石油是怎么产生的？

有机说

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我经常给长庆油田做地质项目，曾经对委托单上常见的“超低渗油田”一词好奇，就搜索学习了一下，尝试作答。

石油其实是存在石头里的！大致像这样：

这些岩石都是沉积岩！比如细砂岩，通俗来说就是那种一层一层被重力压实的致密砂子。

虽然岩石看起来致密，但依然有个很低的液体渗透通过率，同时别忘记了地下深处的条件：高温、高压。根据流体渗透的工程学原理，高温时石油的粘滞下降，而且巨大压力差使石油在岩石中渗透力变强，因此如果含油的岩层里有裂隙空间，那么石油就会被岩石的围压挤出，充填裂隙形成油层。也正是因为岩石的低渗透性，其内部像水和天然气等穿梭得快的小分子物质先跑了，石油作为大分子物质被岩石阻滞，等于间接地被层析分离出来，有点像化学鉴定课的“过柱子”。

既然大多数石油是富含在广袤无垠的岩石层中，而且普遍渗透性较低。于是人们把容易开采的高渗透的油田抽完后，就打一圈注水井，把高热的蒸汽或者水用强压注入地下，增加岩石的压力和温度，把油给“憋”出来，这就叫“低渗开采”，随着技术的发展，人类现在能开采“超低渗”、“特低渗”的油田。这时评价石油的储量就不是简单地算一个地下裂隙空腔里有多少油，而是把技术能力包进去，原先产油率较低的岩层逐渐也被纳入储量，这就是石油开采还没枯竭的一个原因。

那为什么全球石油储量这么大呢？刚才说了，石油存在于沉积岩的孔隙中，而且是静水缺氧的沉积环境，那么其最初的形式很可能是远古的有机淤泥层。石油的有机成因说是证据充分的，简单概括就是“石油的化学成分有强烈的生命化学物特征，比如碳同位素、碳链旋光性、微量元素、生命独有的萜类和甾烷类化合物等等”，具体大家可以百度。然后，有机淤泥应该主要来源于微生物，或许也有来源于水下未完分解的植物和小动物的尸体。但绝不会是暴露在空气中的动植物尸体，因为在有氧环境中细菌分解尸体会使碳从新进入大气圈，与石油固碳的本质相悖。

一般不从事地质工作的人看到地球上“大”的自然现象会感受到刺激，会在想象中放得更大，但是像我们学过这些知识的，因为头脑里有对比物，“大”就不显得大了，理解就会更理智一些，我讲几个同类微生物沉积的地质现象，与石油对比一下。

先说到远古微生物沉积，那就不得不谈“白垩纪”了，白垩其实是一种土，它里面全是钙藻制造的钙质壳，含量可达99%以上，以英国东部的多佛尔海峡的地层全是白垩，因而得名“白垩纪”，那里整整一片台塬、海滩以及连通到法国的海床深层都是这种地层，是著名的“白崖”风景。注意哦，整个地区全是古代微生物的壳哦。其实还有一种“硅藻土”你们肯定听说过，诺贝尔用来制炸药的原料，这东西和白垩土一样也是古代藻类尸体沉积的生物矿藏，硅藻土里的硅藻壳含量也可以达到90%以上，而且全国硅藻土的储量估计有5.2亿吨，这个数值其实相比石油的数量来说微不足道了，但如果你见过硅藻矿，你也会震撼的。

多佛尔海峡的标准白垩纪地层，图片来源于网络

巨厚的微生物沉积体现了地质历史上的一个现象，在一个时期(以百万年计)会突然进化出没有天敌的种类，疯狂增值后巨量的尸体堆积导致它改写地貌，形成生物矿（现在的人造塑料也可以算这种模式）。比如在寒武纪以前没有吃微生物的动物(寒武纪底质革命)，地球海底堆积了超级巨厚的藻类菌毯，其厚度以至于最初的动物不需要怎么移动，只需要进化得像煎饼一样摊在海底啃啃啃，足足吃了一亿年。对于大型生物，从等效思维来说，它们体内固积的碳最终会走两条路线存入地下为生物矿，一是死后被分解成COO或者CHHHH之类进入大气，然后经由植物形成煤矿，二是死后被微生物吸收，经由有机泥沙存储形成石油和天然气，所以生物圈固碳作用主要还是靠微生物。煤和石油的故事，是把碳收集起来堆积到地下的故事，其实也是大气二氧化碳和甲烷的反面故事，24亿年前遍布地球的蓝藻固碳过头，榨干了大气里的二氧化碳和甲烷，失去温室气体的地球变成了持续长达3亿年的“雪球”，可见在5.4亿年以前，动物未显现时，微生物的可怕体量足以称为“地球工厂”，可以与造山运动、气候风化、水循环侵蚀等等“地质营力”想当。（今天海洋藻类微生物依然制造了全球90%的氧气，假如把陆地植物全砍伐光了，对地球含氧量也影响不大）

