这是《中国化工报》2017年4月24日发表的本人关于煤的无机成因研究成果。请广大果友们批评指正！
煤来自天然石油.pdf (429 K) 下载次数:4 ，你所在用户组没有附件下载权限 煤来自天然石油(20170417).doc (74 K) 下载次数:2 ，你所在用户组没有附件下载权限 煤来自天然石油
——访大庆油田勘探开发研究院崔永强博士
本报记者 陈丹江
2016年11月7日《中国化工报·油气周刊》第2版《幔源油气理论引领低价油气到来》的报道，在阿果石油论坛引起热烈讨论，得到广大网友的关注。该报道在微信朋友圈被广泛转发。2016年12月26日国家发改委能源局发布了《“十三五”能源发展战略》，明确十三五煤制油项目将继续建设，产能达到1300万吨。据2017年3月10日消息，国家免征煤制油五年消费税。煤制油是工业化费-托合成反应。在石油成因理论中，1763年俄国学者M.B.罗蒙诺索夫最早提出了石油是煤在地热作用下干馏产生的构想。并由此被尊称为石油有机成因的始祖。既然石油有机成因理论已经被热力学第二定律一票否决，那么，煤的成因应该如何解释？煤到底来自哪里？本报记者带着这个问题，再次采访了提出幔源油气理论的崔永强博士。中国化工报记者：在上次采访中，您提出地幔是天然石油的唯一来源。那么，您如何解释沙皇俄国科学家罗蒙诺索夫关于石油来自煤地下热馏的提法。 崔永强：煤成油和煤成气是石油有机成因理论的最后一块阵地。煤的无机成因研究已经推翻了煤来自树木的传统认识。因此，煤制油也好，工业化费-托合成也好，都不能改变天然石油来自地幔的结论。1959年，在石炭系煤层发现世界第十大气田——荷兰格罗宁根特大型气田。从此，煤成气开始被人们所重视。1983年我国首次把“煤成气的开发研究”列为“六五”重点科技攻关项目，此后，我国开展了长达30年的煤成气国家级攻关研究。煤成气的定义是，指以腐殖型为主的有机质(包括煤层)在适宜的热演化阶段生成的气体，经运移离开源岩并在适宜的圈闭中聚集形成了工业矿藏。如果由煤系源岩生成的天然气未经运移而吸附在源岩内部，则称为煤层气。从定义上看，煤成气研究并没有脱离有机质生气、干酪根生气的范畴。煤层气的定义与页岩气的定义相比，仅仅是把“煤层”两字换成“页岩”。因此，我们完全可以理解，在石油有机成因理论的束缚下，煤成气研究不可能取得真正的创新成果。因为该项目建立在煤的有机成因这一传统的、错误的认识基础之上，而煤的真正来源却恰恰是石油烃类本身。生命分子在地层中自发向石油烃类分子演化的途径已经被热力学第二定律所禁止。因为煤本身就是石油演化的产物，无论煤生烃与否，都不支持石油有机成因理论。中国化工报记者：您说的煤来自石油烃类本身，石油是如何演化成煤的呢？崔永强：煤来自石油的沥青化和沥青的煤化。 液态石油和固态煤的化学成分之间存在明显的继承性。据赵师庆《实用煤岩学》（1991）一书介绍，煤中有机化合物的成分主要是芳香族和稠环芳香缩合的混合物，也存在烷烃、环烷烃及含O、N、S杂环化合物（如吡咯、吡啶等）；有含羟基的芳香族的酚和醌。含有甾族（由骈环戊烯菲骨架组成）化合物；含有杂环化合物卟啉，主要是介卟啉和介初卟啉。石油中有机化合物主要是链烷烃（正、异构烷，正链烷多）；也有环烷烃、芳烃、多环芳烃、杂环化合物沥青和含O、N、S杂环化合物。含有浓度颇高的（0.5%）异戊二烯烃类化合物；含有浓度颇高的五环三萜烯和饱和甾醇；含有卟啉，主要是脱氧植红素和脱氧初卟啉。