油氣永不枯竭？幔源油氣理論引領世界進入廉價石油時代

知識 04-01

近日，美國阿拉斯加州北坡發現了儲量為12億桶的大型油田。這是全美30年來發現的最大陸上油藏。石油為什麼總會接連不斷的發現，石油是無限的嗎？

陳丹江

——訪大慶油田勘探開發研究院崔永強博士

日前，隨著產油國限產協議達成，國際原油價格開始走高，我國成品油價格重回「6」時代。近年來，石油價格的跌宕起伏牽動著石化行業和消費者的神經，有人擔心隨著石油資源日漸枯竭，石油價格未來會重回高價時代；也有人認為，地球的石油資源取之不盡，世界可以也應該進入廉價石油時代。產生這些分歧的根本原因，是石油成因理論一直存在爭議。中國化工報記者就此獨家採訪了長期研究幔源油氣理論的大慶油田勘探開發研究院崔永強博士。

有機成因被熱力學定律「一票否決」

【中國化工報記者】長期以來，石油成因一直存在兩種理論解釋，即有機成因理論和無機成因理論。傳統理論一直認為石油為有機成因，但隨著研究的深入，石油有機成因理論越來越站不住腳，無法解釋很多現象，對此您怎麼看？

【崔永強】石油有機成因理論認為石油來自生命，由死亡的生命體經過沉積埋藏並在沉積層內發生熱演化生成石油烴類。大家耳熟能詳的陸相生油理論、海相生油理論和近兩年被熱捧的非常規油氣理論，都以有機成因為基礎。因為地球上生命物質的總量有限，必然推導出石油峰值論和石油枯竭論。給國家和民眾的印象就是石油將會枯竭，石油工業無法實現可持續發展。

幸運的是，這個讓人們看不到前途和希望的石油理論已經被徹底證偽了。證據來自天文學、地質學、科學實驗和勘探開發實踐。例如，降落到土衛六上的探測器發現了甲烷的湖泊和海洋，土衛六表面溫度零下180℃，那裡沒有生命，甲烷來自土衛六深部。這說明烴類的大規模存在並不以生命的大規模存在為前提。以往認為姥鮫烷和植烷是生命物質特有的生物標記物，並作為石油來自生命的證據。現在地幔岩捕擄體和隕石中同樣發現了姥鮫烷和植烷，說明所謂的生物標記物並非生命物質所特有。諸如此類的有機成因立論依據已經被一一駁倒。

如果說個別例證的多解性還有機會讓有機成因理論繼續為自己辯護的話，那麼，化學熱力學則沒有給有機成因理論留下任何辯解的餘地，因為有機成因所描述的生油過程違反熱力學第二定律。眾所周知，熱力學第二定律是自然科學定律，它要求自發的熱力學過程必須是熵增的。比較生命分子和烴類分子，烴類分子由C、H兩種元素構成，是C-H體系，稱碳氫化合物；而生命分子普遍含有C、H、O三種元素，是C-H-O體系，稱碳水化合物。化學熱力學計算表明，所有生命分子的化學勢均小於甲烷，且隨其聚合度的增大而減小。相反，乙烷以上烴類分子的化學勢均大於甲烷，且隨其聚合度的增加而增加。從生命分子演化到烴類分子，是一個從低化學勢演化到高化學勢的過程，它違背熱力學第二定律關於自發過程必須向熵增方向演化的規定。因此，有機成因理論被熱力學第二定律一票否決。

【中國化工報記者】既然石油有機成因被熱力學第二定律「一票否決」，那麼石油到底是如何形成的，無機成因理論的核心是什麼？

【崔永強】從19世紀的俄羅斯學者門捷列夫、索柯洛夫到20世紀的前蘇聯學者庫德梁采夫、克魯泡特金，他們都從宇宙觀察中得到啟發，認為烴類不僅在太陽上有，在地球中也有。我國學者杜樂天認為，烴類是液態外地核射出的氫元素與地幔中的碳元素髮生氣化作用的產物，烴是地幔烴鹼流體必然組分。化學熱力學計算和高壓試驗支持烴類的地幔起源。根據俄美兩國科學家合作發表的成果，他們用地球上最普通、最不容易生成重烴的物質——大理石（CaCO3）、氧化亞鐵（FeO）和蒸餾水（H2O）三種原料完成的高壓實驗表明，當壓力達到5萬個大氣壓、溫度達到1500℃時，系統自發地產生具有天然石油分布特徵的甲烷，乙烷，正丙烷，2-甲基丙烷，2，2-二甲基丙烷，正丁烷，2-甲基丁烷，正戊烷，2-甲基戊烷，正己烷，2-甲基己烷，正戊烷，2-甲基戊烷，正己烷，直到正癸烷，乙烯，正丙烯，正丁烯，正戊烯。

