石油無機成因理論及其應用

石油無機成因理論及其應用

石油成因的討論自古以來就存在。目前，石油有機成因理論主要主導石油地質(zhì)，但對石油機械因素的研究正在進行中。石油成因問題的爭論在石油科學研究中是一個重要論題,對資源評價、勘探靶區(qū)的選擇等更有重要的實踐意義.本文概要論述目前國內(nèi)外影響較大的石油無機成因?qū)W說的一些學派,石油無機成因的地球化學論據(jù)及其在石油勘探中的意義.1地幔分離理論1.1特殊時期無烴來源戈爾德(Gold),美國康奈爾大學的天文學家、教授.Gold等依據(jù)太陽系、地球形成演化的模型,認為地球深部存在著大量的甲烷及其他非烴資源,這些甲烷在地球形成時就已存在,大量還原狀態(tài)的碳是在地殼深部被加熱而釋放出來的.經(jīng)過地質(zhì)歷史時期的種種變化,這些甲烷向上移動,并大量聚集在地殼深度15km左右地帶,形成無機成因的油氣藏.根據(jù)地球演化理論,大約在距今3500Ma,由地幔物質(zhì)脫氣作用形成的大氣圈是還原性的,當時沒有游離氧,但有甲烷等.當?shù)厍蜷_始凝聚時,原始大氣中的甲烷等氣體作為“化石”保留在上地幔和地殼深部.中國天體化學家、“嫦娥工程”首席科學家歐陽自遠院士認為地球歷史上是存在無機烴的.應中國科學院蘭州地質(zhì)所王先彬研究員邀請,Gold教授于1995年6月對蘭州地質(zhì)所進行了訪問交流,期間筆者張景廉與Gold教授進行了有益的討論,Gold的真知灼見對筆者進行無機油氣研究是大力的推動,Gold教授于2004年6月逝世.地幔脫氣說對天然氣的形成有重要貢獻,但不能對液態(tài)烴的成因作合理解釋.1.2堿金屬的構成中國著名的鈾礦地球化學家杜樂天教授致力于地幔流體研究,他認為地幔流體是HACONS流體:其中H代表氫,鹵族元素F、Cl、Br、I和熱;A代表堿金屬的Na、K、Li、Rb、Cs;C為碳;O為氧;N為氮;S為硫族.后又概括稱為烴堿流體,油氣也是熱液作用的產(chǎn)物,石油中也有大量的親地幔的元素,如:Cr、Ni、Co、Ag、V、Zn、Cu、Hg、P等.地幔流體的組成成了無機成因?qū)W說的重要理論支柱之一.1.3地震火山的甲烷層香港中文大學岳中琦博士2012年依據(jù)地震爆發(fā)、火山噴發(fā)的大量事實,認為下地殼與地幔間有高壓、高密度的甲烷氣!正是這些甲烷氣才是地震火山的誘因,也是沙漠、黃土、油氣、煤等的物質(zhì)來源,但是,這層甲烷氣在地球物理學上有什么性質(zhì)(νp波速如何)、甲烷在該深度的穩(wěn)定性、甲烷層的特征等均有待商榷.2蛇紋石化超基性巖油氣運移特征及油氣沃里沃夫斯基等提出了陸殼巖漿潛入式增長的超基性蛇紋巖底辟說.他們認為:陸殼的結晶部分不全是由高變質(zhì)的層狀結晶巖所構成,即在花崗巖(花崗片麻巖)與玄武巖中間夾有可塑性的超基性蛇紋巖.在地殼發(fā)展早期是雙層結構,后來由于可塑性的超基性巖的擠入使上下層分離,并發(fā)生破裂,即所謂的“超基性蛇紋巖底辟說”.這種超基性巖在地球物理上的顯著特點是低速、高導性.根據(jù)上述機理,上層的花崗巖(花崗片麻巖)呈不連續(xù)的斷塊似乎飄浮在這層超基性巖上.地幔脫氣生成的CO2、CO、H2沿玄武巖的破裂帶上升到超基性的蛇紋巖帶,發(fā)生了著名的費-托合成反應:費-托合成的烴類伴隨著巖漿活動(如火山噴發(fā))沿花崗巖缺失的“通道”上升,并運移到儲集層形成油氣藏.這樣一來,我們可以形象地描述:①蛇紋石化超基性巖是油氣生成的“發(fā)生器”,油氣的費-托合成反應便在此帶發(fā)生;②沉積盆地由于有孔隙好的砂巖、白云巖等,成為油氣的“存儲器”;③上地幔是油氣生成的“原料庫”.這三者缺一不可,但必須有“通道”相互連通.這是目前對地殼結構的新認識,從而為油氣非生物(無機)生成理論注入了新的活力,使非生物(無機)成因論擺脫了“烴類無法存在于上地幔的高溫條件”的困境.