A. 有机质热演化和石油的形成
当沉积有机物被埋藏时,随着温度和压力的增加,沉积有机质演化通常分为三个阶段:成岩作用 (diagenesis)、深成热解作用 (catagenesis)和变质作用 (metagenesis)。在沉积剖面最上面几米范围内,细菌会对有机质发生迅速的分解作用,随着深度加大,细菌分解速度减慢,该过程为成岩作用。实际上,在高达 75℃和近 3000m 的地下岩石中都发现了细菌。当细菌活动停止时,聚合作用和缩合作用等化学作用将逐渐增强,这些没有被微生物降解和消耗的有机残余物质,重新缩聚成更加稳定的,与高温高压相平衡的稳定结构,即地质聚合物 (这些聚合物在土壤中为腐殖质,泥炭沼泽成岩演化的产物是褐煤,而沉积物中分散有机质的成岩演化产物为干酪根)。干酪根分解为多种烃类和难溶有机质残余,上述过程称为有机质深成热解作用,当温度达到 100～150℃ 时,产生各种烃类混合物——石油,并伴随少量的沥青、沥青质和树脂,这部分沥青称为油或原油。在温度达到 150～175℃时,最终产生甲烷和石墨,该过程称为变质作用 (图8-21)。
图8-21 干酪根成烃演化趋势示意图
(据Tissot et al.,1984)
1.成岩阶段
成岩作用是以微生物对有机质改造为特征,是由生物聚合物向地质聚合物转化的过程。氨基酸和低分子量的肽及单糖被微生物直接吸收;蛋白质和多糖被真菌和酶分解成可溶的氨基酸和单糖,再被它们同化;类脂化合物和淀粉也可以被微生物同化或发生降解作用。一些易降解的有机化合物由于被抗降解的物质保护,可以免遭微生物破坏。如蛋白质受矿物覆盖物的保护而增强抗分解能力。高度交叉结合的纤维蛋白如角蛋白具有抗微生物分解的能力,而高等植物的纤维素和半纤维素则由于受木质素的保护,一些类脂物如孢子花粉受孢粉壁的保护均可以增强它们的抗分解能力。
由于埋藏深度较浅,温度、压力较低,有机质除形成少量烃类和挥发性气体以及早期成熟度较低的石油外,大部分转化成干酪根保存在沉积岩中。由于细菌的生物化学降解作用,产物以甲烷为主,缺乏轻质 (C4～C7 )正烷烃和芳香烃。
干酪根的形成是成岩阶段的主要产物,并标志着该阶段的结束。除干酪根外,该阶段还出现少量的生物标志化合物。这些生物标志化合物主要来自类脂化合物,由于这类化合物的结构主要以碳-碳键相连接,键能高,稳定性高,不容易被微生物分解,基本保持了原有的碳骨架。此外,它们可以范德华力、氢键或以吸附的形式与腐殖酸、黏土矿物结合,从而增加了自身的稳定性。这些具有特殊结构的化合物,将不会或很少受到影响和破坏。它们的原始结构、原有的化学性质仍将得到保存或只有稍微的改变。生物体中原有的少量正构烷烃和其他有机化合物,在沉积和成岩过程中以不变或微变的形式保存下来。
因此,成岩作用阶段的烃类形成以生物甲烷气为主要特征,沉积有机质尚未成熟,没有大量转化为烃类,有少量的烃类来自于活生物体,大部分为 C15重烃,为生物标志化合物。此外,在特定的生源构成和适宜环境条件下可生成相当数量的未熟油。干酪根演化表现为强烈的去杂原子化,主要产物为水和CO2 ,同时伴生一些富沥青质与胶质的重烃。
2.深成热解阶段
深成热解作用是随着温度和压力增加而发生的一系列热力学反应,干酪根分子发生重排,脱去一些官能团,碳-碳键断裂,形成了中等至低分子量的烃类和 CO2、H2 O 和H2 S等,从而使干酪根结构更有序和更紧密,以在新环境中达到平衡。
