石油形成的條件

【專家解說】：煤是由植物殘骸經(jīng)過復(fù)雜的生物化學(xué)作用和物理化學(xué)作用轉(zhuǎn)變而成的。這個轉(zhuǎn)變過程叫做植物的成煤作用。一般認(rèn)為，成煤過程分為兩個階段泥炭化階段和煤化階段。前者主要是生物化學(xué)過程，后者是物理化學(xué)過程。 在泥炭化階段，植物殘骸既分解又化合，最后形成泥炭或腐泥。泥炭和腐泥都含有大量的腐植酸，其組成和植物的組成已經(jīng)有很大的不同。 煤化階段包含兩個連續(xù)的過程： 第一個過程，在地?zé)岷蛪毫Φ淖饔孟?，泥炭層發(fā)生壓實、失水、肢體老化、硬結(jié)等各種變化而成為褐煤。褐煤的密度比泥炭大，在組成上也發(fā)生了顯著的變化，碳含量相對增加，腐植酸含量減少，氧含量也減少。因為煤是一種有機(jī)巖，所以這個過程又叫做成巖作用。 第二個過程，是褐煤轉(zhuǎn)變?yōu)闊熋汉蜔o煙煤的過程。在這個過程中煤的性質(zhì)發(fā)生變化，所以這個過程又叫做變質(zhì)作用。地殼繼續(xù)下沉，褐煤的覆蓋層也隨之加厚。在地?zé)岷挽o壓力的作用下，褐煤繼續(xù)經(jīng)受著物理化學(xué)變化而被壓實、失水。其內(nèi)部組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)都進(jìn)一步發(fā)生變化。這個過程就是褐煤變成煙煤的變質(zhì)作用。煙煤比褐煤碳含量增高，氧含量減少，腐植酸在煙煤中已經(jīng)不存在了。煙煤繼續(xù)進(jìn)行著變質(zhì)作用。由低變質(zhì)程度向高變質(zhì)程度變化。從而出現(xiàn)了低變質(zhì)程度的長焰煙、氣煤，中等變質(zhì)程度的肥煤、焦煤和高變質(zhì)程度的瘦煤、貧煤。它們之間的碳含量也隨著變質(zhì)程度的加深而增大。 溫度對于在成煤過程中的化學(xué)反應(yīng)有決定性的作用。隨著地層加深，地溫升高，煤的變質(zhì)程度就逐漸加深。高溫作用的時間愈長，煤的變質(zhì)程度愈高，反之亦然。在溫度和時間的同時作用下，煤的變質(zhì)過程基本上是化學(xué)變化過程。在其變化過程中所進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)是多種多樣的，包括脫水、脫羧、脫甲烷、脫氧和縮聚等。 壓力也是煤形成過程中的一個重要因素。隨著煤化過程中氣體的析出和壓力的增高，反應(yīng)速度會愈來愈饅，但卻能促成煤化過程中煤質(zhì)物理結(jié)構(gòu)的變化，能夠減少低變質(zhì)程度煤的孔隙率、水分和增加密度。 當(dāng)?shù)厍蛱幱诓煌刭|(zhì)年代，隨著氣候和地理環(huán)境的改變，生物也在不斷地發(fā)展和演化。就植物而言，從無生命一直發(fā)展到被子植物。這些植物在相應(yīng)的地質(zhì)年代中造成了大量的煤。在整個地質(zhì)年代中，全球范圍內(nèi)有三個大的成煤期： (1)古生代的石炭紀(jì)和二迭紀(jì)，成煤植物主要是袍子植物。主要煤種為煙煤和無煙煤。 (2)中生代的株羅紀(jì)和白堊紀(jì)，成煤植物主要是裸子植物。主要煤種為褐煤和煙煤。 (3)新生代的第三紀(jì)，成煤植物主要是被子植物。主要煤種為褐煤，其次為泥炭，也有部分年輕煙煤。 石油的原料是生物的尸體，生物的細(xì)胞含有脂肪和油脂，脂肪和油脂則是由碳、氫、氧等3種元素組成的。生物遺體沉降于海底或湖底并被淤泥覆蓋之后，氧元素分離，碳和氫則組成碳?xì)浠衔铩? 我們已經(jīng)在地球上發(fā)現(xiàn)3000種以上的碳?xì)浠衔?，石油是由其?50種左右的碳?xì)浠衔镄纬傻模仁透p的碳?xì)浠衔飫t成為天然氣。煤礦與石油的成因很類似，但煤是植物的化石，又是固態(tài)。 大量產(chǎn)生碳?xì)浠衔锏膸r石即稱為“石油源巖”。埋沒于地中的石油源巖受到地?zé)岷蛪毫Φ挠绊懀偌由掀渌喾N化學(xué)反應(yīng)之后就產(chǎn)生石油，而石油積存于巖石間隙之間便形成油田。 地殼變動而石油生成 我們最近逐漸了解地球內(nèi)部的變化與石油的生成有十分密切的關(guān)系，在描述此種關(guān)系之前,讓我們先來了解一下地球內(nèi)部的狀況。 