油燃而声 第2期 | 邂逅油气 · 地球岩石知多少？
The following article is from 西南石油大学 Author 大学生全媒体中心
《油气简史》
（第二版 富媒体）
油燃而声 第2期
组成地壳的岩石种类繁多，它们的形态、结构、颜色各异，根据其成因，科学家将其分为沉积岩、岩浆岩和变质岩三大类。
沉积岩
沉积岩主要分布于地壳的最上部，是数十万年甚至亿万年前形成的岩石在地表或者近地表条件下，被水、风、冰川等动力进行物理、化学、生物等风化作用改造，再经过搬运、冲刷堆积形成松散沉积物，最后经过埋藏固结石化而形成。例如，河边、海滩上的沙子和泥，经固结形成常见的砂岩、页岩等。层层叠叠的构造，层与层间有界面，是沉积岩最显著的特征。
▲黄河入海口
▲沉积岩中发育的层层叠叠构造形态
地壳中的沉积岩分布很广，如石灰岩、白云岩、砂岩、砾岩、泥岩、 页岩这些常见类型，石灰岩和白云岩 统称为碳酸盐岩，砂岩、砾岩、泥岩、页岩统称为碎屑岩，煤是一种“特殊”的沉积岩。沉积岩中所含有的矿产，占全部世界矿产蕴藏量的80%，油气就主要存储在沉积岩中。这些看上去普普通通、密不透水的岩石中有什么玄机能储藏“油气” 这样的宝贝呢？
碳酸盐岩
碳酸盐岩主要由碳酸盐矿物组成，具脆性，化学活性较强，易受地表水、地下水、酸液（如酸雨等）溶蚀，石灰岩比白云岩更容易被溶蚀。这类岩石遭受差异溶蚀与侵蚀（指风力、流水、冰川、波浪等外力在运动状态下改变地面岩石及其风化物的过程）作用，在地表常常形成喀斯特地貌，如“山 清水秀，洞奇石美”的桂林山水，“雄、奇、险、幽”的云南石林，就是典型的喀斯特石林地貌。
▲碳酸盐岩形成的溶洞
石灰岩在近地表或者地下常常形成规模不同、形态各异的 溶蚀空间，称为溶洞。在溶洞里，还发育有千姿百态的石钟乳和石笋。中国现知最长的溶洞是湖北利川县腾龙洞，长约40km；最深的溶洞为贵州水城吴家大洞，深430m。世界上最大的溶洞是北美阿巴拉契亚山脉的猛犸洞，位于肯塔基州境内，洞深64km，所有的岔洞连起来的总长度达250km。
▲石灰岩
▲白云岩、石林地貌
在现代工业中，石灰石（成分主要为CaCO3）是制造水泥、石灰、电石的主要原料， 是冶金工业中不可缺少的熔剂，优质石灰石经超细粉磨后，被广泛应用于造纸、橡胶、油漆、涂料、医药、化妆品、饲料、密封、粘结、抛光等产品的制造中。
白云岩 [ 成分主要为CaMg（CO3）2 ]，常呈浅黄色、灰白色、灰褐色等，外观与石灰岩非常相似，但是白云岩风化面常有纵横交错的刀砍状，这是野外肉眼识别白云岩的最重要特征。此外，通过滴稀盐酸也可以加以鉴别，白云岩缓慢起泡或不起泡，而石灰岩剧烈起泡。白云岩用途广泛，在建材、陶瓷、焊接、造纸、塑料等工业发挥了重要作用。
碳酸盐岩与油气的关系十分密切。当前，世界上的大油气田中，碳酸盐岩产层占很大的比重，与碳酸盐岩有关的油气田储量约占世界总储量的50％， 产量占世界总产量的60％。碳酸盐岩油气田常常具备大储量、高产量的特点，容易形成大型油气田。近年来在中国四川发现的普光、龙岗、龙王庙等大气田均赋存于碳酸盐岩中。
▲石灰岩形成的溶洞
碎屑岩
陆源碎屑岩是指母岩（即地壳表层条件下提供给沉积岩物源的 所有岩石）经过风化作用所形成的碎屑物质，通过流水、风、冰川、泥石流、重力流等搬运、沉积、压实、固结，最后形成的新岩石。碎屑岩占沉积岩总量的3/4以上。
