石油是如何生成的?探索百萬年前的寶藏

3月17日,布倫特原油期貨主力合約止跌為漲,重回100美元/桶關口。原油價格和國際局勢彷彿存在明顯關係。美元與石油價格的掛鉤,也是維持美元霸權的原因之一。美國前國務卿亨利·基辛格曾說:「如果你控制了石油,你就控制了所有國家」。石油被稱為「工業的血液」,不僅是一種不可再生的商品,更是國家生存和發展不可或缺的戰略資源,對保障國家工業、經濟和社會發展以及國防安全有著不可估量的作用。今天,小編繼續帶領大家走近石油,了解石油的前世今生

原油期貨價格上漲

小編以前提到過,石油界有六字真言——生儲蓋圈運保(詳見:什麼是「黑色黃金」)。這六個字簡明扼要概括了形成常規油氣藏所需的條件。這一次,石頭科普工作室給大家詳細講解一下石油的「生」~

生儲蓋圈運保

01

「生」的理論基礎

石油的生成主要有兩個觀點:「無機成因論」和「有機成因論」。目前石油圈大多數更加認可「有機成因論」,畢竟石油本身就是有機質。我們知道形成煤的都是古時期大樹一樣的高等植物,但形成石油卻是看不見的微生物,比如藻類、浮游生物、細菌等。石油是由古代低等生物的遺體在還原條件下高溫裂解演化而來,或許對石油的研究才是真正的「盜墓筆記」。

各種生油物質的熒光顯微照片

各種生油物質的熒光顯微照片

低等生物死亡後在海洋中隨泥砂碎屑一起沉降到底部並被掩埋,在絕氧還原條件下會轉變為名叫「乾酪根」的固體(如果存在氧氣,有機碳就會被氧化為CO2跑走~)。而乾酪根受熱分解排出石油和天然氣(就像我們天熱出汗一樣~)。

美國綠河頁岩乾酪根(B.P. Tissot et al., 1978)

02

「生」的反應條件

乾酪根作為反應物,石油作為生成物,我們還缺少反應條件——溫度。乾酪根在不同的溫度下,由於裂解程度不同,生成碳鏈長短不同,油氣種類自然也就有所不同。而溫度這一指標主要是通過埋深或者岩漿作用實現的:埋深越深(如塔里木盆地),越靠近岩漿(如渤海灣盆地),溫度也就越高,生成石油所需的時間也就越短。但溫度也不能過高,畢竟石油只能在特定的溫度下生成:溫度太低,則生物作用分解乾酪根產生天然氣;溫度太高,則有機質進一步裂解生成天然氣。是否像極了你洗澡調水溫的樣子(笑)。

油氣生成演化圖(梁復華等,1981)

03

「生」的環境需求

石油石油,簡單來說就是「石頭裡生出來的油」。什麼環境下形成的石頭能生油呢?百川匯海,隨著河流搬運作用的減弱,粗的砂礫在岸邊和淺部就停止搬運了,而海洋的中心多為滯水環境,沒有強水動力影響,深部主要沉積細粒沉積物。隨著沉積作用不斷進行,下部的鬆散泥砂裹挾著低等生物的遺體逐漸被壓實,壓成一層一層的,從而形成富含有機質的泥岩、頁岩等細粒沉積岩。這種可以生成石油的岩石,我們稱之為「烴源巖」

海底地形模式圖

由於處在絕氧還原環境,Fe元素和S元素組合生成黃鐵礦(FeS2)彌散於岩石之中,再加上有機物本身的顏色,導致烴源巖大多呈現黑色。如果是非還原環境,有機質會被氧化,生成無機的CO2。而Fe元素會被氧化為Fe3+,從而使整個地層呈現紅色。

黑色頁岩(圖片來源:科普網)

黑色頁岩(圖片來源:科普網)

04

頁岩油二三事

可能很多小夥伴看到「黑色頁岩」就會聯想到頁岩油。那麼頁岩油具體是什麼呢?顧名思義,頁岩油指的是頁岩開採出來的石油。常規油氣藏都有「生儲蓋圈運保」等六個方面,而頁岩油簡單來講就是「自生自儲」。頁岩油沒有明顯的「運」的過程,它在頁岩裡生成,就在頁岩裡封存。頁岩身兼數職,做到了「生儲蓋」與一體。在常規油氣藏勘探的過程中,我們常常認為頁岩本身沒有足夠的「空隙」來儲存油氣,而隨著科學的發展,我們發現頁岩的微米甚至奈米級別的空隙中也有油氣的充填。中國準噶爾盆地的二疊系、侏羅系,鄂爾多斯盆地的三疊系,四川盆地侏羅系,松遼盆地的白堊系以及渤海灣盆地的古近系均為頁岩油的重點研發層位。

中國盆地分佈示意圖

中國盆地分佈示意圖

05

陸相生油論建立

在20世紀初期的研究中,「海洋」彷彿成了石油生成所必須的因素。很多地質學家認為只有海洋能存在大量的低等生物並形成穩定且廣大的滯水環境,而中國大部分地區很早就是陸地,沒有中、新生代海相沉積,不具備「海相生油論」的必要條件,所以給中國戴上了「貧油國」的帽子。然而,中國的地質學者認為雖然沒有「海洋」,但「湖泊」也有類似的性質。李四光先生指出「美孚的失敗,並不能證明中國沒有石油可辦」。在中國地質學者的不懈努力下,「陸相生油論」在中國橫空出世,為在中國陸相盆地中找到大量石油提供了依據。不僅如此它的創立推動了中國石油工業的興起與發展,為中國石油工業的形成和發展奠定了基礎,也為整個石油地質學的發展提供了新的研究方向。

李四光(來源:中國科普作家網)

李四光(來源:中國科普作家網)

李四光(來源:中國科普作家網)

晝夜交替,是因為地球繞地軸東西自轉;四季更迭,只由於太陽直射點南北變遷。喜馬拉雅山上的貝殼化石,說明高山曾是大海;南極冰蓋下發現植物遺蹟,或許南極也曾有過春天。跋山涉水,地學者的足跡遍佈世界;古往今來,人類對地球的探索從未停歇。

撰稿:葦葉舟
美編:可然

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