石油是當代工業的血液、社會穩定的基石、國家興旺的命脈。

"石油"一詞出自沈括的《夢溪筆談》,書中對石油的描述是人類歷史上首次對這種物質的記錄。自從發現石油,人類對石油的應用就一直沒有間斷過,直到今天它的應用更是涵蓋了我們生活的方方面面,大到航空航天,小到衣食住行?？梢哉f我們每個人每一天的生活都離不開與石油產品的親密接觸。既然石油這么重要,與我們的關系如此密切,那我們是否了解我們這個親密的伙伴呢?石油是從何而來,能陪伴我們走多久,它是取之不盡、用之不竭的嗎?

筆者查閱了大量文獻,發現石油作為當今世界工業第一能源要素,它的來源卻一直眾說紛紜?？傮w可概括為"有機成因"和"無機成因"兩種學說。前者認為石油是古代海洋或湖泊中的微生物經過漫長的演化形成的,可概括為生物沉積變油,這種理論認為石油形成時間非常漫長,在人類歷史上是不可重復的,所以石油為不可再生資源,這一學說是石油地質學界的主流觀點;而后者認為石油是由地殼內部本身的碳元素在高溫高壓的條件下經過多種物理化學反應而生成的,與生物無關。這一觀點認為石油是在地殼內每時每刻都在源源不斷的形成的可再生資源。這是兩種截然不同的觀點,這不免讓我們發問,難道科技極度發達的今天,對如此重要的能源竟然還無法探求其根源?讓我們來看看兩種理論各自的依據吧。

(一)有機成因

有機成因理論認為石油是由有機質生成的,這些有機質主要來自于遠古時期的四種生物:細菌、浮游植物、浮游動物、高等植物。這些生物死后,他們尸體的一部分會被氧化分解破壞,但仍然有一部分會在適宜的條件下在泥沙等沉積物中保存下來,隨著時間的流逝這些沉積物會越埋越深,在埋藏的過程中這些有機物經歷了復雜的生物化學和化學變化,通過腐泥化和腐殖化過程形成了干酪根(Kerogen),隨著埋藏深度的進一步加大,在一定的溫度和壓力條件下干酪根逐步發生催化裂解和熱裂解形成了最初形態的"原石油"。接著這些原石油從生成他們的巖石中溜出來經過初次運移、二次運移,最終在適當的環境下大量聚集,形成油藏,進而被我們所發現、開采和利用。

石油有機成因說也可細分多個不同的分支學說,目前被廣泛認可和用來指導石油勘探工作的是美國的P.H.埃布爾森等一些學者提出的石油有機成因晚期成油理論--干酪根生油理論,該理論認為石油是沉積巖中的不溶有機質,在成巖作用晚期經過熱解生成。有機生油理論的眾多依據可以歸結為以下三個方面:

(1)石油餾分具有旋光性生物有機質普遍具有旋光性,而無機質則普遍不具有旋光性。

(2)沉積物中都含有構成石油的各種烴類化合物,石油中有許多具有生物成因標志的有機化合物,如葉琳、植烷及甾烷等。

(3)世界上絕大部分99%的油氣田都分布在沉積巖區。

圖1 油氣有機成因示意圖

(二)無機成因

俄國化學家門捷列夫被認為是無機生油理論的提出者。目前影響較大的無機生油理論有兩個:其中之一是Gold的地慢脫氣理論;之二是費-托地質合成理論。無機生油理論在我國是在20世紀80年代開始興起的,張景廉、李慶忠和杜樂天等均為這一學說的代表人物。

地慢脫氣理論是Gold等依據太陽系、地球形成演化的模型提出的,認為地球深部存在著大量的甲烷及其它非烴資源,大量還原狀態的碳是在地殼深部被加熱而釋放出來的經過地質歷史時期的種種變化,這些甲烷向上運移,當存在地幔柱并有深大斷裂時,這些甲烷氣便可通過斷裂、火山活動或在地殼運動中釋放出來。

費一托地質合成反應即是幔源的二氧化碳和氫在高溫高壓及地質催化劑的作用下生成烴和水的地質化學反應(圖2)。

圖2 費-托地質合成反應化學式

石油無機成因學說的主要證據可分為以下三個方面:

(1)實驗室中通過利用無機物合成的辦法已經實現無機生烴的過程;

(2)天體光譜、隕石、火山噴出氣體和巖漿巖中都檢測出了含有烴類物質的證據;

(3)石油的旋光性可由非旋光物質合成,卟啉也可無機合成。

張景廉2001年寫的《論石油的無機成因》一書"宣告了油氣有機成因學說的終結"。李慶忠院士對有機生油理論提出了22點質疑。這些質疑有理論方面的,也有實例方面的,每個質疑都切中要害。杜樂天教授是最早倡導地球排氣作用的學者,他于1987年提出了幔汁說,認為"幔汁來自地核強大的氫流向外輻射"。他認為地殼氣圈蘊藏著可供人類大規模開發利用的巨大天然氣資源。值得注意的是杜樂天教授提出的地球排氫、排烴理論能夠合理地解釋很多地質災害和自然災害。

(三)科學態度研究科學問題

石油是烴類和非烴類組成復雜混合物,成分主要有油質(碳氫化合物)、膠質(具粘性的半固體物質)、瀝青質(暗褐色或黑色脆性固體物質)、碳質(非碳氫化合物),主要組成元素有:C、H、O、N、S。由于石油沒有統一明確的分子化學式、成分組成非常復雜,所以它的形成過程和機理必定非常復雜。石油有機成因論在當今油氣地質學理論中占主導地位,但學者們對石油無機成因的研究也一直在進行。有機生油論的各種指標雖然在客觀上能夠指導找油的實踐,但它本身可能存在較大的問題(實驗室里不能證明低溫下有機物可以生成石油),它對油氣勘探的指導作用也只能認為是一種客觀規律的總結對生產指導的實踐行為。

光的波動說和粒子說之爭、巖石的火成論和水成論之爭都是從兩方科學家爭論的"水火不容"、"寸土不讓"開始,每一方都對自己看到的現象進行了正確的解釋,但是他們都由于思維的慣性以偏概全地認為自己是絕對正確的?；仡櫮嵌慰茖W史,我們該作何感想呢?眼下的"有機"、"無機"爭論已經進行了一百多年了,目前已經有專家學者開始贊同個別天然氣藏中有地殼深部的物質,也就是說已經有學者贊同天然氣是有機成因和無機成因物質共同結合的產物。既有來自地殼深部的甲烷,那么會不會有深部來源的有機質重烴呢?石油會不會是有機和無機共同作用產物的混合體呢?在石油來源的探索之路上,我們還需要繼續以科學求實的態度來面對我們所掌握的證據,正視理論所面對的問題,相信石油的來源之謎終有一天會撥云見日、水落石出的。