从石油的生成揭开地

文｜吴再丰 编译

从石油的生成揭开地

文｜吴再丰 编译

科学家逐渐掌握了石油性质的分析技术，取得了构成原料的物质或由热引起的变质过程的详细数据，并从这些数据进一步查明作为原料的生物尸骸是在怎样的环境下被堆积起来的。

巨大油田的形成清楚地刻录了过去地质变动的历史。

油田的形成与地球变化或生物进化有着紧密的关系。通过研究石油是怎样生成的，以及油田是如何形成的，不难揭开地球变迁的历史。

石油是怎样形成的

石油是怎样制成的

石油的原料是生物的尸骸。生物的细胞中含有脂肪或油，脂肪或油由碳、氢、氧三种元素构成。生物的尸体沉入海底或湖底被泥砂覆盖，氧分离，由碳与氢构成碳化氢。

现在地球上已发现3000种以上的碳化氢。石油是由其中约350种碳化氢构成的。比石油轻的碳化氢为天然气。煤与石油的成因很相似，但是煤是植物的化石，与石油的不同是煤是固体。

大量生成碳化氢的岩石被称为石油源岩。石油源岩被埋在地下，由于受地下的热或压力的影响，以及各种化学反应造出石油。造出的石油积聚在岩石的缝隙间构成油田。

地球的变动与石油生成

地球的变动与石油生成

据了解，石油的生成似乎与地球内部的大变动有关。为此，先介绍一下地球内部的结构。

众所周知，地球的半径约为6400千米。粗看一下，地球就像一个巨大的鸡蛋，由表及里地依次由地壳、地幔和地核组成。其中地壳拥有陆地和海洋，平均厚约为30千米；地幔厚约为2870千米，从我们脚下30千米到2900千米处；地核半径约为3470千米，从我们脚下2900千米处到地球中心。地核又被细分为外地核和内地核，外地核厚约为2270千米，是一个由铁（占80%以上）和硫等元素的混合液体构成的熔融海洋，内地核半径约为1200千米，呈固态，主要以铁为主，也含少量的镍等，物质密度大，每立方米（含物质）13000千克左右。中间的地幔层次复杂，大体可看成由地幔外层、过渡层和地幔内层构成。外层厚约为370千米，在我们脚下30~400千米；过渡层厚约为300千米，在我们脚下400~700千米；地幔内层厚约为2200千米，在我们脚下700~2900千米。

需要指出的是，在大陆地面以下有一层70~150千米厚既坚硬又寒冷的岩石圈，它包括海洋（地壳）底板和大陆地壳底部及地幔外层的一部分。在岩石圈下面，则是软流圈，厚达550~620千米，具有塑性，内部温度较高，且塑性和温度随深度的增加而增加。软流圈底部在地下700千米处，往下便是地幔内层。在与软流圈上部接壤的岩石圈下部，有些局部被熔化的岩石。那里的岩石圈比较容易滑动，这是造成地球陆地变迁的主要因素。

漂浮在软流圈上的岩石圈并不是一整块，而是由许多碎块组成的，这些碎块被叫作板块，地球的表面就是由这些板块所覆盖。它们是由地幔中被称之为洋中脊的海底山脉上升而成，并以不规则的方式在软流圈上缓慢地滑动，在被称之为海沟的地方钻到别的板块下面。目前，整个地球表面是由13块大大小小的板块拼成。

根据地震波（包括纵波、横波和地面波三种波）在地球内部的传播方式，可以知道地球内部的结构。科学家发现，使板块发生运动的是对流。在地球内部，越往里温度越高。地球深处的地幔物质受热力驱动，形成一个圆柱状的热地幔柱往地球上层缓慢运动。而地球较外层的较冷板块物质则恰恰相反，重力驱动它们逐渐插入地幔深处形成冷地幔柱。它们从地幔深处（甚至地核）吸收热量后（熔化）又会向上升起，完成一次涉及整个地幔层的大循环。在这种热地幔柱上升、冷地幔柱下降的过程中，有新板块在大洋中脊处生成。例如在太平洋板块下有一个沸腾高温的地幔柱上升流，以蘑菇云那样的形状存在于夏威夷或塔希提岛以及非洲大陆的下面。另外，低温使巨大的地幔柱下降流存于亚洲大陆和南美大陆的下面。

显然，这样的运动不仅对板块运动，而且似乎对整个地球的地质或环境产生了巨大的影响。

热地幔柱制造了石油

热地幔柱制造了石油

现在世界生产的石油，60%来自恐龙繁荣时代大约1.5亿~6500万年前构成的石油源岩。这个时代形成的被称之为“黑页岩”的石油源岩分布在全世界。

黑页岩主要是由藻类等植物浮游生物的尸骸没能被氧化而堆积构成的岩石。所以黑页岩的大量生成是以植物浮游生物的繁殖为基础，以及其尸骸没能被氧化那样的缺氧环境为条件。

最近，查明这个时代的石油源岩的生成与热地幔柱的活跃进行有关。其机理如下：

如果热地幔柱活跃进行，从地下的地幔物质构成洋中脊的体积增大，海平面上升，陆地的低地部分成为浅海。浅海构成以石油原料的硅藻类等植物浮游生物容易繁殖的环境。

另外，如果热地幔柱活跃进行，则火山活动也变得频繁，来自地下的大量二氧化碳被释放到大气中，二氧化碳的增加起到了温室效应，气温由此而上升。由于气温上升，南极或北极的冰融化，海平面上升，继续扩大浅海。此外，与二氧化碳一起，繁殖浮游生物必要的硫黄、氮、磷等营养素也由地下供给。