上述實驗表明，從甲烷形成烷屬烴只有在壓力大於3萬個大氣壓、溫度大於700℃時才有可能。這個壓力條件相當於地下深度100千米。因此，來自生命的有機分子，如葡萄糖分子C6H12O6所代表碳水化合物，要形成乙烷以上的碳氫化合物，在任何條件下都是不可能的。這個實驗同時否定了費-托合成反應（包括在低壓下生命物質加氫）生成天然石油的可能性。因為低壓下完成的費-托合成高度受控，有用中間產物需要不斷移除，而地層條件下並不存在這樣的過程。

化學熱力學和高壓實驗成果是石油無機成因從科學假說邁向科學理論的重要轉折點。石油只有在地幔的溫壓條件下才能生成的結論，把石油無機成因研究聚焦到幔源油氣。

地球的油氣不會枯竭

【中國化工報記者】既然石油不是來自於生物有機質，那麼石油到底來自哪裡，幔源油氣理論如何解釋石油成因？

【崔永強】我們在松遼盆地周邊的玄武岩噴發通道附近找到大量地幔岩捕擄體，它們是玄武岩岩漿爆炸噴發過程中攜帶到地表的地幔橄欖岩碎塊。我們從中萃取出石油烴類，烴類分子碳數分布範圍是C13～C34。

顯然，形成幔源油氣的基本元素H和C是地球內部固有的。H和C在太陽系元素丰度中位列第一和第四。H是太陽系中最重要的元素，占太陽質量的55%。它在地球內部也是最重要的氣體成分，主要集中於外地核液態鐵之中。地球外地核壓力達到136萬個大氣壓，溫度高達4000℃。46億年來，一直在不斷地向外釋放強大的氫流，氫氣化碳形成烴類是地核排氫作用的必然結果。以烴類為主的地幔揮發分和以鉀鈉為主的鹼金屬兩大類組分共同構成了地幔烴鹼流體。

地幔烴鹼流體在地幔中呈超臨界態，賦存於岩石圈之下巨厚的上地幔軟流層中。隨著盆地的形成和演化，上地幔軟流層在重力均衡作用下將不斷向上隆起，其中蘊藏的烴鹼流體將伴隨著軟流層上隆匯聚到軟流層隆起頂部。上地幔軟流層隆起上拱導致上覆岩石圈出現張性破裂。匯聚於隆起頂部的烴鹼流體將沿著這些張性破裂進入中地殼，並通過上地殼斷裂進入沉積盆地和沉積層。地幔烴鹼流體進入上地殼時，因為溫度和壓力下降，其相態將由超臨界流體爆炸相變為高含烴高含鹼的熱液。在地幔烴鹼流體上升的過程中，其中鹼質組分將不斷與圍岩發生鹼交代作用，萃取圍岩中的礦質並攜帶到地表分異形成各類金屬非金屬礦床；其中烴類組分將沿途進入圈閉形成油氣藏，剩餘部分將繼續上升進入盆地水體和大氣。地幔烴鹼流體不僅通過上地殼斷裂進入沉積盆地，還將通過上地殼斷裂進入盆地周邊的山體。因此，盆地周邊山體上的金屬非金屬礦床伴生烴類，而盆地沉積層及油藏中則含有高品位的金屬非金屬礦產。

【中國化工報記者】石油既然被證實為無機成因，來自於地球深部，這是否表明地球的油氣不會枯竭？

【崔永強】是的。全世界沒有一個油氣田已經枯竭，世界油氣儲量和產量始終在增長。以松遼盆地為例，其地表屬於半乾旱區，年降水量僅400～500毫米，而年蒸發量通常為1100～1600毫米。但松遼盆地地表的鹼泡常年蓄水，並沒有乾涸，說明存在地下供給。結合鹼泡的高含鹼量，我們可以確定供給鹼泡的高含鹼地下水就是從地幔深處上升到地表的烴鹼流體。因為松遼盆地周邊既沒有海水供給，沉積層本身也不發育鹼源，鹼的唯一來源只能是來自盆地深部。隨著地幔烴鹼流體源源不斷地上升，其中烴類組分將源源不斷地向儲層和已發現油氣藏供給。