显然，液态石油和固态煤的化学成分之间存在明显的继承性。从石油到沥青再到煤，由于石油的低压分解和氧化，轻质部分显著减少，而重质部分则显著增多。据J. F. Kenney等（2001），在天然石油中的卟啉分子与植物叶绿素和动物血红素中的卟啉并不相同。叶绿素中央螯合的金属元素是镁；在血红素中央螯合的金属元素是铁。而发现于石油的卟啉分子，中央螯合的金属元素是钒和镍。金属钒和镍是生物中实际上不存在的元素。众多对石油、油页岩、煤和石煤中卟啉的检测数据证明了上述结论。以往作为煤和石油来自生命的证据卟啉化合物，现在变成了反证。煤和石油成分中的姥鲛烷和植烷是类异戊二烯中简单的支链烷烃，以往作为生物分子标记物。现在已经明确，费-托反应可以合成类异戊二烯产物，包括植烷和姥鲛烷。在陨石和地幔岩捕掳体中萃取的有机质中检测到它们的踪迹。胆甾烷，C27H48，是天然石油的组成部分，是高度简单的碳氢化合物，没有受到氧化作用、生命作用及分子胆固醇的影响。胆甾烷和胆固醇具有相似的几何结构，具有相似的碳骨架，相似的支链。从甾醇类的分子结构来看，如C28H44O（麦角固醇、麦角甾醇）、C27H46O（胆固醇、胆甾醇、胆甾烷醇）、C28H46O（双氢速甾醇）、C29H50O（beta-谷甾醇、植物甾醇）、C29H48O（豆固醇、豆甾醇），甾醇就是甾烷水化的产物。用一个羟基（OH）取代了甾烷分子的一个氢（H）形成甾醇。 中国化工报记者：除了有机分子，煤和石油还有区别动植物分子的其他共性吗？崔永强：我们还可以在煤和石油中检测出与生命分子不能共存的金属元素。在煤和原油中，能检测到地球上几乎所有元素。蔡超等（2007）采用现有分析技术手段，从煤及其解吸气体样品中检测到86种元素。其中有害元素22种：Ag、As、Ba、Be、Cd、C1、Co、Cr、Cu、F、Hg、Mn、Mo、Ni、Pb、Se、Sb、V、Zn、T1、Th、U。有毒元素：T1、Be、Cd、Hg、Pb为有毒元素。致癌元素：Be、Cd、Cr、Ni、Pb、As。郭占谦（2001）报道大庆、辽河、大港、新疆原油中测出60个元素。其中生物圈中尚未发现的化学成分有18个元素：Be、Ga、Zr、Nb、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Te、Hf、Ta、W、Re、Au、T1、Bi、Th等。在煤和原油中，能检测到地球上几乎所有元素，包括生物圈中尚未发现的元素和对生物生长有毒有害的元素。这个地质事实一方面把石油和煤与生物成因予以区隔，另一方面反映石油和煤的共性。中国化工报记者：您说石油变成沥青，和炼油剩下的沥青残渣是一种物质吗？崔永强：和炼油厂的沥青相比，天然沥青的低分子组分更多些。天然气沥青存在于几乎所有的地质环境，沉积层、山系、油气藏和金属矿床中都有。它们是石油氧化和水化的产物。纪友亮等（1995）在讨论东濮凹陷断层和不整合面控制储层沥青的来源时，认为是早期聚集的石油经大气淡水的淋滤作用形成储层沥青。东淮凹陷胡83井沙三段储层空间的50%～60%被沥青所充填，而与充满沥青的储层相隔一个正断层、埋深较大的另一个区块相同层位储集空间则充满石油。刘洛夫等(200)研究塔里木盆地志留系沥青砂岩认为，储层中沥青是古油气藏破坏的产物。原油经过挥发、氧化、生物降解、水洗作用和原油脱沥青作用，形成一些焦油状沥青质重油以及固体浅层氧化沥青或硬质沥青。王广利等（2014）报道了川西北地区固体沥青和油砂的烃类组成显现出一系列共有的地球化学特征，并认为二者有相同的来源。该文油源分析中，分析了生物标志物分布特征，认为寒武系烃源岩与沥青和油砂的可比性较差。张景廉等（1997）以英国北威尔士、新疆乌尔禾、塔里木的沥青为例，讨论了古代沥青的成因和年龄[17]。认为沥青的前身物是石油，沥青生成的时代比习惯认为的要古老得多。三个地区原油运移、沥青沉淀的年龄，分别为248Ma、122Ma、250Ma。
