一些文学作品曾将油田描述为“地下油海”和“地下油河”。不少人也认为地下的油田像地面的海、湖一样储存着石油。其实不是这样。石油是“石头里的油”,像水浸透在海绵里一样浸透在石头的孔隙与缝洞里。
天然气作为石油的气态形式,在地下的情况和石油一样,也储存在岩石的孔隙与缝洞里。不同的是,天然气比液态石油的分子更小,能渗进石油的岩石都能渗进天然气,石油渗不进去的一些岩石却能渗进天然气。
那么,油气是如何生成的?
从大约5亿年前地球上出现生命开始,石油也准备着登上历史舞台。最早的地球生命诞生在海洋,然后逐渐演化并向陆地发展。生长在海洋或湖泊里的动植物死亡后,其“遗体”伴随着水中的泥沙一起慢慢沉入水底并逐渐堆积起来,而后在微生物的参与下发生腐烂分解形成沉积有机质。在这一过程中,部分有机质被微生物直接分解,形成以甲烷为主的生物气。经过漫长的地质岁月,最终这些有机质与泥沙一起被压实并形成沉积岩。
随着地壳的不断下降,海洋或湖泊中沉积的岩层越来越厚,那些富含有机质的泥岩或页岩逐渐被深埋,经受的温度也随着深度的加大而逐渐升高。一旦达到合适的温度,在高压无氧的环境下有机质就开始热分解或热裂解,生成石油和天然气。
油气的形成条件
油气形成的物质基础是有机质。有机质是生物物质(主要包括浮游植物、细菌和高等植物)死亡后的遗体,通过沉积作用进入沉积物中并被埋藏下来。油气的形成需要充足的沉积有机质、适当的温度、压力、时间、细菌等物理和化学及生物化学条件。
有机质:有机质是油气形成的物质基础。能够形成油气的有机质主要是水生生物,如藻类,或者高等植物的表皮蜡质、花粉等。有机质一般被保存在泥岩或页岩中。
温度:温度是油气形成过程中最重要的因素。在沉积盆地中,有机质开始生油的温度通常在60摄氏度至120摄氏度之间,随着有机质的埋藏时间而不同。液态石油生成的终止温度一般不高于170摄氏度,天然气的生成与生成液态石油相伴,终止温度高于液态石油,但一般不高于230摄氏度。换言之,油气的生成只出现于有限的温度范围,温度过低或过高都不利于油气形成。
时间:时间在油气生成中也起到重要作用,时间与温度可以互补,但温度占首要位置。在很低的温度下,时间通常起不了作用,也就是说,如果有机质处于很低的温度条件下,不管经历多长时间也不能生烃。
压力:随着沉积物埋藏深度增加,上覆地层厚度增大,沉积物的温度、压力随之升高。压力升高将促进化学反应。然而,压力对油气生成的作用比较小,在某些情况下可以促进油气生成,但在某些条件下又可以抑制油气生成。
细菌:对油气生成来讲,最有意义的是厌氧细菌。细菌对有机质的分解与性质改造起重要作用。同时,在低温度下分解有机质时,还可以产生以甲烷为主的生物气。
催化剂:催化剂是一种化学反应加速剂。通常认为能够起催化剂作用的是黏土矿物,其在油气生成过程中可以起到促进油气生成和裂解的作用。