碎屑岩的沉积过程主要受物理或机械因素控制，如流体（气体、液体、固体）性质，运动状态（流动、波浪）及其强度控制。根据岩石颗粒粒径大小分为砾岩、砂岩、泥岩（页岩）等，碎屑岩矿物组分包括石英、长石、黏土矿物等，成分复杂。
砂岩
砂岩是人类最广泛的建筑用石材，我国广大农村地区老百姓房屋的地基、围墙等多用砂岩。数百年前用砂岩装饰而成的法国罗浮宫、美国国会大厦、哈佛大学等至今风韵犹存。砂岩约占沉积岩的1/3， 仅次于黏土岩。砂岩主要是由各种砂粒自然粘结而成的碎屑沉积岩，砂粒多为石英、长石等矿物，如果固结疏松，砂粒就会散开。砂岩的颜色和沙子一样， 有多种颜色， 最常见的是棕色、黄色、红色、灰色和白色。砂岩发育有特征的交错纹层、平行纹层。专业上，把砂粒粒径在0.0625～2mm、含量大于岩石全部颗粒体积50%的这类岩石称为砂岩。按砂粒的直径划分为：巨粒砂岩（1～2mm）、粗粒砂岩（0.5～1mm）、中粒砂岩（0.25～0.5mm）、细粒砂岩（0.125～0.25mm）、微粒砂岩（0.0625～0.125mm）。砂岩触摸起来很粗糙。
深埋于地下的砂岩没有被压实、充填的孔隙空间，有可能成为石油、天然气聚集的场所。世界上半数以上的油气资源储集在砂岩中，比如我国大庆油田、胜利油田、新疆油田、中原油田、青海油田等油田的油气大多储存于砂岩中。
▲山西组，黄灰色砂岩 （山西柳林成家庄剖面）
▲白田坝组
灰绿色中层状岩屑石英
砂岩（四川乐坝剖面）
▲沙溪庙组
红色厚层长石砂岩
（四川三汇剖面）
▲沉积岩特有的交错纹层
▲沉积岩特有的交错纹层
▲张掖丹霞地貌
红色砂岩经长期风化剥离、流水侵蚀等复杂的地质作用，就能形成如诗似画的丹霞地貌。比如我国甘肃张掖、贵州赤水、福建泰宁、湖南崀山、广东丹霞山、甘肃红柳峡等均分布有丹霞地貌。
砾岩
砾岩也是一种沉积岩，同砂岩一样，也可以作为建筑材料。砾岩主要由砾石、中—粗砂组成。与砂岩相比，砾岩更加粗糙，可以见到明显的砾石，主要为花岗岩、凝灰岩、千枚岩等坚硬岩石碎屑。通常，砾石的球度和圆度低、颗粒大小差别大。砾岩的成因多样，分布广泛，常呈夹层、薄层或透镜体存在。砾岩沉积中可见大型斜层纹、 递变层纹及块状层纹，排列常有较强的规律性（专业上，砾岩是指砾石直径大于2mm，体积含量大于50%的这类岩石）。有的砾岩成分比较单一，同种成分的含量达到75%以上；有的成分复杂，一种砾岩中可含很多种成分的砾石颗粒，但含量都不超过50%。介于砾岩和砂岩之间的岩石，有的砾石多，有的砂多，有的砾石、砂比例相当，人们称这种类型的岩石为砂砾岩。
▼地面砾岩露头
砾岩、砂砾岩的整体颜色，主要与岩石组成成分的颜色有关，有灰白色、浅黄色，也有淡紫红色等。埋藏于地下的砾岩、砂砾岩也是重要的油气聚集场所。在准噶尔盆地、泌阳凹陷、渤海湾盆地、二连盆地等地区均有发现砂砾岩油藏。我国最集中的砂砾岩油藏是在新疆准噶尔盆地西北缘的克拉玛依含油聚集带上。例如，新疆发现的玛湖十亿吨级特大油田是全球最大的砾岩油田。
▲新疆玛湖砾岩油田一角
页岩
页岩是地球上最普遍的沉积岩石，从外观上来看，页岩层面就像 黑板一样平整、光滑，很致密、坚硬，拿在手中较沉，如果用硬物击 打易裂成碎片。页岩呈灰黑、黑色、褐红、棕红、黄色、绿色等多种颜色。呈黑板式色调的页岩是重要的生成油气和储藏油气的场所。我国率先在重庆涪陵、四川长宁—威远、昭通等地区发现页岩气藏，并形成规模化的工业产能。初步估计我国页岩气可采资源量在 36.1×1012m³ ，居世界第一。
