石油與天然氣起源于哪里？

○呂雪萱

問號(hào)粉碎機(jī)：石油和天然氣可以說(shuō)是我們當(dāng)今社會(huì)的“血液”，如果沒有了石油和天然氣，社會(huì)將很快陷入癱瘓狀態(tài)。那石油和天然氣從哪里來(lái)的呢？

大多數(shù)地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為，石油和天然氣是由埋在地下的低等動(dòng)植物，在高溫、高壓和細(xì)菌的作用下，經(jīng)過復(fù)雜的化學(xué)及生物化學(xué)的變化而生成的。一百年前，在形成這個(gè)理論時(shí)，由于歷史條件的局限，在大多數(shù)化學(xué)家看來(lái)，碳?xì)浠衔锶绻唤柚谏锒墚a(chǎn)生，那簡(jiǎn)直是不可思議的。那時(shí)科學(xué)家還普遍認(rèn)為，由于地球形成時(shí)處于熾熱的熔融狀態(tài)，因此碳?xì)浠衔餆o(wú)法存在，以后也不可能從熔融物和凝固物中產(chǎn)生。

此外，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，石油的某些餾分具有旋光性。就是說(shuō)，讓偏振光射入這些物質(zhì)后，其振動(dòng)面會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)。這意味著，它們含有的左旋體和右旋體的比例是不相等的。生物有機(jī)質(zhì)正是具有這樣的特點(diǎn)，而絕大多數(shù)無(wú)機(jī)物在結(jié)構(gòu)上是嚴(yán)格對(duì)稱的，因此不具有旋光性。

上述的觀察和研究似乎為石油和天然氣的生物生成學(xué)說(shuō)，提供了充分的理由。但是，隨著科技的飛躍發(fā)展，傳統(tǒng)的學(xué)說(shuō)受到了越來(lái)越猛烈的沖擊，以往提出的許多證據(jù)再也站不住腳了。

地質(zhì)學(xué)家發(fā)現(xiàn)，石油的分布區(qū)域遠(yuǎn)超出沉積巖的范圍，油、氣的實(shí)際儲(chǔ)存量要比根據(jù)生物生油氣學(xué)說(shuō)所做出的估計(jì)大好幾百倍。專家還注意到，生物體被埋藏后其氫氣含量是不足的，而石油卻極大地飽和了氫，這也是傳統(tǒng)觀點(diǎn)難以解釋的。

天文學(xué)家則發(fā)現(xiàn)，碳?xì)浠衔锸翘?yáng)系中碳存在的最普遍形式，而并不一定是由生物產(chǎn)生的。木星、土星、天王星和海王星的大氣中，含有大量的甲烷和其他碳?xì)浠衔?。最近幾年的科學(xué)研究成果表明，地球不是由熔巖冷凝而成的，而是由巨量的隕石集聚而成的。根據(jù)這個(gè)觀點(diǎn)，人們就不能排除這樣的假設(shè)，即各種揮發(fā)性流體(如甲烷)，很可能是從地幔中“熱煉”出來(lái)再鉆到地面上去的。

至于石油中含有的生物雜質(zhì)，生化學(xué)家已查明，這是由以石油為生的細(xì)菌產(chǎn)生的，而且當(dāng)石油流經(jīng)蘊(yùn)藏生物遺骸的沉積巖時(shí)，也會(huì)把生物雜質(zhì)帶走。

后來(lái)，美國(guó)康奈爾大學(xué)教授托馬斯、戈?duì)柼氐热颂岢隽艘粋€(gè)與傳統(tǒng)學(xué)說(shuō)對(duì)立的新理論。他們認(rèn)為，在地球形成時(shí)期，大量的含碳的球粒隕石碰撞到地球后，被深埋在地下，經(jīng)高熱和高壓作用產(chǎn)生了碳和各種碳?xì)浠衔?。比如，金剛石是純碳的一種形式，僅在地下150千米以上的深處才能形成。這就表明，高密度的未氧化的碳確實(shí)存在于地幔中。由此不難推測(cè)，其他形式的未氧化的碳也可能儲(chǔ)存在那里。事實(shí)上，人們已在金剛石的細(xì)孔中發(fā)現(xiàn)了甲烷。以往地質(zhì)化學(xué)家認(rèn)為，在那樣深的地方，高溫將使甲烷(天然氣的主要成分)和其他碳?xì)浠衔锇l(fā)生分解。但是，按現(xiàn)代熱動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)計(jì)算，在地球深處，巨大壓力的聚合作用，會(huì)抵消高溫的分解作用，從而使得碳?xì)浠衔锉３址€(wěn)定性。

