“现代石油地质学理论研究取得新突破”

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幔源油气理论和技术使大庆油田产量达到5000万吨

崔永强1965年2月出生，博士，高级工程师。 事业单位:大庆油田勘探开发研究院。 2001年在中国石油大学(北京)完成博士学位论文《松辽盆地无机成因气成藏机理与模式研究》，2004年在北京大学完成博士后报告《松辽盆地深源油气地质背景研究》，年发表《现代石油地质学幔源油气理论》。

这块尖晶石二辉橄榄岩来自《松辽盆地幔源油气理论评价研究》项目小组，为大庆油田产量达到5000万吨提供了理论和技术依据。

□崔永强文/照片

自然科学理论、实验、太空探索、石油勘探开发实践的进步及其成果，使以前流传下来的石油地质学从科学假说上升为现代石油地质学科学理论成为可能。

由于对石油生成问题认识的不同，提出了石油的有机成因和无机成因两种假说。 有机假说，即石油来源于沉积有机质，是这种富含沉积有机质的微粒沉积层，即生油层。 由于油层的不同，在以有机成分为中心的以前，石油地质学就衍生出了陆相油理论和海相油理论。

基岩的发现既挑战了陆相生油理论，也挑战了海相生油理论。 也就是说盆地基底岩盘发达的变质岩和火山岩不具有有机成因所要求的沉积有机质。 在世界30多个盆地发现了岩盘油气。 世界岩盘石油储量为248×； 108t、天然气储量为2681×； 108毫米3。 因此，岩盘油气藏本身否定了石油有机成因假说，包括陆相生油理论和海相生油理论。

前人已经在通往石油无机成因的道路上取得了丰富的研究成果，石油来自地幔的概念已经取得了许多共识。

认知地幔源油气

门捷列夫最早于1876年提出了碳化铁生烃学说。 他认为，地球深部的碳铁化合物遇到水后，铁和其他金属与水中的氧反应生成氧化物，水中的氢分离，部分游离。 在氧化的过程中，与铁结合的碳也分离，与氢结合生成烃。 这就是石油，一边上升一边冷却，在接收它们的地层中冷凝成为液体，凝聚成矿。

索夫在1889年也观察了石油和岩浆的成因联系，提出了由石油产生的宇宙学说。 其依据是通过太阳系行星天体光谱的分解发现甲烷，以及烃类化合物可以通过费歇尔-托普什反应无机合成。 他认为碳氢化合物在地球还处于熔融状态时就已经存在于大气层中，然后随着地球的冷却收缩凝结在地壳上部，沿着裂缝分离，在孔隙性地层及其上面被非渗透层覆盖时可以凝聚成油气藏。

库德伦采夫在1951年继承了门捷列夫和索科洛夫的思想，提出碳氢化合物不仅由行星和太阳，也由地球岩浆中的碳和氢组成。 在岩浆上升的过程中，温度逐渐下降，活性强的甲基发生聚合作用，依次变化为亚甲基( ch2 )、甲基) ch3 )、甲烷基) ch4 )，最终形成烃类物质； 一氧化碳也可以直接合成烃类物质，在高温高压下形成氢和其他元素参与的烃类化合物。

库尔特金在1955年认为石油天然气和烃岩浆的起源其实无关，提出固体地球由行星冰冷的宇宙尘埃和气体组成，这些气体是加入了构成地球和其他行星的原始物质的氦、氮、烃化合物。 库柏·塔金自己主办的1976年、1985年、1991年全苏《地球排气作用与大地构造》学术会议，以及德米特里·耶夫斯基主办的2002年、2006年、2008年、年全俄和独联体国家《地球排气作用:地球动力学、地球流体、地球流体

