神奇的旅行——石油的自述·我的傳奇之二

遠(yuǎn)古生命來自于浩瀚的海洋，又回歸到陰冷的地下。在來與去之間留下了什么呢？石油，傳承著生命的輪回。我是生命的死亡，但我不甘心死亡。屏住呼吸，我在陰暗的地下忍受著高溫高壓的酷煉，一待就是億萬年。

腐朽是我的前世，黑金是我的今生。在無氧的時(shí)空隧道里，我背負(fù)著來生的信念，默默地聚集著正能量，終于化腐朽為神奇，支撐起人類現(xiàn)代的文明。

“宇宙蛋”里孕育的生命

宇宙最初的源頭是一個(gè)所謂的“宇宙蛋”，它凝聚了所有的時(shí)空質(zhì)能，孕育著未來物質(zhì)世界的一切，包括天體和生命。大約150億年以前，“宇宙蛋”在一場(chǎng)無與倫比的大爆炸中誕生了宇宙。宇宙內(nèi)部爆炸殘留物之間互相作用，在形成星球的同時(shí)也逐漸形成了星系，其中一個(gè)星系叫銀河系，銀河系中有一顆恒星叫太陽，圍繞著太陽轉(zhuǎn)的還有八大行星，其中有一個(gè)就是人類的家園——地球。

地球在誕生之初是沒有生命的，當(dāng)時(shí)的地球離太陽比較遠(yuǎn)。隨著地球離太陽越來越近，處在了太陽系中最適合生命萌生的位置，并且地球的構(gòu)成物質(zhì)符合生命的萌生要素，在接收到宇宙中外界物質(zhì)的加盟后，地球開始出現(xiàn)原始海洋。

原始海洋經(jīng)過漫長(zhǎng)時(shí)間孕育了原始生命，開始了漫長(zhǎng)的生命進(jìn)化，一直到5.4億年前的寒武紀(jì)時(shí)期，出現(xiàn)了一次生命大爆發(fā)現(xiàn)象，地球上的生物突然豐富多彩起來，生物的種類成幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)。

細(xì)菌或綠色植物通過光合作用將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成有機(jī)物質(zhì)，作為食物鏈的底層，各種動(dòng)物以此為食也逐漸繁盛起來?；ㄩ_花落、生死輪回中，生命怎樣在地球上留下痕跡而萬古流芳呢？

我的家在哪里？

“地下油?！焙汀暗叵掠秃印笔俏娜四托稳莸叵率偷某Ｓ迷~匯，久而久之，很多人認(rèn)為地下的石油就是像海、湖一樣。好像從地上打個(gè)洞，弄一臺(tái)水泵，就可以輕輕松松地往上抽油了。

不是這樣的。別忘了，石油工業(yè)除了是世界上資本密集的行業(yè)，同時(shí)也是技術(shù)密集的行業(yè)。

石油，顧名思義，是石頭里的油，它像海綿里的水一樣，浸透在石頭里?？墒牵^那么堅(jiān)硬，油能滲進(jìn)去嗎？

油氣的生成與保存

其實(shí)，自然界里的石頭也不是鐵板一塊，無縫可鉆的。經(jīng)常戶外活動(dòng)的人應(yīng)該知道，山上的巖石有著各種各樣的裂縫和大大小小的孔洞。即使沒有被風(fēng)化或者破壞的石頭，它們的內(nèi)部也存在著各種各樣的縫縫洞洞，只是有的比較大，肉眼就可以看到，有的卻很小，要借助放大鏡、顯微鏡才能看得清。比如，你在磨刀的砂石上澆上幾滴水，一會(huì)兒這些水就沒有了，表面只留下一片濕漉漉的痕跡。這就證明，像磨刀石那么堅(jiān)實(shí)的石頭也有許多肉眼看不出來的孔隙。

巖石的縫縫洞洞就是我的家?？p縫洞洞越多越大，巖石里可以裝的石油就越多；縫縫洞洞之間相互連通得越好，我在巖石里流動(dòng)也越容易。

天然氣在地下存在的情況也和石油一樣，儲(chǔ)存在巖石的縫縫洞洞里。不同的是天然氣是氣體，它比液態(tài)的石油更會(huì)“鉆空子”，能滲進(jìn)石油的巖石都能滲進(jìn)天然氣，即使石油進(jìn)不去的巖石，有的對(duì)天然氣也是暢通無阻的。

