石油成因新解与未来油气能源领域发展趋势

多数生烃模拟试验支持了石油的有机成因学说，石油的无机成因观点则一直存在争论和质疑。本文在详细研究白云岩化对储油的意义时，意外发现了一个生烃过程中的无机参与因素，即镁离子的活化分解作用，以此全新释解了油气的形成、轻质化和大规模储集的过程。进而发现镁离子的活化分解作用对世界大油气田的形成与分布起着决定性的作用。我国未来油气能源发展的新方向或许借鉴该项发现而有所改变。

一、试验疑点与困惑

目前实验室进行的生烃模拟试验尚有规范的行业标准所约束，但模拟的样品多本为生烃源岩，即含有机质的泥岩。对这种泥岩样品在高温高压下进行生烃模拟试验，生成的烃类多被质疑为“原在地下就已经生成了烃”。烃源岩在压实排烃后，剩余了一些呈吸附态存在于有机-无机复合体中的残烃，只是在模拟试验条件下被抽提出来而已，而不是真正意义上的由有机质热演化生成。同时，针对现代植物的生烃模拟试验也从未得到过近似于从地下采出的轻烃产物。

第二个试验就是白云岩化的成因研究。众所周知，在古生界海盆、中生界海陆过渡相、甚至古近系陆相湖泊中存在有沉积地层剖面中所见到的大套白云岩层，而在实验室对海水和咸化湖水进行的蒸发试验结果中，却不见蒸发岩沉积序列中该有的白云岩层。蒸发试验的结果是从下至上分别沉淀出了碳酸钙→硫酸钙→卤化物→碱性化合物等物质，碳酸钙镁组成的白云岩却不曾出现在实验室的蒸发沉淀层中。这也是百余年来人们一直探索白云岩化成因的缘由。白云岩的原始沉积学说和次生白云岩化等学说一直在不停的争论中。

二、岩性油气藏的“非油即干”与耗水作用

东部深层勘探的岩性隐蔽油气藏是近些年来发现的一种新油藏类型，但却存在一个不解的现象，就是这些“似透镜体”状的油藏很少含水，要么就是纯油藏，要么就是干层，即“非油即干”现象。作为常态化存在的同沉积地层水却不见了去向。

深化试验研究发现了一个特殊现象，即深层水被切实分解了，而且分解方式并不是常见的水蒸气逸散，而是被镁离子在大于80℃温度下分解成了氢氧化镁和氢气，这也是深部“封存箱”地层内大量的地层水耗尽的原因。因此，沉积物深埋过程中地层水除了被正常压实排出外，滞留原地的地层水则极易被这种活化金属离子所分解。困惑多年的深部油气藏“非油即干”问题终于显现出其本质。

三、石油的形成与储集

石油的形成必须由有机碳加和氢的反应过程（加氢作用）。一直以来，氢的来源问题是个未解之迷，因为水只有在温度达到1000℃时才能被分解成氢气和氧气，实验室内也可通过电离的方式分解出氢气和氧气。但这两个条件在油气成藏深度段似乎都不具备。

镁离子在80℃以上可将水分解成为氢氧化镁和氢气的过程已经可以为氢的来源提供解释，问题是地层中真有大规模的镁离子存在吗？答案就在白云岩化中。咸水湖盆或海盆中存在巨量的镁离子（地壳中暗色矿物蚀变冲刷所致），这些镁离子在蒸发岩沉积序列中作为卤化物隐藏在了隐晶质沉积层中，且多具备还原条件。深埋地层后，与同沉积的大量有机碳互为“邻里关系”。当地温达到80℃门限之后，还原态镁离子开始大规模分解同沉积地层水，为地下环境提供了充足的氢气，碳的加氢作用随之顺利进行。

镁离子在分解水成为氢氧化镁和氢气后，地下环境暂时呈现弱碱性特征，随着有机酸的中和作用，氢氧化镁再次分解为氧化镁，地下环境开始趋于中性。氧化镁与下层碳酸钙接触，在高温高压下产生阳离子置换效应（矿物间的交代作用），从而在漫长的地质历史时期中形成大规模的白云岩化层，即碳酸钙镁层。这也是世界范围内一些大型油气田与白云岩层息息相关的原因。当然，在缺少有机质的情况下，白云岩化也会发生，但此时缺少形成石油和甲烷气的条件，而是产生大量的氢气。由于氢气比重小，散失率极高，有些在氧化环境下再次成为水。

白云岩化的作用过程中，伴随着晶质化程度的提高，晶间空隙大量发育。根据包蒙做的实验（包蒙原理），这个过程能够提供大约13%的孔隙率，将加氢作用源源不断形成的油气储存于白云岩层中。当然，后期机械压实作用仍然可以将部分源岩中的烃类通过浮力驱动原理运聚至更远的盆缘砂体中成藏。

镁离子的作用不仅仅是分解水、供氢和提供储集空间，还有一个至关重要的作用就是“烃类的轻质化”作用。即热演化与加氢作用形成的初始碳氢化合物多为粘稠的、长链结构的烃类，活性的离子态镁与其它金属离子共同作用，对长链碳氢化合物进行“剪链”，使之变为短链的轻质烃类。随着藏内热离子的反复剪链，最终碳氢化合物逐渐转化为大规模的轻质油。这个作用过程中，其温、压条件越高，活性离子越多、最终的原油轻质化程度就越高。

通常见到的白云岩层内，也会有稠油分布，是因为白云岩层中的镁离子已成为氧化态（活性离子态多存在于早期的还原环境），且原油亦可能是深部来源的轻质油经后期水洗、氧化作用而致稠化的。因此，世界范围内大规模分布的稠油储量也有可能还原这个逆向过程而得以高效开发利用。

四、未来油气能源领域发展趋势

有了这个发现，未来石油的成因模拟试验过程应更具科学性和真实客观性。如果基于这一发现，能够在实验室率先获得可用的石油，那离工业化人造生产石油的时代也为期不远了。不过，这个发现虽然来自微观观察并辅助于一些基本的试验，也符合基本的化学原理，但是否完善或仍有其它未知因素未被破解，尚待今后深化探索。总之，加氢作用的氢来源问题如果落实，人造油气的实现就有可能；剪链作用的发现可释放地球表面大规模的稠油储量；白云岩晶质化生孔可促成源岩领域的全面开发。