沃里沃夫斯基等研究了上述陸殼結構與含油氣盆地的關系,特別是研究了世界9個大型、超大型含油氣盆地的結構、地球物理參數(shù),發(fā)現(xiàn)這些大型、超大型含油氣盆地的沉積層均直接與蛇紋石化超基性巖或玄武巖接觸而缺失花崗巖,他把這種盆地稱為“缺花崗巖型盆地”,并認為凡底部缺失花崗巖的盆地(而其中地殼有低速高導層),均蘊藏著巨大的油氣資源.3費-托合成反應費-托地質(zhì)合成反應能否在地質(zhì)條件下實現(xiàn),困難主要在于催化劑、氫氣和二氧化碳的來源問題.事實上,早在1963年,前倫敦皇家學會主席、著名化學家Robinson就注意到原油中正構烷烴的分布與費-托合成“臨氫重整”油中的相同.據(jù)此,他認為地球上原始石油可能是在20億年前通過費-托合成反應而生成,只是以后反復經(jīng)受了“臨氫重整”作用,同時加入了數(shù)量日益增加的生物物質(zhì).Friedel等也發(fā)現(xiàn),費-托合成反應的2個參數(shù)(鏈增長概率和鏈分支概率)能準確預測沙特阿拉伯一種原油中間分異物體的豐度,這表明,這種原油是費-托合成而生成,而不是化石有機質(zhì)熱解的產(chǎn)物.Studier等證實了在實驗室進行費-托合成,然后重新加熱,使合成油發(fā)生鏈烷烴到芳香烴的部分轉化,就能重現(xiàn)碳質(zhì)球粒隕石中所觀察到的那種烴類成分,即低碳數(shù)烴以苯和甲苯為主,高碳數(shù)烴以脂族烴為主.Lancet等指出:碳質(zhì)球粒隕石中烴類與碳酸鹽礦物之間碳同位素分布的巨大差異,可以通過費-托合成反應而再現(xiàn);而碳質(zhì)球粒隕石中可溶性有機質(zhì)的δ13C卻與原油的δ13C值十分相近.化學家的上述真知灼見沒有引起石油地質(zhì)學家、地球化學家的注意和重視.直到20世紀80年代,阿曼蛇綠巖帶橄欖巖的蛇紋石化生成大量氫的現(xiàn)象已在地質(zhì)考察中觀察到,而地下鉆探、實驗研究也均證實了這一現(xiàn)象,地質(zhì)學家才開始重新審視費-托合成反應的石油地質(zhì)意義.巴西石油地質(zhì)學家Szartmari提出了在構造環(huán)境中的費-托地質(zhì)合成說.3.1蛇紋石化反應自然界常見到超鐵鎂巖的蛇紋石化,伴隨蛇紋石化過程有氫氣放出,其反應方程是:10(Mg1.86Fe0.14)SiO4+14.2H2O→5Mg3Si2O5(OH)4+3.8(Mg0.95Fe0.05)(OH)2+0.4Fe3O4+0.4H2.Janecky和Seyfried(1986)用海水對大洋橄欖巖做了蛇紋石化的模擬實驗,溫度在200℃和300℃,壓力為50MPa(沒有CO2),結果有磁鐵礦沉淀和氫氣生成.上述反應是可逆的,即如果蛇紋石與水鎂石反應,則可生成橄欖石、磁鐵礦、水和氫氣.這個反應即所謂脫蛇紋石化作用.因此,只要地殼上發(fā)生超鐵鎂巖的蛇紋石化及其逆反應脫蛇紋石化,便可產(chǎn)生大量的氫,而大洋中脊、板塊俯沖帶、裂谷則都是超鐵鎂巖蝕變生氫的有利場所.3.2蛇紋石化過程中cd蛇綠巖、科馬提巖等超鐵鎂巖經(jīng)常有白云石、菱鎂礦等碳酸鹽礦物共生,在蛇紋石化過程中,這些碳酸鹽礦物有可能部分或完全離解脫碳生成CO2.板塊俯沖、巖漿侵入、裂谷等地質(zhì)背景均適宜CO2的排放,這部分CO2可按費-托合成原理轉化成烴類.3.3表層磁鐵礦成礦成礦研究表明:在費-托合成反應中,不僅金屬鐵有催化活性,離子化(氧化)的鐵有與金屬鐵一樣的催化活性.在合成過程中由于CO2的離解,表層磁鐵礦會不斷氧化成赤鐵礦;同時在氫的作用下,它又重新還原成磁鐵礦.研究還表明:在500℃的溫度下,氧化鐵可以與它的承載物(氧化硅或氧化鋁)交換陽離子,即鐵離子進入了承載晶格比較穩(wěn)定的位置,因而獲得了良好的催化活性.