油燃而声 第3期 | 邂逅油气 · 常见矿物什么样？
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《油气简史》
（第二版 富媒体）
油燃而声 第3期
在生活和工作中我们看到的各种岩石几乎都是由矿物组成的，比如五颜六色的花岗岩就是由不同颜色的石英、角闪石、长石等聚集而成，所以研究岩石首先要从矿物入手。
▲花岗岩的矿物组成示意图
第一，矿物是天然产出的，是地质作用的产物。实验室制造的物质，如人造钻石、人造水晶等，不属于地质学中矿物的研究范畴，只有天然产出的钻石才能称之为矿物。
第二，矿物具有一定的化学成分，而且绝大多数为化合物，如石英（SiO2）、钾长石 [K(AlSi3O8)]、方铅矿（PbS）、石盐（NaCl）、方解石（CaCO3）等，属于化合物矿物；少数为单质元素，如石墨（C）、金刚石（C）、自然金（Au）等，属于单质矿物。
03第三，矿物不仅具有一定的化学成分，而且绝大多数具有一定的内部结构，其内部质点（包括原子、离子、分子、离子团等）绝大多数按一定规律排列。比如石墨的 C 原子均呈层状排列，而金刚石的 C 原子呈网格状排列。
▲金刚石和石墨原子结构排列图
04第四，矿物具有一定的形态及物理化学性质。如方解石晶体的外形呈菱面体，受外力作用破碎时又可呈小的菱面体。
05第五，矿物只是在一定的物理化学条件下才是稳定的，当外界条件改变至一定程度时，其成分、结构就要发生变化，同时生成适应新环境的新矿物。如黄铁矿经 氧化就可形成“褐铁矿”。
已知矿物有 3000 种左右。但对于形成岩石有普遍意义的矿物，即主要造岩矿物种类有限。这里选择与石油天然气行业高度相关的矿物类型介绍如下。
石英
石英是主要造岩矿物之一，主要成分是二氧化硅（SiO2），是碎屑岩中分布最广的一种矿物，在砂岩及粉砂岩中平均含量大于60％，在砾岩中含量较少，黏土岩中含量更少。肉眼观察多呈粒状，无色透明，玻璃光泽，断口油脂光泽。纯净的石英无色透明，希腊人称为“Krystallos”，意思是“洁白的冰”，他们确信石英是耐久而坚固的冰，而中国人则称之为“水晶”。石英常因含微量色素离子而呈各种颜色，并使透明度降低，紫色者称为紫水晶，浅玫瑰色者称为蔷薇石英，烟色者称为烟水晶等。石英的用途相当广泛，石器时代的人们用它制作石斧、石箭等简单的生产工具；石英钟、电子设备中把压电石英片用作标准频率；石英熔融后制成的玻璃，可用于制作光学仪器、眼镜、玻璃管和其他产品；还可以做精密仪器的轴承、研磨材料、玻璃陶瓷等工业原料。
长石
长石是最重要的造岩矿物，在地壳中的比例高达60%以上，在火成岩、变质岩、沉积岩中都可出现。此外，据统计，砂岩中长石的平均含量为10%～15％，远比石英含量少。在特殊条件下，在有些砂岩中长石的含量可以相当高，例如我国某些陆相沉积的储油岩层中，长石的含量可达到50％左右。长石有一个非常大的家族，亲戚姐妹很多，如钠长石、钙长石、钡长石、钡冰长石、微斜长石、正长石、透长石等。这个家族成员的化学组成常用 OrxAbyAnz（x+y+z=100）表示，Or、Ab和 An分别代表KAlSi3O8、NaAlSi3O8和CaAl2Si2O8，家族成员之间的差异主要是x/y/z数量的不同造成的。长石具有玻璃光泽，颜色多种多样，有无色、灰白色、黄色、肉红色、粉红色等，形态上有些呈块状，有些呈板状，有些呈柱状或针状等。长石主要用于陶瓷工业和玻璃工业，富含钾长石的岩石可作为制作钾肥的原料，色泽美丽的长石也可作为装饰石料和次等宝石。
▲肉红色正长石
▲灰白色斜长石