自然石油的形成时间最少要200万年，但这个长度在地质历史里只是一个小小段落，人类的进化长度就是250万年，你站在沉积岩景区的山脚下，同一个位置看向山顶，这垂直的短短300米距离就是200-300万年的时空，考虑几亿年的微生物固碳积累，既然连只有仅仅200万年的钙藻壳都可以以99%的纯度堆积成海峡地貌，既然寒武纪菌毯都可以供动物吃一亿年，同类比较一下，石油的储量这么大也是可以理解的。

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知乎：灰产圈、岚光破崖绿

1876年，俄国另一位著名人物、化学家门捷列夫（Дми́трий Ива́нович Менделе́ев）提出了一个截然不同的观点：地球上有丰富的铁和碳，在地球形成初期可能化合成大量碳化铁，以后又与过热的地下水作用，遂生成碳氢化合物，而碳氢化合物类似于石油。已生成的碳氢化合物沿地壳裂缝上升到适当部位储存冷凝，形成石油矿藏。“碳化说”在上世纪末和本世纪初曾流行一时，但不久因为在地球深处并没有发现大量碳化铁的迹象，而且地球深处也不可能有地下水存在，此说渐渐被人们所否定。这一期间，天文学家利用光谱分析，发现太阳系某些行星大气层和彗星核部都有碳氢化合物存在。它们显然与生物作用无关。

俄国的索柯洛夫即于1889年推出石油成因“宇宙说”，认为地球在诞生伊始尚处于熔融的火球状态时，吸收了原始大气中的碳氢化合物。随着地球不断冷却，被吸收的碳氢化合物也逐渐冷凝埋藏在地壳中形成石油。反对者则指出，地球形成的大气成分与现代大气差不多，不可能存在大量碳氢化合物；即使有的话，遇到高温有熔融状的地球也早就分解了。人们把“碳化说”、 “宇宙说”称为无机成因说。还有一种无机成因说，叫“火山说”。持“火山说”的人不多，他们认为石油是火山喷发作用的产物，但世界上位于火山带的油矿毕竟是极少数，这种学说无法解释大量的不存在于火山带的油矿的形成。

地幔脱气理论以Gold氏(1982)的“地球深层气无机成因”假说为代表，其依据太阳系、地球形成演化模型认为距今36亿~46亿年前的地球是由含CH4、CO2、H2等成分的星云演化形成的。在3500Ma星云凝聚固化形成地球的地幔和地壳过程中，星云或原始大气中的CH4、CO2、He等气体被束缚在地壳和地幔中，并在随后的地球演化过程中，部分下地壳和上地幔区域温压条件和氧逸度条件仍适于CH4等气体的保存而未被氧化，成为深源无机成因天然气的来源。这些气体在地球形成时就已存在。伴随着地球深部的加热作用，大量还原状态的CH4便被释放出来。

目前，地幔脱气说对天然气的形成有重要贡献，尚不能对液态烃的成因作合理解释。

费托合成反应。费托合成法以德国化学家弗·费希尔和汉·托罗普希于1923年名字创立为命名，是一种以氢和一氧化碳(或二氧化碳)为原料，在催化剂(铁)作用下合成烃类的方法。其化学反应机理为通过一氧化碳(或二氧化碳)的催化加氢作用和还原聚合作用形成有机化合物。费-托合成的烃类伴随着岩浆活动( 如火山喷发)沿花岗岩缺失的“通道”上升，并运移到储集层形成油气藏。

板块构造与费-托地质合成说。费-托地质合成反应能否在地质条件下实现，困难主要在于催化剂、氢气和二氧化碳的来源问题。

早在 1963 年，前伦敦皇家学会主席、著名化学家 Robinson就注意到原油中正构烷烃的分布与费-托合成“临氢重整”油中的相同。据此，他认为地球上原始石油可能是在 20 亿年前通过费-托合成反应而生成，只是以后反复经受了“临氢重整”作用，同时加入了数量日益增加的生物物质。

热液条件下形成的烃类，它可能是非生物成因的，也可能是无机与有机相互作用(幔—壳相互作用)而生成的烃类，我们把这种烃类称作“热液烃”。

现代宇航技术的发展，通过月样标本研究，发现在太阳系行星中可能存在大量甲烷和其他烃类气体。同时在地球陨石坑和地幔火山岩石样品中都有烃类发现。

所以，现在远没有到完全下结论的阶段，科学一直在路上，今年5月，我国位于新疆塔里木盆地的1.11万米深地塔科1井在阿克苏地区沙雅县境内的荒漠开钻，就是为了向万米特深层进军得到更多证据，目前已开到70%，深地塔科1井是我国第一口万米深井，肩负着科学探索和油气发现等重大使命，第一口只是开始，希望钻探得到的物质能带给科学更多的思考与分析。

如果说有机生油说由探油实践确立，那么无机生油说在实验室实验得到确认，各有凭据。