深成热解阶段是干酪根热解成油气的演化阶段,又进一步分为:①主成油阶段,又称为“液态窗”阶段,即指液态烃类能够大量形成并保存的温度区间,在图8-21 上,为产烃最大处,即生油带阶段。该阶段 H/C 比值小于 1,O/C 比值小于 0.1,镜质体反射率一般在0.6%～1.3%之间,相当于温度60～125℃,地层埋深为1500～2500m。干酪根由于受热,在热催化作用下开始大量裂解形成烃类。黏土矿物的催化作用可以降低有机质的成熟温度,促进石油生成。在该阶段,一些侧链开始脱落,尤其是那些长的侧链、键能比较低的杂原子团优先被排除。同时,烷基和环烷基部分从干酪根中消失,羧基或碳氧基完全消失,剩下的大部分氧以醚的形式存在,也可能存在于杂环中,可溶有机质数量迅速增加。新生的烃类没有特征的结构和特殊的分布,它们数量不断增加,逐渐稀释了继承性的生物标志化合物浓度。按照液态烃形成阶段,可以将其分为低成熟原油、成熟原油。石油成熟度越低,非烃组分越丰富,重质烃比例越高,继承性的生物分子越多,原油密度大;成熟度高的原油,由于干酪根和已形成的重质烃继续裂解,形成了更多的轻质烃,非烃组分大大减少,石油密度变轻。②凝析油和湿气阶段。这个阶段镜质体反射率为 1.3%～2.0%,大致相当于地温 150～250℃,地层埋深为 2500～3500m。在高温下,碳—碳键断裂更快,剩余的干酪根和已形成的重烃继续热裂解,轻烃 (C1～C8 )比例迅速增加,烃体系气油比一般超过 600～1000m3/t。液态烃裂解使C25以上高分子正烷烃含量渐趋于零,只有少量低碳原子数的环烷烃和芳香烃,在族组成中脂肪族相对增加,含杂原子的胶质含量减少,沥青质组分则转变为焦沥青或固态残渣。在地层温度和压力超过相态转变的临界值时,这些轻质烃就发生逆蒸发,反溶于气态烃中,形成凝析气 (gas condensates)这些凝析气到达地表后,浓缩为液体,因此称为凝析油 (condensates)。温度为 150～180℃时称为湿气带,为含有更多气态烃的湿气。最终出现干酪根的缩聚作用大于裂解作用,液态烃完全消失。由于不饱和烷烃每个碳原子具有2 个或更多氢原子,而芳香族化合物每个碳原子只有 1 个或更少的氢原子,因此,干酪根深成热解作用使 H/C 和 O/C 比值持续下降,这种原子比值的变化趋势如图8-21 中箭头所示。
3.变质作用
当干酪根的 H/C原子比小于0.5 时为过成熟,接近于甲烷生成的最低限。该阶段,地层埋深为3500～4000m,有机质演化进入变质阶段,干酪根上绝大部分可以断裂的侧链和基团基本消失,无生成液态烃能力,但能进一步裂解形成甲烷等气态烃。该阶段主要的化学反应为高温裂解,甲烷是最主要的烃类产物,干酪根本身由于芳构化作用和缩聚作用逐渐向高碳质的焦沥青和石墨演化。此外,前一阶段生成的重质烃类,在高温条件下也进一步裂解成干气,该阶段也称为过成熟干气阶段。沉积有机质热演化的最终产物是石墨和甲烷。
深成热解阶段各种反应速度与温度呈指数关系增长,温度每增加 5～10℃,反应速度约增加两倍。因为该阶段,反应速度不仅仅是温度的函数,还与时间有关系,确切地说,与加热速度有关。加热速度一方面与埋藏速度有关,一方面与地热梯度有关。埋藏速度主要与沉积盆地下沉速度有关,地热梯度变化较大,从 10℃/km 到 80℃/km,在地热区甚至更高。据估计,古老地盾区地热梯度较低,典型裂谷地区和洋壳地区,地热梯度较大。石油常形成于与构造活动有关的下沉盆地内,此处地热梯度较高。形成石油的典型环境,地热梯度变化范围一般为25～50℃/km。作为反应动力学、埋藏速度和地热梯度变化的综合结果,形成石油所需时间是不同的。在加拿大西部地热梯度较小的泥盆纪沉积盆地中,沉积物沉积300Ma后,石油才开始形成。相反,在美国洛杉矶盆地中,上三叠系沉积物在沉积10Ma后就已经开始生油了。开始生油所需的温度与时间呈反比。例如,巴黎盆地下侏罗统沉积岩开始生油温度约为60℃,洛杉矶盆地中-上新统沉积岩生油温度为115℃。反应速度也与干酪根类型有关,易发生变化的Ⅰ型干酪根反应温度相对较低;难溶的Ⅲ型干酪根成油温度较高 (高达 250℃),因为长链脂肪族化合物在这些温度下不稳定,因此难溶Ⅲ型干酪根的主要产物是甲烷。
B. 中东地区石油为什么那么多