由于浅海硅藻类等浮游生物大量繁殖，细菌为了分解其尸骸消耗氧，造成缺氧环境。再者，全球的暖化也使海的深层流发生改变。高纬度与低纬度的海有温差，含大量氧的深层海水从高纬度流入低纬度。但是如果全球变暖，则温差变小，这个深层的海水流动就会减弱。而且随着缺氧海域的扩大，未被氧化的浮游生物尸骸保存大量的有机物，造出石油源岩。

热地幔柱流的活动有可能使地球磁场受到影响。我们知道，地球的磁场几乎在百万年间进行过几次极性逆转。考虑到地球磁场是由外核的液态金属对流产生的，沉到地幔底的冷地幔柱或热地幔柱的活动对外核与地幔的热交换有影响，或许对外核的对流与地球磁场有影响。

实际上，如果我们看到的黑页岩大量堆积约是1亿年前的数据，则恰好是与磁场逆转少的稳定期和火山活动的频繁期，与洋中脊生成板块的旺盛期一致。另外，像二氧化碳增加引起地球变暖或与洋中脊增加相呼应的海平面也上升。

尽管看1.5亿年前左右的数据，好像石油源岩的发达时期与磁场的稳定期有关，但是看4.3亿年前在北非海上构成的石油源岩，可考虑与热地幔柱的活动无关。因为仅是热地幔柱的活动无法解释地球上一切形成石油源岩的原因。但是如果仅限于大约2.5亿~6500万年前的中生代，则考虑有较大的因果关系。

生物进化改变了石油的性质

生物进化改变了石油的性质

因为石油的原料是生物的尸骸，所以如果调查石油的性质，能够推断过去生物进化或地球环境的历史。

生命大约在38亿年前诞生，开始是缓慢地进化，但是距今5.5亿年前的古生代寒武纪，生物完成了爆炸性的进化，而且在大约4.45亿年前生物登上了陆地。

大约4.4亿~4亿年前，石油源岩是以当时繁荣的动物性浮游生物的碳化氢主体。另一方面，这个时期蕨类植物开始在近海岸繁殖，出现了以陆上植物为原料的石油源岩。

到了2.9亿年前左右，广大陆地被裸子植物森林化，于是围绕沼泽地的湖生成了藻类。这样又增添了以藻类为原料新性质的石油源岩。陆上植物的扩展自然诞生了新性质的石油源岩。

其后，9000万年前左右被子植物或针叶林扩大到高纬度地区和高地，大量制造了以陆地上的木材为原料的石油源岩。同时，树木的树脂成为制造轻质原油的石油源岩。针叶林的发展使以藻类为原料的石油源岩被以木材为原料的石油源岩所取代。

高等植物所含的蜡构成的表皮保护了树干和叶，以及果实免受损伤或干燥。约2亿~200万年前，森林也入侵低纬度的干燥环境，甚至高纬度的沼泽地，植物也逐渐地适应进化而入侵。

另一方面，海或湖的藻类或浮游生物尚未进化到造出像蜡成分那样的高分子化合物。所以日本出产或中东出产的石油蜡成分较少，这是因为以海或湖的藻类或浮游生物为原料的缘故。

科学家逐渐掌握了石油性质的分析技术，取得了构成原料的物质或由热引起的变质过程的详细数据，并从这些数据进一步查明作为原料的生物尸骸是在怎样的环境下被堆积起来的。

地质变动制造大油田

地质变动制造大油田

巨大油田的形成清楚地刻录下过去地质变动的历史。

石油是石油源岩长时间被深埋在地下，经过一定温度加热形成的。因为在地下埋得越深，温度就越高，所以如果石油源岩被埋到一定的深度，便会自动地变成石油。换句话说，如果石油源岩层被埋在广大地区，则一下子变成了油田。

5．9亿~2.5亿年前左右制造的石油源岩自2.5亿~2亿年前左右被埋在地下，生成了大量的石油。

这个时期被称之为海西（华力斯坎）造山运动期，正在形成乌拉尔山脉等世界规模的山脉。造山运动的另一方面，将阿拉伯、西伯利亚地区、北海的南部北美大陆的阿巴拉契亚地区等广大地域埋在地下，相当于堆积盆地构成的时期，这些地区大多存在巨大油田或天然气田。

约1.7亿~200万年前，发生世界规模的“阿尔卑斯造山运动期”也形成了巨大油田。1亿年前左右制造的石油源岩被埋在广大地域，也许迄今约三分之二的石油和天然气是这个时期制造的。