疑問很久 - 地球科學討論

※ 引述《void (*Ptr)》之銘言：
: 關於石油的
: 先聲明 這絕對不是作業 因為我非地質相關科系的(化學相關科系) 判板上高手解答
: 1.為什麼 全世界近一半的油藏在中東?有什麼特別的原因可以解釋嗎?
: 2.聽說 埋藏石油的岩層大都是石灰岩?why?
: 3.石油是微生物形成的嗎?還是說不一定要是微生物??
: 4.現金大多數的石油 是生成於哪個地質年代啊?
: 感謝回答

應該也要謝謝提問人。

我從網路上轉兩篇有關石油的中文科普文章，是大陸學者所作。

http://www.jyb.com.cn/gb/2003/01/10/zy/7-kjdg/1.htm

http://www.jyb.com.cn/gb/2003%5C01%5C31%5Czy%5C7-kjdg%5C1.htm

關於石油成因的另一種說法(上)

《石油勘探與開發》副主編王大銳博士


　　○ 眾所周知，石油成因的權威說法是古代生物生成石油，教科書上也是一直
這麼寫的

　　○ 實際上在地質界有關石油的成因一直存在著激烈的爭論

　　○ 有科學根據的不同學說的爭論，體現著科學精神

　　在日常生活中，我們常用「化石燃料」來稱呼石油、煤炭、天然氣等經過千百
萬年才形成的，埋藏在地層中的能源。在煤層中，人們早已發現了樹木的性狀和由
樹木的脂類物質形成的琥珀等直接證據，表明煤炭確是由死去的植物變成的；對於
天然氣，石油地質工作者們也已證明，它們可以由石油、甲烷細菌的生物化學作用
、煤炭的分解作用而形成，還可以從地下深處的岩漿中釋放出來富含甲烷的「無機
成因天然氣」。石油是由古代生物(包括動物與植物，尤以浮游生物為主)生成的，
既有的有機成因，這一點也被大多數學者認同。然而，隨著全球範圍內石油勘探
難度的增加和人們對油田的認識加深，越來越多的現象用「石油有機成因」的理論
無法解釋，長期失寵的無機成油理論又重新受到世界石油地質家的普遍重視。


　　與傳統石油有機成因理論相悖的現象


　　近年來，傳統石油地質理論和長期從事油氣勘探的專家學者們遇到的許多問題
，難以用傳統的石油「有機成因理論」圓滿地解釋：


　　一、一些地區為什麼找到了大約15億年前形成的石油？

而按照傳統的石油地質與生物學理論，當時的生物量似乎並不足以形成
石油。為什麼在不含生物的地層中也能找到石油？比如加拿大阿爾伯塔省
的阿塔巴斯河區和美國堪薩斯的克拉富特—普魯斯油田，都是在沒有富含
生物的沉積岩層。


　　二、為什麼許多大型油氣田都分佈在地殼的大型線狀斷裂帶上？

它們的分佈顯然受地球板塊的邊界控制，比如美國在洛杉磯的逆掩斷裂帶
上就發現了19個油田。為什麼一些油氣田都與大山脈相鄰——那裡大多是
板塊或者地塊的結合帶。我國新疆克拉瑪依油田在著名的「克——烏大
斷裂帶」附近就找到了十餘個油氣田，而離開這條斷裂帶就很難發現油氣
田。

　　三、為什麼世界上的大型、超大型油氣田大多集中分佈？

比如中東地區，這僅僅用「那裡的海相地層可以更富集有機質成份」的觀點
解釋恐怕難以令人信服。

　　四、為什麼大型油氣田的分佈區內，往往地熱值都較高？

而且大油田的地層深部大多存在著一個地幔柱(Mantle plume)—那是油藏與
地下深處相通的證據。

(按:地球物理上，所謂地幔柱的異常訊號可以同時以含流體成份或熱異常來
解釋；所謂的"地下深處"，所指的可能範圍可從數十至數百公里深不等。)

　　五、為什麼世界上許多油田的汞含量都很高？

其含量高於大氣中含量的幾十到幾百倍。為什麼一些油氣區中的的氦含量也
高得驚人(比如我國四川南部天然氣田中的氦的比例相當高，經過提純後可以
生產工業性氦)？為什麼在世界許多大型鉛鋅礦中都發現了大量碳質瀝青？而
鉛鋅礦富集的主要原因就是地殼深部的熱液上湧。