由此推測鐵硅酸鹽可能也是費-托合成反應的活躍催化劑,而磁鐵礦、赤鐵礦、鐵硅酸鹽都是地殼中常見的礦物,完全可以滿足費-托合成反應的需要.3.4地殼下蛇綠巖的推覆在大陸巖石圈中,不是所有地方均可產(chǎn)生費-托合成的.如前所述,需有蛇紋石化產(chǎn)生氫、脫碳作用生成二氧化碳,還有費-托反應所需的500℃以下的溫度.盡管條件比較苛刻,我們還是有可能找到具備這些條件的部位.目前看來,最適宜的部位是:俯沖板塊的接觸帶、蛇綠巖推覆體中、裂谷作用所薄化的地殼中,具體地說,這種俯沖沉積巖含大量碳酸鹽,而蛇綠巖仰沖到陸架碳酸鹽之上.俯沖碳酸鹽沉積物中所排出的水和脫碳作用所生成的CO2,將沿著上覆的地幔巖石圈及蛇綠巖的底面上升,為蛇紋石化,H2O、CO2的還原以及烴類的合成創(chuàng)造良好條件.此類大型推覆體本身的質(zhì)量,可能有助于把所產(chǎn)生的流體向克拉通內(nèi)部驅(qū)趕.Klemme曾作過統(tǒng)計,發(fā)現(xiàn)世界油氣的一半以上與板塊俯沖及其相聯(lián)系的各種斷裂有關,并注意到:在這些斷裂發(fā)現(xiàn)大油氣田的機會更多.例如,加拿大近海北美東部、中部、西部、北海及沙特阿拉伯等含油氣盆地的基底均存在與板塊俯沖作用有關的深大斷裂.Szatmari還提出了費-托地質(zhì)合成石油的一般模式.擁有世界近三分之二油氣儲量的波斯灣地區(qū),就分布在被推覆到陸架碳酸鹽巖之上的扎格羅斯(Zagros)碰撞帶的蛇綠巖附近.加里福尼亞相當豐富的石油儲量,也與海岸山脈的蛇綠巖在含有碳酸鹽巖塊體的弗朗西斯混雜巖之上的推覆有關.4石油無機成因的地球化學證據(jù)對天然氣的無機成因,目前有比較可靠的碳、氫、氦同位素證據(jù),如對松遼盆地徐家圍子天然氣的判識.但石油無機成因的可靠的地球化學證據(jù),目前還未見國外報道.張景廉等通過對克拉瑪依油田烏爾禾瀝青脈、塔里木盆地志留系砂巖瀝青,寒武系、奧陶系干酪根及遼河油田原油,古近系有機質(zhì)干酪根等的Pb、Sr、Nd同位素及微量金屬元素的地球化學研究,獲得了一系列原油無機生成的重要證據(jù).4.1瀝青和造山帶的形成時代(1)烏爾禾瀝青的206Pb/208Pb比值變化范圍較小,為18.075～18.110,207Pb/204Pb為15.390～15.670,在Zartman和Doe的Pb構造模式圖上跨越了地幔-上地殼的范圍,顯示了瀝青的多種成因:有上地殼成因,也有造山帶(過渡帶)成因,更多的是地幔成因.(2)瀝青的87Sr/86Sr-87Rb/86Sr圖表明,瀝青的87Sr/86Sr-87Rb/86Sr呈很好的正相關,等時線年齡為(286±12)Ma,初始Sr的比值I0=0.70577±8,Rb、Sr同位素等時線年齡表明:克拉瑪依瀝青可能在晚石炭世—早二疊世便已形成.令人感興趣的是在克-烏斷裂兩側的造山帶中,Au、Cu礦的形成年齡(284～286Ma)與瀝青的Rb/Sr等時線年齡很相近;Au礦的初始Sr的比值I0=0.7048～0.7050,上述數(shù)據(jù)的一致,絕非是一種巧合,而反映了Au、Cu礦與石油成因的一些必然的內(nèi)在聯(lián)系.(3)瀝青的εNd(t)～εSr(t)圖解表明:克拉瑪依烏爾禾瀝青位于第二象限,即位于洋中脊玄武巖(MORB)與蛇綠巖之間,明顯不同于北疆地殼.4.2瀝青pb、sr、nd同位素塔里木盆地柯坪、塔北、塔中3個隆起帶上的志留系砂巖中瀝青的地質(zhì)儲量為917.8×108t,折算成液態(tài)烴為4589×108t,如此巨量的瀝青是如何生成的,這是石油地質(zhì)學家、地球化學家十分關注的.