|
曾几何时，小学的自然课本告诉我们“石油是黑色的金子”，“石油是现代工业的血液”，更有美国前国务卿基辛格曾经断言：“如果你控制了石油，你就控制了所有国家”，石油的重要性不言而喻。 曾几何时，初中的地理课堂上老师告诉我们“石油是不可再生的资源”，甚至在1991年有权威杂志还发表过“石油只能维持人类使用20年”的言论，也有经济学人预测21世纪的石油价格将堪比黄金。 下面是一篇来自1975年的权威报道，该文章断言世界将在2015年无石油可用！  世界将在2015年无油可用 然而，29年后的今天，“石油枯竭”的悲剧没有发生，“石油贵比黄金”的预测也没实现，“石油产能暴涨”、“原油价格暴跌”的“戏剧性结果”却在世界范围内上演： 近日，国际原油市场上演史诗级崩盘，石油价格暴跌30%，创下了自1991年美国伊拉克战争以来最大跌幅。而导致油价暴跌的主要原因，竟然是全球原油开采量的大幅增长。据悉，沙特阿拉伯国家石油公司目前日产能约1200万桶，计划提升至1300万桶/日，其他石油公司也纷纷效仿。 很多吃瓜群众惊呼：石油不是已经日渐枯竭了吗？为何石油反而越用越多，原油价格咋会越来越便宜呢？ 要揭开这个谜底，我们得从石油的形成来说起。  油田 石油“有机成因说”和“无机成因说”的相爱相杀史石油是地下岩石中生成的一种气态、液态和固态的烃类混合物。 而关于石油的形成，目前学术界并无定论，但归纳起来无外乎“有机成因说”和“无机成因说”两种，持两种观点的学者们自发形成了旗帜鲜明的两个学派引经据典、争论不休。 10年前，我国奋战在油气勘探一线多名工作者和学术专家就曾发生过一场规模宏大的学术大讨论。双方观点对立之尖锐，言辞之犀利，在学术界的讨论中都是罕见的。 接下来，先跟随我的笔回到还未解体的前苏联，回顾一下石油成因探讨的历史吧！ 第一阶段：罗蒙诺索夫通提出“植物成油”说，开创“有机成因说”先河。 俄罗斯得益于国内丰富的石油和天然气资源，是研究石油起源最早、最深入的国家。世界上第一个探索“石油是如何形成的？”这个问题的是俄罗斯的科学家罗蒙诺索夫。 1763年，罗蒙诺索夫通过对煤炭、沥青、琥珀和石油的观察发现，这些可燃物质很可能是腐烂在一起的植物叶子堆积而成，它们被雨水冲刷并沉积在湖底或河底，经过几年的时间成为水底的淤泥，在经过几百万年的化学反应形成了如今的石油和煤炭。 第二阶段：门捷列夫提出“石油碳化说”，“无机成因说”隆重登场。 在罗蒙诺索夫提出“石油形成于植物叶子”的假设后，又经过了15年时间，俄国另外一位科学家，也就是元素周期表的创始人——门捷列夫在1876年提出了一个完全不同的推测。  门捷列夫 他认为，地球上探测到的一个中等规模油田或煤矿的储量往往有上亿吨，即使不考虑转化率，地球上也需要有上亿吨之多的植物叶子在同一块区域堆积，这基本是不可能实现的。 进而，门捷列夫在他的研究基础上提出：地球上最丰富的化学元素是碳和铁，石油很可能是由地球初期大量的碳化铁与温度极高的地下水相互作用而生成的。埋藏在地球深处的碳化铁和深层的地下水发生化学反应生成碳氢化合物，这些质量较轻的碳氢化合物会沿着地壳裂缝上升，当在裂缝的尽头冷凝下来后，经过上万年时间就会演变为石油或者煤炭，这一理论被大家称之为“石油碳化说”。 