上述烃类是否来源于岩浆的分支由杜乐天于1996年提出的烃类碱性流体地球化学统一。 地幔流体是烃碱性流体，烃类和碱类是烃碱性流体的两个主要组成部分。 烃流体既可以解释地幔岩形成玄武岩岩浆，也可以解释地壳岩石和沉积岩形成中酸性火山岩。 超临界状态下存在的地幔烃碱性流体在上升过程中，不断与周边岩石发生交替作用，不断从周边岩石中获得金属和硅质成分。 临界温度(水的临界温度为374.2℃)烃磁流体被转化为含烃、金属、非金属、稀土元素的热水，这些热水成分在适当的温度压力和地层条件下分离形成金属、非金属、油气矿床。 因此，金属、非金属矿床中伴随有烃类，石油中含有丰富的金属、非金属、稀土等非相溶元素。

石油和岩浆是地幔流体作用不同的产物，来自深部断裂的石油、来自泥火山的石油、来自岩浆喷发道的石油，都来源于烃碱性流体。 烃流体地球化学理论支持库鲁巴-托莱肯地球是冷球的思想，解释了门捷列夫、索科洛夫、库伦采夫注意到的石油和岩浆的关系问题。 从这个意义上说，烃碱性流体地球化学的原理是中国版的石油无机成因理论。 烃流体中的烃成分是地幔源油气的来源。

幔源油气概念是现代石油地质学的核心。 为了确定现代石油地质学与陆相原油理论、海相原油理论和传统无机成因理论的区别，本文提出用幔源油气理论或幔源油气地质理论概述现代石油地质学。

必须指出，铀矿地质来源的地幔烃碱性流体的概念已在上地幔和软流层地球化学研究、铀矿地质研究和其他金属非金属矿物地质研究所得到证实。

幔源油气的生成与演化

天然石油作为HC系的成员，由具有高还原性的烃分子的混合物构成。 另外，由于这些烃分子具有很高的化学势，大部分为液态，因此天然石油处于明显的非平衡状态。 关于构成石油的碳氢化合物分子的存在和起源的主要科学问题是，在什么样的热力学条件下，高化学势和高还原性分子是如何演化的？

这是化学热力学稳定性的问题。 这个问题与石油可能存在的岩石特征无关，也与石油中发现的微生物特征有关。

建立基于近代原子和分子理论、量子统计力学和众数理论的化学热力学研究来回答上述问题。 石油分子是c-h类分子，生物分子是c-h-o类分子。 所有c-h-o类生物分子(以葡萄糖为代表，其分子式为c6h12o6) )的化学势)化学位点、吉布斯自由能)小于ch4的化学势。 c-h-o类生物分子的质量越大，化学势越低，而c-h类烃分子则相反，质量越大，化学势越高。 热力学第二定律禁止低化学势分子自然演化为高化学势分子。

甲烷是标准温压条件下唯一稳定的碳氢化合物。 只有在压力超过3万大气压、温度超过700℃时(相当于地下深度约100km )，甲烷才能形成正常的甲烷属烃。 因此，在任何条件下都不可能由碳水化合物( c6h12o6 )等氧化的有机分子形成重烃。

现代烃起源的高压实验说明了门捷列夫的构想。 所用材料也是地球上最普通的大理石caco3、氧化亚铁feo、蒸馏水。 与地幔条件相比，实验使用的碳化合物caco3具有氧化的低化学势，所有这些都难以使碳演化为重烷烃。 实验结果表明，压力小于1万大气压时，不存在比ch4重的烃分子。 压力超过3万气压时，烃分子开始进化。 压力达到5万大气压，温度达到1500℃时，会自发产生具有天然石油分布特性的甲烷、乙烷、正癸烷、乙烯、正丙烯、正丁烯、正戊烯等。

化学热力学和高压实验研究是石油无机成因假说向科学理论的重要转变。 热力学第二定律指出了c-h类分子向c-h-o分子进化的不可逆性，完全否定了石油来自生命的假设。 它还否定了英尺合成反应(包括低压下的生命物质加氢)生成天然石油的可能性。 由于低压下完成的费托合成受到高度控制，有用的中间产物需要不断去除，在地层条件下不存在这样的过程。