這里我們用寒武系、奧陶系的泥巖干酪根與志留系砂巖的瀝青的Pb、Sr、Nd同位素來討論它們的成因聯(lián)系.4.2.1pb-pb同位素塔里木盆地寒武系、奧陶系有機質(zhì)干酪根的Pb-Pb同位素成因表明了殼源特征,寒武系泥巖干酪根的Pb-Pb同位素組成構成一等值線,年齡為570Ma.4.2.2志留系砂巖瀝青pb-pb同位素組成志留系砂巖瀝青的Pb-Pb同位素組成明顯不同于上述干酪根的Pb-Pb同位素組成,瀝青中有地幔及中下地殼Pb的加入,表明了志留系瀝青與寒武系、奧陶系泥巖干酪根不同源,即志留系砂巖瀝青不是由上述的干酪根所生成的.4.2.3留系瀝青落系特征在εNd(t)-εSr(t)圖上,志留系瀝青落在第IV象限,顯示了中、下地殼的來源特征,不同于干酪根的上地殼特征,也不同于克拉瑪依瀝青的上地幔特征.4.3遼河油田的原油來源是原油4.3.1成變化的表現(xiàn)遼河油田古近系有機質(zhì)干酪根的Pb同位素組成變化范圍很大,主要表現(xiàn)了上地殼特征;而原油的Pb同位素則顯示了強烈的殼-?；旌咸卣?且以幔源為主(尤其是主力油田的原油).4.3.2不同地區(qū)原油的v/ni比值遼河油田原油有異常高含量的Li、V、Ni等微量金屬元素,其中Li平均含量為314×10-9,Ni的含量是43×10-9～52049×10-9之間,平均23460×10-9;V的含量在1.6×10-9～934×10-9之間,平均465×10-9,令人驚異的注意到,盡管原油的V、Ni含量變化范圍很大,但V/Ni比值卻十分接近,遼河原油的V/Ni比在0.02～0.04之間,如此低的V/Ni比值在世界原油中極少見.但是不同地區(qū)原油有不同的V/Ni比值卻十分普遍,根據(jù)Tissot等的統(tǒng)計,委內(nèi)瑞拉第三系原油的V/Ni比值較高,為10,而伊朗、伊拉克等地原油的V/Ni比為25,西非加蓬、安哥拉原油的V/Ni比為0.2.經(jīng)研究,不同地區(qū)原油中相對固定的V/Ni比值,表明了這些原油不可能源于有機質(zhì)干酪根的熱解,可能與這些地區(qū)深部上地幔的不均一性有關,也就是說與深部地幔流體有關.4.3.3科學識別有機硅化合物,實現(xiàn)地殼有機質(zhì)演化到目前為止,自然界中尚未發(fā)現(xiàn)有機硅化合物的存在,只在動物羽毛和禾木科植物中發(fā)現(xiàn)了硅酸脂化合物,但這類物質(zhì)是不含有硅-碳(Si-C)鍵的.筆者通過紅外光譜、核磁共振、色譜-紅外聯(lián)用儀、等離子發(fā)射光譜、EDS(能量色散譜)等方法,在遼河油田的2個原油樣品中檢測到含Si-C鍵的有機硅化合物,表明了遼河原油可能是在地殼深處的較高溫度、壓力下形成的,而不是地殼有機質(zhì)演化生成.筆者曾檢索1993—1999年美國出版的化學、物理學和地學核心期刊數(shù)據(jù)庫,表明國外尚無相關報道.筆者與中國科學院蘭州化學物理所的張世英在1997年報道了在勝利油田孤島原油中也發(fā)現(xiàn)了有機硅化合物.上述發(fā)現(xiàn)是對石油無機生成的又一佐證.5原油瀝青礦如所周知,以下3大瀝青礦的儲量為世界所矚目:一是西加拿大阿薩巴斯卡-阿爾伯達的瀝青砂,其地質(zhì)儲量3210×108t;二是南美委內(nèi)瑞拉奧林諾科的瀝青帶,它的地質(zhì)儲量1710×108t;三是中國塔里木盆地塔北、柯坪、塔中3個隆起帶上廣泛分布的志留系砂巖的瀝青,這種瀝青的地質(zhì)儲量為917.8×108t,折算成當時的液態(tài)烴則是4500×108t.需要指出的是,在這3大瀝青產(chǎn)地中,西加拿大、委內(nèi)瑞拉的瀝青今天仍在開采,而中國塔里木盆地的志留系瀝青只能是塔里木盆地巨大油氣生成過程的見證.饒有興趣的是,這3大瀝青礦讓世人矚目,可有機地球化學家對它們的成因卻諱莫如深,誰也不愿意探究它們的來源,因為按有機地球化學生油理論,無論如何也生不出如此巨大儲量的瀝青,因此,這世界3大瀝青礦儲量之大也從反面論證了瀝青的無機成因.