巖石孔洞中的油、水分布示意圖

石油行業(yè)將凡是能夠儲(chǔ)集石油及天然氣的巖石層都稱為儲(chǔ)集層。顯而易見，儲(chǔ)集層是指具有儲(chǔ)集能力的巖石層，但并不是說有儲(chǔ)集能力的巖石層中就一定會(huì)有石油或天然氣，具備了儲(chǔ)集的能力，還要有石油或天然氣鉆進(jìn)來儲(chǔ)集，才能稱為儲(chǔ)油（氣）層。能夠儲(chǔ)集油氣的空間稱為圈閉，儲(chǔ)集了油氣之后的圈閉稱為油氣藏。

地下圈閉

儲(chǔ)集油氣的圈閉優(yōu)劣主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是圈閉規(guī)模，即圈閉最大有效容積，這決定了儲(chǔ)集油氣的場(chǎng)所的大小，當(dāng)然是越大越好了；二是圈閉內(nèi)儲(chǔ)集層厚度及孔隙性能，同樣的，儲(chǔ)集層的厚度大且其中的縫縫洞洞又多又大，能夠儲(chǔ)集的石油當(dāng)然就多了；三是圈閉蓋層及上傾方面遮擋的嚴(yán)密性。有了足夠的儲(chǔ)集空間，這只是能夠形成良好油氣藏的必要條件，如果周圍的巖石密封性不好，油氣運(yùn)移到圈閉中接著又跑掉了，也不能形成良好的油氣藏。

我的多彩前生

每年，從初春到深秋，我們生活的大地萬紫千紅，各種各樣的植物、動(dòng)物把地球裝飾得多姿多彩。你可曾想到，與現(xiàn)代生活密切相關(guān)的黃色、黑色、褐色的石油會(huì)是由它們變成的!

石炭紀(jì)生物復(fù)原圖

在地質(zhì)歷史中，陸上的生物豐富無比，大到恐龍、原始哺乳動(dòng)物，小到草木花朵，乃至肉眼看不到的被子植物的花粉與裸子植物的孢子體；水體中的生命也繽紛多彩，有魚類、貝類、蝸牛、浮游動(dòng)植物等，它們是裝點(diǎn)大地、海洋的主體，也是構(gòu)成地球上有機(jī)物的基礎(chǔ)。

在陸地，各種動(dòng)物、植物死亡之后，往往被其他動(dòng)物吃掉或被風(fēng)吹雨淋很快腐爛、分解。而在水體中，由于水層的保護(hù)，水底安靜的環(huán)境、缺氧等條件，可以大大緩解甚至防止生物體的腐敗。

在占地球表面75%的水體中，生活著大量的微生物和微體生物。據(jù)推算，一個(gè)硅藻體在不受任何阻礙的條件下，一天之內(nèi)即可繁殖到和地球一樣大小! 據(jù)推算，海洋中的浮游生物每年的死亡量可達(dá)5500億噸。它們?cè)诤Ｋ写罅可?，被科學(xué)家稱為“生物雨”，而死亡后向海底飄落則形成了“尸體雨”。還有大量的生物遺骸被河流和風(fēng)源源不斷地?cái)y帶到海洋與湖泊中，并不斷地沉降到底部，它們就是沉積有機(jī)質(zhì)。

形成油氣的各種藻類

通向石油的驛站——干酪根

在水體中，生物死亡以后，體內(nèi)的主要成分如碳水化合物、蛋白質(zhì)、類脂物、木質(zhì)素等會(huì)先后遭受不同程度的分解與破壞。分解產(chǎn)物一部分成了另外一些生物的“點(diǎn)心”，另一部分則被分解成了二氧化碳和水。剩下的部分，是生物原始數(shù)量的極少部分，沒有經(jīng)歷完全的生物再循環(huán)和物理化學(xué)分解而進(jìn)入沉積物中，變成了沉積有機(jī)質(zhì)。

早期的沉積有機(jī)質(zhì)不斷地被埋藏到較深的部位。在正常的地質(zhì)條件下，需經(jīng)過5000-10000年才能形成1米厚的沉積層。在這段時(shí)期，細(xì)菌活動(dòng)引起的發(fā)酵作用，使有機(jī)物中的纖維素、蛋白質(zhì)和多糖大分子被降解。大多數(shù)有機(jī)質(zhì)在這一階段聚合成不溶于有機(jī)溶劑的有機(jī)物，地質(zhì)學(xué)家稱其為“干酪根”。