幔源油气运移与聚集

库尔特金在1958年指出，有机成因学说除了证明应该在沉积岩中寻找石油外别无他物。 基本上不能提供适用于任何油区的找油。 由此可见，有机成因学说将迄今为止的石油勘探成果归功于自己，从而解释了有机成因的正确性，但这一学说并不符合事实要求。 以前流传下来的石油地质学的中心工作优选包围。 用有机成因理论无法回答围栏里是否有油。 将科学探测降级为简单的试错行为。 世界石油勘探成功率为10%~30%，是通过反复试验得到的。

世界油气田的99%以上分布在沉积岩区，这些沉积岩中存在富含有机质的细粒沉积物。 这个地质事实曾经是石油有机成因的三大立论依据之一。 目前研究表明，沉积盆地与上地幔软流层隆起相对应，上地幔软流层隆起越高，沉积盆地所含油气丰度越大。

因为沉积盆地的形成不是孤立的沉积现象，而是地壳构造运动的结果。 盆地发达的巨大堆积体需要由下伏地层提供相应的堆积空之间。 由于上地壳的坚硬性质，相应的沉积空之间只能由中地壳塑性层的侧向流动提供。 中地壳和沉积层之间的密度差必然导致重力失衡。 这个重力损失空需要用上地幔软流层的隆起来弥补。 因此，上地幔软流层隆起与沉积盆地的形成是相辅相成的，是重力均衡作用的必然结果。 上地幔软流层的隆起必然引起地幔烃类流体在软流层隆起顶部的富集，而上地幔软流层的隆起又会引起上地幔刚性岩石圈的张性破裂。 软流层中的地幔烃系流体通过这些张性破裂进入地壳和沉积层，其中烃系成分被地层捕获形成油气藏，或上升到盆地地表进入盆地水体，或逸散到大气中。

门捷列夫在140年前正确地指出，石油矿床的分布都与山脉山脊的流动平行。 在现代盆地勘探中，人们也总结出了一个裂缝和一个矿的正确结论，识别出了油源断裂和气源断裂。 遗憾的是，由于缺乏传统构造理论的支持，无法将断裂控制油气的现象作为油气来源于深部的直接地质证据。 大陆层控制构造理论的建立处理了这个问题，表明缺乏深部和信息表达的盆地缺乏油气。 例如，南秦岭前陆盆地，南秦岭上地壳底部坚硬的结晶基底向北秦岭中地壳塑性层迅速下沉，盆地底部形成双重刚性上地壳，阻碍了深部流体向沉积盆地的上升，沉积盆地油气不足。 大陆层控构造理论比较了中国大陆东部、中部、西部的不同构造优势，提出了控制幔源油气的构造地质模型，即中国大陆东部断陷盆地盆-山系控油模型，以松辽盆地、渤海湾盆地为例，油气藏位于压断性正断层附近； 以中国大陆中部坳陷盆地仰面冲断型冲断造山带控油模式、鄂尔多斯盆地为例，油气藏位于逆冲断层附近； 中国大陆西部凹陷盆地厚皮纵弯隆起带控油模式以准噶尔盆地、塔里木盆地、四川盆地为例，油气位于逆冲断层附近。 厚皮纵弯隆起的真空抽吸作用是压迫盆地富集油气的动力源。 随着盆地构造活动不断发生，深部油气资源不断供给沉积盆地和开发的油气藏。

大陆控制结构理论(李扬鉴等，1996 )比较完整地阐述了地幔结构、地壳结构和沉积层结构的形成和演化关系。 将构造地质学从几何学和运动学的水平提高到动力学和流变学的水平，将对推动石油地质学的快速发展做出重要贡献。

油气储运在断陷盆地沉积层花状断裂体系内完成明确研究的是俄罗斯中央地球物理研究院的齐穆尔基耶夫和他指导的团队。 他们利用三维地震技术在西西伯利亚盆地叶特-普罗夫油田侏罗系勘探中取得了勘探成功率100%的实践成果。 他们在2005年至2008年间相继安排了37口井，获得了所有工业油的流动。 其中239口井获得日产油700t，日产煤气49×； 104m3的最高产量。