需要指出的是,上述Pb、Sr、Nd同位素及微量元素的分析中,原油瀝青的樣品均經(jīng)過預處理,即必須首先剔除樣品的呈吸附狀態(tài)及碎屑狀態(tài)的金屬元素,以保證所分析獲得的同位素及微量金屬元素均是呈金屬-有機絡合物形式而存在,金屬同位素、微量金屬元素是在原油形成時進入原油的有機化合物中的.62119世紀，國內(nèi)外對原油機法因素的科學研究在這里筆者還想回顧一下進入21世紀以來,國內(nèi)外關于油氣成因方面的一些重要活動.6.1低濃度協(xié)商達成油氣最佳配方(1)根據(jù)溫家寶總理的批示,2004年1月16日,在北京塔里木賓館,翟光明院士主持了一個“無機成因油氣學術討論會”,專門聽取了張景廉所作的“油氣無機成因的理論與實踐”的報告,國內(nèi)20位知名石油地質(zhì)學家、學者參加了這次學術討論會.(2)2005年在北京召開了265次香山科學會議,會議宗旨是油氣無機成因與資源前景.(3)2007年在青島由中國石化的牟書令、金之鈞主持召開了無機成因氣的學術研討會.(4)2008年,由中國石油學會、中國地球物理學會、中國地震學會、中國礦物巖石地球化學學會等單位聯(lián)合發(fā)起,由中國石油勘探開發(fā)研究院主持召開的“深部地質(zhì)過程,地球排氣與油氣資源”學術研討會.(5)2008年,北京石油學會舉辦了4次由李揚鑒教授、崔永強博士主講的幔源油氣學術報告會.6.2俄羅斯學者關于油氣成因的觀點(1)2005年6月在加拿大卡爾加里(Calgary)召開了以油氣成因為主題的Hedberg研討會,這次會議是由M.Malbouty提議召開的.在這次研討會上有8份報告論述了石油無機成因的資料與證據(jù),另有6個報告論述了石油有機論.參加這次研討會的代表主要來自歐美的一些石油公司、大學、研究單位及獨立咨詢公司;也有來自俄羅斯及其他獨聯(lián)體的代表,如俄羅斯科學院油氣問題研究所、魯克石油公司、烏克蘭國家科學院等,這些代表均支持無機論.這次會議沒有中國代表參加.最近,《NatureGeoscience》發(fā)表了美國華盛頓卡內(nèi)基研究所地球物理實驗室、俄羅斯莫斯科羅蒙諾索夫莫斯科國家精細化工科學院、瑞典皇家工學院的3名科學家聯(lián)名寫的一篇文章,他們的實驗表明:在地球上地幔的環(huán)境中,可以合成乙烷及其他重烴.在大于2GPa的高壓及1000～1500K的高溫條件下,甲烷可轉化生成C2-C4的烴(乙烷、丙烷、丁烷),以及分子氫和石墨;而在相似的條件下,乙烷也可轉化生成甲烷.因此,飽和烴的合成反應是可逆的.他們認為:重于甲烷的烴可以在上地幔條件通過非生物作用過程而生成.(2)在俄羅斯,克魯泡特金院士曾在1976年、1985年、1991年先后主持召開了3次全俄地球排氣與大地構造學術會議,其中第二屆、第三屆《地球排氣與大地構造學術會議的論文集(摘要)》的中譯本于2003年出版.2005年5月在莫斯科召開了《地球排氣作用:地球動力學,地球流體,石油與天然氣》學術討論會.俄羅斯科學院應用地球物理科學研究院A.H.德米特里耶夫斯基與Б.M.瓦利亞耶夫編輯出版了《地球排氣作用:地球動力學,地球流體,石油與天然氣》論文集,該論文集的中譯本也于2008年出版.現(xiàn)將俄羅斯一些學者的觀點引述一二:“俄羅斯地臺前寒武紀基底有可能找到深部氣藏,并估算在6km以上的花崗巖-片麻巖烴類氣體的資源量達62000×108m3”(弗多維金,100-165).“烴藏是地球垂向排氣的產(chǎn)物”(古利耶夫等,172).“西伯利亞地區(qū)石油、天然氣是地幔成因”(祖勃科夫等,180-181).“5億年中,地球向大氣圈排出的烴類約2.5×1016t(瓦利亞耶夫等,200-202).”地震排出的CH4量要比沉積有機質(zhì)生成的CH4高出1.5～2.0個數(shù)量級(沃伊托夫,210).