新的一项科学发现,或许为缓解时代深处的忧虑提供了新的可能。7月27日,在提前出版的《自然·地球科学》(Nature Geoscience)杂志上,美国卡内基研究院(Carnegie Institution)地球物理实验室(Geophysical Laboratory)的科学家宣布,已经在与地球上地幔同样的环境中,合成了乙烷以及其他更重的碳氢化合物(烃)。
这就意味着,石油也很可能通过类似的无机化学过程,在地球内部源源不断地形成。如果这一理论成立的话,人类的“石油恐慌”或许就没有那么急迫了。
古生物的“遗产”
在大多数地质学家看来,石油像煤一样,是古代有机物演变而来的。
按照这一传统理论,石油是由史前的海洋动物和藻类尸体经过漫长演化并最终形成的。通常陆地植物,更容易形成煤炭而非石油。
这些史前时代的浮游生物或者藻类,大量被掩埋在海底或者湖底的缺氧环境中。在此后漫长的地质年代中,这些有机体与底泥混合之后,被成岩作用包裹在高温、高压的状态中。这些古生物遗体首先形成腊状的油母(kerogen,又称为油母岩矿),直到今天在全世界各地的油页岩中仍然可以找到这种物质。
之后,油母被进一步加热,生成液态或者气态的烃类。由于这些碳氢化合物(烃)比附近的岩石中的水轻,它们就会向上渗透到附近的岩层中,直到渗透到上面紧密无法渗透的、本身又多空的岩层中,才会停止迁徙,并聚集到一起的石油形成油田。
根据这种理论,石油的生成并不是一件很容易的事情。因为它对温度有着苛刻的要求,温度太低的话,这些原料无法从油母中渗透出来;温度太高,烃类又会通过热裂解,直接生成天然气。
虽然各地因为地质情况不同,可能略有差异,但比较典型的成油深度,一般认为是地下4公里到6公里处。当然,石油形成后,又可能迁徙到更深或者更浅的地层中去。
迄今为止,有机成油理论在指导油田的勘探方面发挥了重要作用。中国科学院院士、石油大学资源与信息学院教授王铁冠告诉《财经》记者,目前世界上99%以上的油田,都是在这一理论的指导下发现的。
虽然有机成油理论已成为人类勘探新油田的利器,本身也日臻完善,但随着石油地质工作研究的深入,一些不利于有机成因说的证据渐渐显现出来。
人们注意到,在世界上已发现的三万多个油田中,八个特大油田就占了全部储量的一半左右。如果说石油是由史前古生物遗体演变而成的,那么就不会出现这种情况:因为生物在地球上的分布虽然并不均衡,有的地方多,有的地方少,但绝不会造成如此巨大差别。
就像你很难想象,全世界一半的人口,都集中居住在纽约、墨西哥城或者上海等八个特大城市中一样。
而且,有些油田在垂直方向上分布很深,而且越往深处成油条件越好。在一些专家看来,似乎在它的深部,有源源不断的油气供给。
无机生成兴起
因此,从上个世纪50年代开始,挑战主流的无机成油说(Abiogenic origin)应运而生。
天文学家托马斯·戈尔德(Thomas Gold)以及俄罗斯石油地质学家尼古莱·库德里亚夫切夫(Nikolai Kudryavtsev),算是最早的开创者。
这个理论认为,在地壳内已经有许多碳,其中一些碳很自然地以碳氢化合物的形式存在;由于碳氢化合物比岩石空隙中的水轻,因此会沿岩石缝隙向上渗透,并最终形成油气。
严格意义上来说,石油的无机生成理论,甚至可以追溯到元素周期律的发现者门捷列夫。
早在1876年,门捷列夫就在实验室注意到,水与金属碳化物(碳化铁、碳化铝)能在高温高压下起化学反应,生成类似石油的碳氢化合物。