　　六、1973年遼寧省大地震後，遼河油田的石油勘探形勢突然好轉，1986年產量
突破1000萬噸，一躍成為繼大慶、勝利油田之後我國第三大油田。而且，
遼河盆地內平均每平方公里年產原油近一萬噸；山東勝利油田的面積僅為
3000平方公里，但採出的原油已達3000萬噸；玉門老君廟油田經過60年的
開採以後，已經採出了幾倍於原來探明的地質儲量，這些都是用常規的石油
地質理論難以解釋的。

　　七、傳統的石油地質理論認為，石油的生成至少需要數百萬年以上的時間，但是，
最新的實驗室內熱模擬試驗表明，石油的生成並不需要太高的溫度和壓力，
科學家對美國黃石公園內熱泉的有機質研究也表明，生成石油的時間有幾千年
足矣！更有甚者，墨西哥灣水域漂浮的藻類經太陽暴曬數周後，竟有液態的
油滴生成。


　　由來已久的「石油無機生成理論」


　　油氣生成可能是20世紀地質科學中爭論得最為激烈的問題之一，而且是一個古老
而敏感的問題，從俄羅斯著名化學家門捷列夫算起，油氣無機成因的假說提出已有
100多年了。


　　從20世紀初開始，一批又一批的俄羅斯科學家不斷地提出「石油無機生成」的
理論和生成機制，其中影響較大的有庫德良采夫、克魯泡特金、薩爾基索夫、
波爾菲裡也夫和波實卡雷夫等；西方則有羅賓遜、古德、阿布拉加諾、薩特馬裡等。


　　儘管持「石油無機生成」觀點的學者也不少，但他們提出的「原理」歸納起來
就是：石油來源於地幔，是地幔沿著地殼裂隙上湧過程中的衍生物。任何物體都是
在特定的內力和外力作用下，處於力的動態平衡而顯現的一種物質形態。在超高壓
和高溫的條件下，地幔的原子、原子核、直至基本粒子等層次上的物質都是地殼中
的任何物質無與倫比的，而且都是與地殼中的元素呈現出的性狀不同的。所以地殼
中不存在什麼構成原油的碳氫化合物。但是在地殼裂開以後，那裡地幔的超高壓
狀態被打破，原來的穩定結構被破壞，使之發生熱膨脹，不斷地釋放內能而蛻變
為岩漿。沿著裂縫上湧的岩漿由於發生熱膨脹而不斷耗散內能，在特定的壓強和
溫度下，重新達到內和外力平衡。石油就是地幔發生熱膨脹時，在特定的環境中
形成的一種新物質形態。


　　面對這些向傳統石油地質理論挑戰的現象，人們似乎有理由認為：世界上有些
油田的石油似乎正在源源不斷地得到補充；一些油氣可能來自地殼深處；石油的生成
、運移、聚集可能與地震有關，而地震恰恰是地殼運動的表徵，它能把地下深處的
油氣「送」上來嗎？


　　在石油的形成過程中，率先上湧的岩漿，由於在地殼裂縫中所受的壓強極小而
大幅度地發生熱膨脹，形成大量的岩漿氣，按照一定的組分組成氣體分子，比如
乙炔、水等。


　　岩漿中不斷地析出的氣體，不僅使裂隙中的壓強和溫度不斷升高，而且使裂隙中
形成的烴類分子的密度連續增大，它們的內聚力不斷加強，導致烴類分子趨向於形成
複雜的結構。即乙炔→乙烯→甲烷→乙烷→丙烷→丁烷。當裂隙中碳氫化合物氣體
濃度以及裂隙中的壓強進一步升高時，就會使低碳類烴聚合為高碳烴烷，進而發生
相態變化，也就是說，氣體的烴類變成了液體的烴類——石油。(這種)石油在形成
的初期，因為顆粒極小，可以隨著熱而向上運動，它們到裂隙的上方大量聚合，就
可以融合成更大的油珠。當密度大的油珠進一步融合，其重量將大於岩漿氣體熱膨脹
時的所產生的推力，於是紛紛墜落或沿著裂隙壁面流向裂隙的底部並溢出岩漿。


