几十年前,就有观点认为石油用不了多久了,因为石油是远古时代的生物死亡后被埋进地下,在高温高压环境中慢慢转化成的,它们的数量极为有限,然而到了现在,石油却依然被源源不断地开采出来。这样的情况就不免令人产生疑问,会不会石油枯竭理论是骗人的?
实际上,尽管这个问题有基于生物成因的合理解释,比如说技术的进步让人类能够开采过去难以触及的深层油气藏,非常规油气资源(像页岩油、致密油)的开发,使得原本无法利用的储量被纳入可开采范围,还有一些老油田,通过现代提高采收率的手段,也能在原有基础上继续开采出石油。
但围绕石油来源的问题,确实存在另一套解释,其内容简单来讲就是,至少有一部分石油并非来自生物,而是来自地幔。下面我们就来具体了解一下。
最初的怀疑,其实来自一些工程实践中的“违和感”,人们在钻井时,经常会遇到一个很直观的问题,那就是有些油井实在太深了,最深的甚至可达到1万米。
要知道人类目前发现的化石记录,大多集中在地表以下几千米的沉积岩中,极少超过五千米,所以从理论上来讲,如果石油真的来自生物遗骸,那么这些“原材料”就应该不会出现在特别深的地方。
那问题就来了,1万米深的油气是怎么来的?难道远古生物真的“主动”跑到这么深的地方去?显然不可能。
对此,一个常见的解释就是,地壳在漫长的时间里不断运动,原本在表层的沉积物可能被推挤、俯冲到更深处。
不得不说,这确实是地质学中的常见过程。但问题在于,这种过程通常伴随着剧烈的压力、温度升高以及岩石的变形甚至熔融,在这种环境下,脆弱的有机分子结构很难完整保存,更别说再慢慢转化为石油了。
除此之外,还有一个更让人困惑的现象,那就是石油居然会出现在结晶基岩中。
所谓结晶基岩,就是那些在地球早期形成、由岩浆冷却结晶而成的岩石(比如花岗岩),这类岩石没有经历过沉积过程,按传统理论来说,里面应该不可能包含任何生物遗骸,但实际情况却是,一些油气藏就偏偏出现在这些地方。
再来看一些让传统理论略显吃力的现象。比如说石油分布和古代生物繁盛程度之间,并不总是同步,有些时期生物异常繁荣,但对应地层中石油并不丰富,而有些生物并不算特别兴盛的时期,却形成了大量油气资源。
又比如说,一些油田在长期开采后,产量下降,被认为接近枯竭,但过了一段时间再检测,发现压力有所恢复,甚至还能重新产出一定量的石油,而如果把油藏看成一个完全封闭、不可再生的系统,这种现象就很难解释。
正是在这种背景下,人们开始尝试另一种思路,会不会有些石油并非来自生物,而是来自地幔?
20世纪后期,一些研究团队开始尝试在实验室中模拟地球深部环境,他们选用的原料都是地球内部常见的无机物,例如碳酸钙、水和氧化铁等。
在实验过程中,研究人员把这些原料放进高压装置中,施加类似地幔环境的压力和温度——大致相当于地下上百公里、上千摄氏度的条件。
实验结果表明,在完全没有任何生物参与的情况下,系统中确实可以生成碳氢化合物。最简单的是甲烷,稍复杂一些的还有乙烷、丙烷,甚至更重的分子,这些物质的组成,与天然气和石油的主要成分很是相似。
虽然这种实验并不意味着“地球深处一定在大规模生产石油”,但它至少证明了一件事,那就是从化学上讲,石油不一定非要依赖生物才能产生,在合适的温度、压力和物质条件下,无机反应本身就能生成这些化合物。
所以一个合理的推测就是,地幔区域长期处在高温高压状态,而且富含碳、氢、氧等元素,从条件上看,它完全具备了发生类似反应的能力。
接下来就轮到一个更现实的问题:如果地幔生成了这些碳氢化合物,那它们是怎么跑到我们能够开采的地方来的?
这里就要引入地壳结构了。简单来讲,地壳并不是一整块严丝合缝的外壳,而是充满裂隙、断层和各种构造通道,所以从理论上来讲,地幔生成的气体和液体,就有可能沿着这些通道慢慢往上移动,而在这个过程中,它们中的一部分就有可能会停留在适合储存的岩层中,形成油气藏。
可以看到,这个理论看上去还是比较合理的,但需要指出的是,传统的生物成因理论并没有因此被推翻,事实上,它在很多场景下依然解释力很强。
比如说在沉积盆地中,富含有机质的岩层经过加热分解,生成石油,这一过程有大量地球化学证据支持,很多原油中还能检测到所谓的“生物标志物”,这些分子结构明显带有生命活动的痕迹。
所以问题就逐渐变得不是“哪个对哪个错”,而是“各自适用于哪些情况”。
或许我们可以认为,在浅层沉积盆地中,由生物遗骸转化而来的石油占据主导地位,而在更深部,或者特殊地质环境中,可能存在无机化学过程生成的油气,而这两类来源并不是完全隔离的,它们可以通过断裂系统发生混合,形成成分复杂的油气藏。
这种“多源模型”虽然不如单一理论那样简洁,但或许更贴近真实世界的复杂性。
当然了,就算一部分石油并非来自生物,而是来自地幔,也不意味着石油枯竭理论是骗人,因为即使存在非生物形成的石油,其形成速率也很可能远低于人类的开采速度,对于人类来讲,这依然不是取之不尽的资源。