基尔霍夫等人开发的小断层带走断层控制油气模型，确定了油气分布在走断层带1.5公里以内，储层应力应变状态不同，从而导致油气产量不同。 为石油勘探开发提供了有力的技术支持。 如果说实践是检验真理的唯一标准，那么100%的测井成功率表明了幔源油气理论的真理性。

地幔源油气上升的动力

杜乐天( 1987 )结合铀矿地质的实际，进一步深化和提高了地球排气理论，终于迅速发展为地幔汁( hacons )理论。 将地球排气作用定义为超临界状态地幔烃碱性流体从地球深部自发向上、向外的辐射排放。

地幔汁在地球内部垂直分离，从深到浅依次为下。 地核中储存着大量的氢； 内核内存在固体feh； 外核液体fe中还可以溶解大量的h、h2，这在冶金上已经是众所周知的。 内外核强大的氢气流是地幔流体的发源地和后盾。 向氢的流动方向放射的驱动力为压力差、温度差、粘度差、质量差、密度差、浓度差。 氢气以上部贯通下部、下部地幔的方式流动时，大量分散的活性较大的阳离子(在高压下被从镁氧化物和硅酸盐晶格挤出而处于活性状态)被提取，运送到上方。 其中最重要的提取成分是li、na、k、rb、cs )呈氢化物的形状，因此此时的地幔汁为氢型地幔汁) hhacons )。 如果ha cons持续贯通到上地幔，途中会通过提取大量碱金属演化为碱性地幔汁( ahacons )。 上地幔软流层(体)、异常地幔以及玄武岩浆、金伯利岩等的成因都依赖于ahacons的渗透、富集和解释。 如果这个地幔流体持续上升到地壳，就会演化成氧气型地幔汁( ohacons )。 地壳中的低速体和酸性岩浆就是这个原因。

地幔理论比较完整地说明了地球排气的物质来源、动力源和它引起的各种地质作用。 这一理论涉及的所有细节都对地球形成和演化研究产生重要的推动作用。 已知大洋中没有侏罗纪的外壳，地球正在经历大规模的不对称膨胀。 大洋裂缝和地球膨胀过程中对物质和能源的深入探索，有助于理解地球的排气和地球的形成和演化。

油气储量的供应被发现了

地球排气或地幔汁辐射是地球演化的必然过程，在这一过程中，地幔源油气不断补充沉积盆地和发现的油气储量。

在门捷列夫时代，人们观察到各油田的产量在减少的事实，有人认为所有油田最终都会枯竭。 门捷列夫根据自己的研究，现在巴库周边的地下深处还在继续生成石油，这些石油来源于渗透到地球内部深处的水，以气态的形式通过地球深部的裂缝到达上部地层，积累在石油储层中。 长期以来，巴库油田有可能发现新的巨大的石油矿床。 敏锐地注意到，宾夕法尼亚的油田遍布平面，从1859年开始扩展长度超过了200俄罗斯(约200km )。 相当于宾夕法尼亚产量的巴库油田(年产量约50万普特，约8190t ) )，油井的深度越来越深，1880年为80露长(约171m )，1902年为150露长)约320m ) )

库伦采夫1951年指出，岩浆中石油形成的过程不断进行，古老的油气由于扩散作用已经散失，所以包括寒武纪地层中的油藏在内，所有油藏都是年轻油藏。 同时，生物依赖石油在地球上诞生了。 石油含有生物所需的所有化学元素。 因此，石油不是来自有机物，相反，有机物是来自石油。

加州湾中部的guaymas盆地热液喷口的石油14c年龄平均为4692a，表明有石油生成。 中国近海pl19-3油田的天然气垂直断裂不断逸散，但pl19-3油田仍有巨大的储量，表明自成藏以来一直有深部油气补给。 旧油田产量超过储量的例子，如美国墨西哥湾尤金岛330块油田于1971年被发现，至1997年底原油1.59×； 108m3，当时计算的可采储量为4880×； 104m3，原油一直有新的补给，表明油气成分也在变化； 俄罗斯伏尔加乌拉尔盆地罗马什金油田的可开采储量为20×； 108t、到2002年产油30×； 108吨 另外，格罗兹尼油区的一些油田(如老格罗兹尼、十月、马尔戈贝克等油田)已经超过了可开采储量。

