石油與天然氣起源于哪里？

○呂雪萱

問號粉碎機：石油和天然氣可以說是我們當今社會的“血液”，如果沒有了石油和天然氣，社會將很快陷入癱瘓狀態。那石油和天然氣從哪里來的呢？

大多數地質學家認為，石油和天然氣是由埋在地下的低等動植物，在高溫、高壓和細菌的作用下，經過復雜的化學及生物化學的變化而生成的。一百年前，在形成這個理論時，由于歷史條件的局限，在大多數化學家看來，碳氫化合物如果不借助于生物而能產生，那簡直是不可思議的。那時科學家還普遍認為，由于地球形成時處于熾熱的熔融狀態，因此碳氫化合物無法存在，以后也不可能從熔融物和凝固物中產生。

此外，科學家發現，石油的某些餾分具有旋光性。就是說，讓偏振光射入這些物質后，其振動面會發生旋轉。這意味著，它們含有的左旋體和右旋體的比例是不相等的。生物有機質正是具有這樣的特點，而絕大多數無機物在結構上是嚴格對稱的，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說，提供了充分的理由。但是，隨著科技的飛躍發展，傳統的學說受到了越來越猛烈的沖擊，以往提出的許多證據再也站不住腳了。

地質學家發現，石油的分布區域遠超出沉積巖的范圍，油、氣的實際儲存量要比根據生物生油氣學說所做出的估計大好幾百倍。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，這也是傳統觀點難以解釋的。

天文學家則發現，碳氫化合物是太陽系中碳存在的最普遍形式，而并不一定是由生物產生的。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氫化合物。最近幾年的科學研究成果表明，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。根據這個觀點，人們就不能排除這樣的假設，即各種揮發性流體(如甲烷)，很可能是從地幔中“熱煉”出來再鉆到地面上去的。

至于石油中含有的生物雜質，生化學家已查明，這是由以石油為生的細菌產生的，而且當石油流經蘊藏生物遺骸的沉積巖時，也會把生物雜質帶走。

后來，美國康奈爾大學教授托馬斯、戈爾特等人提出了一個與傳統學說對立的新理論。他們認為，在地球形成時期，大量的含碳的球粒隕石碰撞到地球后，被深埋在地下，經高熱和高壓作用產生了碳和各種碳氫化合物。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存在于地幔中。由此不難推測，其他形式的未氧化的碳也可能儲存在那里。事實上，人們已在金剛石的細孔中發現了甲烷。以往地質化學家認為，在那樣深的地方，高溫將使甲烷(天然氣的主要成分)和其他碳氫化合物發生分解。但是，按現代熱動力學的觀點計算，在地球深處，巨大壓力的聚合作用，會抵消高溫的分解作用，從而使得碳氫化合物保持穩定性。

這個學派還認為，地球深處的碳氫化合物會沿著地幔裂縫不斷上升。如果通道上存在著熾熱的巖漿，則巖漿中的氧會把這些流體氧化，形成二氧化碳和水，再逸流上來。如果通道經過固體巖石區，則甲烷和石油能到達地殼的較淺層面而不受破壞。同時，這些流體將充斥于那里的各個孔隙。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。新理論的創立，使得以前許多無法解釋的現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，工業中使用的氦就是從天然氣中提取出來的。顯然，埋于地下的史前生物不可能參與富集氦的過程。于是，有些人認為，氦也許是恰巧被圈封在同一個含有天然氣的儲集層中。但調查表明，在具有儲氣構造但不含有天然氣的儲集層中，氦的濃度卻是很低的。無疑，高濃度的氦總是和天然氣混在一起的。看來這個問題也許是傳統學說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，大多是由巖石內的放射性物質產生的。當甲烷穿過巖石中的裂縫，上升到較淺的層面時，就會把沿途遇到的氦帶走。由于流經的距離很長，所以在天然氣中氦的濃度明顯提高了。根據這個道理，我們也能說明為什么其他揮發性的微量元素(如汞)在石油和天然氣中含量較高。

地質化學家普遍認為，石油在儲集層的各個孔隙中如此稠密，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。當甲烷攜帶石油上升到較淺層面時，壓力會極大地減小。于是，甲烷便從較高密度的液體變為較低密度的氣體。此時已填充于各個孔隙的石油便從溶劑中解脫出來，變得稠厚了。

石油和天然氣在全球的分布方式，也對生物生油氣論提出了質疑。為什么整個中東都如此富有碳氫化合物資源呢？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不同的地質年代，無論是它們的蓄藏氣和油的儲集巖，還是覆蓋在含油或含氣巖石上的冠巖都差別很大。在其他產油區也有類似的情況。

人們還常常在處于堆疊狀態的各個儲集層中發現，較深的儲集層、甚至底部的基巖中碳氫化合物貯量要比淺層的大。傳統學說很難對上述現象做出令人滿意的解釋。新的理論指出，油氣田的分布和規模與地殼的地質類型并沒有必然的聯系，而是取決于某地區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構。在中東那樣的地區，由于地下供給源非常豐饒，因此使得油、氣能夠充滿每個地方的儲集層。而深層的貯量高于淺層的貯量，則表明碳氫化合物是從地幔中涌上來的。

事實勝于雄辯。要是能在沒有沉積巖的地區找到多產的油氣田，那將對于最終確立新的學說具有重大意義。

新的理論早已引起了瑞典科學家的重視，因為他們的國土幾乎都由花崗巖構成，而花崗巖中并沒有存在過傳統學說認為能夠形成油、氣的生物遺骸。但是，在瑞典西北面的挪威海溝內卻發現大量的油、氣田，有的正在進行大規模的商業開發。為此，科學家設想，既然新的理論認為油、氣是從地幔中逸上來的，那么在斯堪的納維亞地區的深處應當擁有一個富饒的碳氫化合物供給源。這樣只要瑞典某個地方的花崗巖中具有多孔隙結構，則人們就可開采到油、氣。

近年來，瑞典國家動力委員會在位于本國中央的錫利延地區進行詳細的調查。該地區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的斷層結構，但是目前已在花崗巖中發現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。在表層土壤中發現了一種特殊類型的碳酸鹽，據分析，這是從地下冒上來的天然氣氧化后的產物。在鉆到500米深的7個鉆孔中，也發現了這種碳酸鹽，另外還找到了甲烷、乙烷、乙烯和丙烷等不同的碳氫化合物。

地質學家認為，該地區很可能圈封了大量流體。如果充滿了天然氣，那么錫利延地區將成為一個世界級的大型氣田。當然，也許會充滿水。但是，由于地表已顯示出很強的氣、油跡象，因此出現那種情況的可能性不大。計算表明，即使小部分孔隙充滿碳氫化合物，也具有開采價值。各種調查資料表明，該地區的地下深處存在著一個龐大的碳氫化合物供給源。因此，盡管進行開采的費用極為昂貴，需要冒很大風險，但是瑞典國家動力委員會還是制定了一項史無前例的在花崗巖中鉆井取氣的宏偉規劃，該項規劃從1986年夏季開始實施。

這項大膽而新奇的規劃引起了國際科學界的高度重視，美國天然氣研究所還提供了大量資金。可以預見，該項規劃一旦成功實現，將會在地質學史上揭開新的一頁，迅速改變以往公認的傳統觀點，迫使地質學家用新的眼光來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，從而為未來的能源供給做出巨大的貢獻。