中国化工报记者：沥青湖也是石油变来的吗？
崔永强：沥青湖最典型的例子就是比奇湖，它在不断补充，中间部位正在喷出石油。
现代石油沥青化最好研究实例是座落在拉丁美洲加勒比海上特立尼达岛西南拉布雷特角的彼奇湖（Pitch Lake）。该沥青湖在距首都西班牙港约96km的丛林里，面积0.36km²。湖面沥青干硬，可以行人行车。从1870年沥青湖被开采以来，每年开采量是10×104t以上，湖面几乎没下降。湖中有一块很软很软的地方，源源不绝地涌生沥青。
基于沥青来自石油的认识，可以得到该沥青湖深部石油供给能力巨大和石油沥青化的速度很快的结论。该湖最深处约83m，蕴藏量为1200×104t，每年开采量是10×104t以上，经过140多年的开采，开采量早已超过对沥青储量。如能检测沥青湖中的石油，可以肯定其生成年龄可与大洋热液石油年龄相仿。该沥青湖将取之不尽，用之不竭。中国化工报记者：坚硬的沥青和煤很像，沥青变硬的过程就是煤化过程吗？崔永强：坚硬的沥青和煤很难区分，因此，沥青煤和煤化沥青就是沥青和煤过渡的产物。沥青和煤没有本质的区别，甚至有的煤层干脆就叫沥青煤。据中国煤炭新闻网2003年9月24日报道：四川省地质勘探院在青川勘探发现，我国最大的沥青煤矿藏在青川的建峰、白家一带，目前已探明其藏量约400×104t，估计远景储量约1400×104t。在我国南方下古生界广泛发育煤化沥青，它是一种既不同于一般的煤又不同于一般石油沥青的独特矿物，对它的成因，人们长期争论不已。王元祯等（1986）通过野外实地观察与室内多项理化分析，确认它是一种均质性很强的胶体有机物质，其原始有机物来自下寒武统或上震旦统的黑色沉积物，在热力与动力的作用之下沿孔隙或断裂次生富集起来。这些煤化沥青的产出层位限于志留系及其以下层位。煤化沥青的δ13C值与上震旦统、下寒武统的石煤和炭质页岩、天然焦和石油沥青相近，均在-27.9‰～-30.6‰之间，而与石炭系、侏罗系腐泥煤相距甚远，二者δ13C值分别为-16.9‰和-20.9‰。石煤、炭质页岩、石油沥青灰分的δ13C值为-28.3‰～-28.9‰，说明三者的具有亲缘关系。这里提出的“沿孔隙或断裂次生富集起来”的“黑色沉积物”，只能是石油。王元祯等（1986）疑惑道：“上述研究成果是否适用于石油？我们认为对此问题必须十分慎重。煤化沥青完全不同于原油，它是一种组分单纯的固体物质，而原油是由饱和烃、芳烃、非烃、沥青质等各种组分以及溶解性气体、自由水等混合而成。如果原油的δ13C值是它各组分δ13C值的平均值，则由于不同原油的化学组分不同，δ13C值也会不同”。显然，受到石油有机成因理论的束缚，作者无法理解自己的实验数据。因为这一数据显示石煤、炭质页岩、天然焦和石油沥青具有亲缘关系，同时排除了腐殖煤作为上述物质研究的基础，与作者所信奉的石油有机成因理论相互抵触。中国化工报记者：您是石油地质出身，现在研究煤的成因，您的结论煤田地质学专家会承认吗？