這個(gè)學(xué)派還認(rèn)為，地球深處的碳?xì)浠衔飼?huì)沿著地幔裂縫不斷上升。如果通道上存在著熾熱的巖漿，則巖漿中的氧會(huì)把這些流體氧化，形成二氧化碳和水，再逸流上來(lái)。如果通道經(jīng)過固體巖石區(qū)，則甲烷和石油能到達(dá)地殼的較淺層面而不受破壞。同時(shí)，這些流體將充斥于那里的各個(gè)孔隙。由于沉積巖比其他巖石具有更多的空隙，因此人們便能在沉積巖中找到更多的油和氣。新理論的創(chuàng)立，使得以前許多無(wú)法解釋的現(xiàn)象都能獲得令人信服的闡釋。

石油和天然氣中含有很多的氦，工業(yè)中使用的氦就是從天然氣中提取出來(lái)的。顯然，埋于地下的史前生物不可能參與富集氦的過程。于是，有些人認(rèn)為，氦也許是恰巧被圈封在同一個(gè)含有天然氣的儲(chǔ)集層中。但調(diào)查表明，在具有儲(chǔ)氣構(gòu)造但不含有天然氣的儲(chǔ)集層中，氦的濃度卻是很低的。無(wú)疑，高濃度的氦總是和天然氣混在一起的。看來(lái)這個(gè)問題也許是傳統(tǒng)學(xué)說(shuō)最難予以解決的問題。

然而，新理論卻能圓滿地給予闡明。我們知道，氦是一種惰性氣體，大多是由巖石內(nèi)的放射性物質(zhì)產(chǎn)生的。當(dāng)甲烷穿過巖石中的裂縫，上升到較淺的層面時(shí)，就會(huì)把沿途遇到的氦帶走。由于流經(jīng)的距離很長(zhǎng)，所以在天然氣中氦的濃度明顯提高了。根據(jù)這個(gè)道理，我們也能說(shuō)明為什么其他揮發(fā)性的微量元素(如汞)在石油和天然氣中含量較高。

地質(zhì)化學(xué)家普遍認(rèn)為，石油在儲(chǔ)集層的各個(gè)孔隙中如此稠密，一定需要一種載體把它輸送到那里去。按照新理論的見解，這種載體就是甲烷。它在高壓下是一種很好的溶劑，能把石油變得稀薄，使其能夠流動(dòng)。當(dāng)甲烷攜帶石油上升到較淺層面時(shí)，壓力會(huì)極大地減小。于是，甲烷便從較高密度的液體變?yōu)檩^低密度的氣體。此時(shí)已填充于各個(gè)孔隙的石油便從溶劑中解脫出來(lái)，變得稠厚了。

石油和天然氣在全球的分布方式，也對(duì)生物生油氣論提出了質(zhì)疑。為什么整個(gè)中東都如此富有碳?xì)浠衔镔Y源呢？要知道沙特阿拉伯平原、底格里斯河谷地、波斯灣、伊朗的褶皺山系和土耳其東南方的山脈，盡管都擁有油氣田，但是在地質(zhì)特征上卻是很不相同的。這些地方的油氣田在年齡上要相差好幾個(gè)不同的地質(zhì)年代，無(wú)論是它們的蓄藏氣和油的儲(chǔ)集巖，還是覆蓋在含油或含氣巖石上的冠巖都差別很大。在其他產(chǎn)油區(qū)也有類似的情況。

