石油,不再只是“化石”燃料?
  • 来源:中科院地质地球所
  • 2020-10-16 10:00

 同学们,什么是三大化石燃料?

  煤、石油、天然气!

  想必这个知识点,我们从小学就get到了吧

来源:https://ocean.si.edu/conservation/gulf-oil-spill/what-are-fossil-fuels

来源:https://ocean.si.edu/conservation/gulf-oil-spill/what-are-fossil-fuels

  化石燃料是一种由自然过程形成的燃料,如被掩埋的死亡生物体的厌氧分解,含有源自远古光合作用的有机分子,在燃烧中释放能量。化石燃料含碳量很高,包括石油、煤炭和天然气。化石燃料常用的衍生物包括煤油和丙烷。化石燃料的种类从碳氢比低的挥发性物质(如甲烷),到液体(如石油),再到几乎纯碳组成的非挥发性物质(如无烟煤)。(定义来源:维基百科)

2011年世界化石燃料消费统计,来源:https://earthtechling.com/2013/03/fossil-fuel-subsidies-620-billion-clean-energy-well/

2011年世界化石燃料消费统计,来源:https://earthtechling.com/2013/03/fossil-fuel-subsidies-620-billion-clean-energy-well/

  其中,石油作为其中一种全球使用量最高的化石燃料,各国对其的理论研究、勘探与开采都予以高度重视。

常规游梁式抽油机,业内称“磕头机/马头机” 来源:https://www.celebritynetworth.com/articles/how-much-does/1-trillion-dollars-oil-discovered-west-texas/

常规游梁式抽油机,业内称“磕头机/马头机” 来源:https://www.celebritynetworth.com/articles/how-much-does/1-trillion-dollars-oil-discovered-west-texas/

固定式海上采油平台 来源:https://liftingvictoria.com.au/ndt-wire-rope-inspection/attachment/oil-rig-category/

固定式海上采油平台 来源:https://liftingvictoria.com.au/ndt-wire-rope-inspection/attachment/oil-rig-category/

  并且对于我们老百姓的方方面面,当然也离不开石油的影子:

  传统石油生成理论认为,石油是古代有机物演变而来的,即由史前的海洋动物和藻类尸体经过漫长演化并最终形成。

  简单点说,

  石油就是是古生物的“遗迹”,即现在广为接受的有机成因油气理论。

  其中,按发源地可分为陆相生油和海相生油理论;按生油机制来分可分为常规与非常规油气理论。

常规与非常规油气理论的生油机制 来源:https://cla.auburn.edu/ces/energy/explanation-of-categories-and-peak-oil/

常规与非常规油气理论的生油机制 来源:https://cla.auburn.edu/ces/energy/explanation-of-categories-and-peak-oil/

  据中科院院士王铁冠老先生在记者采访中所说:

  迄今为止,有机成油理论在指导油田的勘探方面发挥了重要作用,目前世界上95%以上的油田,都是在这一理论的指导下发现的。

  那可能小伙伴们可能会感叹:

  那未来石油岂不是要面临枯竭!天呀!没了石油,那我还怎么。。。

  别担心,

  他来了,他来了,他带着礼物走来了,

  他就是石油峰值论的克星,石油枯竭论的救星————

  ‘无机成因油气理论’

  要想了解无机论,

  Firstly,

  先要跟着小编学会一个词组: Abiogenic Hydrocarbons 非生物成因油气

  知识小课堂: hydrocarbons意为碳水化合物/烃类。因油气主要由C、H构成,故通常作为油气的代名词

  至于油与气的区分问题,某些无机论学者支持将油与气分开,但未广泛认可,故小编不再详细区分。。。

   Secondly,

  跟着小编一起看看无机论的历史吧。

  

  无机论的提出:

  1。无机论最早于1877年由前苏联化学家、矿物学家Dmitri Ivanovich Mendelyev 提出:

  对,你没猜错,就是我们的化学周期表老爷爷门捷列夫。。。

  他认为油气的形成是由地球内部的水和碳化铁相互作用而产生的。

理论上,碳化铁(F7C3)是地球固体内核的潜在组成部分

理论上,碳化铁(F7C3)是地球固体内核的潜在组成部分

地球深部碳铁化合物遇水后,各自的C与H脱离,结合生成稳定碳氢化合物。

地球深部碳铁化合物遇水后,各自的C与H脱离,结合生成稳定碳氢化合物。

   2.1958年前苏联在莫斯科召开“关于石油成因问题的全体工会会议”(1958 ALL-Union Conference on the Problem of the Origin of the Petroleum),会上包括D.I。 Mendelyev,N.A。 Kudryavtsev,P.A。 Kropotkin(三者被称为“俄罗斯油气无机论三杰”)和V.B。 Porfir'ev等众多前苏联无机论支持者集思广益,提出了很多大胆的假设与推论。