關於幔源油氣補充油氣田的例子很多，如中國近海的PL19-3油田的天然氣沿垂直斷裂帶在不斷地逸散，而PL19-3油田卻仍有巨大儲量，表明自成藏以來一直有深部油氣補給。美國墨西哥灣尤金島330區塊油田於1971年發現，到1997年底已采出原油1.59億立方米，而當時計算的可采儲量僅0.488億立方米，表明原油一直有新的補給，油氣組分也有變化；俄羅斯伏爾加-烏拉爾盆地的羅馬什金油田於1948年發現，計算可采儲量20億噸，到2002年已累計產油30億噸。科學家們還發現，加利福尼亞海灣中部的Guaymas盆地熱液噴口石油14C年齡平均僅為4692年，證明石油的生成並非幾百萬年前已經結束，而是正在進行之中。

幔源油氣生成過程是地球演化過程的組成部分。只要地球演化沒有終止，石油生成就不會終止。從人類的角度看待幔源油氣供給，完全可以用「取之不盡，用之不竭」加以形容。

探井成功率大幅提高不是夢

【中國化工報記者】請您談一談幔源油氣理論的最新研究進展，及國際油氣界利用幔源油氣理論尋找油氣的成功實踐。

【崔永強】從籠統的石油無機成因發展到幔源油氣，使油氣成因研究擺脫了與石油有機成因的纏鬥，不必再去處處求證有機成因理論提出的種種似是而非的論點，而把目標鎖定到幔源油氣生成、運移和分布的研究上，這是油氣理論的重大進步。

我國有兩大原創理論作為幔源油氣研究的理論基礎，一個是著名核地質專家杜樂天先生開創的烴鹼流體地球化學理論，另一個是著名化工地質專家李揚鑒先生開創的大陸層控構造理論。烴鹼流體地球化學理論從金屬礦床成因的角度追溯到地幔烴鹼流體的總根源，成功地論證了鈾礦、鎢礦、鐵礦、金礦等礦床的熱液成因，回答了油、氣、鹽、滷水、金屬熱液礦床共生的根本原因。大陸層控構造理論論證了與上地幔軟流層溝通的盆地富集油氣，而與上地幔軟流層缺乏溝通的盆地缺乏油氣，具體提出了中國東部斷陷盆地和西部壓陷盆地的構造控油模式。

令人遺憾的是，由於有機成因理論根深蒂固，國內並沒有開展以無機成因理論為指導的勘探開發實踐。儘管在松遼、渤海灣、蘇北和三水等盆地發現了幔源二氧化碳氣藏，並在松遼盆地徐家圍子斷陷火山岩儲層中發現了幔源烴類氣藏，這些具有重大理論意義的勘探發現均沒有得到應有的重視。

幔源油氣勘探的成功經驗來自俄羅斯。俄羅斯和烏克蘭科學家稱他們的理論為深成無機論。2009年，俄羅斯科學家發表了他們在西西伯利亞盆地的勘探成果，他們掌握了小斷距基底走滑斷層控制油氣藏的規律性，運用三維地震技術在葉特-普羅夫油田的侏羅系油層鑽探37口井，全部獲得工業性油流，探井成功率達到100%。而世界其他地區的探井成功率仍然在10%～30%附近徘徊。

【中國化工報記者】我國如果運用幔源油氣理論勘探開發油氣資源，將會得到什麼樣的前景？

【崔永強】大慶探區2016年海拉爾盆地、松遼盆地深層、松遼盆地中淺層的探井成功率指標，分別為30%、40%、50%。在含油氣盆地有大量探井和生產井存在的條件下，給出上述探井成功率指標，說明我們的勘探研究水平仍然處於非常落後的狀態。落後的根本原因是受到有機成因理論的束縛。

傳統勘探的核心工作就是優選圈閉，但有機成因理論無法回答圈閉中是否有油氣，只有通過鑽井進行檢驗，因此勘探實踐本身變成了試錯的過程，探井成功率只有10%～30%。而幔源油氣理論明確指出油氣來自小斷距基底走滑斷層，分布在基底走滑斷層控制的沉積層斷裂體系中，圈閉的含油氣性受控於斷裂體系的三維應力狀態，因此能夠直接勘探幔源油氣的釋放窗口，並獲得100%的探井成功率。