干酪根

干酪根形成示意圖

干酪根（Kerogen），這個(gè)詞一看就是音譯的，來源于希臘語。之前也被翻譯成“油母質(zhì)”，這倒是意譯。Kero有蠟的意思，原始含義就是“能生成油或蠟狀物的物質(zhì)”。后來含義又混亂了……直到20世紀(jì)60年代，才明確規(guī)定為沉積巖中的不溶有機(jī)質(zhì)。它泛指一切能生成油氣或者煤炭的有機(jī)質(zhì)。它并不是某一種有具體成分的物質(zhì)，而是一種有機(jī)高分子聚合物。干酪根的含碳量在70%～90%，含氫量在3%～11%，含氧量在3%～24%。地球化學(xué)家根據(jù)干酪根的元素組成將其劃分為I型、II型和III型。

干酪根生物來源及分類

干酪根是地球上有機(jī)碳最重要的存在形式，地殼中干酪根總量約為3000萬億噸。這個(gè)數(shù)字可能不太直觀，那么下面的數(shù)據(jù)就形象多了：干酪根的總量大致相當(dāng)于全球煤炭總儲(chǔ)量的1000倍和石油總儲(chǔ)量的16000倍！

生油巖中的干酪根分解生成油氣

那么為什么要研究這種范圍很寬的東西呢？因?yàn)椋衫腋敲?、石油和天然氣的前體。也就是說，它可以生成煤、石油和天然氣！

盡管如此，在發(fā)現(xiàn)它巨大的作用之前，人們對(duì)它的研究卻很少。因?yàn)樗静蝗苡谟袡C(jī)溶劑，而且相當(dāng)復(fù)雜。后來人們發(fā)現(xiàn)這東西能生成石油，才對(duì)其投入了極大的熱情開始研究它。

從有機(jī)質(zhì)到干酪根，主要得益于細(xì)菌的降解作用，而干酪根進(jìn)一步演變成石油則主要靠溫度。在地溫不超過60℃的較淺地層處，干酪根中氧和硫元素的含量下降，液態(tài)烴的形成量極少，干酪根形成了一些極為復(fù)雜的大分子碎片；當(dāng)?shù)販爻^60℃以后，前一階段形成的大分子碎片因其化學(xué)鍵的進(jìn)一步斷裂，形成了更小的碎片，干酪根中開始產(chǎn)生碳?xì)浠衔铮M(jìn)入石油生成的主要階段；隨著埋藏深度的加大，或者由于巖漿活動(dòng)等原因，當(dāng)?shù)販剡_(dá)到120℃以上時(shí)，干酪根中的烴基幾乎全部消失，液體烴遭受破壞，低分子甲烷氣大量產(chǎn)生……

可以說，石油的生成是干酪根為適應(yīng)環(huán)境不斷調(diào)節(jié)、改造自身的過程。

坎坷運(yùn)移路

現(xiàn)在，我們已經(jīng)知道了石油是在地下巖石中生成的，也是在地下巖石中儲(chǔ)集的，那生產(chǎn)石油和儲(chǔ)集石油的巖石，是同一個(gè)巖石體嗎？

初生油、氣被壓榨進(jìn)入儲(chǔ)層

一般情況下不是這樣的。生產(chǎn)石油的巖石，專業(yè)上稱為生油巖（也叫烴源巖），儲(chǔ)集石油的巖石，稱為儲(chǔ)集巖。一般油氣在生油巖產(chǎn)出后，需要經(jīng)過一定時(shí)間、一定距離的運(yùn)移，才能到達(dá)儲(chǔ)集巖層，并在此聚集下來。油氣從生油巖跑出來的過程叫一次運(yùn)移。對(duì)于大多數(shù)的油氣藏，其中的油氣聚集不是從生油巖直接流過來的，很多經(jīng)歷了二次、三次甚至更多次的運(yùn)移，從一個(gè)油氣藏運(yùn)移到另外一個(gè)油氣藏。

