黑金－石油的秘密

　　黑金的誕生

　　過去20年來在地質(zhì)學(xué)和地球化學(xué)的研究下，對(duì)于石油成因的了解已經(jīng)大有進(jìn)展，石油的生物成因說已近不爭(zhēng)的事實(shí)。雖然無機(jī)（非生物）成因的油氣也可能存在，但屬少量。生物成因說的重要證據(jù)是生物指標(biāo)，也就是石油中殘留的生物分子仍具有生物體的分子構(gòu)造或特性，是生物體中原有不易分解的化合物，在石油形成過程中殘留下來，一般可用來判別石油前身的生物種類、年代和沉積時(shí)的環(huán)境。

　　此外，從碳的穩(wěn)定同位素分析也不利于無機(jī)成因說的可能性，因?yàn)橛蜌夂蜕锵嗨疲斜葻o機(jī)碳較少的碳-13同位素（C13）。地球上的石油絕大多數(shù)產(chǎn)在含有生物有機(jī)物的盆地中，也支持生物成因說。如今我們已經(jīng)能夠利用生物成因說的準(zhǔn)則，成功地預(yù)測(cè)石油的產(chǎn)量和分布。石油成因的研究不僅是學(xué)理上的研究，也有實(shí)際上的功用。

　　石油是古代生物遺骸經(jīng)由很復(fù)雜的生物和化學(xué)作用轉(zhuǎn)化而成的，據(jù)估計(jì)大約只有千分之一或更少的生物體，有機(jī)會(huì)經(jīng)過很快的掩埋與氧隔絕避免腐爛，并轉(zhuǎn)化成石油的前身油母質(zhì)。油母質(zhì)是一種大分子的有機(jī)地質(zhì)聚合物，以固態(tài)存在于頁(yè)巖或碳酸巖的顆粒間，它的成分很復(fù)雜，含碳、氫和少量的氮、硫、氧。油母質(zhì)的形成一般認(rèn)為是由生物聚合物例如蛋白質(zhì)等先分解成單分子體，再重新聚合成油母質(zhì)。

　　湖里沉積物中的油母質(zhì)多數(shù)來自藻類、細(xì)菌孢子、花粉或樹脂等，以產(chǎn)生液態(tài)石臘系的碳?xì)浠衔锸蜑橹鳌：＠锍练e物中的油母質(zhì)多數(shù)來自浮游生物、藻類、細(xì)菌和少量陸上植物，以產(chǎn)生液態(tài)石油為主，天然氣為輔。陸上沉積物中的油母質(zhì)多數(shù)來自高等植物的木質(zhì)素，以產(chǎn)生天然氣為主。因此了解生油巖中油母質(zhì)的來源，可以預(yù)測(cè)所產(chǎn)出石油的成分和油與氣的比例。

　　油母質(zhì)的形成多數(shù)在沉積掩埋的早期，當(dāng)時(shí)的地溫多不超過攝氏50度。大約經(jīng)歷幾千萬年，沉積物越埋越深，地溫越高（約攝氏100-150度），油母質(zhì)的成熟度達(dá)到一定范圍（油窗）就轉(zhuǎn)化成液態(tài)石油或天然氣。

　　石油的生成是受化學(xué)動(dòng)力控制的不可逆反應(yīng)，就像我們煮食物一樣，溫度高所需時(shí)間短，溫度低得慢慢熬。油母質(zhì)轉(zhuǎn)化成石油一般認(rèn)為符合反應(yīng)速率的準(zhǔn)則。石油地球化學(xué)家以實(shí)驗(yàn)?zāi)M，把油母質(zhì)在壓力鍋中加熱觀察石油的產(chǎn)生并測(cè)量其反應(yīng)速率和參數(shù)，再?gòu)牡貙又幸阎蛶r掩埋的深度或其相當(dāng)?shù)牡貙訙囟群偷貙友诼竦臅r(shí)間（約千萬年），去估計(jì)石油生成的量。

　　埋藏在深處的石油分子經(jīng)過長(zhǎng)期地?zé)岬募灏荆s攝氏150-200度），逐漸裂解成天然氣和焦瀝青，終究有機(jī)會(huì)以氣態(tài)再度移棲到淺處成為天然氣藏，或以固態(tài)的天然氣水合物隱藏在深海底，或逸出地表。石油裂解過程如同石油的生成一樣是不可逆反應(yīng)，甲烷和石墨為其最終產(chǎn)物。