崔永强：一切靠证据说话。我引用的都是煤田地质学专家们撰写的教材。他们承认煤化的起点就是石油沥青。据武汉地质学院煤田教研室编《煤田地质学》（1979）：“在成岩和变质作用过渡的老褐煤阶段，腐殖物质的成岩凝胶化作用已经结束，即镜煤组分已经全部生成，已没有未变化的植物残余成分存在；稳定组分开始发生沥青化，首先是蜡质叶片表层和孢子花粉外层脱去甲氧基，生成石油型烃类，即易软化、强塑性和具粘结性的沥青，并使这些稳定组分开始具有反射力”。以上表述明确指出，沥青煤化的起点是“生成石油型烃类，即易软化、强塑性和具粘结性的沥青”。所以说，石油的沥青化是沥青煤化的前提。姜海定（1996）通过对浙江省碳沥青（沥青煤）成因的实验室分析，得到了碳沥青是由烃→中高分子沥青→进一步聚合成碳沥青的结果。尽管作者站在有机成因的角度理解烃类的成因，但是他认为是碱性卤水携带的大量烃类，在pH值较低的储层水中释放并聚集起来。这些烃进一步聚合成碳沥青，并依次缩合成沥青中相对分子质量最大的成分——碳青质。本文认为，这个叙述过程是合理的。尤其是作者提出在碳沥青有机基质中未发现任何生物分子或木质结构体、壳体、菌核体、藻体等，这一事实本身已经否定了煤的有机成因。遗憾的是，作者进一步解释道，这种均一有机基质是由低等生物经过转化以后的产物，原始母质的本来面貌已经完全消失，与石煤基本形态完全不同。这是一种唯心主义不可知论的解释。可见，石油有机成因力理论妨碍了科学结论的获得。中国化工报记者：既然人工沥青中的低分子组分少于天然沥青，这是否意味着煤阶越高，其中低分子组分越少呢？崔永强：沥青煤化和煤变质的过程就是原来石油组分中的低分子化合物不断减少的过程。据谢克昌编著《煤的结构与反应性》（2002）介绍，随着煤化程度的加深，煤中可溶有机组分的含量将进一步下降。褐煤的可溶有机组分为最高，抽提率达10%，年轻烟煤的抽提率一般小于5%，中等变质程度烟煤抽提率小于1%，更老的煤抽提率接近0。煤中可溶烃类主要是正构烷烃，从C1到C30以上，甚至还有发现C70的报道，此外还有少量环烷烃、长链烯烃及1～6环的芳烃（以1～2环为主）等。可溶含氧有机化合物包括长链脂肪酸、醇和甾酮类等。例如，高挥发烟煤（C77.8%）的可溶有机化合C6以上成分的分布是：烷烃（包括少量烯烃）占37%，脂环烃占29%，氢化芳烃和芳烃占29%，杂环烃占5%。据李增学等编写的《煤地质学》（2005），在全部煤化作用的过程中，煤中有机质的基本结构单元（缩合稠环芳烃体系）不断减少所带有的侧链和官能团，，同时生成各种挥发性产物，其中甲烷逐渐增多，特别是烟煤转变为无烟煤的第三次跃变，释放出来大量甲烷。烟煤在产出甲烷的过程中，发生芳核进一步缩合。碳元素进一步聚集到碳网中，随煤化作用的进一步加深，基本结构单元中缩聚芳核的数目不断增加，到无烟煤阶段则主要由缩聚芳核组成。中国化工报记者：我已经理解了石油的沥青化和沥青的煤化。那么，煤中的夹矸又是这么来的。崔永强：夹层应是石油多次喷发期间的产物。石油是地幔烃碱流体热液成因。烃碱流体上升过程中要与围岩不断发生碱交代作用，煤层夹矸则是碱交代作用的末端组分。鲁西南上石炭统太原组煤层中，普遍含有两层夹矸，是煤的伴生矿产。在新汶地区产于太原组中部11层煤中，肥城地区产于太原组中下部7层煤中，其成分接近十纯净的高岭石，属于高岭石泥岩。