烃类的高压来源研究否定了煤和天然气水合物的生物成因。 从煤和石油的化学成分来看，两者没有本质的区别。 由此可以得出煤炭来源于石油的基本结论。 这个结论基于石油沥青化和沥青煤化的基本事实。 关于论证，请参照作者的《关于煤的无机成因》。

支持大庆油田产量达到5000万吨以上

现代科学理论和实验、太空探索和勘探开发实践已经表明石油的大规模存在不是以生命物质的存在为前提的石油是由地球100km以下深部先贮存的烃合成的； 热力学第二定律禁止c-h-o类生物分子在任何条件下自然进化为c-h类烃分子； 烃类是地幔条件下地幔烃碱性流体的组成部分； 在地幔烃碱流体上升的过程中，流体和周边岩石发生碱基交替作用，在临界温度下转化为富含金属、非金属、稀土元素的石油热水； 热水由上升通道分离，形成金属、非金属、稀土、油气矿床； 断陷盆地油气上升通道有小断层从基底走向滑动断层，隐藏在该断层控制的花型断裂系统内部； 油气分布距离花状断裂不超过2km； 断陷盆地油气上升通道为仰面冲淤造山带内部的逆冲断层，隐藏在逆冲断层附近； 进入断陷盆地水体的剩余石油热水经过分离作用形成化学沉积层和油层，油层通过水合和氧化作用进一步转化为石油沥青的石油沥青经过埋藏和热解转化为煤层。 进入大洋水体和陆地冻土带的天然气在适当的温压条件下形成天然气水合物。 大洋热液喷口、大洋和陆地泥火山是地球现代排气的窗口，其强大的供给能力表明盆地和油气藏得到深部油气的供给。

作为以前流传下来的石油地质学基本要素的生、储、盖、运、轮、保已经发生了变化。 盆地里堆积的油层已经不存在了。 这里的生物定义为石油生成或油生成，应该研究石油在地幔条件下是如何生成的。 储量可再生性应作为生油研究的重要拷贝。 沉积盆地的储层也已经发生了变化，沉积盆地的所有孔都渗透并不能从发达层浓缩油气，而是局限在气源断裂和油源断裂附近2km以下的地方。 该储集空之间无论发育程度如何，都必须接受深部烃碱性流体的改造，同时油气富集程度受储集层自身应力应变条件的控制。 储层研究至少需要增加三个拷贝。 碱的解释作用、应力应变状态、在断裂系统中的位置。 关于盖，过去特指盖层，即沉积盆地致密层，如页岩、膏岩和盐岩，现在应观察油气藏盖的相对性。

构造地质学在石油地质学的各要素研究中占有特殊的重要地位。 垂直断层对油气藏的控制作用，要求石油运输问题的研究必须从传统的横向运输问题转向垂直运输问题。 圈地工作需要从静态圈地研究转向特殊结构位置和圈地关系的研究。

总之，俄罗斯、苏联、俄罗斯和乌克兰的无机成因研究、中国烃碱性流体地球化学研究、中国大陆层控制结构研究、美俄化学热力学理论和高压实验研究、俄罗斯小断裂基滑断层控制油气研究、美欧航天勘探和国内外大量石油勘探开发实践取得的成果已经是现代石油

综上所述，幔源油气理论和技术为大庆油田产量达到5000万吨以上提供了支撑。 理论基础:所有工业油气均来自地幔，且不断向上供应，大庆油田仍有巨大的生产潜力。 年大庆长垣中部北2-丁5-斜25井获得日产油70口的自喷井，2021年大庆长垣南部葡斜4347井获得日产油102口的自喷井。 技术路线:断陷盆地油气藏的控制因素已有研究，即小断距基底滑动断裂控制油气藏。 滑断层本身是供油道，工业油气藏主要分布在距滑断裂1.5公里的范围内。 具体措施:在油田综合含水率97%的大庆长垣，配置2000口、深2000米~3000米、日产100吨的高产井。