碳化铁与深层地下水化学反应生成碳氢化合物的公式如下：  作为元素周期表之父，门捷列夫拥有极高的学术地位，其所提出的“石油碳化说”理论也被世人所接受。 第三阶段：“石油宇宙说”短暂登场，“无机成因说”阵营初立。 然而，随后几年的研究发现，地球深处并没有大量碳化铁堆积的现象，因此“石油碳化说”遭受了越来越多学者的质疑。 此后，俄罗斯科学家索柯洛夫在1889年提出石油来源于宇宙的假设，因为当时天文学家发现太阳系中某些行星大气层中也存在碳氢化合物，而碳氢化合物正是石油的主要成分。那么，宇宙中的碳氢化合物是如何在出现在地球上并形成石油的呢？ 索柯洛夫进一步提出假设：一方面，已探明的天体中碳和氢的比例很大，那么，地球早期很可能也富含这两种元素；另一方面，太阳在诞生之时比现在的体积小的多，但能量喷发特别强烈，导致彼时的地球在内的行星被太阳烤成了大火球，地球在燃烧的过程中碳元素和氢元素发生化学反应形成了碳氢化合物。接下来，随着太阳的能量喷发趋于稳定，地球也逐渐冷却，吸收的碳氢化合物也逐渐沉积在岩石中，并经过漫长的化学反应形成了石油，这一假设被当时称之为“石油宇宙说”。 碳元素和氢元素在高温下形成碳氢化合物的方程式如下：  “石油宇宙说”一经提出就遭到了学者的质疑，因为天文学家认为，地球在诞生之时的大气层与现在的大气层的成分差距很小，是不可能有碳氢化合物的，即使有少量存在也不可能形成规模巨大的油田。 门捷列夫提出的“石油碳化说”以及索柯洛夫提出的“石油宇宙说”均有一个相同之处，均认为石油是由地球上本来存在的碳及碳氢化合物形成，正因为如此，这些学说并归纳为“无机成因说”。 第四阶段：“动植物混合成因说”集前辈之大成，“有机成因说”渐成主流。 前面我们讲到，1763年，俄罗斯科学家罗蒙诺索夫推测：石油很可能是由植物叶子堆积腐烂而成。但在随后的100年间，以“石油宇宙说”、“石油碳化说”等为代表的“无机成因说”你方唱罢我登场，而罗蒙诺索夫的“植物成油说”鲜有人关注。直到1888年，俄罗斯科学家杰菲尔将罗蒙诺索夫的学说放在了大众的视野，而且他还进一步提出，石油是由浮游动物为主的海生动物的脂肪经过腐烂过程而形成，该观点被人们称为“动物成油说”。 不久之后，在1930年，俄罗斯科学家古勃金在深入研究石油的成分之后，集“动物成油说”和“植物成油说”之大成，提出了“动植物混合成因说”。至此，该三种观点的支持者形成了“有机成因说”的主要阵营。  油田 实践是检验真理的唯一法宝。 “无机成因说”自提出以来，花费了大量的金钱和经历去勘探，但遗憾的是尚未指导一个油田取得勘探成功。 而“有机成因说”反倒在全世界范围内指导了中东地区油田以及国内胜利油田等无数的油田勘探成功。因此，“有机成因说”被目前的绝大多数学者所接受。 现代理论下的石油成因分析在归纳了前人在“有机成因说”的主要观点后，现代科学定义了石油形成机理的最新描述：石油是以陆生和水生生物的尸体为主要物质，经腐烂后与泥沙一同沉积在低洼的海洋或湖泊中形成有机淤泥。当这些有机淤泥被沉积物覆盖导致与空气隔绝后，发生还原反应，先后经历热催化、热裂解等阶段，逐渐形成了石油和天然气。 上述描述中提到，石油是以陆生生物和水生生物的尸体为基质得到的，接下来，我们就以水生生物为例，讲述一下“水生生物是如何一步步成为石油的”。 