運(yùn)移期間，有一些油氣能順利到達(dá)下一個(gè)據(jù)點(diǎn)儲(chǔ)集起來形成新的油氣藏，還有一些因?yàn)楦鞣N各樣的原因，中途逸散了，消失地?zé)o影無蹤。要形成一個(gè)優(yōu)質(zhì)的油氣藏，期間經(jīng)歷的“磨難”實(shí)不足為外人道也。

奇妙的組合

油氣藏是我的“家”。要組成這個(gè)完整的“家”，需要具備六個(gè)條件：一是家里要有主人，那就是我嘍，因此，需要有生油層才能有我；二是家里必須有讓我滿意的硬件設(shè)施，我大老遠(yuǎn)從生油巖跑過來，不給我安排一個(gè)好地方能行嗎，那就需要有儲(chǔ)集層了；三是還要有墻壁和屋頂為我遮風(fēng)擋雨，也就是需要蓋層和遮擋層防止我逸散；四是需要有運(yùn)動(dòng)條件，我才能從生油層經(jīng)過長(zhǎng)途跋涉進(jìn)入“家門”；五是家里的空間要足夠大，有足夠的縫縫洞洞讓我棲身，也就是圈閉條件必須滿足我的體量，要不然我還要繼續(xù)往前跑；六是我住的地方必須要穩(wěn)定，三天兩頭的地震，沒事搞搞地質(zhì)運(yùn)動(dòng)，那我可沒有辦法老老實(shí)實(shí)待在家里，不是跑到別人家里，要不就會(huì)直接逸散。

要想形成油氣藏，給我一個(gè)完整的家，這六大條件缺一不可。這就是石油地質(zhì)家所謂的油氣藏形成六大要素——生、儲(chǔ)、蓋、運(yùn)、圈、保。

油氣藏形成的主要條件

百年石油未決案

日常生活中，各種各樣的媒體對(duì)石油都冠以“化石燃料”的稱呼。這其實(shí)是基于這樣一種認(rèn)識(shí)：石油是由遠(yuǎn)古時(shí)期生物（包括動(dòng)物與植物，尤以浮游生物為主）生成的。這就是石油的“有機(jī)成因”理論，這一理論指導(dǎo)了現(xiàn)代石油工業(yè)的發(fā)展。

長(zhǎng)期以來，在石油地質(zhì)界還存在一種觀點(diǎn)，認(rèn)為石油是無機(jī)成因的。如果從俄羅斯著名化學(xué)家門捷列夫算起，油氣無機(jī)成因的假說提出也已有100多年了。

石油無機(jī)成因觀點(diǎn)認(rèn)為，在石油的形成過程中，率先上涌的巖漿，由于在地殼裂縫中所受的壓強(qiáng)極小而大幅度地發(fā)生熱膨脹，形成大量的巖漿氣，按照一定的組分組成氣體分子，比如乙炔、水等。

巖漿中不斷析出的氣體，不僅使裂隙中的壓強(qiáng)和溫度不斷升高，而且使裂隙中形成的烴類分子的密度連續(xù)增大，它們的內(nèi)聚力不斷加強(qiáng)，導(dǎo)致烴類分子趨向于形成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。即乙炔→乙烯→甲烷→乙烷→丙烷→丁烷。當(dāng)裂隙中碳?xì)浠衔餁怏w濃度進(jìn)一步升高時(shí)，就會(huì)使低碳類烴聚合為高碳烷烴，進(jìn)而發(fā)生相態(tài)變化，也就是說，氣體的烴類變成了液體的烴類——石油。石油在形成的初期，因?yàn)轭w粒極小，可以隨著熱量而向上運(yùn)動(dòng)，它們?cè)诹严兜纳戏酱罅烤酆?，融合成更大的油珠。?dāng)密度大的油珠進(jìn)一步融合，其重量將大于巖漿氣體熱膨脹時(shí)所產(chǎn)生的推力，于是紛紛墜落或沿著裂隙壁面流向裂隙的底部并溢出巖漿。

由于裂隙中的壓強(qiáng)、溫度和碳?xì)浠衔锏臍怏w濃度達(dá)到相當(dāng)高的標(biāo)準(zhǔn)后，才會(huì)形成石油，所以，巖漿析出的氣體剛剛脫離巖漿就會(huì)遇到很高的壓強(qiáng)，不僅在原子的層次上形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，而且迅速化合為碳?xì)浠衔?。于是，一部分巖漿氣體在上浮過程中，就化合為石油，而且會(huì)不斷地增加，漸漸地就可能形成油藏。

