黑金：石油的秘密

黑金的诞生
　　
过去20年来在地质学和地球化学的研究下，对于石油成因的了解已经大有进展，石油的生物成因说已近不争的事实。虽然无机（非生物）成因的油气也可能存在，但属少量。生物成因说的重要证据是生物指标，也就是石油中残留的生物分子仍具有生物体的分子构造或特性，是生物体中原有不易分解的化合物，在石油形成过程中残留下来，一般可用来判别石油前身的生物种类、年代和沉积时的环境。

此外，从碳的稳定同位素分析也不利于无机成因说的可能性，因为油气和生物相似，含有比无机碳较少的碳-13同位素（C13）。地球上的石油绝大多数产在含有生物有机物的盆地中，也支持生物成因说。如今我们已经能够利用生物成因说的准则，成功地预测石油的产量和分布。石油成因的研究不仅是学理上的研究，也有实际上的功用。

石油是古代生物遗骸经由很复杂的生物和化学作用转化而成的，据估计大约只有千分之一或更少的生物体，有机会经过很快的掩埋与氧隔绝避免腐烂，并转化成石油的前身油母质。油母质是一种大分子的有机地质聚合物，以固态存在于页岩或碳酸岩的颗粒间，它的成分很复杂，含碳、氢和少量的氮、硫、氧。油母质的形成一般认为是由生物聚合物例如蛋白质等先分解成单分子体，再重新聚合成油母质。

湖里沉积物中的油母质多数来自藻类、细菌孢子、花粉或树脂等，以产生液态石腊系的碳氢化合物石油为主。海里沉积物中的油母质多数来自浮游生物、藻类、细菌和少量陆上植物，以产生液态石油为主，天然气为辅。陆上沉积物中的油母质多数来自高等植物的木质素，以产生天然气为主。因此了解生油岩中油母质的来源，可以预测所产出石油的成分和油与气的比例。

油母质的形成多数在沉积掩埋的早期，当时的地温多不超过摄氏50度。大约经历几千万年，沉积物越埋越深，地温越高（约摄氏100-150度），油母质的成熟度达到一定范围（油窗）就转化成液态石油或天然气。

石油的生成是受化学动力控制的不可逆反应，就像我们煮食物一样，温度高所需时间短，温度低得慢慢熬。油母质转化成石油一般认为符合反应速率的准则。石油地球化学家以实验模拟，把油母质在压力锅中加热观察石油的产生并测量其反应速率和参数，再从地层中已知生油岩掩埋的深度或其相当的地层温度和地层掩埋的时间（约千万年），去估计石油生成的量。

埋藏在深处的石油分子经过长期地热的煎熬（约摄氏150-200度），逐渐裂解成天然气和焦沥青，终究有机会以气态再度移栖到浅处成为天然气藏，或以固态的天然气水合物隐藏在深海底，或逸出地表。石油裂解过程如同石油的生成一样是不可逆反应，甲烷和石墨为其最终产物。
　　
黑金的流浪生涯

石油从油母质产生后，起初多被残留的油母质所吸收，当石油的量超过油母质所能吸收的最大量时，就进入生油岩地层的孔隙间。当石油越生越多，地层内压力升高将油气由生油岩排出到周围孔隙度高的地层中，有时生油岩地层压力高过岩层的强度则发生破裂，因而加速油气从生油岩中排出（初次移栖）。

当油气进入高孔隙的地层中，由于孔隙大，毛细阻力小，油气可通过浮力快速沿着此运载地层往浅处移动，这是二次移栖。当油气在移栖途径中遇到不透油的地层（封阻）受阻而停留下来，慢慢由上而下汇集在此封闭地层中，封闭内的石油越聚越多，就形成所谓的油藏。

倘若油的来源不断，继续汇集，一直到此封闭地层被油气所填满，如果有油气再补充进入，则由下方溢口溢出，经由其它途径再向浅处移栖。除了少量油气有朝一日为人类服务，多数残留在地层内的油气终究难逃被细菌吞噬的命运，因细菌生化作用大大改变石油的成分和性质，使其变重而多硫，并不为人类所喜欢。

石油探勘者如果能准确地定出石油移栖的途径和方向，就可在沿途按图索骥探寻可能存在的油藏。我们如何知道石油移栖的途径和方向呢？石油地质学的研究告诉我们，石油二次移栖的途径和方向与地下地质断层构造和运载地层的特性或连续性有密切关系。地球物理学家利用震波探测技术和地质学家研究地层的变化与构造，提供我们详细的地下地质轮廓，让我们了解油气最可能移栖的地层或断层，以及能够封阻油气的盖层和封闭。

地球化学家从石油中的生物指标或碳和氢同位素，告诉我们油藏中的石油是从哪个生油岩地层来的，并追踪生油地层和石油移栖的方向，就如同刑事警探利用指纹和 DNA 追踪罪犯一样。有些生物指标的特性和含量可告诉我们油母质是否已成熟，石油是否已生成。此外，因为石油中的极性有机分子在移栖途中易被地层中黏土矿物吸附，所以它的含量随移栖距离增加而减少，也因此可告诉我们石油移栖的远近。
　　
黑金的归宿

石油在地下汇集到油藏封闭，就如同河水在地表汇集到湖泊、池塘、水库或海洋一般。不同的是石油的流动（移栖）是由下往上浮升，倘若地下移栖通道顺畅，石油终究要漏出地表而消散。所幸地下经常存在着渗油性很低的地层，如颗粒很细的泥岩、页岩，或很致密含石膏盐类的蒸发盐岩等。这些岩层受挤压而形成背状或帽型的构造（背斜），成为良好盖层，倘若盖层下的岩层是孔隙大的岩石如砂岩、碳酸岩等，则这些地层中的岩石孔隙就成为容纳石油的空间。

在储油层中，气、油、水由于比重不同，是成层状存在的，天然气层在上面，其次是油层，最下面是水层，但有时候天然气与油可以单独与水共存。