中东地区是个天然大 油库，2005年石油剩余可采储量1001亿吨，占世界总储量的57%；石油产量11.3亿吨，占世界总产量的31%。多少年来，中东以其极其丰富的石油资源促进了人类的繁荣和进步，但也成了无数战乱的根源。 2002年中东出口石油8.9亿吨，占世界石油总贸易量的41%，其中向美国出口1.14亿吨，向西欧出口1.6亿吨，向中国出口3890万吨，向日本出口1.95亿吨，向亚洲地区其他国家出口3.1亿吨。由此可见，中东是主要石油消费国的主要石油供应国。 毫无疑问，中东在21世纪仍将是世界石油供应的中流砥柱。由于这一特殊地位，也将成为经济、政治、军事激烈争夺的焦点。战乱此起彼伏，将使中东人民在享有石油带来巨大财富的同时，蒙受油田被破坏的损失，石油产量升降无序，以致人民生命遭受巨大牺牲。 原因：第一，地形属于板块交界处，亚欧板块非洲板块印度洋板块交界处地质运动活跃，三叠纪白垩纪时期，被子植物和裸子植物生长茂盛，靠近海洋浮游生物繁殖快、动物进化较快，种类多，气候适宜，冰川运动期间地质灾害集中，大量植物动物，被掩埋于地下，长时间隔绝空气，性质发生变化，形成石油。 第二，中东地区在世界内，地形较其它地区低矮，形成盆地状态。中东犹如“盆底”，容易石油累计其中。 第三，地表覆盖严密，不容易泄露挥发。
C. 地下的石油是由什么演化而来的
分类: 教育/科学 >> 科学技术
解析:
美国休斯顿一家石油勘探公司提出一个新理论：所有的石油都是从古老的岩石中生成的，而并非通常认为的埋藏在地下的死亡动物或者植物等有机体在压力和热的作用下分解转化而成。这一观点得到3位俄罗斯同行的赞同，但相关论文在美国《国家科学院院报》上一发表，便引起广泛争议。
该公司负责人肯尼认为，从岩层断裂处释放出的地热，使埋藏于地底100公里深处的碳化无机物和水在高温高压作用下产生了碳氢化合物，所有的石油都是通过这种方式形成的，而且现在还有大量的矿点未被发掘。
石油地理学家已经部分接受了这一观点。美国地理调查部门的麦克·卢万表示，有一部分石油来自无机物，这一点毋庸置疑。但对于肯尼提出的“石油不可能由浅层岩石中的有机物形成”这一论断，他则坚决反对。新泽西州矿产及矿产资源部的布雷恩·布里斯特认为，肯尼的观点是对有机化学理论以及几十年来在石油地理化学领域所进行的研究的蔑视。
目前普遍认同的理论是，埋藏在地下的远古时代未被细菌分解的有机物在一定温度、压力条件下，经过几百万年的演变，形成了可供开采的石油。微生物将地表以下的有机物转化为碳氢化合物，剩下的埋藏在深层地底的有机物则在温度和压力下经过分解及复杂的化学反应生成石油。通常具有商业价值的油田都位于地表以下500米－700米深处，最深的油井在约6公里深的地底。而10公里以下的更深处则根本不会有石油或天然气。
肯尼认为，浅层地表形成的低压条件更容易产生甲烷，而不是较重的碳氢化合物。他在实验室中将氧化铁、卵石和水加热至900摄氏度高温时得到重碳氢化合物。据此他认为，稳定的石油只有在30000个大气压条件下，也就是100公里以下的地底才能形成。
不过，即使肯尼关于石油形成的理论只有部分正确，也可能为石油勘查工作打开一扇新的探索之门。
D. 煤是几亿年前的树木演变而成的，石油是几亿年前动物尸体演变成的，真的吗
煤炭是远古植物形成，这一点并没什么疑问，因为在各个地质年代的煤炭层中发现了大量的植物化石，比如我国的华北以及西北与东北地区的早白垩纪煤层中，发现了大量的松柏类植物花化石，另外在大别山、秦岭以及昆仑山以北的煤层中真蕨类与银杏纲植物居多，另有大量的苏铁纲、楔叶纲等中侏罗纪时代的植物！而准噶尔盆地的煤矿也是中侏罗纪时代，与秦岭与昆仑山一带的蕨类植物化石等有相当的雷同！
从有机成因来说，我们的石油将会越来越少！毕竟大自然的积累是有限的，人类无节制的开采使用，终有一天将会将地球上数十亿年积累的太阳能（有机物都来自于光合作用，动物也间接来自太阳能）消耗一空！
2、无机成因
比如化学家门捷列夫就认为油气是无机化合物经复杂地球物理化学作用形成，很有可能来自于地幔的无机成因！如果真是无机成因，那么油气从另一个意义上也许是“无限的”，而且油田分布将会形成新的理论！