首先，已經(jīng)證實(shí)，地球深層存在大量的富二氧化碳流體，這些流體排出的二氧化碳在上升的過程中，可以與氫氣發(fā)生著名的費(fèi)托反應(yīng)（以一氧化碳和氫氣為原料，在適當(dāng)條件下生成烴類的反應(yīng)）而生成烴類。

其次，在地球深部也存在大量的富氫流體，地球也在不斷向外排氫，在很多地方已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種無機(jī)成因的氫氣藏，而且越向地球深部，氫的含量越高，到中下地幔和地核則主要是氫氣和氫化物，這為費(fèi)托反應(yīng)的發(fā)生提供了物質(zhì)保障。

再次，在很多沉積盆地中廣泛存在能夠促使費(fèi)托反應(yīng)順利進(jìn)行的催化劑，使得反應(yīng)的發(fā)生成為可能。

“石油無機(jī)生成”論點(diǎn)認(rèn)為，無論在陸地還是海底，只要地殼深部存在形成裂隙的地質(zhì)條件，那里就可能存在生油構(gòu)造，生成的石油與天然氣沿著裂隙運(yùn)移上來以后，可以聚集成大型油氣田。

雖然有機(jī)成因理論被大多數(shù)地質(zhì)家所認(rèn)同，并指導(dǎo)了全球大多數(shù)油氣勘探實(shí)踐，但是隨著全球范圍內(nèi)石油勘探難度的增加和人們對(duì)油田的認(rèn)識(shí)加深，越來越多的現(xiàn)象用石油有機(jī)成因的理論無法或難以解釋，長(zhǎng)期失寵的無機(jī)成因理論又重新得到了部分石油地質(zhì)家的關(guān)注。主要原因有以下幾個(gè)方面：

一是有些地區(qū)找到了大約15億年前形成的石油。這是什么概念呢？按照傳統(tǒng)的石油地質(zhì)與生物學(xué)理論，當(dāng)時(shí)的生物量似乎并不足以形成石油。為什么在不含生物的地層中也能找到石油？

二是為什么世界上的大型、超大型油氣田大多集中分布？難道當(dāng)時(shí)的地球上，只有那些地方有生物嗎？

三是為什么大型油氣田的地層深部大多存在著一個(gè)地幔柱？這是油藏與地下深處相通的證據(jù)。

四是傳統(tǒng)的石油地質(zhì)理論認(rèn)為，石油的生成至少需要數(shù)百萬年以上的時(shí)間，但是，通過對(duì)美國(guó)黃石公園內(nèi)熱泉的有機(jī)質(zhì)研究表明，生成石油的時(shí)間有幾千年足矣！更有甚者，墨西哥灣水域漂浮的藻類經(jīng)太陽暴曬數(shù)周后，竟有液態(tài)的油滴生成。

面對(duì)這些向傳統(tǒng)石油地質(zhì)理論挑戰(zhàn)的現(xiàn)象，人們似乎有理由認(rèn)為：世界上有些油田的石油似乎正在源源不斷地得到補(bǔ)充；一些油氣可能來自地殼深處；石油的生成、運(yùn)移、聚集可能與地震有關(guān)，而地震恰恰是地殼運(yùn)動(dòng)的表征，它能把地下深處的油氣“送”上來嗎？

在石油有機(jī)成因與無機(jī)成因的大辯論中，“有機(jī)成因論”始終占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槠駷橹?，世界上所有的大型油氣田都是在這一理論的指導(dǎo)下找到的。當(dāng)然在一些具體問題上，這一理論也有無法自圓其說之處。

當(dāng)前，這兩種理論還沒有得到很好的融合。正確認(rèn)識(shí)油氣的來源問題，不僅僅是理論問題，更具實(shí)踐意義：它的確定將給石油勘探的部署帶來戰(zhàn)略性調(diào)整。而且，一旦工業(yè)性石油的聚集與無機(jī)成因的關(guān)系得以確定，則石油勘探的領(lǐng)域?qū)?huì)大大擴(kuò)大，全球石油的儲(chǔ)量也會(huì)極大地增加，進(jìn)而使世界的原油產(chǎn)量保持穩(wěn)步增長(zhǎng)。這也是許多科學(xué)家對(duì)這一重大學(xué)術(shù)問題投入大量精力的原因。

作者：馬新福