视点！石油是怎么生成的呢？

2022-09-23 16:11:49 来源：科普中国

地下有个聚宝盆

距今约30 亿年前，地球上出现了原始生命。那时，我们今天生活的陆地大部分地方还是茫茫大海和内陆湖泊。海洋中大量的动植物沐浴着阳光，生生不息，在养分丰富的水体中生长、搏杀。

动植物死亡之后的躯体、遗骸与泥沙一起慢慢下沉，沉积到海底或湖底，形成有机淤泥，统称为沉积物。日积月累，沉积物厚度可达几十米甚至上万米，重量也不断增大，并逐渐固结，形成坚硬的岩石，科学家将其称做沉积岩。

(资料图)

含有大量生物等有机质的沉积岩称为生油岩，简单地说，就是能生成石油、天然气的岩石。生油岩好比是孕育石油和天然气的母亲，也可视为石油和天然气的原生家庭。换句话说，石油和天然气好似一对孪生兄妹。

石油和天然气是由氢和碳原子组成的碳氢化合物，密度较小，在持续的地壳运动中，上覆岩层重力挤压沉积岩石中的孔隙，将石油和天然气从“原生家庭”中挤出，通过岩层中的孔隙慢慢向上运移。离开“原生家庭”后，石油与天然气这对兄妹结伴同行。经过长途跋涉，大部分到了地表，此时石油与天然气的命运各不相同：石油蒸发掉水分变成黑漆漆的沥青；天然气则变成甲烷气体挥发到空气中不见了踪影。只有少部分无法逃逸到地表的石油和天然气，在地表之下寻找封闭的适合自己居住的“房子”安顿下来，聚集在一起，这个“房子”就是地质学家们所说的“圈闭”。

油气的房子叫“圈闭”

房子的屋顶有“密封盖” 防止油气向上散失；房子的四周有“遮挡墙”阻止油气侧向移动。“密封盖” 和“遮挡墙”都是材质非常致密的岩层，几乎没有空隙。另外，“遮挡墙”也可能是由褶皱、断层等构成。值得注意的是，油气是“住”在岩石的“小房间”里边，而不是躺在一个很大很宽敞的池塘里。这个小房间就是大家熟知的孔隙、裂缝，房间直径一般为毫米、微米级大小，大的一般也就一个铅笔芯那么大。因此，地下石油，并不是我们想象的那样是在大江、大河、大湖、大海里边流动的。专业上，通常将这种能够储藏油气的岩层称为储集层。

其实，在这个“房子”安家的还有地下水。它是油、气被从生油岩挤出来之后找到的新的“小伙伴”。那么，油、气、水怎么在“房子”里分配空间相邻居住呢？

由于气体密度较小，会浮到“房子”的顶部形成游离气，占据“房子”岩层顶部的空隙；石油密度与淡水相差不大，会浮在盐水上面，位居“房子”的中央形成油藏；盐水密度最大，会沉入“房子”的底部。所以通常看到的油气藏分布是：气体在“房子”最顶部，气体的下面是油和含天然气的油，油的下面是盐水。

由屋顶、遮挡墙和油气储集层三部分所构成的“房子”形成了一个油气储藏区域，也就是刚刚我们所说的“圈闭”。

油、气、水毗邻而居

圈闭是将分散的油气捕获在一起，并最终形成油气聚集的有效空间。但并非任何圈闭中都有油气，有些圈闭没有油气运移进来，就无法形成油气的聚集，也就是空的。一旦有足够数量的油气进入圈闭，占据圈闭的一部分或充满圈闭，便形成了聚集油气的“聚宝盆”，就是石油人所说的“油气藏”。

“聚宝盆”中油气储量可达到千亿甚至上万亿立方米。如果“圈闭” 内只有油聚集在一起，就称之为油藏；要是只有天然气聚集在一起，就称之为气藏。而大多数“圈闭”内既有油也有气，便称之为油气藏。

此外，还有一部分留在母岩中的“啃老族”，我们称其为页岩油气。它们的居住条件很差，单个的房子只有几纳米到几微米，非常狭小而密闭。它没有屋顶和遮挡墙，没有断层，也不需要“圈闭”，无法到处活动，只能乖乖地、安稳地待在“页岩”里睡大觉，直到被发现。

过去人们都不把页岩当作油气有效储层来看待，以为它就只是生油的，油气生出来以后必须脱离母体，然后运移一段距离，在较好的、孔隙大的储层岩石里聚集起来，等着我们去发现。但页岩油气的发现，改变了传统的勘探找油找气的思路和视野，拓展了油气勘探开发的新领域。

