黑金－石油的秘密

　　黑金的誕生

　　過去20年來在地質學和地球化學的研究下，對于石油成因的了解已經大有進展，石油的生物成因說已近不爭的事實。雖然無機（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是生物指標，也就是石油中殘留的生物分子仍具有生物體的分子構造或特性，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、年代和沉積時的環境。

　　此外，從碳的穩定同位素分析也不利于無機成因說的可能性，因為油氣和生物相似，含有比無機碳較少的碳-13同位素（C13）。地球上的石油絕大多數產在含有生物有機物的盆地中，也支持生物成因說。如今我們已經能夠利用生物成因說的準則，成功地預測石油的產量和分布。石油成因的研究不僅是學理上的研究，也有實際上的功用。

　　石油是古代生物遺骸經由很復雜的生物和化學作用轉化而成的，據估計大約只有千分之一或更少的生物體，有機會經過很快的掩埋與氧隔絕避免腐爛，并轉化成石油的前身油母質。油母質是一種大分子的有機地質聚合物，以固態存在于頁巖或碳酸巖的顆粒間，它的成分很復雜，含碳、氫和少量的氮、硫、氧。油母質的形成一般認為是由生物聚合物例如蛋白質等先分解成單分子體，再重新聚合成油母質。

　　湖里沉積物中的油母質多數來自藻類、細菌孢子、花粉或樹脂等，以產生液態石臘系的碳氫化合物石油為主。海里沉積物中的油母質多數來自浮游生物、藻類、細菌和少量陸上植物，以產生液態石油為主，天然氣為輔。陸上沉積物中的油母質多數來自高等植物的木質素，以產生天然氣為主。因此了解生油巖中油母質的來源，可以預測所產出石油的成分和油與氣的比例。

　　油母質的形成多數在沉積掩埋的早期，當時的地溫多不超過攝氏50度。大約經歷幾千萬年，沉積物越埋越深，地溫越高（約攝氏100-150度），油母質的成熟度達到一定范圍（油窗）就轉化成液態石油或天然氣。

　　石油的生成是受化學動力控制的不可逆反應，就像我們煮食物一樣，溫度高所需時間短，溫度低得慢慢熬。油母質轉化成石油一般認為符合反應速率的準則。石油地球化學家以實驗模擬，把油母質在壓力鍋中加熱觀察石油的產生并測量其反應速率和參數，再從地層中已知生油巖掩埋的深度或其相當的地層溫度和地層掩埋的時間（約千萬年），去估計石油生成的量。

　　埋藏在深處的石油分子經過長期地熱的煎熬（約攝氏150-200度），逐漸裂解成天然氣和焦瀝青，終究有機會以氣態再度移棲到淺處成為天然氣藏，或以固態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，甲烷和石墨為其最終產物。

　　黑金的流浪生涯

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

　　當油氣進入高孔隙的地層中，由于孔隙大，毛細阻力小，油氣可通過浮力快速沿著此運載地層往淺處移動，這是二次移棲。當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，繼續匯集，一直到此封閉地層被油氣所填滿，如果有油氣再補充進入，則由下方溢口溢出，經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，多數殘留在地層內的油氣終究難逃被細菌吞噬的命運，因細菌生化作用大大改變石油的成分和性質，使其變重而多硫，并不為人類所喜歡。

　　石油探勘者如果能準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。我們如何知道石油移棲的途徑和方向呢？石油地質學的研究告訴我們，石油二次移棲的途徑和方向與地下地質斷層構造和運載地層的特性或連續性有密切關系。地球物理學家利用震波探測技術和地質學家研究地層的變化與構造，提供我們詳細的地下地質輪廓，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。

　　地球化學家從石油中的生物指標或碳和氫同位素，告訴我們油藏中的石油是從哪個生油巖地層來的，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。有些生物指標的特性和含量可告訴我們油母質是否已成熟，石油是否已生成。此外，因為石油中的極性有機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、水庫或海洋一般。不同的是石油的流動（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。所幸地下經常存在著滲油性很低的地層，如顆粒很細的泥巖、頁巖，或很致密含石膏鹽類的蒸發鹽巖等。這些巖層受擠壓而形成背狀或帽型的構造（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，但有時候天然氣與油可以單獨與水共存。