油页岩的生成过程

qthjb001

本文由 马后炮化工论坛 转载自互联网
油页岩的生成过程
油页岩由无机质和有机质两部分组成，一般称油页岩中的不溶有机质为油母.通常认为，生成油母的原始物质，主要是水藻等浮游生物，其中以兰藻、绿藻、黄藻为最重要。此外，某些微小动物如水藻亚目、轮虫纲、纤毛虫纲和多细胞的软体动物、昆虫等动物，以及某些高等水生植物也是油母的原始物质；有时，还可能由风和流水带入一些高等陆生植物的残余，如孢子、花粉、角质等植物组织碎片，也参与了油页岩的生成。
在显微镜下，油页岩切片中可以看到藻类群体的堆积，它们呈大小不一的褐色和黄色小团，这表明了藻类转化为油页岩的过程中，往往会有一小部分藻类没有完全转变而残存于油页岩中，成为化石。
除了存有藻类化石外，很多油页岩中往往含有其它种类的化石，如介形虫、鱼类、贝壳类及其它一些水生动物的化石；有时还有一些高等植物组织碎片，如孢子和叶片等明显的痕迹；这些化石或多或少地反映出油页岩生成的原始物质以及生成的时代和当时的生成环境。
抚顺的油页岩中就有淡水藻类、龟、鲤鱼和树干等化石。茂名油页岩中含有葡萄藻等藻类和孢粉，以及鱼类、贝壳类化石，也有龟和树干的化石。桦甸的油页岩中也发现鱼类等水生动物化石；陕西省油页岩含鱼类和介形虫化石。
从生物化学的观点考察生成油页岩的原始有机物质时，就易于了解油页岩中油母的属性和类别。众所周知，细胞由细胞膜和原生质所组成，植物细胞膜的主要组分有木质素、纤维素和半纤维素，而木质素是芳香族结构，纤维素则为链状化合物；细胞内含物主要由蛋白质、脂肪和碳水化合物组成；高等植物的细胞中，细胞膜物质比内含物为多，而低等植物的细胞则内含物较多；高等植物含脂肪很少，且只集中在种子、孢子等部分，而藻类等低等生物则含有大量脂肪等类脂化合物包括脂肪和烃类。由脂肪、烃类和蛋白质等生成的油页岩，乃属于腐泥类，此类油页岩在加热分解时，以油母为基准的油收率较高。对于某些油页岩，除了低等生物外，还有高等植物的木质素等芳香族组成，在其生成中也起了较大的作用。这类油页岩属于腐泥-腐殖类，其油母的芳构化程度较腐泥类为高，油页岩在加热分解时，以油母为基准的油收率则较低，世界上大多数油页岩属于腐泥煤类。
油页岩等腐泥类的生成过程如下：
藻类等低等植物和一些低等动物，繁生于淡水湖、咸水湖、或浅海的海湾中，它们死亡以后，沉积到水底；也可能有一些生长在水边沼泽地带的高等植物的孢子和花粉等被风或水流带入水中而沉积下来。这些动植物的残骸在静水水底氧气不足的情况下，长期受到各种微生物的作用，而变成所谓腐泥胶。腐泥胶含水高于90%，是一簇簇棉絮似的，暗褐色而具有胶体结构的物质。在腐泥胶中，基本上已看不出原始物质的形态。腐泥胶的形成和堆积是连续的，并随着堆积厚度的增加，腐泥胶在厌氧细菌的作用下逐渐变成腐泥。腐泥就是含有大量有机质的淤泥，是一种胶状有柔软感的油腻物质。腐泥层越深，稠度越大，直至膏状。腐泥中除了有机物质外，还有大量的泥土等无机物质。这些泥土是由流动的水带进来，并与死的有机体混在一起而沉积到水底的。也可能有些原是溶解在水流中的无机盐类，由于水质条件的变化，又在静水中深沉下来，并与死亡的有机体混合而沉积于水底。腐泥在形成过程中，有机物的不断腐烂，与细菌的作用有关，结果腐泥中的有机物含量不断下降，而无机物则含量增加。
死亡的有机体转化成腐泥胶再转化成腐泥的过程中，在氧气缺乏的情况下，有机物的一些化学组分发生了化学变化：纤维素和醣类等大部分被细菌分解而放出二氧化碳和水；蛋白质大部分被分解而放出氨和胺等物质；脂肪则被水解生成脂肪酸和醇类，脂肪酸又发生去羧基作用；一部分烃类也可能由于细菌的作用而氧化；一部分木质素和醣类则参加了腐殖酸的形成，由于腐泥生成过程中放出二氧化碳和水的这些变化，就使得腐泥中有机碳和氢元素含量相对增加，而氧含量则减少。
随着腐泥堆积程度的加深，沉积物的孔隙度变小，且由于沉积条件的变化，腐泥遂被泥土等矿物质所掩埋，腐泥沉积物中的水分也逐渐减少，存在其中的细菌便无法生存。腐泥被埋藏于矿物层下，受到压缩，并慢慢发生化学变化，这是由腐泥转化为腐泥岩的阶段，称为成岩阶段。此阶段的变化特点是不饱和脂肪酸及其它不饱和化合物由于叠合的结果变成不溶性的高分子化合物；蛋白质分解的胺类也可能参与生成高分子化合物的反应；腐殖酸去羧基并聚合变成腐殖质；这些高分子化合物综合在一起连同无机质便形成了腐泥煤。
腐泥煤内的有机质大部分是均匀的，但有些腐泥煤仍存有原始形态的物质，如藻类、孢子，甚至鱼类化石。
腐泥煤中除有机质外，不同程度地含有无机矿物质。如前所述，矿物质可能以固体形态、悬浮状态被流水带进来的，如粘土；或为开始时溶于水中，然后在那里沉淀出来的，如硬水中的某些盐类；但有一部分无机质则是死动物和死植物在其机体分解和转化后剩下来的无机残留物，例如硅藻类的硅酸骨骼成为硅藻土，又如贝壳的碳酸钙等。
假如腐泥煤的有机质是均匀的，基本上已不含原始形态的组分，且所含的无机质又不多，这样形成的含灰分很少的腐泥煤，称为藻煤。如果腐泥煤中的有机质较均匀，但含有大量的无机物质，且占腐泥煤重量的三分之一以上，则此种腐泥煤就称作油页岩。
在某些油页岩中，含有不定数量的腐殖物质。有的油页岩，则和水边堆积生成的腐殖煤有渐变关系，如辽宁抚顺和甘肃窑街的油页岩，均与煤共生，且在油页岩中含有烟煤的微粒。
在某些情况下，有些腐殖煤所含的无机物质也会超过本身重量的三分之一，这种腐殖煤称为腐殖质页岩，亦称碳质页岩。
油页岩与碳质页岩的差别同腐泥煤与腐殖煤之间的差别一样，前者的芳构化程度较低，因而油页岩的油母含氢量较碳质页岩为多。
油页岩总是埋藏在沉积岩（水成岩）中，常与各种碎屑岩层相互交错。油页岩之所以具有层状性质，就是因为有机物质和泥沙等矿物质的沉积是互相交替地发生的缘故（这是由于地质、气候、水流等条件变化的结果）。因此，油页岩的矿藏通常有好几层，各层的厚度会很不一致。
近年来，国内外很多石油地质学家认为，天然石油是从“Kerogen”即油母（国内有人将“Kerogen”音译为干酪根）演化而来，即当含有油母的生油岩埋藏得足够深时，受地质条件的影响，油母会受热而逐步转化为天然石油。