石油是如何形成的

韓小鋒　魏建設(shè)

石油是當(dāng)代工業(yè)的血液、社會穩(wěn)定的基石、國家興旺的命脈。

“石油”一詞出自沈括的《夢溪筆談》，書中對石油的描述是人類歷史上首次對這種物質(zhì)的記錄。自從發(fā)現(xiàn)石油，人類對石油的應(yīng)用就一直沒有間斷過，直到今天它的應(yīng)用更是涵蓋了我們生活的方方面面，大到航空航天，小到衣食住行。可以說我們每個人每一天的生活都離不開與石油產(chǎn)品的親密接觸。既然石油這么重要，與我們的關(guān)系如此密切，那我們是否了解我們這個親密的伙伴呢？石油是從何而來，能陪伴我們走多久，它是取之不盡、用之不竭的嗎？

筆者查閱了大量文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)石油作為當(dāng)今世界工業(yè)第一能源要素，它的來源卻一直眾說紛紜。總體可概括為“有機(jī)成因”和“無機(jī)成因”兩種學(xué)說。前者認(rèn)為石油是古代海洋或湖泊中的微生物經(jīng)過漫長的演化形成的，可概括為生物沉積變油，這種理論認(rèn)為石油形成時間非常漫長，在人類歷史上是不可重復(fù)的，所以石油為不可再生資源，這一學(xué)說是石油地質(zhì)學(xué)界的主流觀點(diǎn);而后者認(rèn)為石油是由地殼內(nèi)部本身的碳元素在高溫高壓的條件下經(jīng)過多種物理化學(xué)反應(yīng)而生成的，與生物無關(guān)。這一觀點(diǎn)認(rèn)為石油是在地殼內(nèi)每時每刻都在源源不斷地形成的可再生資源。

有機(jī)成因理論認(rèn)為石油是由有機(jī)質(zhì)生成的，這些有機(jī)質(zhì)主要來自遠(yuǎn)古時期的4種生物：細(xì)菌、浮游植物、浮游動物、高等植物。這些生物死后，他們尸體的一部分會被氧化分解破壞，但仍然有一部分會在適宜的條件下在泥沙等沉積物中保存下來，隨著時間的流逝這些沉積物會越埋越深，在埋藏的過程中這些有機(jī)物經(jīng)歷了復(fù)雜的生物化學(xué)和化學(xué)變化，通過腐泥化和腐殖化過程形成了干酪根（Kerogen），隨著埋藏深度的進(jìn)一步加大，在一定的溫度和壓力條件下干酪根逐步發(fā)生催化裂解和熱裂解形成了最初形態(tài)的“原石油”。接著這些原石油從生成它們的巖石中“溜出來”經(jīng)過初次運(yùn)移、二次運(yùn)移，最終在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境下大量聚集，形成油藏，進(jìn)而被我們所發(fā)現(xiàn)、開采和利用。

石油有機(jī)成因說也可細(xì)分為多個不同的分支學(xué)說，目前被廣泛認(rèn)可和用來指導(dǎo)石油勘探工作的是美國的P.H.埃布爾森等一些學(xué)者提出的石油有機(jī)成因晚期成油理論——干酪根生油理論，該理論認(rèn)為石油是沉積巖中的不溶有機(jī)質(zhì)，在成巖作用晚期經(jīng)過熱解生成。有機(jī)生油理論的眾多依據(jù)可以歸結(jié)為以下三個方面：

（1）石油餾分具有旋光性。生物有機(jī)質(zhì)普遍具有旋光性，而無機(jī)質(zhì)則普遍不具有旋光性。

（2）沉積物中都含有構(gòu)成石油的各種烴類化合物，石油中有許多具有生物成因標(biāo)志的有機(jī)化合物，如葉琳、植烷及甾烷等。

（3）世界上絕大部分99%的油氣田都分布在沉積巖區(qū)。

俄國化學(xué)家門捷列夫被認(rèn)為是無機(jī)生油理論的提出者。目前影響較大的無機(jī)生油理論有兩個：其中之一是Gold的地幔脫氣理論;之二是費(fèi)-托地質(zhì)合成理論。無機(jī)生油理論在我國是在20世紀(jì)80年代開始興起的，張景廉、李慶忠和杜樂天等均為這一學(xué)說的代表人物。