毕舒等（2003）认为，要形成这样高度结晶的高岭石，不但要求有理想的空间，而且要有合适的溶液浓度和理想的温度和压力，由此可进一步证明，高岭石晶体可从溶液中直接结晶。据刘长龄等（2002）对高岭石矿物结晶有序化程度与成因关系的研究，由软质高岭石粘土形成紫矸，因在固结成岩过程中，其致密度差，在水中能浸散，高岭石重结晶弱，需经地热及上升热水温度达140℃左右。而形成硬质高岭石夹矸，固结成岩致密坚硬、不透水、不浸散、重结晶明显.而结晶“有序化”，则需地热温度达120℃。上述煤层高岭石夹矸的成因给出了夹矸和煤形成的线索——来自深部的碱交代热液。中国化工报记者：据说，松辽盆地沉积层中有100多层煤线，它们是松辽盆地多期沉降的指示吗？崔永强：盆地的沉降和深部流体的上升是同步的。煤线就是沉积盆地当时大规模上涌的石油，只是它们直接进入了盆地的水体中，在湖盆顶部形成类似比奇沥青湖的沉积。世界大洋中已发现100多个热液田。与海水相比，这些热液田喷出的热液卤水往往含有丰富的成矿元素及其硫化物，这些硫化物的堆积体被看成成矿显示。在硫化物堆积体中见有丰富的热液石油。石油来自地幔烃碱流体相变后的碱交代热液，喷发石油的大洋热液可类比地质历史时期沉积盆地热液。只有在含油热液多期次大规模上涌到湖盆水体的条件下，才有煤层多期次大规模形成，并在石油多期喷发的间歇形成单一矿物夹矸层，在煤中含有多种金属元素、非金属元素和稀土元素的可能。所以，煤层的形成必须以热液石油大规模上升到沉积盆地水体为前提，经过石油的沥青化和沥青的煤化形成现今的煤层。俄罗斯学者И.М.Шахновский(2003)指出，“由远古深林树木中的木质素和泥炭作为碳源的观点并没被实际资料所证实。煤和石油成分和性能都是相近的可燃物，并发现煤和石油共存的现象，煤的生成是由于地幔沥青流体沿深部断裂带上升而形成的”。上述观点无疑是正确的。唯一缺陷是作者进一步指出，“石油和煤聚集成藏的深部流体之间的原始差异在于其氢含量，煤要先于石油而生成。从志留纪起在地幔中就开始生成含量不多的沥青溶液，它们上升到地表，便形成各种煤层和煤的透镜体。从第三纪开始，沥青溶液中的氢含量开始增加，在地球上同时形成了煤和石油的聚集”。他认为形成沥青的深部流体与形成石油的深部流体因氢的含量不同而有所不同，而没有注意到石油向沥青的转化问题，这是美中不足。
中国化工报记者：下面请您谈谈泥炭、油页岩、煤层气的成因和工业前景。
崔永强：含煤岩系中与煤有成因联系的矿产包括金属与非金属矿产，此外还包括泥炭、油页岩、煤层气、碳沥青、石煤等。
关于泥炭。据Ф.Я.Корытов（2002）报道，西西伯利亚盆地是世界上最大的沼泽化的平原，一直到今天，还在形成泥炭。其石油、天然气、煤和泥炭矿床都趋附于断裂构造和环状构造及旋转构造的交叉点处。有6000个泥炭矿床，有1000亿吨泥炭（占世界储量40%）。这里的泥炭和沼泽分布具有成带的特点，在一定程度上，它重复着石油—天然气—煤的分带性。最大的泥炭化带在地区的中央部分，这里有世界上最大的大瓦休甘泥炭田。在这一地区大型泥炭田常常分布在油藏、天然气藏和煤矿床的上方，这反映了它们生成的亲缘关系，或者它们都是在深部流体的参与下生成的。与此相关，在一定程度上泥炭是非生物成因的，或者它是由植物（泥炭藓等）吸取深部流体中的CH4、CO2及其他组分的营养而生成的。因此，泥炭矿床富集有不同金属并且伴有沼泽磷酸盐（兰铁矿等）碳酸盐、腐泥质和硫化物等几乎成为一条规律。总体上，在世界各地的泥炭矿藏中总能发现三十种内生成因的矿物，包括石英、磁铁矿、黄铁矿、方解石、硬石膏、萤石、天青石等，这些矿物也证明深部流体参与了泥炭的生成。