　　由於裂隙中的壓強、溫度和碳氫化合物的氣體濃度達到相當高的標準後，才會
形成石油，所以，石油淹沒的岩漿析出的氣體剛剛脫離岩漿就會遇到很高的壓強，
不僅在原子的層次上形成穩定的結構，而且迅速化合為碳氫化合物。於是，岩漿
氣體的一部分在石油裡上浮的過程中，就化合為石油，而且會不斷地增加，漸漸地
就可能形成油藏。(待續)

　　《中國教育報》2003年1月10日第7版



關於石油成因的另一種說法(下)

《石油勘探與開發》副主編 王大銳博士


　　○ 在石油成因的爭論中，「有機成因」始終處於主導地位

○ 多數持「無機成因」觀點的學者並不否認石油大部分是有機生成


　　「石油無機生成」論點認為，無論在陸地還是海底，只要地殼深部存在形成
裂隙的地質條件，那裡就可能存在生油構造，生成的石油與天然氣沿著裂隙運移
上來以後，可以聚集成大型油氣田。中東波斯灣地區成為世界石油的主要產地，
是因為阿拉伯半島向東北方向移動，擠壓歐亞大陸的伊朗一側。所以，從阿曼灣
至小亞細亞半島沿線的地殼深層均由於板塊的擠壓運動而形成密集的裂隙。於是
該地區形成了大面積的油田和天然氣田。


　　孰是孰非的「化石燃料」


　　在石油有機成因與無機成因的大辯論中，「有機成因論」始終佔據優勢甚至
絕對優勢，因為迄今為止，世界上所有的大型油氣田都是以這一理論作為指導
找到的(雖然在一些具體問題上，這一理論也有無法自圓其說之處)而且在石油中
已經發現了豐富的、來源於生物體內的有機質和生物標記化合物(甾烷、萜烷類
等等)。


　　在石油與天然氣的勘探中，地質學家們首先依靠岩石層中有機質的多寡和構成
有機質的類型(海洋生物、湖泊生物還是陸生生物？各佔的比例是多少？等等)來
判斷一個勘探靶區是否有石油或者能否具有工業性開採價值。而且，石油地球化學
家們早已用富含有機質的沉積岩經過加溫、加壓熱模擬「製造」出了石油與天然氣。


　　為了探討石油與天然氣可能的「無機成因」，在20世紀後期，多國科學家聯手
，在北歐的斯堪地那維亞半島鑽探了一口深達上萬米的超深井，但結果僅僅找到了
零星的、甲烷含量並不太高的天然氣，根本沒有見到石油的顯示。這一結果大大地
鼓舞了持石油「有機成因」的學者們，也使「無機成因論者」感到沮喪。


　　值得一提的是，在對「石油無機成因」感興趣的學者中，有相當一大部分並
不是以油氣研究為主要研究對象的。這就引發了一個問題：是這些學者們不受
「傳統觀念」的束縛，敢於提問、勇于思索，還是要批駁一種已經「成型」的理論
就必須先要真正地理解它？


　　不可否認，在漫長的地質歷史中，地球、石油與天然氣的形成經歷了人們無法
想像的複雜過程，僅僅靠實驗室的熱模擬實驗是無法實現自然條件下的石油與天然氣
生成的，而且，「石油有機成因」理論確有不完善之處，而且有的還急需補充和修改
。但是，這一理論從來就沒有完全否認自然界中存在有無機成因的石油、特別是
天然氣(在「八五」期間，中國石油天然氣集團公司石油勘探開發研究院以戴金星
院士為首的課題組還完成了「中國東部無機成因天然氣及成藏條件研究」的自然科學
基金項目)。關鍵在於「無機成因」的石油與天然氣能否形成有工業開採價值的規模。


　　持「石油無機成因」的學者們曾經全面否定過「石油是由遠古生物形成的」的
「有機成因」觀點，但是隨著研究的深入，他們也認為：在油氣的生成過程中，較
多的可能是靠非生物生成機制的。當然這種爭論在短期內是不會停止的。


　　正確認識油氣的來源問題，不僅僅是理論問題，更具實踐意義：它的確定將使
石油勘探的部署作戰略性調整，從而擴大勘探靶區，增加石油的儲量，進而使我國
乃至世界的原油產量保持穩步增長。

　　《中國教育報》2003年1月31日第7版

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