方解石是一种化学成分为碳酸盐的矿物，一般为白色或无色，主要成分是碳酸钙（CaCO3），滴 3%～5%稀盐酸会强烈起泡，是石灰岩的主要成分。我们用榔头敲击方解石可以得到很多方形碎块，这也是方解石名称的来源。由方解石组成的石灰岩、大理岩等岩石，广泛用于化工、冶金、建筑等工业部门，如烧石灰、冶炼矿石的熔剂、制水泥和提取碳酸。纯净透明的方解石称之为冰洲石，具有双折射现象，如无裂隙和双晶，体积大于 2.5cm×1.2cm×1.2cm时，为贵重的光学材料。方解石还可作为提高钻井液密度的加重剂。
▲典型方解石矿物图
白云石
白云石是组成白云岩的主要矿物类型，白云岩主要化学成分是 CaMg(CO3)2。白云石外貌与方解石很相似，呈灰白色，性脆，硬度大，用铁器易划出擦痕，遇3%～5%稀盐酸缓慢起泡或不起。白云石含镁较高，较方解石更为坚韧。在冶金工业中可作熔剂和耐火材料，在化学工业中可制造钙镁磷肥、粒状化肥等。此外，也用作陶瓷、玻璃配料和建筑石材。
白云石
高岭石是世界上分布最广的黏土矿物，因首先发现于中国江西省景德镇的高岭（山名）而得名。高岭石主要由正长石等硅酸盐矿物风化形成，产于沉积岩、黏土、土壤和近代海、湖底软泥中，颜色常见白色，集合体多为致密块状和土状，在电子显微镜下可观察到其单体形态，单个晶体呈假六方片状或板状，集合体呈书页状、蠕虫状等。高岭石干燥时有吸水性，潮湿后有可塑性，相对密度为2.61～2.68。不含砂粒、较纯的高岭石是陶瓷的主要原料，也可在造纸、橡胶工业中作填充原料。此外，值得注意的是，油气层孔隙中也存在一些高岭石矿物，因颗粒大而附着力弱，常常因运移堵塞孔喉而降低渗透率。
蒙脱石又称微晶高岭石，成分复杂，变化不定。蒙脱石主要由火山物质风化而成，产于黏土岩、黏土、土壤和近代海底软泥中，常呈土状、块体，在电子显微镜下呈绒毛状或毛毡状、蜂窝状等。蒙脱石以白色为主，硬度系数为 2～2.5，相对密度为 2～2.7，柔软有滑感，加水膨胀，体积增加几倍，并变成糊状物，具很强的吸附力。
常应用于石油工业和纺织工业。亦可应用于橡胶、肥皂、化妆品和造纸工业中作填充剂。蒙脱石是配制钻井液的材料，但地层中的蒙脱石也会因水化膨胀而造成堵塞孔喉，从而损害油层渗流能力。
伊利石
伊利石主要由岩浆岩、变质岩中的长石等矿物经风化作用而形成，也可以在沉积物和沉积岩成岩过程中由其他黏土矿物转化而成，主要产于土壤、黏土、海底软泥和黏土质岩石中。在电子显微镜下，晶体呈边缘圆滑的鳞片状，像头发一样的丝状，集合体呈块状。伊利石纯者白色，因杂质而染成黄、绿、褐色。块状体可呈油脂光泽。硬度为1～2，相对密度为2.6～2.9。可作为配制钻井液的材料。
绿泥石广泛分布于变质岩中，富铁的绿泥石也分布于沉积岩和现代海洋沉积物中。单个晶体呈茶叶尖状、片状等，薄片具挠性，集合体常呈片状、鳞片状、土状、鲕状或致密块状等。绿泥石具有各种不同深浅的绿色，含铁多者色深。透明，玻璃光泽，硬度为2～2.5。相对密度为2.68～3.40，硬度、相对密度、磁性随含铁量增高而增大，当绿泥石大量积聚时可作铁矿石加以利用。绿泥石对油气层的最大危害是对酸的敏感性。
（a）高岭石，书页状，
放大 2000 倍
（b）蒙脱石，蜂窝状，
放大 1000 倍
（c）伊利石，纤维状，
放大 800 倍
（d）绿泥石，叶片状，
放大 2400 倍
▲黏土矿物在电子显微镜下的形态
👇科普解说内容👇
哪里可以找到石油呢？
石油、天然气深埋在茫茫的戈壁、沙漠、黄土高坡下面，有的甚至埋藏在蓝色的大海下面，它们是如何被人们一步一步发现的呢？我们是如何找到石油、天然气的呢？
从19世纪四五十年代起，到20世纪一二十年代，人们通过寻找那些渗透到地面的油气痕迹来寻找石油，石油人把这些渗透到地面的油气痕迹称之为“油气苗”。在人类尚未掌握勘探技术之前，这是寻找油气最直接的方式，也是人类最早认识石油的方式。道理很简单：既然这里从地下岩石缝隙里往地上溢出石油来，说明这里地下就储藏有石油。