以上泥炭不断生成地质事实表明，来源于地幔烃碱流体正在源源不断地向上供给。这里的地幔流体在相变后的碱交代热液中，烃类发生了较为充分的分异，这种分异的后果就是烃类进入了油气藏。而上升到沉积盆地水体中的热液主要是水、金属非金属元素和CH4、CO2。煤作为早期石油转化的产物，可以向泥炭田提供部分CH4、CO2。关于油页岩。任何一种能在热解中形成工业意义的石油的浅成岩石，都可称为油页岩。油页岩的含油率一般为百分之几到十几，有的超过20%。一般发热量大致相当于煤的1/3～1/5。我国最老的油页岩矿床为中泥盆世，在云南禄劝一带。以后则以中新生代较为多见，已开发利用的油页岩矿床如抚顺、茂名都属于第三纪。抚顺煤田直接发育在玄武岩、凝灰岩之上，中间没有沉积层，从而去掉了植物生煤的想象空间。煤层之上又发育油页岩层，表明石油和煤的亲缘关系。它们来到地面的顺序是：玄武岩喷发在先，之后上升的碱性热液把玄武岩蚀变成凝灰岩，碱性热液也是石油热液。石油热液的上升是多期次的，较早上升的石油经历沥青化和沥青的煤化，最晚上升的石油充注到页岩层中形成油页岩。目前世界上开采的油页岩包括页岩、泥灰岩、碳酸盐岩和其他细碎屑岩。页岩、泥灰岩、碳酸盐岩和其他细碎屑岩都不能生油，油页岩中的油是外源的。关于煤层气。在石油沥青化和沥青煤化的过程中，由于C-H体系高分子的不稳定性，可以发生裂解形成烃类气体和碳，所以煤在演化过程中能够生成部分可燃气体。由于煤层埋藏浅，封闭性差，本身又非常致密，所以煤层自身生成的天然气基本不具备开采价值。含煤层系的裂缝系统与深部沟通，这些裂缝可以作为深部来源天然气的运移通道。如果能够确定这些运移通道，在其上有圈闭的部位钻井就会获得工业气流。中国化工报记者：您以上介绍石油和煤的关系，与泥炭、煤层气、油页岩的关系，与金属非金属的关系，请您简单总结一下我们的采访，并谈谈您对国家有关政策的看法。崔永强：煤中的石油烃类、含氧有机分子及金属、非金属、稀土元素统一来自超临界态地幔烃碱流体相变后的碱交代热液。直接开采的石油、天然气是一次能源，投入成本低、经济效益高。以煤为原料生产的石油和天然气是二次能源，投入成本高，经济效益低，对有限的煤炭资源造成浪费，不应作为国家资源战略的首选。碱交代热液通过盆地与深部沟通的断裂上升到沉积盆地水体中发生分异，轻质的石油烃类聚集在水体表层，经过沥青化作用、沉积埋藏、煤化作用形成了现今处于各个演化阶段煤层。煤炭是不可再生性资源，所含有丰富的金属、非金属和稀土元素，具有重要工业价值。鉴于来源于地幔的石油和天然气正在源源不断向沉积盆地和已发现油气藏供给，储量巨大且价格低廉，特此建议国家慎重对待以煤炭为原料生产石油和天然气的工业化，保护珍贵的煤炭资源。化学热力学最新研究否定了生物体中C-H-O体系分子演化成C-H体系石油分子的可能。煤田地质学和石油地质学在把地球上演化层次最高、存在数量最少的生命物质作为煤炭和石油来源的研究，违背了热力学第二定律。两个学科此前投入巨大的研究力量，对油气和煤炭的生物来源进行了深入持久的探索，试图把自然界原本不存在的物理化学过程研究清楚。在研究思路上，用有机成因的教条取代了辩证思维，导致对已经取得科学事实进行错误解释。这是科学史上一个极其沉重的教训，需要我们认真加以对待。