▲页岩地面露头
▲各种页岩
泥岩
▲泥岩地面露头
泥岩的许多特征例如成分、构造、颜色与页岩相似，但不易碎。泥岩与页岩从外观上区别在于纹理（页岩整整齐齐，像书页一样，泥岩的纹理不明显）。泥岩具吸水、粘结、耐火等性能， 可用于制砖瓦、制陶等工业。
岩浆岩又称为火成岩，是组成地壳的基本岩石，由岩浆活动形成。岩浆活动有两种，一种是高温高压岩浆从火山口喷出地表（温度大于 700℃），而后骤然冷却凝固成岩石，这样形成的岩石叫喷发岩。喷发岩中颗粒为非晶质或者隐晶质，肉眼一般无法观察到颗粒的形态，整体颜色和成分较均匀，呈块状，有时可见高黏度流体流动形成的石绳、褶皱石毯等构造。例如，峨眉山金顶的玄武岩就是典型的喷发岩。另一种是岩浆从地球深处沿地壳裂缝、围岩层面或者片理面等薄弱地 带贯入，在周围岩石的冷却挤压之下缓慢结晶成岩，这样形成的岩石叫侵入岩。侵入岩中岩石颗粒为晶粒结构，肉眼可见不同大小像白糖一样的晶粒。地壳中最常见的侵入岩就是花岗岩。我国风景秀丽的黄山、华山和衡山，都是由花岗岩组成的。花岗岩由石英、长石、黑云母和角闪石这些矿物组成。其中石英最常见，使岩石呈浅色，深色矿物使花岗岩呈斑状结构。有些花岗岩因含杂质铁而呈浅红或粉红色，是常用的建筑石材。
（a） 岩浆喷发作用
（b） 喷发岩
▲喷发作用和喷发岩
（a） 岩浆侵入作用
（b） 侵入岩（橄榄岩）
▲侵入作用和侵入岩
美丽的岩石
▲千姿百态的四川八美变质岩、河北白石山大理岩
地壳中存在的岩石，包括沉积岩、岩浆岩、先期变质岩等，如果处于地下深处环境时， 容易受到高温、高压或外部各种化学溶液的作用，变成具有新的矿物组合和结构构造的岩石，这类岩石统称为变质岩。地壳中变质岩的分布很广，而且具有很大的实用价值， 许多矿床，如铁、金、石墨、石棉、宝石等都和它有密切关系。大理石也属于变质岩，是由石灰岩变质而成的一种常见装饰材料。矗立于俄罗斯圣彼得堡冬宫广场中央的亚历山大纪念柱，高35m，净重600t，是一块完整的大理石。
▲用大理岩做成的亚历山大纪念柱
岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类岩石中均蕴藏油气，但油气与沉积岩的关系最为密切，油气与沉积岩的关系好比婴儿与母亲的关系。油气不仅诞生于沉积岩，成长于沉积岩，而且大部分储存于沉积岩中。目前全世界发现的大型油气田基本上都位于沉积岩中。如世界第一大油田，沙特阿拉伯加瓦尔油田。
👇科普解说内容👇
石油——黑色的金子
（二）
石油到底长成啥样呢？怎么就与我们的衣食住行息息相关了呢？
北宋科学家沈括在其著作《梦溪笔谈》中第一次提到了“石油”——石头里的油。他写道：鄜、延境内有石油，旧说“高奴县出脂水”，即此也。“石油”一词逐渐取代了关于它的其他各种名称，并沿用至今。900多年前的中国人就对石油有了这样的认知，这在当时的世界上绝对是领先的。
估计当今社会没有人不知道石油，但是大多数人可能都没有亲眼目睹过石油的真容。一般来说，石油深埋地下几百米、几千米甚至上万米，需要非常专业的手段才能开采出来，但是也有一些地方，地面随处可见流淌的石油。我国新疆克拉玛依“黑油山”，由于地质构造运动使岩层产生裂缝，石油便从地下不断冒出来，在地面流淌。这些黑乎乎的，看起来像黑色泥块的东西，就是石油。“黑油山”的石油现在还汩汩冒着泡向外涌出。