“中國石油、瀝青的Pb、Sr、Nd同位素表明了石油、瀝青的地幔成因(普什卡列夫,218-219),普什卡列夫引述中國石油、瀝青Pb、Sr、Nd同位素資料來源于張景廉的數(shù)據(jù).最近《巖性油氣藏》刊登了杜樂天教授、張之一教授對俄羅斯第4次地球排氣作用所作的深刻詮釋,對我們了解俄羅斯學者在這方面的研究成果將是一個推動.筆者所以不厭其煩地引錄上述論述及學術會議信息,只是想表明無機成因油氣已引起國內(nèi)外學術界越來越多的關注,石油無機成因的現(xiàn)代概念已經(jīng)形成.頗有意思的是,著名石油構造學家羅志立、張愷曾經(jīng)深信有機生烴論,但是板塊構造的引用與應用使他們不約而同地支持油氣二元論;如同當年前蘇聯(lián)的庫德良采夫一樣,他曾是古勃金的信徒,而后來卻打起反對石油有機論的大旗,其影響涉及到全世界.唯獨在前蘇聯(lián),有一批研究者一直進行著無機生油氣理論的研究.值得一提的是,曾在青海柴達木盆地工作了幾十年的薛超教授,近年來也對石油有機論進行了義無反顧的背叛.無獨有偶,長期在新疆準噶爾盆地工作的石油地質(zhì)學家林隆棟教授,也在反思石油的有機論,當他用石油無機論研究新疆石油分布規(guī)律時,感到“茅塞頓開”,并接連發(fā)表論文進行了總結.長期信奉石油有機論的老石油地質(zhì)學家,為什么在今天都不約而同地拿起石油無機論來研究石油地質(zhì)呢?這難道不值得深思嗎?近兩年,筆者收到2本贈書,一本是虞震東的《對地質(zhì)學和地震學的思考》,一本是曾雄飛的《新原子論及其應用研究——油氣成藏爆炸地質(zhì)動力學理論》.這兩本書的一個共同點是不同意油氣有機成因論,前者提出地下核燃燒生成了油氣,后者則把化學物理學、物理力學、爆炸力學、沖擊波理論、核爆炸原理與地質(zhì)力學、石油地質(zhì)學、盆地沉積學、斷裂構造學相結合,建立了星球撞擊爆炸地質(zhì)動力學形成油氣的理論.地球物理學家袁學誠教授最近撰文,論述了無機生油說獲得了地質(zhì)學、物理學、化學等基本學說支持,并指出深部地震剖面上的蘑菇云發(fā)育地區(qū)是尋找原型無機油氣田的有利地區(qū).中國著名石油地球物理學家、中國工程院院士李慶忠教授以大無畏的勇氣挑戰(zhàn)石油有機論,指出了不要迷信有機生油指標,油源可能從深部而來,他曾在2005年預測柴達木盆地花崗巖基底可能存在一個相當大的油氣田,近年已被勘探所證實.同樣需要一提的是,中國工程院院士劉廣志也曾多次呼吁需另辟蹊徑,勘探開發(fā)非生物成因的油氣.7石油無機成因論是可以指導油氣勘探的理論基礎石油有機論者對無機論的最大的詰難是它無法指導勘探,為此,筆者在《論石油無機成因》一書出版后的十年間,潛心研究無機論的實踐意義,結果表明,石油無機成因論是可以指導油氣勘探的.7.1蛇紋巖化橄欖巖階段俄羅斯地球物理學家沃里沃夫斯基等研究了世界幾個含大型油氣田的盆地的深部地殼結構,發(fā)現(xiàn)這些盆地的中地殼均表現(xiàn)出低速特征.這些盆地是:濱里海盆地、西西伯利亞盆地、維柳伊盆地、南巴倫支盆地、北海盆地、里海盆地、南里海盆地、南鄂霍次克盆地、墨西哥灣盆地、波斯灣盆地、東地中海盆地.他們提出了“雙層磚”、“超基性巖底辟”說,認為當軟流圈的超基性巖漿上升到花崗巖與玄武巖層中,由于地幔熱液蝕變,超基性巖形成蛇紋巖,即所謂蛇紋巖化橄欖巖,并形成“塑性層”.這種地幔熱液通常是富含鹵族元素的鹵水,并富含Na、K、CO2、(或CO)、H2等,在橄欖巖蛇紋巖化過程中,可釋放出大量Fe、Mg、Ni、V等金屬離子.富含CO2、H2、CO地幔流體在Fe、Mg、Ni、V等金屬元素的催化作用下(中地殼和適當溫度與壓力下)可發(fā)生著名的費-托合成烴的反應.如果CO2(或CO)與H2的比例不同,金屬催化劑的種類不同,反應的溫度、壓力不同,均會影響產(chǎn)物烴的組成,而且影響到烴的碳同位素組成.