人們還常常在處于堆疊狀態(tài)的各個(gè)儲(chǔ)集層中發(fā)現(xiàn)，較深的儲(chǔ)集層、甚至底部的基巖中碳?xì)浠衔镔A量要比淺層的大。傳統(tǒng)學(xué)說(shuō)很難對(duì)上述現(xiàn)象做出令人滿意的解釋。新的理論指出，油氣田的分布和規(guī)模與地殼的地質(zhì)類型并沒有必然的聯(lián)系，而是取決于某地區(qū)的地下深處是否具有供給源以及供給源的大小，還取決于是否具有有利于油、氣向上遷移的斷層結(jié)構(gòu)。在中東那樣的地區(qū)，由于地下供給源非常豐饒，因此使得油、氣能夠充滿每個(gè)地方的儲(chǔ)集層。而深層的貯量高于淺層的貯量，則表明碳?xì)浠衔锸菑牡蒯Ｖ杏可蟻?lái)的。

事實(shí)勝于雄辯。要是能在沒有沉積巖的地區(qū)找到多產(chǎn)的油氣田，那將對(duì)于最終確立新的學(xué)說(shuō)具有重大意義。

新的理論早已引起了瑞典科學(xué)家的重視，因?yàn)樗麄兊膰?guó)土幾乎都由花崗巖構(gòu)成，而花崗巖中并沒有存在過傳統(tǒng)學(xué)說(shuō)認(rèn)為能夠形成油、氣的生物遺骸。但是，在瑞典西北面的挪威海溝內(nèi)卻發(fā)現(xiàn)大量的油、氣田，有的正在進(jìn)行大規(guī)模的商業(yè)開發(fā)。為此，科學(xué)家設(shè)想，既然新的理論認(rèn)為油、氣是從地幔中逸上來(lái)的，那么在斯堪的納維亞地區(qū)的深處應(yīng)當(dāng)擁有一個(gè)富饒的碳?xì)浠衔锕┙o源。這樣只要瑞典某個(gè)地方的花崗巖中具有多孔隙結(jié)構(gòu)，則人們就可開采到油、氣。

近年來(lái)，瑞典國(guó)家動(dòng)力委員會(huì)在位于本國(guó)中央的錫利延地區(qū)進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查。該地區(qū)是歐洲受隕星碰撞的最大的盆狀凹地。盡管那里并沒有可使天然氣從別處的沉積盆地滲過來(lái)的斷層結(jié)構(gòu)，但是目前已在花崗巖中發(fā)現(xiàn)了許多令人鼓舞的富有油、氣的跡象。研究者在許多湖泊、池井中查到了含量很高的天然氣。在表層土壤中發(fā)現(xiàn)了一種特殊類型的碳酸鹽，據(jù)分析，這是從地下冒上來(lái)的天然氣氧化后的產(chǎn)物。在鉆到500米深的7個(gè)鉆孔中，也發(fā)現(xiàn)了這種碳酸鹽，另外還找到了甲烷、乙烷、乙烯和丙烷等不同的碳?xì)浠衔铩?/p>

地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為，該地區(qū)很可能圈封了大量流體。如果充滿了天然氣，那么錫利延地區(qū)將成為一個(gè)世界級(jí)的大型氣田。當(dāng)然，也許會(huì)充滿水。但是，由于地表已顯示出很強(qiáng)的氣、油跡象，因此出現(xiàn)那種情況的可能性不大。計(jì)算表明，即使小部分孔隙充滿碳?xì)浠衔?，也具有開采價(jià)值。各種調(diào)查資料表明，該地區(qū)的地下深處存在著一個(gè)龐大的碳?xì)浠衔锕┙o源。因此，盡管進(jìn)行開采的費(fèi)用極為昂貴，需要冒很大風(fēng)險(xiǎn)，但是瑞典國(guó)家動(dòng)力委員會(huì)還是制定了一項(xiàng)史無(wú)前例的在花崗巖中鉆井取氣的宏偉規(guī)劃，該項(xiàng)規(guī)劃從1986年夏季開始實(shí)施。

這項(xiàng)大膽而新奇的規(guī)劃引起了國(guó)際科學(xué)界的高度重視，美國(guó)天然氣研究所還提供了大量資金?？梢灶A(yù)見，該項(xiàng)規(guī)劃一旦成功實(shí)現(xiàn)，將會(huì)在地質(zhì)學(xué)史上揭開新的一頁(yè)，迅速改變以往公認(rèn)的傳統(tǒng)觀點(diǎn)，迫使地質(zhì)學(xué)家用新的眼光來(lái)探索和研究石油和天然氣的成因、聚積和貯藏等一系列問題，從而為未來(lái)的能源供給做出巨大的貢獻(xiàn)。