傳統勘探認為超過生油門限就不可能找到油氣。而事實上，只要在上部儲層發現油氣，其深部儲層就一定能發現油氣，因為油氣是從深部向上運移的。

傳統勘探範圍局限於生油岩附近，而事實上全球基岩勘探已經發現248億噸儲量，早已突破了生油岩的限制。幔源油氣理論認為只要發育供油供氣斷裂和儲層，有圈閉遮擋就可成藏，從而極大解放了勘探空間和領域。

有機成因理論指出石油即將枯竭，推動全國各油田大力開展三次採油，以求最大限度地提高最終採收率。但化學驅措施使用的高分子聚合物注入儲層後，這些高分子將駐留在儲層中並最終阻塞儲層的滲流通道，結果將大面積報廢開發井網。幔源油氣理論指出深部油氣正在源源不斷地向上供給，只有有效保護儲層，才能實現油田可持續發展。按照深部油氣供給速度來設計油田的開發速度，才能真正實現開發效益最大化。

幔源油氣理論將開闢新的勘探領域，實現油氣儲量和產量的雙增長，真正實現石油工業可持續發展。可以樂觀地說，根據中國石油工業現有的技術能力，應用幔源油氣理論，將節約50%以上的勘探開發成本，其中巨大的經濟效益可想而知。同時，大慶油田將重上5000萬噸。

我國應支持幔源油氣理論的創新與實踐

【中國化工報記者】據記者了解和觀察，石油無機成因及幔源油氣理論還沒有被人們廣泛接受，原因到底有哪些？

【崔永強】先進的石油理論不被接受，原因是多方面的。我國高校石油地質學教材有十幾個版本，其中最開明的也僅用兩頁半的篇幅來介紹無機成因，大部分教材根本不提無機成因。幾十年教育下來，很多行業內的人都不知道油氣無機成因這回事。外部原因是，幾十年來，西方石油資本大力鼓吹石油峰值論，告訴全世界石油即將枯竭，為控制世界石油製造輿論。

內外共同作用的結果是，當西方石油資本公然把世界油價推高到每桶147美元的時候，我國石油領域權威沒有任何人對此提出質疑。直到世界油價突然下降，我們才恍然大悟，原來世界石油如此之多。時下興起的頁岩氣革命，就存在認識上的誤區。頁岩本不生氣，也沒有巨大儲量滯留其中，更不存在美國能源信息署所說「中國頁岩氣儲量世界第一」這回事。美國頁岩氣最好的區塊在頁岩硅質含量最高的地方，頁岩硅質含量高達85%以上。之所以高含硅頁岩區塊的產量最高，是因為它的壓裂效果最好，能夠長期保持人工裂縫的存在，這個人工裂縫就是頁岩層與深部氣源溝通的通道。一旦通道關閉，產量就會突然降低，出現所謂「L型生產曲線」。據了解，我國在四川和重慶發現的頁岩氣，並不在純粹的頁岩中，是水平井和大規模水力壓裂成就了這些勘探發現。

【中國化工報記者】您對我國開展幔源油氣理論的研究與實踐有哪些建議？

【崔永強】石油有機成因理論和無機成因理論之爭，是石油工業前途和命運之爭。這絕非危言聳聽，這是我們正在親身經歷的過程。有機成因理論抹殺尋找新生油氣儲量的希望、正在指導各大油田進行破壞性開採。所以，必須徹底認清其違背客觀事實的本質。在此，我提出幾點建議：一是革新勘探開發指導理論。用幔源油氣理論取代陸相生油理論和非常規油氣理論；二是全面停止化學驅三次採油生產應用，該措施不能提高油田最終採收率，反而傷害儲層，造成大面積井網報廢，大量消耗開發成本，造成嚴重的地下和地面污染；三是設立國家、企業、油田三級「幔源油氣研究中心」，用體制和制度保障幔源油氣理論和技術的深入研究，並及時應用於油田生產；四是把松遼盆地和大慶油田作為國家幔源油氣研究和生產示範基地，率先設立《松遼盆地幔源油氣地質特徵研究》國家科技重大專項；五是修改大中小學教材與石油生成理論有關的內容。

創新驅動發展戰略是十八大確定的基本國策。國家迫切需要創新，企業迫切需要創新。幔源油氣理論創新成果業已取得，它可以引領世界進入廉價石油時代。

本文來源：阿果石油論壇

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