　　黑金的流浪生涯

　　石油從油母質(zhì)產(chǎn)生后，起初多被殘留的油母質(zhì)所吸收，當(dāng)石油的量超過油母質(zhì)所能吸收的最大量時(shí)，就進(jìn)入生油巖地層的孔隙間。當(dāng)石油越生越多，地層內(nèi)壓力升高將油氣由生油巖排出到周圍孔隙度高的地層中，有時(shí)生油巖地層壓力高過巖層的強(qiáng)度則發(fā)生破裂，因而加速油氣從生油巖中排出（初次移棲）。

　　當(dāng)油氣進(jìn)入高孔隙的地層中，由于孔隙大，毛細(xì)阻力小，油氣可通過浮力快速沿著此運(yùn)載地層往淺處移動(dòng)，這是二次移棲。當(dāng)油氣在移棲途徑中遇到不透油的地層（封阻）受阻而停留下來，慢慢由上而下匯集在此封閉地層中，封閉內(nèi)的石油越聚越多，就形成所謂的油藏。

　　倘若油的來源不斷，繼續(xù)匯集，一直到此封閉地層被油氣所填滿，如果有油氣再補(bǔ)充進(jìn)入，則由下方溢口溢出，經(jīng)由其它途徑再向淺處移棲。除了少量油氣有朝一日為人類服務(wù)，多數(shù)殘留在地層內(nèi)的油氣終究難逃被細(xì)菌吞噬的命運(yùn)，因細(xì)菌生化作用大大改變石油的成分和性質(zhì)，使其變重而多硫，并不為人類所喜歡。

　　石油探勘者如果能準(zhǔn)確地定出石油移棲的途徑和方向，就可在沿途按圖索驥探尋可能存在的油藏。我們?nèi)绾沃朗鸵茥耐緩胶头较蚰?？石油地質(zhì)學(xué)的研究告訴我們，石油二次移棲的途徑和方向與地下地質(zhì)斷層構(gòu)造和運(yùn)載地層的特性或連續(xù)性有密切關(guān)系。地球物理學(xué)家利用震波探測(cè)技術(shù)和地質(zhì)學(xué)家研究地層的變化與構(gòu)造，提供我們?cè)敿?xì)的地下地質(zhì)輪廓，讓我們了解油氣最可能移棲的地層或斷層，以及能夠封阻油氣的蓋層和封閉。

　　地球化學(xué)家從石油中的生物指標(biāo)或碳和氫同位素，告訴我們油藏中的石油是從哪個(gè)生油巖地層來的，并追蹤生油地層和石油移棲的方向，就如同刑事警探利用指紋和 DNA 追蹤罪犯一樣。有些生物指標(biāo)的特性和含量可告訴我們油母質(zhì)是否已成熟，石油是否已生成。此外，因?yàn)槭椭械臉O性有機(jī)分子在移棲途中易被地層中黏土礦物吸附，所以它的含量隨移棲距離增加而減少，也因此可告訴我們石油移棲的遠(yuǎn)近。

　　黑金的歸宿

　　石油在地下匯集到油藏封閉，就如同河水在地表匯集到湖泊、池塘、水庫(kù)或海洋一般。不同的是石油的流動(dòng)（移棲）是由下往上浮升，倘若地下移棲通道順暢，石油終究要漏出地表而消散。所幸地下經(jīng)常存在著滲油性很低的地層，如顆粒很細(xì)的泥巖、頁(yè)巖，或很致密含石膏鹽類的蒸發(fā)鹽巖等。這些巖層受擠壓而形成背狀或帽型的構(gòu)造（背斜），成為良好蓋層，倘若蓋層下的巖層是孔隙大的巖石如砂巖、碳酸巖等，則這些地層中的巖石孔隙就成為容納石油的空間。

　　在儲(chǔ)油層中，氣、油、水由于比重不同，是成層狀存在的，天然氣層在上面，其次是油層，最下面是水層，但有時(shí)候天然氣與油可以單獨(dú)與水共存。