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无机成油理论究竟是什么?

回答
无机成油理论,也叫“无机起源说”或“非生物成油说”,是地质学和石油科学领域一个长期存在的、且极具争议的学说。简单来说,它认为地球上的石油并非都来源于古代生物的遗骸,而是可以由地球深部无机物质在高温高压下,通过地质作用而形成的。

要理解这个理论,我们得先回顾一下主流的“有机成油理论”。目前被广泛接受的观点是:地球上的石油和天然气主要来源于古代海洋或湖泊底部沉积的动植物遗骸。这些有机物质在缺氧环境下,经过漫长地质时期的埋藏、压实,在适宜的温度和压力条件下,逐渐发生复杂的化学反应,最终转化成液态的烃类(即石油)和气态的烃类(即天然气)。这个过程叫做“生油作用”。

而无机成油理论则挑战了这一观点,它提出了另外一种形成石油的途径。支持者认为,在地球形成初期,地幔中存在着大量的碳和氢等元素。随着地球内部物质的不断运动和演化,这些无机物质可能通过各种地质过程,比如火山活动、岩浆侵入、深部流体运移等,被带到地壳深处。在地壳深处,极高的温度和压力环境下,无机物中的碳和氢可能会直接发生化学反应,生成甲烷(CH4)等简单的烃类化合物。随着时间的推移和地质条件的进一步变化,这些简单的烃类可能会进一步聚合、裂解,形成更复杂的链状、环状烃类,最终形成石油。

详细解释一下无机成油理论的核心观点和论据:

无机碳氢来源: 理论认为,地球深部存在着大量未被有机物固定的无机碳和氢。这些无机碳氢可以通过地幔上升、岩浆作用、热液活动等方式进入地壳。例如,碳酸盐岩石在高温下分解可以释放出二氧化碳,二氧化碳在还原性条件下可以转化为甲烷。另外,一些研究表明,在地球形成之初,可能就存在着大量的甲烷等简单烃类。
形成机制:
热解作用 (Pyrolysis): 在极高的温度(通常认为在几百摄氏度以上)和压力下,无机碳源(如碳酸盐、碳化物)和氢源(如水、氢气)可以发生化学反应,直接生成烃类。例如,金属碳化物与水反应可以生成甲烷。
费托合成 (FischerTropsch Synthesis) 类反应: 这是一个工业上合成烃类的方法,基本原理是通过催化剂,将合成气(一氧化碳和氢气)转化为不同链长的烃类。无机成油理论认为,在地质深部,可能存在着类似的自然催化剂(如某些金属元素、硫化物等),使得地幔来源的一氧化碳和氢气能够发生费托合成类似的反应,生成石油。
深部流体运移: 地幔中的原始甲烷和其他挥发性物质,可能通过断层、裂缝等通道,向上运移到地壳的储层中,形成油气藏。
支持证据(或说声称的支持证据):
深源天然气: 在一些远离有机生油的地区,发现了富含甲烷的天然气,且其同位素组成(如碳的同位素比值)与生物成因的天然气不同,更偏向于无机成因。
地幔挥发物: 在一些火山气体、深部钻井的流体中,发现了甲烷等简单的烃类。
实验室模拟: 一些科学家在实验室模拟了高温高压下的无机反应,成功生成了甲烷等烃类。
某些油藏的特点: 极少数研究者认为,某些超深油藏、或缺乏有机物来源的油藏,其石油的形成可能更多地依赖于无机成因。

为什么无机成油理论会有争议?

尽管有一些支持证据,但无机成油理论在科学界并未被广泛接受,主要是因为它面临着巨大的挑战:

产量和效率: 大部分无机成油的实验和理论模型表明,在地球深部能够形成足够数量并能形成经济性油藏的石油,其效率非常低。地球上已探明的石油储量是巨大的,单纯依靠无机成因很难解释如此庞大的储量。
油品复杂性: 生物成油可以解释石油中复杂的烃类成分,包括直链烷烃、支链烷烃、环烷烃、芳香烃以及少量非烃类化合物,这些物质的结构和比例与生物遗骸的演化过程高度吻合。而无机成因的反应,通常更容易生成结构简单的烃类,如甲烷。要解释石油中复杂多样的成分,无机成因的机制需要更强大的证据支持。
证据的局限性:
深源天然气的证据:虽然发现了深源天然气,但其数量相对较少,且可能只占全球天然气总量的很小一部分。
实验室模拟:实验室条件下的模拟,可能与地球实际地质条件存在巨大差异,结果的普遍适用性存疑。
油藏的“无机”特征:很多被认为是“无机”油藏的例子,通过更深入的研究,往往也能找到潜在的有机来源,或者其油气运移过程非常复杂,难以确定源区。
缺乏直接证据: 目前还没有直接、确凿的证据表明在地球内部存在大规模的无机成油过程,能够形成我们今天所见的石油。

总结一下:

无机成油理论的核心是认为地球上的石油不仅可以来自生物,还可以直接由地幔等深部无机物质在高温高压下形成。它试图解释一些现有的地质现象和油气分布特征。

然而,由于在形成效率、油品成分复杂性以及直接证据等方面存在不足,该理论目前仍是一个边缘性学说,并未取代主流的有机成油理论。但科学研究是不断发展的,对地球深部物质组成、高压高温化学反应的深入探索,以及对一些特殊油气藏的研究,或许能为这个理论带来新的视角,或者让我们对石油的形成机制有更全面的认识。

总而言之,这是一个关于石油“从哪来”的更广泛的追问,试图拓展我们对地球内部物质转化和能源形成的理解边界。

网友意见

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有人用这套理论真的采掘到石油过吗?它能否解释今天石油的开采量与探明储藏量的不断提升?

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