有机成因的证据：石油馏分具旋光性，这是生物有机质普遍具有的旋光性！另现代的沉积物都发现有构成类似早期烃类化合物！
无机成因的证据：碳氢沉积物在地球早期即形成，比如在科拉深钻孔底部就发现大量的氢沉积物！并且又发现已经开采过的油田又有油流入，似乎从有机成因上有些难以解释！
不过无论是无机还是有机，有一点倒是大家都统一意见的，即过多的燃烧石油会造成空气污染，无节制的排放将会造成全球温室效应，未来地球气候极端化发展也许指日可待，甚至已经在发生！因此从这点上来看，即使无限时候人类仍然得有限使用，核聚变电站还是得研制，要不然总有一天地球将不适合人类生存！
E. 为什么科学家说石油是可再生资源有什么依据
受全球疫情的影响，美股几天之内连发多次熔断，连“股神”巴菲特都说，他活了89岁，这种现象也是第一次见。不仅是美股，石油市场也正经历着前所未有的危机，一直处于高昂价格的原油也开始下跌，一些石油公司甚至面临破产威胁。之所以石油价格居高不下，很大一部分源于石油是不可再生能源，未来将会面临枯竭的说法。
作为各国发展的重要工业原料，制造石油来源的紧张感，以获得高昂的价格也不是没有可能。石油来源到底是科学还是骗局，还需要我们日后继续研究。但是，不管石油能否再生，珍惜地球资源永远是人类可持续发展的根本。即使这些资源用不完，过度的开采也会产生其他的自然灾害。
F. 煤是几亿年前的树木演变而成的，石油是几亿年前动物尸体演变成的，真的吗
先说说煤炭，煤炭是植物演化而来的，这几乎是整个科学界的共识，原因很简单，刚刚开采出来的煤炭当中，基本上都能找到一些植物的根茎化石，然后把煤炭的切片放到显微镜下面，你能清楚的看见植物的纤维组织，甚至有时候你还能找到一些古老的昆虫标本，总之煤炭的前身是植物，这一点没有争议。
至于煤炭形成的过程，有一种说法是远古时期，大量的蕨类植物开始茂密生长，这些蕨类植物最终形成一片又一片巨大的雨林，由于当时的自然界当中，不存在一种可以分解木质素的酶系统，导致这些植物死亡之后，无法将体内的碳循环出去，结果造成了在那个时期，大气的含氧量暴增到35%。
一直到下一个纪元到来之后，能够分解木质素的酶系统才出现，于是大气的含氧量开始缓缓下降，最好变成今天这个样子，而当时的那些植物只能沉积在厚厚的泥土当中，最好变成黑色的煤炭。
有机物质形成之所以被绝大多数科学家所接受，有这么几个科研数据作为支撑，第一个是人类目前所发现的油气田，99%都位于沉积岩当中，第二个是石油灰和煤灰的元素含量，基本上大致相同，既然煤炭是有机物质演化而来的，石油自然也应该是有机物质演化的。
第三个是在人类近代的科考当中，一些沉积物确实生成了油气，且这个过程至今还在进行当中，第四个是一些实验室当中，科学家曾经对沉积物中的一些有机物质进行加热，结果也生成了类似于石油或者天然气的物质。
所以最后的结论很清楚，大部分的石油都是由干酪根形成的，一小部分由海洋动物的尸体形成。
G. 地球上的石油究竟是怎么来的真的和远古生物遗骸有关吗
说到石油，大家都知道它的重要性，它号称“工业的血液”。石油作为一种工业原料，衍生出来的很多化工产品在我们的日常生活中非常常见，对我们的生活产生了很大的影响。一个国家如果想要搞好工业，以目前人类的科技水平来说，必须要用到的就是石油，石油已经被很多国家看作非常重要的战略物资。
有人提出石油快要消耗殆尽，是因为有些科学家在经过研究以后认为，地球上未必存在如此多的远古动物植物的遗体。在经过了几百年的疯狂燃烧以后，地球上石油可能所剩无几。我们应该节约能源，不浪费资源。
H. 石油是什么东西变的真的是古生物演变的吗
目前科学界大部分理论更支持古生物形成石油的“有机成油学说”，只有小部分理论支持“无机成油学说”。
几乎每隔一段时间，世界油价就会因为各种因素产生波动，因为石油和煤炭、天然气一样都属于资源型商品，即便已经了解了其成分，但仍不可以人工合成，也无法商业取代。虽然表面上看石油属于流通型商品，但在当今世界发展的大格局下，谁掌握了石油谁就拥有“财富”，所以正如我们所看到的那般，某些中东国家仿佛受到了老天爷的眷顾，仅依靠石油就能盆满钵满。