通常，石油科学家们把在古海洋环境沉积岩里面聚集的油气资源称为海相油气资源；把在古陆地河流、古湖泊等环境沉积岩里面聚集的油气资源称为陆相油气资源；把在古海洋与古陆地接触过渡环境沉积岩里面聚集的油气资源称为海陆过渡相油气资源。

石油生成之争

20 世纪初，传统石油地质理论普遍认为，石油为海洋生物生成。从世界范围看，古代海洋形成的沉积地层里更容易发现石油。世界上产油量多，储量规模最大、最丰富的含油区在中东地区，石油产量、储量占世界石油总产量、储量的70%以上，而这一地区生油岩也都是海相地层。

石油资源量名列前茅的国家中， 2 亿年前的古环境被大范围海洋覆盖，为油气藏形成创造了有利条件。例如，沙特阿拉伯，是一个真正富得流油的国家，整个沙特土地就像躺在石油上一样，但沙特靠石油致富也才80多年的历史。80多年前，沙特的农业生产力十分低下，大多数人过着游牧生活，少数人做点儿买卖，整个国家贫穷至极。1938年一口1380米深的油井冒出了石油，自此打开了沙特深埋地下的自动提款机。石油就这样把一个穷国迅速变成了世界上最富裕的国家之一，难怪人们把石油叫做“黑色的金子”。

1.9亿年前的侏罗纪，沙特地区还是位于热带附近的温暖浅海，一直持续到距今约1亿4550 万年的白垩纪，良好的气候为大量生物创造了优质的环境，各种灾害导致大量生物无法适应而走向死亡，大量尸体沉积在海底堆积起来，慢慢就变成了石油。更巧合的是，在石油上面形成了一层硬石膏，硬石膏的密封性很好，非常不透水，所以石油不容易向上跑掉，天长地久堆积越来越多，造就了沙特阿拉伯地区这个大油库。这一现象在20 世纪初被发现，称作“海相生油”学说。

长期以来，传统石油地质理论认为石油仅仅为海洋生物生成。但世界不同地区经历过截然不同的地质演化史，因此不同国家有全然不同的石油资源禀赋。20世纪50年代末，中国石油工作者发现了大庆油田，其所在地区在白垩纪时是面积广大的淡水湖泊，这对“海相生油”学说提出了挑战。后来，地质学家把陆上湖泊环境生成油气称之为“陆相生油”学说，是对“海相生油”学说的继承与发展。

中国已发现的油气资源绝大多数形成于陆上湖泊环境。大庆油田的发现说明了陆相油气藏可以形成大中型乃至特大型油田。自大庆油田发现之后，我国相继发现了大港油田、辽河油田、江汉油田、二连油田等油田。其中陆相沉积生油均占据了很大比例。海、陆生成油气的差异，最关键的是生成环境的差异。受规模、面积、存续的时间、承载的生物量、油气生成潜力等因素影响，陆上湖泊难与海洋相提并论，这一先天不足决定了陆上地层油气资源更复杂，却远不如海洋地层油气资源丰富和品质好。

众所周知，沙特阿拉伯的石油属于海相沉积生油，储量丰富，油田分布较为集中，运输成本也很低，当然最重要的是沙特的石油开采成本极低。他们一个油井的产量甚至超过了我国一个油田的产量，沙特所有油井几乎都是自喷井，常年保持着旺盛的喷油能力，仿佛一朵朵黑色的礼花绽放在沙漠上。

沙特阿拉伯广袤的沙漠蕴藏着丰富的石油

时至今日，科学家对油气生成的争论仍然非常激烈，先后提出了几十种假说。不过，归纳起来主要为两大学派：有机生油学派，即石油是由自然界的有机物生成的；无机生油学派，即石油是由自然界的无机物生成的。

尽管争论一直在继续，但目前还是有机生油学派占了主流。大多数科学家认为，绝大部分的油气是由沉积有机质，即动植物遗体等经过埋藏演化形成的。自然界的生物，不论高等生物还是低等生物，不论是水生生物还是陆生生物，它们都是由脂肪、蛋白质、碳水等化合物组成。上述物质在适当的环境条件，如温度、埋藏时间、细菌、矿物催化作用及地层压力下，都可以转变为石油和天然气。科学研究表明，油气的形成至少要经过200万年，目前已发现的最古老的油气形成于5亿年以前。

大庆油田发现井——松基三井井场

作者：张烈辉

关键词：油气资源沙特阿拉伯海相生油