詳細討論可見文獻.1992年,應中國石油情報所所長李昭仁教授的邀請,沃里沃夫斯基博士到石油大學(北京)作為期一周的“關于無花崗巖型盆地”的講學;1994年,薩爾基索夫博士到蘭州中國石油天然氣總公司西北地質(zhì)所作為期半年的工作訪問,張景廉曾與這2位俄羅斯學者進行了有益的討論.這些討論對筆者的無機油氣研究起到了重要的作用.筆者對中國含油氣盆地的深部地殼結構也作了系統(tǒng)研究,表明“這些盆地幾乎無例外地有中地殼低速(高導)層.這些盆地是:松遼盆地、遼河坳陷、濟陽坳陷、黃驊坳陷、準噶爾盆地、塔里木盆地、柴達木盆地、酒西盆地、四川盆地、鄂爾多斯及西緣盆地等,上述研究表明這些盆地的油氣可能為無機成因的.楊文采院士曾談到,“勝利油田下方的中地殼低速層,是不是深部正在形成的天然氣源”,與筆者的觀點不謀而合.7.2對油氣勘探的預測按照滕吉文院士的觀點,金屬礦物的第二深度空間定在500～2000m,油氣的第二深度空間為5～10km.筆者看來,地震勘探的深度可定在5～30km,以了解地殼的深部結構,查明中地殼低速-高導層的分布(此乃油氣的發(fā)生器和深部的儲庫).由于油氣的可流動性,油氣可通過斷裂構造體系運移到上地殼的圈閉儲層中,因此,這里所說的“第二深度空間”的油氣勘探不一定要在大于5km的深度去勘探與開發(fā).基于上述考慮,筆者近年來對一些有機論者不看好或沒有油氣前景的地區(qū)作了預測(這也是中國學者的原始創(chuàng)新):7.2.1巖相德化異常區(qū)的重新識別,地層,巖相或土壤20世紀80年代,曾有人對遼西地區(qū)元古界的古油藏做過研究,終因油源不明而沒有做深入的油氣勘探.筆者認為,遼寧義縣-北票地區(qū)地幔流體活動強烈,在深度24km有一低速層(νp=6.0km/s).而在人工地震測深的速度圖像中,發(fā)現(xiàn)了海城、朝陽、義縣、唐山、丹東南部等幾個低速異常區(qū).海城地區(qū)即遼河油田的所在地,唐山地區(qū)即冀東油田的所在地.朝陽、義縣即本文所論的義縣-北票地區(qū),丹東南部即朝鮮灣盆地,筆者認為,義縣-北票地區(qū)有望找到大油氣田,而丹東南部的朝鮮灣盆地,其油氣前景不亞于渤海海域,建議與朝鮮聯(lián)合勘探.遼西大量中、基性火山巖的噴發(fā)伴隨大量氣體帶到大氣圈,并導致大量物種死亡.7.2.2地震勘探取得的油20世紀70年代,在蘇南的許多煤礦或鉆井中,發(fā)現(xiàn)了中、古生界的油氣,如鎮(zhèn)江東風嶺煤礦東大巷上三疊統(tǒng)大隆頁巖中流出原油26t,伏牛山煤礦13口探井中有10口井在青龍灰?guī)r(T1)晶洞、裂隙中見油氣.其中東風13井累計撈油3858.9kg;句容東風4井的青龍灰?guī)r也見到油流.后來,石油系統(tǒng)在該地區(qū)進行地震勘探,并鉆井109口,見油顯示的有54口,試油井21口,在容2、容3井獲得6～10m3/d的油流;最近句容盆地又鉆圣科1井,井深超過4000m,鉆入奧陶系、寒武系,未獲良好的油氣顯示.究其原因是深層構造復雜(經(jīng)過了加里東、印支晚期、燕山早期和晚期4次褶皺運動及早寒武世、二疊紀、第三紀3次拉張運動;區(qū)域上受到下?lián)P子區(qū)塊逆時針的“彎山構造運動”、“對沖作用”和“逃逸構造”等多重構造作用的影響)、地震資料不過關,導致井位不準.但從上述分析,該地區(qū)油氣是十分豐富的,根據(jù)地震測深資料,蘇南地區(qū)(從南京到句容、常熟再到上海奉賢)斷續(xù)分布有中地殼低速高導層,筆者曾預測可在二疊系長興組生物礁發(fā)現(xiàn)油氣藏,前提是這種生物礁需有膏鹽層作為蓋層.如果我們有對庫車坳陷那樣的決心和耐心弄清深部的構造,在蘇南是可以找到大型油氣田的.