地幔脫氣理論是Gold等依據(jù)太陽系、地球形成演化的模型提出的，認(rèn)為地球深部存在著大量的甲烷及其它非烴資源，大量還原狀態(tài)的碳是在地殼深部被加熱而釋放出來的經(jīng)過地質(zhì)歷史時期的種種變化，這些甲烷向上運(yùn)移，當(dāng)存在地幔柱并有深大斷裂時，這些甲烷氣便可通過斷裂、火山活動或在地殼運(yùn)動中釋放出來。

石油無機(jī)成因?qū)W說的主要證據(jù)可分為以下三個方面：

（1）實(shí)驗(yàn)室中通過利用無機(jī)物合成的辦法已經(jīng)實(shí)現(xiàn)無機(jī)生烴的過程;

（2）天體光譜、隕石、火山噴出氣體和巖漿巖中都檢測出了含有烴類物質(zhì)的證據(jù);

（3）石油的旋光性可由非旋光物質(zhì)合成，卟啉也可無機(jī)合成。

張景廉2001年寫的《論石油的無機(jī)成因》一書“宣告了油氣有機(jī)成因?qū)W說的終結(jié)”。李慶忠院士對有機(jī)生油理論提出了22點(diǎn)質(zhì)疑。這些質(zhì)疑有理論方面的，也有實(shí)例方面的，每個質(zhì)疑都切中要害。杜樂天教授是最早倡導(dǎo)地球排氣作用的學(xué)者，他于1987年提出了幔汁說，認(rèn)為“幔汁來自地核強(qiáng)大的氫流向外輻射”。他認(rèn)為地殼氣圈蘊(yùn)藏著可供人類大規(guī)模開發(fā)利用的巨大天然氣資源。值得注意的是杜樂天教授提出的地球排氫、排烴理論能夠合理地解釋很多地質(zhì)災(zāi)害和自然災(zāi)害。

石油是烴類和非烴類組成復(fù)雜混合物，成分主要有油質(zhì)（碳?xì)浠衔铮⒛z質(zhì)（具黏性的半固體物質(zhì)）、瀝青質(zhì)（暗褐色或黑色脆性固體物質(zhì)）、碳質(zhì)（非碳?xì)浠衔铮饕M成元素有：C、H、O、N、S。由于石油沒有統(tǒng)一明確的分子化學(xué)式、成分組成非常復(fù)雜，所以它的形成過程和機(jī)理必定非常復(fù)雜。石油有機(jī)成因論在當(dāng)今油氣地質(zhì)學(xué)理論中占主導(dǎo)地位，但學(xué)者們對石油無機(jī)成因的研究也一直在進(jìn)行。有機(jī)生油論的各種指標(biāo)雖然在客觀上能夠指導(dǎo)找油的實(shí)踐，但它本身可能存在較大的問題（實(shí)驗(yàn)室里不能證明低溫下有機(jī)物可以生成石油），它對油氣勘探的指導(dǎo)作用也只能認(rèn)為是一種客觀規(guī)律的總結(jié)對生產(chǎn)指導(dǎo)的實(shí)踐行為。

眼下的“有機(jī)”、“無機(jī)”爭論已經(jīng)進(jìn)行100多年了，目前已經(jīng)有專家學(xué)者開始贊同個別天然氣藏中有地殼深部的物質(zhì)，也就是說已經(jīng)有學(xué)者贊同天然氣是有機(jī)成因和無機(jī)成因物質(zhì)共同結(jié)合的產(chǎn)物。在石油來源的探索之路上，我們還需要繼續(xù)以科學(xué)求實(shí)的態(tài)度來面對我們所掌握的證據(jù)，正視理論所面對的問題，相信石油的來源之謎終有一天會撥云見日、水落石出。

◎ 來源|中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心