石油在形成之初，由于颗粒比较小，可以随着地热向上运动，在裂隙的上方不断聚合，进一步融合成更大的油珠，而这些大油珠进一步融合后，就会在重力的作用下回落到裂缝当中，从而进一步压迫岩浆气形成新的油珠，最终在一次次循环过程中，渐渐就形成了油藏，这个过程有点类似于降雨生成的过程，只不过降雨是遇冷，而油珠是受热，但两者都是在形成与下降之间往复循环，所以无机成油学说认为，石油蕴藏量取之不尽用之不竭。
同样，石油无机成油学说也对中东石油丰富做了解释，其认为中东石油富集且成分极为相似，正是因为有着统一的裂缝来源，否则波斯湾周边不会出现海相油田与陆相油田并存的现象。当然了，无机成油学说也存在无法解释的地方，比如前面所说的地球99%以上的油田都是在沉积岩中发现的，这一点与无机成油学说所认为的裂缝不相匹配。另外，石油中还含有大量的生物成分证据，如果成油过程中没有生物加入，那就无法解释这些生物成分的来源。
最为重要的是，石油形成以后，无法在高温环境中保持稳定，更不可能与高热岩浆气并存，所以支持石油无机成油学说的人始终占少数。最后，不管是有机学说，还是无机学说，都认为石油蕴藏量，会因为储油层的岩石结构不同而不同，因为石油最初形成时均匀的分散在岩层孔隙当中，就像充满水的海绵一样，是在地球超压、构造应力等综合作用下，才逐渐流动汇集到一起，所以才最终呈现出地球石油分布极度不均匀的现象。
I. 蕴藏在海底的石油是怎样演变而来的呢
石油的生成至少需要200万年的时间，在现今已发现的油藏中，时间最长的可达到5亿年之久。在辽阔的海底蕴藏着丰富的石油资源。我国浅海大陆架开阔，渤海、黄海、东海及南海的南北两翼都有面积广大、沉积巨厚的大型盆地，石油储藏量大。其实它是有机物质在适当的环境下经过复杂的物理、化学变化，逐渐地转化成石油。
在地球不断演化的漫长历史过程中，有一些“特殊”时期，如古生代和中生代，大量的植物和动物死亡后，其身体中的有机质不断分解，与泥沙或碳酸质沉淀物等物质混合，在低洼的浅海或陆上的湖泊中沉积，形成了有机淤泥。这种有机淤泥又被新的沉积物覆盖、埋藏起来，形成氧气，不能自由进入的还原环境。随着低洼地区的不断沉降，沉积物不断加厚，有机淤泥所承受的压力和温度不断上升，在这种状态下，处在还原环境中的有机物质经过复杂的物理、化学变化，逐渐转化成石油。经过数百万年漫长而复杂的变化过程，有机淤泥经过压实和固结后，变成沉积岩，形成生油岩层。
开采石油1
J. 原始大气的演变与石油天然气的形成
李汉韬
（滇黔桂油田规划设计所，云南昆明650200）
【摘要】关于石油天然气的形成，有机成因说目前已被普遍接受。但天文学家发现宇宙中存在大量天际有机分子，其中甲烷是天然气的主要成分，这就说明有机物并非是石油天然气的唯一来源，石油天然气的形成可能十分复杂，是多种因素综合的结果。本文试图从原始地球的原始大气组成入手，简要分析其演化历程以及可能形成的有机物，重新探讨石油天然气的形成。
【关键词】石油天然气；原始大气；有机结核体；原始油气藏
由于石油具有生命有机物才具有的旋光性，并且存在某些生物标志的化合物，如卟啉化合物、异戊间二烯烃、萜和甾烷类化合物，石油天然气的有机成因说已经普遍被接受。但由于石油天然气的比重小于水，在强大的地层压力下，有向上运动的趋势，一旦遇到裂缝或断层，便会从下面的古老地层运移到上面的更新的地层，并溶解新地层的有机物。因此，石油中含有生物标志的化合物不能完全说明它就是有机成因的。
1石油天然气成因理论简述
关于石油天然气的形成，主要有无机成因说与有机成因说两种观点。本文在这两种学说的基础上提出原始大气演变理论，供有关专家讨论。
无机成因说认为，石油天然气是由碳化无机物反应形成的，以L.高契尔[1]的阐述最具有说服力。他认为原始大气中的二氧化碳和氢气首先反应生成一氧化碳和水，一氧化碳再与水按照类似于费—托合成反应模型（Fischer-Tropsch Type）无机合成各种烃类。