重要的是地震資料的品質(zhì)與地震解釋人員的素質(zhì)與技巧.7.2.3古希臘地區(qū)早期天然氣勘探實踐鄂爾多斯盆地是一個油、氣、煤、鈾等多種能源礦產(chǎn)共存的盆地,而且發(fā)現(xiàn)了滿盆油氣、北氣南油的分布格局;仔細分析發(fā)現(xiàn)油氣主要分布在天環(huán)坳陷與伊陜斜坡2個二級構造帶中.這里討論位于盆地北部的伊盟隆起的油氣前景.在杭錦灣地區(qū),曾鉆伊17井和伊深1井下石盒子組均獲工業(yè)氣流,日產(chǎn)氣分別大于1.0×104m3和1.529×104m3,地質(zhì)礦產(chǎn)部在新街-刀兔之間鄂5井和鄂8井的奧陶系風化殼中也獲工業(yè)氣流.最近中國石化華北公司在伊盟隆起-烏蘭格爾隆起鉆探錦3井、錦13井,在中元古界基巖發(fā)現(xiàn)了深層天然氣.錦13井中途測試獲2397～3816m3/d,點火可燃.錦3井在2792m泥漿漏失,為含氣層,天然氣中氮氣占90%,去氮氣后,CH4占93%～95%.看來,在伊盟隆起上古生界下石盒子組、奧陶系、中元古界均有天然氣,那么天然氣源于什么地層呢?根據(jù)白云鄂博-東勝的地球物理剖面,在東勝地區(qū)深約25km處有一低速、高導層(νp=6.1km/s),而在東勝地區(qū)有一個上萬噸的大型鈾礦床,鈾礦床的形成與深部的還原氣體(甲烷氣等)有關,因此,筆者認為:在杭錦旗-東勝地區(qū)將有大型天然氣田,關鍵是有好的儲層與圈閉.據(jù)中石化最新消息,2011年杭錦旗探區(qū)新增天然氣探明+控制儲量814×108m3.Parnell和Eakin及Parnell根據(jù)蘇格蘭北部泥盆系紅層中鈾的分布,預測下部可能存在油藏,隨后得到了驗證.在中亞土庫曼斯坦、阿塞拜疆、美國得克薩斯,利用鈾-油伴生(共生)關系尋找油氣藏也獲得了成功.7.2.4實踐意義上的成巖改造“松潘-甘孜褶皺帶”被羅志立教授稱為“中國地質(zhì)百慕大”,那里確有很多謎團有待破譯.筆者曾分析了松潘-甘孜地區(qū)深部地殼測深剖面,發(fā)現(xiàn)該地區(qū)中地殼有一個分布穩(wěn)定的低速、高導層(νp=5.95km/s).預測松潘-甘孜褶皺帶深部有油氣,并結合地幔柱,峨眉山玄武巖(大火成巖省LIP)的地質(zhì)環(huán)境,更確定了該地區(qū)的油氣前景.不料,2008年5月12日,四川發(fā)生了8.0級的汶川大地震.對汶川地震的成因,國內(nèi)地震學家發(fā)表了不少文章.筆者根據(jù)汶川地區(qū)的深部地殼特征,指出汶川地震源于中地殼、高速層,是一種氣源地震,即深遠氣體的釋放可能是地震發(fā)生的誘因;并認為如果開展“地震、森林大火、油氣等一體化”綜合研究,是一舉多得的好事.中國地質(zhì)大學王成善根據(jù)當?shù)乩相l(xiāng)的發(fā)現(xiàn),認為四川青川縣青竹河紅光鄉(xiāng)東河口村至前連鄉(xiāng)黑家段的可燃氣體為天然氣苗,并有硫磺味,顯然這是由于“5.12”汶川地震,原來的氣藏被破壞泄露而逃逸到地表的氣苗,如果進行地球化學測量,可能還會發(fā)現(xiàn)更多的油、氣苗.7.2.5柴達木盆地基巖-地層氣藏成巖的未來據(jù)新華網(wǎng)西寧2009年12月13日電,青海油田昆北斷階帶油氣勘探取得重大突破,新增三級地質(zhì)儲量1億多噸,這是青海油田近30年來的重大發(fā)現(xiàn).這一重大發(fā)現(xiàn)與筆者2008年的預測不謀而合,筆者指出在柴西南緣花崗巖基底及其風化殼,將有大油田發(fā)現(xiàn).盡管目前花崗巖基底僅獲1300×104t的地質(zhì)儲量,但筆者認為,只要思想解放,在花崗巖還會有更多的發(fā)現(xiàn).事實上,在馬北地區(qū)的花崗巖基底已發(fā)現(xiàn)油氣田,而最近東坪1井也獲高產(chǎn)氣流,預示著一個大氣田即將誕生,筆者以為這些氣田均與中地殼低速高導層有關,可能為無機成因(詳細研究將另文報道).針對中石油幾個重大