石油的起源之谜是什么?

石油是当今世界使用最广泛的能源和最重要的化工原料。然而,关于石油的起源,自200年前两位俄罗斯著名科学家提出石油的有机成因和无机成因以来,学者们就分成了旗帜鲜明的两派,各持己见,至今仍有争议,难分胜负。

世界上第一个试图探索石油起源的人是俄罗斯的罗蒙诺索夫。早在1763年,他就提出了如下观点:地下肥沃的物质,如油页岩、沥青、碳、石油和琥珀,都起源于植物。因为油页岩不是别的,而是由古代雨水冲刷下来的烂草烂叶和从森林中变出来的黑土,它像淤泥一样沉在湖底...树脂和油的重量轻,树脂的易燃性,说明它们的成因是一样的。

1876年,另一位俄罗斯著名人物、元素周期表的创始人门捷列夫提出了完全不同的观点:地球富含铁和碳,它们可能在地球形成初期转化为大量的碳化铁,然后与过热的地下水反应生成碳氢化合物,类似于石油。产生的碳氢化合物沿着地壳的裂缝上升到合适的位置储存和冷凝,形成石油沉积。19年末20世纪初流行“碳化说”,但由于地球深处没有碳化铁的迹象,地球深处不可能有地下水,所以逐渐被否定。

在此期间,天文学家利用光谱分析发现,太阳系中一些行星的大气层和彗星的彗核中都存在碳氢化合物。它们显然与生物行为无关。俄罗斯的索科洛夫在1889年提出了石油起源的“宇宙论”,认为地球在诞生之初还处于熔融火球状态时,就吸收了原始大气中的碳氢化合物。随着地球持续变冷,吸收的碳氢化合物逐渐凝结,埋藏在地壳中,形成石油。反对者指出,地球形成的大气成分与现代大气相似,不可能有大量的碳氢化合物;就算有,熔融的地球遇到高温早就分解了。

人们称“碳化理论”和“宇宙论”为无机成因理论。还有一种无机成因理论叫做“火山说”。持“火山论”的人不多。他们认为石油是火山喷发的产物,但毕竟世界上火山带的油矿很少。这种理论无法解释火山地带不存在的大量油矿的形成。

1888年,杰弗瑞继承了罗蒙诺索夫的有机起源理论,对无机起源理论提出了挑战。他认为所有的油都是海洋动物的脂肪经过一系列变化形成的。很快,有人提出了植物碎屑在湖泊或海底受温度和压力影响生成有机物,然后转化为石油的观点。有的强调海洋植物的重要性,有的说陆生植物更有利于生油。

20世纪30年代,前苏联科学家顾综合两种意见,发表了《动植物混合成因论》,认为动植物混合经过一系列变化后更有利于石油的生成。根据最新的石油有机质形成理论,形成石油和天然气的有机质包括陆生和水生生物,浮游生物是最多产的。它们与沉积物和其他矿物质一起沉积在低洼的浅海、海湾或湖泊中。首先,形成有机污泥,其被新的沉积物覆盖,导致与空气隔离的还原环境。随着低洼地区的沉降和沉积物的增厚,有机污泥的压力和温度也在增加,并通过生化、热催化、热裂解和高温质量阶段逐渐转化为石油和天然气。

20世纪40-50年代,一般认为石油烃是在成岩作用早期由沉积岩中分散的有机质转化而来。有人在现代沉积物中发现了几乎与沉积物同时形成的烃类,并在此基础上提出了有机成因早期生油理论,又称分子生油理论。

20世纪60年代,晚期生油理论取代了分子生油理论。晚期生油理论认为,当沉积物埋藏到很大深度时,成岩作用晚期岩石中所含的不溶性有机物——酸酐酪醇会达到成熟热解生油,故又称为“酸酐酪醇生油”理论。

然而,无机遗传学派并没有消亡。1951年,已经做了40年有机遗传学家的前苏联地质学家库德扬采夫突然180度大转弯,创立了“岩浆理论”。

他确信地球深处的岩浆中不仅有碳和氢,还有石油中的氧、硫、氮等微量元素。在岩浆由高温向低温转变的过程中,它们会发生一系列的化学反应,从而形成石油中的一系列化合物。然后,随着岩浆的侵入和喷发,这些石油化合物迁移并聚集在地壳的有利部位,形成石油矿床。

美国康奈尔大学天文学家Gauld自1977年以来多次提出,石油来自地球深处,早在45亿年前地球形成时就已产生。他反驳有机论的理由是:世界上的油矿规模远大于其他任何沉积矿体,已探明的油气储量比最初根据生物成因理论估算的高出数百倍;最难解释的是,很多油气都伴有氦,但生物对氦的浓度没有影响;而且生物作用表明,全球油田分布高度集中(指中东)。另外,按照传统理论,花岗岩是火成岩,不可能有油气。然而,Gauld预测,位于瑞典中部的欧洲最大的陨石撞击坑——环形西里扬地区是由花岗岩构成的,但陨石的撞击导致了巨大的裂缝,足以使地下深处的碳氢化合物流向地壳表面。因此,瑞典国家能源局在火山口钻了7口深约500米的探井,都见到了少量的天然气,这似乎印证了高尔德的假设。

可见,现在就对石油的起源下结论还为时过早。