分散有机质在成岩作用早期转变而成的，这就是有机生成早期成油说。

早期成油说的论据有：①世界上发现的2万多个油气田，99.9%都分布在沉积岩中，而且与富含有机质的细粒沉积物相伴随。②石油普遍具有旋光性，旋光性只有生物有机质才具有。③石油中的某些化合物明显来自动植物机体，如卟琳化合物、姥鲛烷、植烷等异戊二烯类化合物及甾烷类等。④石油的碳同位素组成与动植物或生物成因的物质相似，而与非生物成因的物质差别较大。⑤实验证明，动植物机体的结构，在适当条件下，能生成一定数量的烃。⑥现代沉积和古代沉积中都有烃类物质存在。⑦在实验中，用细菌作用于有机质，得到了少量比甲烷重的烃。

早期有机生成说在与无机生成说的斗争中，逐渐建立起从生油物质、生油母岩、成油环境到转化条件等一整套成油理论，为石油有机生成说打下了坚实的基础。

（2）石油有机生成晚期成油说：1963年，Р·Н·阿贝尔松提出，石油是沉积物（岩）中不溶有机质，即称之为干酪根（Kerogen）的一种物质，在成岩作用晚期，经过热解生成的。这个学说认为，大量生油的时期，已经是含有大量有机质的沉积物处于成岩作用的晚期阶段，同时生油原始物质主要是在岩石中。因此，人们常把这个学说简称为“晚期成油说”或“干酪根成油说”。

晚期成油说认为：①根据原始有机质（干酪根）类型，生成石油和天然气的母源分为三类：Ⅰ类，腐泥型干酪根，它是富含类脂物和蛋白质的分解产物，生成液态石油烃的潜力高，是生成石油的主要母源物质；Ⅱ类，腐殖型干酪根，生成液态石油烃的潜力低，是生成天然气的主要母源物质；Ⅲ类，过渡型干酪根，介于上述二类之间，其生油或生气能力取决于它与腐泥型或腐殖型的接近程度。②有机质转化成石油和天然气的过程，要经过一个物理化学作用。有机体死亡之后沉入水底堆积起来或从大陆搬运到湖泊、海洋水底堆积起来，在搬运和沉积过程中，水中的游离氧和氧化剂（NO2－、SO42－等）大量地氧化有机体的残骸，使之成为CO2和H2O。加之，水对有机质中的可溶组分的溶解，只有一部分有机质能够到达水盆底，同矿物质一起堆积起来，只有这部分有机质才能在适宜的环境条件下开始向烃的方向转化。现已查明，向烃转化过程中，生物化学作用、温度、压力和催化剂都起着重要作用。

（a）生物化学作用：与有机质转化成油气有关的生物化学作用有两类，一是细菌对有机质的分解作用，二是酵素的催化作用。

细菌的种类很多，按其生存条件可分为喜氧细菌、厌氧细菌和通气细菌三种。对油气生成来说，有意义的是厌氧细菌。厌氧细菌在缺氧的条件下，对有机质进行分解，产生稳定的分散有机质。在其他因素作用下，有机质可进一步向石油转化。

酵素，是动植物和微生物产生的一种高分子胶体物质，是一种有机催化剂。它在有机质改造中，可以加速有机质的分解，在有机质向油转化过程中起着催化作用。

（b）温度：无论是实验室还是对含油气盆地沉积岩剖面研究，都指出沉积岩中的有机质，在加热温度达400℃～500℃就能得到石油中的烷烃、环烷烃以及少量芳香烃及烯烃。因此，温度对有机质转化成油有决定性影响，只有当温度增加到一定门限值（成熟温度），有机质才能大量转化成石油。由于这个原因，凡地温梯度较高的盆地，一般地说，油气就比较丰富，如塔里木盆地。

（c）压力：究竟在多大的压力下，有机质才能生成石油和天然气？至今还没有得到正确的答案。不过实验证明，中温高压有利于石油的生成，如，大约50℃这样的中等温度，在30～70兆帕压力时，有机质就可以产生出石油烃。实验还证明，在1500～3000米深处，是有机质向石油转化的主要阶段，即主要生油期。

从一般化学反应来看，单纯压力作用，不利于低分子烃（尤其是气态烃）生成，而有利于液态烃的保存，使之不易于甲烷化。故压力对生成油气作用的影响，不是表现在数量方面，而是主要表现在质量方面。

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