朱夏油气地质理论应用研讨文集
当温度在180～400℃时，特别是存在镍、铁、二氧化碳的情况下能生成各种沸点的烃类及少量的酸、酮、醛、酯、醇等有机物。
有机成因说认为，石油天然气来源于有机物。海洋或湖泊中的微生物死亡后，它们的遗体被迅速埋藏免遭细菌的分解，当沉积到一定厚度后，在温度压力适宜的条件下，便转变成石油天然气。
原始大气演变理论认为，石油中的轻组分及天然气主要是由原始大气合成的，而石油中的重组分则可能由早期的有机物降解而成，二者通过地壳运动产生的裂缝运移在一起，混合成为复杂的混合物。石油天然气的形成贯穿地球的起源至生命的诞生，研究石油天然气的形成应从原始大气开始。
2原始大气的演变与石油天然气的形成
2.1原始大气的组成
原始地球有哪些大气成分呢？谁也不知道。不过，地球是太阳系中的一员，我们不妨先将太阳系9大行星的气体成分作比较，从中找出一些规律。
根据探测器发回来的资料[2]，水星、金星、火星等近日行星的大气组成以二氧化碳为主，其中金星的二氧化碳含量为97%，火星为95%，而轻组分气体含量较小。木星、土星、天王星、海王星等远日行星的大气成分以氢气、氦气为主，其余是少量的甲烷、氨气，而二氧化碳的含量极小。不过这并不能说明这类行星不含二氧化碳，只是因为这类行星离太阳较远，表面温度较低，二氧化碳、甲烷、氨气等气体在低温高压下以固态或液态的形式存在，加上星球外而覆盖一层以氢气和氦气为主的厚厚大气层，无法探测到它们的存在。冥王星由于距离地球甚远，我们了解得不多，从它的密度来看，估计与彗星相似，可能是由干冰、氨冰、甲烷冰组成的冰球。
尽管这些行星大气组成不同，但却是有规律可寻的。近日行星表面温度高，一般质量小，大气组成以二氧化碳为主。远日行星由于远离太阳，表面温度低，甲烷、氨等分子量较小的物质也能以固态、液态的方式存在。巨行星远离太阳，气体组成则以氢气、氦气为主。宇宙中氢气含量最大，氦气次之，质量小的行星不能吸附它们。
地球质量大于近日行星，又远远小于巨行星，原始大气组成必定以二氧化碳为主，同时还含有大量的氨气、甲烷，此外还含有少量的乙烯、乙炔、氢气、氦气、一氧化碳、硫化氢、氰化氢和水蒸汽。
原始大气中的甲烷、二氧化碳、硫化氢等气体是天然气及可燃冰的主要成分。
2.2原始大气合成原始有机物
2.2.1原始大气合成有机物的证据
天文学家发现，宇宙中存在许多天际有机分子，其中有比较简单的有机分子，如乙炔、丙炔、乙醛、二甲醚、乙醇、乙烯；也有比较复杂的有机分子，如脂肪酸、氨基酸、多肽等。这些有机分子显然是由无机分子合成的。1953年，美国青年学者米勒设计出模拟原始大气化学反应的实验，他将烧瓶中的空气抽掉，泵入甲烷、氢气、氨气等混合气体模拟地球的原始大气，然后暴露在连续放电的条件下，结果得到了多达20种有机物，其中包括11种氨基酸。
2.2.2原始大气合成有机物的条件
原始大气合成有机物需要能量，这些能量主要来源于太阳能以及地球内部的火山爆发。地球处在离太阳约1.5×108km的特殊位置，使得地表温度既不太高，也不太低。温度太低，没有足够的能量；温度太高，合成的有机物不稳定。月球离地球约38×104km，质量约为地球的1/81。由于它们彼此靠得很近，受到的潮汐力非常大，使得地壳活动剧烈，其剧烈程度远远大于与地球相邻的金星和火星，因此频频发生地震和火山爆发。火山爆发时产生的高温，为原始有机物合成提供了能源。在火山爆发的同时，释放出铂、镍、铁、硫等元素及其氧化物，而这些物质正好为有机物的合成起着催化作用。
除此之外，天空中的放电，宇宙射线的照射，陨石或彗星同大气碰撞时发出的冲击波等等，亦有利于原始有机物的合成。
2.2.3原始大气合成有机物的种类
原始大气合成的烃类可能以正烷烃为主，也有异烷烃、环烷烃和芳香烃：
朱夏油气地质理论应用研讨文集