第一阶段：水生生物尸体形成淤泥  海洋中的水生生物 海洋，为无数的水生生物提供了一个巨大的生存空间，并无时无刻不在上演着繁殖和猎杀的场景。伴随着一场虾兵蟹将间的残杀，胜利者的残肢和失败者的尸体最终都缓缓沉降在海床上，落入海床上的尸体一部分被微生物和底栖生物等物种所进食，一部分被堆积在浅海的海床中形成了有机质。 然而，当底栖生物或者微生物以虾兵蟹将的尸体大快朵颐时，以及这些虾兵蟹将的尸体腐烂时，会消耗掉海床中本就不富裕的氧气，而生物腐烂释放的硫化氢也会溶解在水中。这样一来，海床底部形成富含硫化氢的还缺氧原环境。 这样的环境下，好氧的微生物会因硫化氢的毒害作用及缺氧环境而大大较少，当越来越多的尸体堆积时，淤泥就会更加紧实，最终造就出了有利于有机物保存的沉积物环境。  硫化氢水层位于上层淡水和下层盐水之间 第二阶段：地壳沉降形成大范围厚层烃源岩 我们知道，地球一直以来是处于无时无刻的构造沉降当中的，只不过每年的沉降尺度非常微小，对于人类来说根本无法察觉，但当我们把时间线拉长上百万年，地壳运动的痕迹就非常明显了。 举个例子，科学家探测发现，贝加尔湖的湖泊基底目前仍然在构造沉降的作用下以每年0.03-0.3mm的速度下沉。当然了，这个下降速度看起来非常微小，但你要知道，贝加尔湖目前可已经是3000万年高龄，那按照这个时间跨度来算的话，即使按照0.03mm的最小速度进行计算，目前的沉降深度h大概为： h=0.03mm*30000000年=900m。 怎么样，这个数据看起来是不是就很大了！ 如下图所示，在构造沉降的作用下，秦岭在平原中隆起，西安所在的区域下沉，沉积层的厚度也在发生变化。  构造沉降示意图 在这种缓慢的地球构造沉降的作用下，一片海域或一个湖泊的沉积物就会下降到数千米甚至上万米的深度，这些沉积物形成的沉积层远大于湖水的深度。下面是贝加尔湖的水深和沉积物厚度的对比图，对比效果十分明显。  贝加尔湖的水深和沉积物厚度 这也就意味着，贝加尔湖形成之初堆积的沉积物及其中的有机质，现在可能位于最深9000米的地下。 第三阶段：在底层深处，烃源岩中的有机质发生化学反应，释放油气 在第二阶段中，水生生物尸体形成的有机物以及淤泥会在构造沉降的作用下下降至湖底上千米的深度。在这样的深度条件下，温度和来自湖水的压力变高。 淤泥就会在压力的作用下变成泥岩，而有机物会在高温的作用下逐渐分解，发生热解反应和裂解反应，形成类似于油气的物质。  有机物在高温下发生热解和裂解反应 科学家为了证实这一理论的科学性，在实验室中模拟了有机物在高温高压的地层深度发生的化学反应，通过对有机质堆积的泥岩粉末进行加压和加温，分别在不同的温度和压力条件下分析释放出的产物成分，并最终在某一温度和压力范围内得到了油气，这就是著名的“黄金管热模拟生烃实验”。 下面两图为学者在松辽盆地内取样的有机质进行加压加温试验的数据，可见，随着温度的升高，烃类气体的产量也随之增高。 烃类气体产量与温度的关系曲线 第四阶段：油气转移和聚集 在第三阶段，有机质会在高温、高压的地层深处发生热解反应和裂解反应形成油气，那这些油气是怎么储存的呢？这就要依靠“储集岩”了，这种岩石和我们平日里见到的质地坚硬的石头可不一样，它就像一层层的海绵堆积在一起，这种岩石最大的特点就是岩石内部孔隙较多。 