石油，通常也称为原油，它储藏在地下的岩石里，坚硬的岩石有很多肉眼看不见的缝隙，石油就在这些缝隙里面，就像海绵里的水一样。它从地下开采出来时，一般为棕黑色的黏稠液体，可以燃烧。人们习惯上将石油等同于原油，但这并不是严谨的说法。从严格意义上讲，通常所称的石油既包括原油，也包括天然气。换句话说，地层中的天然气常常以溶解的状态存在于原油中，这好比我们喝的可口可乐溶解有二氧化碳，打开会发出气体逸散的嘶嘶响声。因此，当石油被采掘到地面时，一些天然气也随之被开采出来。奇妙的是，一桶油中的气体可以装满你的整个屋子！
除了液态的、固态的石油，石油还可能是气态的，我们常用的天然气就是以气态存在的石油。石油是液态、固态和气态的烃类混合物，简单地说，它是碳元素和氢元素构成的混合物。在不同的环境和条件下，石油会呈现出不同的形态。不同地方生成的石油，其成分和外貌差别很大。
石油的提炼过程，用专业的话讲，叫石油分馏。石油分馏与蒸馏原理一样，都是通过加热来实现分离。看起来也很简单，就像我们烧热水到了100摄氏度的时候，水会沸腾变成水蒸气跑出来，如果水蒸气经过一根长管子，就会因为变冷而凝结成水，这种水就是蒸馏水。而石油是很多物质组成的混合物，所以当加热到不同温度的时候，就有不同的物质跑出来。因为不同物质有不同的沸点，通常最先沸腾的肯定是汽油，因为汽油的沸点在50～200摄氏度之间，煤油的沸点通常在110～350摄氏度之间，而柴油的沸点在160～370摄氏度之间。这样通过一系列的提炼，就能产生汽油、煤油和柴油。如果把提炼过后的原油再进行第二次加工，基本上各种油就提炼出来了。因此，我们平常接触到的汽油、柴油、煤油以及铺路用的沥青等，都是从原油中分离出来的，它们都是在不同温度区间分馏出来的产物。
原油的组成比较复杂，但主要是碳元素和氢元素构成的烃类。原油的品质因为产地不同、地下的层位不同，存在比较大的差别。例如，有的原油比较稠，俗称稠油，流动十分困难；有的稠油黏度极高，就像“黑泥”一样，甚至可以用铁锹铲起，可以直接用手抓起来。有的原油属于稀油，一般可以像水一样流动，采掘出来经过简单加工就可以使用。有的原油可能含有少量的硫，还需要进行脱硫处理，不然汽油、柴油燃烧后会产生二氧化硫，造成环境污染。还有一种原油，很特别，含了大约30%的蜡质，这种原油叫高凝油，它在常温下是固体。加热到67摄氏度以上才能变成液体，人们常常用它来雕刻艺术作品。
原油从地下采掘出来后，通过集输系统到炼油厂，首先需要将原油脱水、脱盐，然后才能进一步加工。通过常压蒸馏可以分离出石油气、汽油、煤油和柴油，分馏塔底部出来的是重油。重油是宝贵的资源，还可以进一步通过减压蒸馏等手段分离出石蜡、沥青、润滑油，润滑油就是我们常说的机油。原油的利用价值非常高，除了可以加工成煤油、柴油、汽油、润滑油，还可以进一步加工成化工原料，如乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯等等，这些都是基本化工原料。基本化工原料经过再次加工，又可以生产出200多种有机化工原料，以及合成材料，如合成树脂、合成纤维、合成橡胶等等。
2021年我国原油产量约为1.99亿吨。石油在人类社会现代化发展中发挥着巨大作用，人们极尽所能把石油变成各种各样的物质，石油巧妙地改变着我们的生活，这些从地下流淌出来的“黑色金子”，随着被人类越来越广泛的认识和利用，支撑起了人类文明的前景和发展。那么地下的石油是怎么生成的呢？
我们下期再见！
热门推荐
REVIEW