我国陕西延长安沟乡的北侧约2公里处的河床内，在河床边露出的岩石上，可以看见明显的油迹，原油沿着岩石裂缝渗出，形成规模不等的原油渗漏。那里随处可见原油沿缝渗流出来，局部沿着岩石断面溢流并形成一层厚厚的棕黑色油膜。
新疆塔里木盆地北部的库车河大峡谷中，有许多壮观奇特的山脉，山谷里伴随着隐约闻到的汽油味道，可以看到有很多像黄油一样的液体，从石头中渗透出来，有些地方甚至已经汇聚成了黄色的溪流。令人惊奇的是，这些黄色液体能被轻易点着。这就是由于地质构造断裂，将深埋地下的石油带到了地表面。暴露出来的油气逐渐逃逸到空气中，而这些遗留下来的黄色液体就自然形成了石蜡，这些都是石油在地表留下的痕迹。类似这些神奇的现象还有很多，比如在塔里木盆地的一个山谷里，有一团常年熊熊燃烧的火苗。它就是由地下的天然气逃逸到地表产生的，至今没有人知道这团火到底燃烧了多久。
新疆克拉玛依有一个小山丘，海拔只有13米，这个地方最令人惊奇的是山上有一个流淌着黑色粘稠液体的池塘，池塘里时常会冒起一串串泡泡。这个小山包被这些粘稠的液体染成了黑色，因此当地人把这座山称为黑油山。黑油山石油露头在世界范围内都是非常罕见的。这些露出地表的黑色液体就是石油的油苗，它是由于构造运动使岩层产生了断裂或者裂隙，使石油从地下渗透到地表，而且到现在都还在冒着油。这些石油看起来非常的粘稠，因为它的轻质组分被挥发掉了，剩下的都是重质组分。而且，这儿的石油距今大概有两亿年的历史了。
美国宾夕法尼亚州有个叫泰特斯维尔的小镇，小镇附近有条小溪，水面上常常飘着黑乎乎的东西。当地的印第安人用很原始的方式，从小溪中取出这些黑乎乎的东西，用来生火，还当作药给动物治皮肤病。其实，这些黑乎乎的东西就是石油，所以当地的印第安人称这条小溪为石油溪。
正是在黑油山这些淘气的、汩汩冒泡的原油的指引下，勘探人员找到了新中国第一个大型油田--克拉玛依油田，至今仍是中国重要的石油工业基地。
正是因为小溪中流淌的石油，美国一个叫德雷克的人，在1859年8月27日打出了第一口日产高达5吨的具有商业价值的高产油井，这一天被看作是近代石油工业的诞生日。后来这里也成为了美国乃至全世界开发的第一个油田。这口油井出油以后，德雷克顺手用装威士忌的木桶盛放和运送石油，这就成了石油工业的一个惯例。我们经常听到原油产量多少多少桶就是从这儿来的。后来人们在石油贸易中统一了计量单位，一桶石油是42加仑，158.99升。
早期科学技术不发达，人们依靠经验找“油气苗”，从而发现地下的油气。那时候，有些风水先生、巫师，装神弄鬼，故弄玄虚，其实，他们也是在寻找油气苗。找石油最大的困难是油和人中间隔着厚厚的土壤、岩石、深不见底的大海，看不见也摸不着。那么，人们是如何发现深埋在地下的油气资源的呢？难道石油工人像孙悟空一样有千里眼，火眼精金，能看见地下的油气？
当然不是！
寻找石油最常用的一种方式就是地震勘探技术。其原理类似于海豚利用声波寻找食物，或人们面对山谷呼喊声波的回荡。
研究发现，海豚是利用回声定位来判断食物距离和方位的。声波是一种弹性波，可以在气体、液体、固体三种介质中传播。当声波传播到不同物质之间的界面时，往往发生一定程度的反射。通过测量反射波传播回来的时间，可计算出声波源到食物的距离。同理，无论是陆地还是海洋，我们就可以利用回声原理找到地下油气的位置！
我们下期再见！
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执行编辑：杨英豪
责任编辑：杨琤迪
审核编委：戴佳雪审核老师：杨 烽来源：西南石油大学