取一块地层深处取样的岩石，在显微镜的镜头下如下图所示： 显微镜下的岩石内部图 上图中，红色和蓝色是压注进岩石的油气和水，这些油气占据了砂岩矿物颗粒之间的孔隙，至于为什么油气会聚集到岩石的孔隙之中，就要归功于地层深处的压力了。 不断生成的油气在压力的作用下慢慢挤进了岩石中的孔隙当中，但当油气越来越多时，这些孔隙的压力就会将油气向压力低的方向推动。向哪个方向流动压力低呢？当然是向上了。因为油气的密度比水低，所以在浮力的作用下油气向上缓慢运动。油气流动的过程可以参考下面示意图： 油气移动 当然，油气很少有机会能无休止的向上移动，因为它们在移动的过程中总会遇到“绊脚石”——致密缺孔的岩石，例如厚层泥岩、蒸发岩或者上涌岩浆岩等，油气在这些岩石的阻挡下就会发生停留和聚集。 在这些油气停留的地方，地质学上称之为圈闭，其实这就是大型油田的雏形。下图中红色箭头为油气转移的路径，黑色区域为油气聚集形成的圈闭。可见，这些圈闭往往形成于非渗透岩石和渗透岩石的交接地带。 圈闭 除了孔隙之外，断层也是油气转移的主要路径，油气最终在不能继续上浮的区域（下图中红色标识区域）聚集形成油藏，这些圈闭里的油藏在漫长的地质变迁中幸存下来，直到19世纪中后期，被人类逐渐发现，一个个大油田在这些区域拔地而起，这就是油田的形成原理。 油气延断层转移 石油会枯竭吗？如果我们按照如上所陈述的“有机成因说”进行分析，那么石油在地球上的总量几乎是一定的，因为油气虽然也处于不断生成的过程当中，但每年油气生成的储量与人类每年消耗的石油储量相比微乎其微。 这样说来，油气的枯竭只是一个时间问题。 那么在这样的背景下，石油的价格应该是稳步上升的趋势。那为什么会频频出现国际原油价格暴跌，以及沙特阿拉伯、美国和俄罗斯等产油国加大石油开采量的现象呢？ 原因1：石油总量是个谜 我们讲到，石油的总量是一定的，但这个量是多少呢？ 1999年，经探测，全球的石油探明储量大概是是1402.8亿吨，而当时全球的年产量是32.35亿吨，因此，当时科学家呼吁，如果按照当前的开采速度来算，人类最多能使用石油的年限仅为43年，而随着工业化的提升，石油的开采量必然迅速增加，因此美国《洛杉矶时报》发表题为《即将来临的石油危机——真正的危机》的文章认为：今后20年左右的时间，人类将无石油可用。 然而，21年过去了，人类出现油荒了吗？并没有。 到了2017年底，经探测，全球石油储量已经达到2423亿吨，比1999年探明的储量还多出620亿多吨。换句话说，经过20年的使用，石油反而越用越多。 那么，2423亿吨是地球上石油的最终数量了吗？我看远远不止。 深海油田 原因2：页岩油及深海油田的发现 我们提到的石油储量，一般是只统计传统原油，而没有统计页岩油储量，据估计，全球页岩油储量大约在12万亿吨，是传统石油储量的50倍左右。而且可喜的是，由于开采技术壁垒，页岩油并未在世界范围内大面积开采。 因此，随着页岩油开采技术的成熟，页岩油将取代传统石油，成为人类的主要能源来源之一。 很多朋友问了，既然石油储量巨大，在目前来看并不稀缺，那为什么会出现大量的权威杂志甚至是美国政府每隔几年就会抛出“石油只能维持人类使用20年”的言论呢？ 这也许是以美国、俄罗斯和中东国家为首的产油国为维持石油经济而编造出的谎言吧！你认为呢？欢迎在评论区留言讨论哦~
|
|
|