地球的半徑大約是6400公里，覆蓋地球表面的地殼下方是由巖石形成厚達(dá)2900公里的“地慢”，其下方則是由金屬形成的“地核”，并以大約5100公里深處分界，分為“外核”與“內(nèi)核”。外核主要是由液態(tài)金屬鐵組成，內(nèi)核則主要是固態(tài)鐵。 地球表面鋪滿堅硬的“板 塊”，厚度約有100公里，是由向上噴出的“洋脊”產(chǎn)生的，’在 緩緩移動到“海溝”后就沉降于 另一板塊下方。 80年代后期，人們學(xué)會捕捉地震波傳遞到地球內(nèi)部時的立體圖，于是發(fā)現(xiàn)令人驚訝的地慢活動狀況。高溫又巨型的上升流“超級卷流”由地底涌上后，以蘑菇形態(tài)分別存在于夏威夷和非洲大陸正下方。此外，低溫的巨型下降流“冷卷流”則以水滴形態(tài)占據(jù)亞洲大陸及南美洲大陸正下方的冷卷流似乎是沉降到地函底部。 我們現(xiàn)在的知道的是，地幔內(nèi)部落熱對流是以冷卷流向超級卷注移動的形態(tài)而形成的。此種運(yùn)動不僅影響板塊運(yùn)動，似乎也對整個地球的地質(zhì)和環(huán)境的變化產(chǎn)生很大的影響。 超級卷流是石油制造者？ 現(xiàn)在全球生產(chǎn)的石沒之中，有60%是產(chǎn)生了恐龍稱霸地球時期所形成的石油源巖，所形成的“黑色頁巖”則遍布世界各地。黑色頁巖主要是由未經(jīng)氧化的藻類等浮游植物遺骸堆積而成。由此可知當(dāng)時必須有可讓浮游植物繁殖又不會產(chǎn)生氧化的缺氧環(huán)境條件，大量的黑色頁巖才會形成。 最近發(fā)現(xiàn)，石油源巖在此時代的形成似乎與超級卷流運(yùn)動的活化可以促使由地下涌出的地幔物質(zhì)所形成的洋脊體積增大，海面因而上升，使得較低的陸地變成淺海，而淺海則具有可當(dāng)石油原料的藻類等浮游植物極易繁殖的環(huán)境。 淺海地區(qū)的藻類等浮游植物因而出現(xiàn)大幅增加和大量死亡的現(xiàn)象，周圍的細(xì)菌為分解其殘骸而消耗氧氣，于是出現(xiàn)了缺氧環(huán)境。 地球溫暖化也會改變深層海水的流動狀況，由于高緯度地區(qū)與低緯度地區(qū)海水的溫度高低不同，較低溫但含有豐富氧氣的高緯度地區(qū)深層海水會流向低緯度地區(qū)海洋。但地球溫暖化的現(xiàn)象減少。氧氣較少的海域因而擴(kuò)大，無法氧化的浮游植物便逐漸堆積，所留下的大量有機(jī)物則形成石油源巖。 生物的演化改變了石油的性質(zhì) 由于石油的原料是生物的遺骸，因此調(diào)查石油的性質(zhì)便可以得知古老時期的生物演化過程和地球環(huán)境歷史。 生命的演化大概有下述的過程。生命是于38億年前誕生，并逐漸地進(jìn)行演化，到了距今5億5000萬年前的古生代寒武紀(jì)時期，爆發(fā)性的演化才開始，大約4億4500萬年前，生命也登上了陸地。 4億4000萬年至4億年前時期，石油源巖的主要成分是當(dāng)時繁茂的浮游植物所形成的耐碳?xì)浠衔铩Ａ硪环矫?，羊齒類植物在此時期繁瑣盛于海岸近處，因此以陸上植物為原料的石油源巖也出現(xiàn)了。 2億9000萬年前，廣大的陸地普遍出現(xiàn)由裸子植物組成的森林，并到處形成被沼澤地包圍的湖沼，藻類便在湖沼中開始繁殖。由此也產(chǎn)生了以藻類為原料的新種石油源巖，這也是陸上植物的繁盛促使新性質(zhì)石油源巖誕生的一例。 9000萬年前時期，被子植物和針葉樹林開始逐漸擴(kuò)張到高緯度地區(qū)和高地，因而出現(xiàn)以陸地木材為原料的石油源巖。另一方面，樹木的樹脂成為輕質(zhì)原油的原料，形成新的石油源巖。針葉樹林的增加竟使得木材取代了藻類，成為石油源巖的主要原料。 最近石油性質(zhì)的分析技術(shù)有長足的進(jìn)步，我們已逐漸可以取得有關(guān)石油原料性質(zhì)，以及由熱能引起的變化過程等的詳細(xì)資料。由此種資料即能進(jìn)一步了解原料生物遺骸逐漸堆積時的環(huán)境狀況。 大約1億7000萬年到200萬年前所發(fā)生的全球性規(guī)模“阿爾卑斯造山運(yùn)動期”也造出了巨油田，在此時期，分布于廣大范圍的1億年前前后形成的石油源巖都沒入地中?，F(xiàn)有的石油和天然氣有大約3分之2就是此時期形成的。