由于原始大气含有水蒸汽，原始大气合成的烃类降落地面后，遇到酸、碱、盐等化合物，便进一步合成脂肪酸、氨基酸、多肽、原始蛋白质等。除此之外，还能合成具有生物标志的化合物，如卟啉化合物、萜类和甾烷类化合物。
原始大气合成的烃类是石油的主要成分，脂肪酸、氨基酸等有机物在高温时能降解为烃类。但是，由原始大气以化学方式直接合成的有机物非常有限，只有在有机物出现结果核现象，能吸附、过滤原始大气中的二氧化碳、甲烷、氨气等气体，类似生物生长后，有机物才大量产生。
2.3原始有机物的结核
由于原始大气的还原性极强，合成的有机物能长期保存。某些有机物具有极性基团，彼此相互吸附、聚结、并与某些金属离子络合，从而形成类似于叶绿体之类的有机结核体。结核现象在物质世界中普遍存在，如常见的癌症和结核病等。无机物中也会出现结核现象，如海洋中的锰结核，它是一种球状块状的锰与铁的结核块，直径从0.5cm到25cm，个别达到米以上，切开来看，里面像洋葱头一样层层相叠，颜色从暗黑到褐色，最常见的是土黑色，全身有很多细孔，具有过滤作用，海水通过这些细孔时，锰、铁等元素便被吸附下来，因而能以惊人的速度不停地生长。
由原始大气合成的这种有机结核体也能像锰结核过滤海水一样过滤原始大气，大量吸附大气中的二氧化碳、甲烷及氨气，并利用光能合成新的有机物。由于原始大气具有很强的还原性，没有细菌分解，有机结核体能长期保存，并大量沉积下来。早期的有机结核物可能能溶于有机溶剂，部分受热能降解为石油的重组分、沥青质等。而后期的有机结核体一般不溶于有机溶剂，成为地层中的干酪根或煤。
有机结核体长期遭受紫外线的照射，便进一步演变成为具有细胞分裂功能的原始生命：原始细菌和原始藻类。原始藻类出现后，大量吸收原始大气中的二氧化碳并放出氧气，原始大气逐渐由还原性变成氧化性。这时期的生物体仍能大量沉积，受热能降解成烃类，形成少量、分散的煤气、沼气，但不能形成石油天然气。
3油气藏的形成
由于地质作用，原始大气合成的有机物处在封闭的地层中保存起来，当沉积到一定深度后，经过一系列的化学变化，演化成今天的石油天然气。储藏原始有机物的地层称为原始油气藏。
3.1油气藏的形成条件
能形成原始油气藏的必定是能储藏原始有机物的原始盆地。既然石油、天然气主要形成于生命起源之初，那么，只有足够古老的地层才有可能存在石油、天然气。其次是地层要相对稳定。由于石油、天然气的比重小于水，很容易经裂缝渗透到达地面，因此在地壳活动频繁的地区，油层中的轻组分散失，剩下稠油或沥青。再次是地层中孔隙多、渗透性好。因此，在中东、里海等不毛之地的沙漠，石油的含量十分丰富。
3.2原始油气藏的形成过程
3.2.1油层的形成
原始地球类似于现在的金星或火星，表面是一个砂尘的世界，没有水，也没有海洋。原始有机物合成后，飘荡到低温地区，便会象雨水一样降落在地球表面，在低洼的地方聚集起来。如果这些区域渗透性极好，如像中东、里海等沙漠地区，这些有机物便渗透到地下去，在地层孔隙中储藏起来成为含油层。
3.2.2覆盖层的形成
原始有机物出现结核后，分子量越来越大，并且具有较强的粘性，一般不再渗透到地下，而是留在地面，与砂子发生进一步反应出现成岩作用，形成坚硬、致密、非渗透的覆盖层，将早期的地层圈闭起来，形成原始油气藏。
3.3原始油气藏的演化
原始油气藏形成至今经历了漫长的地质年代。随着沉积深度的增加，地层温度升高，原始油气藏的某些有机物，如脂肪酸、氨基酸、多肽、原始蛋白质、卟啉化合物，便会受热降解，增加石油天然气中的烃类组分。
另外，地壳运动很容易破坏原始油气藏，原始油气藏中的石油天然气便沿着断层、裂缝运移到新的地层，并且会溶解新地层中的有机物，成为新的油气藏。与原始油气藏相比，新的油气藏中石油天然气的成分更复杂。
4原始大气演变理论与有机成因说的比较
4.1油气的运移
石油有机成因说的主要理论支柱是干酪根受热后降解生成烃类，而烃类是石油天然气的主要成分。这个理论经过人们的实验得到证实。干酪根受热后降解生成的烃类，必须运移到储层中聚集起来，才能形成具有工业开采价值的油气藏。
