『壹』 石油運移和次生變化
石油和天然氣在形成後必須經過運移、聚集才能形成油氣藏。在初次 (在油源岩向儲集岩的運移)和二次運移 (在儲集岩中的運移)中油氣繼續發生地球化學變化。
大部分生油岩都是細粒沉積岩,由於受到埋藏壓力作用,岩石的空隙度非常低,因此,一旦生油岩中油氣達到飽和,液態和氣態烴就會排出,人們對油氣的運移機制雖然並不完全了解,大體上包括以顯微裂隙為主的運移通道和以乾酪根生油母質為主的擴散通道。石油運移最終到達不透水的阻隔層「圈閉」或地表。從經濟的角度出發,石油運移到達位置最理想的是「圈閉」,如富含黏土礦物的沉積岩覆蓋在多孔的砂岩「儲存」岩石上。乾酪根類型不同,其生成的石油排出率也不同,Ⅰ型乾酪根生成的油幾乎全部可以從生油岩中排出,但Ⅲ型乾酪根和煤生成的油,大多數或全部的油都不能排出,而留在源岩中,最終裂解成氣。生成石油的數量和質量在很大程度上依賴於有機質類型,通過室內高溫裂解實驗和野外實際調查結果表明,Ⅰ型乾酪根經高溫裂解,有 80%可生成輕質烴,對Ⅱ型乾酪根進行質量平衡計算表明,生烴潛力可達 60%,Ⅲ型乾酪根高溫裂解生烴率小於 15%。
在石油運移過程中可以發生幾種化學變化。石油發生初次運移時,由於不同烴類化合物的擴散率和黏性不同,因此在石油運移過程中會發生分餾作用。輕烴比重烴具有較高的擴散性和較低的黏性,因此,輕烴更易運移,與生油岩相比,儲油岩更富集輕烴。石油中帶極性的成分、瀝青質和樹脂等可被礦物表面吸附,因此不太容易從源岩中排出,因此,與生油岩瀝青相比,儲油岩中相對缺少這些成分。總之,初次運移過程中,油氣化學組分的變化主要受運移途徑的吸附和解吸現象所控制,總的規律是極性較小的化合物特別是低分子量化合物優先釋出並進入儲集岩。
二次運移是石油被水攜帶穿過儲層孔隙運移。沿著二次運移的主要方向,油氣的化學成分和物理性質有規律地變化。這些油珠與周圍的孔隙水相接觸,其中的極性分子容易富集在油水界面,芳香烴比正烷烴和環烷烴的極性強,在水中的溶解度也大,所以隨著石油的運移,其非烴和芳香烴族分逐漸減少。相對易溶於水的石油組分在運移過程中容易損失,該過程稱為水洗 (water washing),按照輸導層礦物顆粒的潤濕性,一些重質組分容易被吸附。這樣,沿著運移的途徑,石油中非極性的烴類含量有所增加,而膠質、瀝青質、卟啉化合物及其非烴類含量有所下降。好氧細菌會使石油發生生物降解作用 (biodegradation),無支鏈的長鏈烷烴優先發生生物降解,隨後是帶支鏈的烷烴、環烷和無環的類異戊二烯烴,帶芳香環的類固醇最少發生生物降解。最後,在石油運移之後,還會發生進一步的熱演化作用,引起甲烷和芳香族化合物增加,而脂類化合物成分減少。