石油天然气在地壳内的任何移动都称为油气运移，是油气藏形成的一个重要环节，是有机成因说的关键。但这种观点明显违背了热力学第二定律。该定律认为：热量可以自动地从高温物体传向低温物体，而不能自动地作相反的传递，用熵来表达是，任何一个自发过程总是朝着熵增加的方向进行的，物质运动的秩序就越来越混乱。既然石油、天然气是有机物埋藏到一定深度、当温度压力适宜时转化而成的，不论是陆相生油还是海相生油，有机物沉积时必然伴有大量的水分存在，由这些有机物演化而成的石油、天然气必然是以水分为主的混合物；而且人们在解释油气运移时都提到，沉积物中的原生水是促使油气初次运移的重要动力[3]。但新开发的油层表明，其含水率几乎为零。当然，石油天然气与水是不相溶的，但由于石油中含有大量的脂肪酸等乳化剂，它们能以乳浊液的形式共存。因此，石油很难自发地从乳浊液中分离出来，由高度分散状态集中到某一圈闭的地层形成油气藏。油气若在地层中发生运移，只能由高度集中向着分散方向进行，由单一的纯净物转变为混合物。这种现象在注水采油中可以得到充分的证明。再说，许多油层中含有粘土，粘土吸水后便会膨胀。极度分散的油气集中起来将粘土中的水分挤走，这种情况可能性极小。
原始大气演变理论也认为油气形成后会发生运移，油气运移意味着成分更复杂及轻组分散失。
4.2油气在地层中的分布
沉积层中，沉积深度与地质年代有一定联系。一般来说，地层越深，地质年代越古老。如恐龙的化石常见于120m左右的地层，其盛行于130Ma前的侏罗纪；煤炭埋藏在200～300m的地层，它主要形成于300Ma前的石炭纪。而油气层的深度普遍在800～2400m，甚至在6000m以下的地层也含有油气。
由于石油天然气的比重小于水，在强大的地层压力下，有向上运动的趋势，一旦遇到裂缝或断层，便会从下面的古老地层运移到上面的更新的地层，比如我国的陕甘宁、新疆等地和国外的墨西哥湾曾有石油从地下流出。因此，尽管在许多中新生代以后的地层中发现了石油天然气，但并不能证实这些地层的石油天然气是这一地质时期形成的。
原始大气演变理论认为，早在地球形成之初，那时生命还没有起源，就有石油、天然气形成了。因此，石油天然气埋藏深度较深是理所当然的。
4.3地层中有机物的来源
有机成因说认为，石油天然气主要来源于地层中干酪根的降解产物。干酪根是指岩石中不能被有机物溶剂溶解的有机物，它在沉积岩中分布最普遍、数量最多，约占地质体总有机质的95%，有机成因说认为它主要来源于生物死亡后的遗体。但在现在的环境下，可能性很小。尽管海洋或湖泊中存在大量微生物，但它们死亡后一般漂浮在水中，很少沉到洋底或湖底。即使这些微生物能及时被掩埋，依然难以摆脱被细菌分解的命运。从生态平衡角度可以得到充分的证明，因为空气中二氧化碳的含量极小，它是绿色植物进行光合作用、合成有机物的重要原料，如果大量有机物沉积下来免遭细菌分解，大量的绿色植物就会因缺乏合成有机物的原料而停止生长。
原始大气演变理论认为石油天然气主要形成于生命诞生之前，有充足的原料来源。原始有机质在原始的大气环境下能长期保存并大量沉积在地层中，在温度压力适宜时受热降解，并演变成石油天然气。
5结论与讨论
（1）石油天然气是一种以烃类为主的混合物，它的成分十分复杂，以无机物合成主产物为主，也含有机物、生物遗体分解产生的产物。
（2）石油天然气的形成贯穿着从地球的诞生到生命的形成的整个过程，与天体运动、地壳运动、原始大气的演变以及生命的诞生密切相关。
（3）地层中大量有机物主要来源于有机物结核。有机物结核是生命起源关键的一步，但有关细节尚未清楚，有待实验的检验。
参考文献
[1]中国科学院地球化学研究所有机地球化学与沉积学研究室.有机地球化学[M].北京：科学出版社，1982.
[2]洪韵芳.天文爱好者手册[M].成都：四川辞书出版社，1999.18～111.
[3]张万选，李晋超，郝石生.石油地质学进展[R].北京：石油工业部勘探培训中心，1982.