前苏联科学院(Russian Academy of Sciences)来源:http://en.kremlin.ru/events/president/news/15401

前苏联科学院(Russian Academy of Sciences)来源:http://en.kremlin.ru/events/president/news/15401

  

  无机论体系的建立:

  其中比较重要的理论阶段有:

  1.N.A。 Kudryavtsev(1959)提出无机成因油气的生成不仅需要严格的地幔条件(rigorous mantle conditions),还需要参与无机碳源还原反应的自然催化剂(natural reducing agents)存在。

  并在同一年通过实验验证了超镁铁质岩的蛇纹岩化对生烃体系具有催化作用。

  2.V.B。 Porfir'ev(1974)认为无机油气与地球内部的断裂息息相关,如裂缝(rifts)、地堑(gradens)和断层(faults)等。

  他曾公开说:

  油气矿床与深断裂带的成因联系是如此的清晰并众所周知,这都无需文件证明!

  并且,

  I。 他反对“烃源岩”概念及生烃岩假说:

  认为关于什么岩石可作为生烃岩是没有科学标准的,生烃和生烃岩与沉积环境是没有任何关系的。

  II。 他反对“干酪根”理论(Kerogen Theory):

  认为干酪根严重缺H,且只在高温(170~500℃)与强还原(高含量氢气或甲烷)环境中才能生烃,而对于地球浅层的自然体系下不能实现。                               

  又一狠人!。。。

  

  无机论体系的完善:

  新一代前苏联地质学家P.A。 Kropotkin(1985)继承了Mendelyev的思想,提出了著名的“克鲁泡特金地球排气学说”(Kroptokin‘s Earth Exhaust Theory):

  该学说同时吸取了Mendelyev的油气沿山前断裂分布学说和Vernadsky的地球排气学说,并开创性提出地球排气中的“热排气”和“冷排气”两个分支学说。

  其中,

  热排气:指与火山过程、热液过程相关的高温二氧化碳气。

  冷排气:指低温的烃类气体,泥火山就是冷排气的一种具体表现形式。

  并提出:

  (1)   油气成藏是从地幔深处穿过结晶基底向上运移的地球排气过程中的一个副产品;

  (2)   假若碳氢化合物石油、天然气在地壳的任何一个地段都出现的话,那么这些碳氢化合物就是以种浓度而贯穿到全部地质剖面中,自基岩一直到剖面上部为止都包括在内。(即著名的“克鲁泡特金定律”)

  都是狠人!都说俄罗斯战斗民族民风彪悍,不曾想在学术上也那么强势!。。。

  经过①~③阶段,历经100多年,由此俄罗斯学派无机成因油气学说体系完全建成。

  当代学者又将其统称为俄罗斯—乌克兰无机学派(Russian-Ukrainian Theory of Deep, Abiotic Petroleum Origins)

  在Mendelyev,Kudryavtsev和Kropotkin“俄罗斯油气无机论三杰”所建立的理论框架下,各国的油气无机论支持者开始了漫长的探索之路,

  其中特别值得一提的是:

  <1> 在此期间,美国天文学家Thomas Gold于1979-1999建立并完善了无机成因油气相关的Deep Gas Theory以及提出地球深部存在“Deep Hot Biosphere”的大胆假设:

大洋中脊侧翼的微生物群落结构假说

大洋中脊侧翼的微生物群落结构假说

  ※其中关于这两学派纷争,有一些有趣的小故事,

  比如前苏联科学家们秘密参会搞研究,所获理论成果皆以俄文在国内刊登发表,导致语言不通,美国无机理论落后十几年;

  再比如又是怎样的一次机缘巧合,让Gold有幸相识Porfir'ev,从此打破了前苏联无机论知识的垄断等等。

  <2> 以及中国学者杜乐天先生,独创“HACONS”幔汁学说和地球五气圈学说:

  杜老前辈早年留学莫斯科大学,深受俄派油气无机论三杰的影响,真可谓中国油气无机论第一人。。。

幔汁垂向分带示意图(未按比例尺)来源:参考文献[5],些许修改

幔汁垂向分带示意图(未按比例尺)来源:参考文献[5],些许修改

地球气圈分层示意图(未按比例尺)来源:参考文献[5],些许修改

地球气圈分层示意图(未按比例尺)来源:参考文献[5],些许修改

  这两个理论小编均不详述,感兴趣者自己查阅资料哦。。。

  Last but not least,

  借用Kropotkin于1971年发表文章中一句话来概括无机成因油气理论:

  关于超基性岩石、陨石、彗星和行星组成的所有已知信息都表明,地球深层存在着急剧还原的环境。现有的天然还原剂,如游离氢、金属铁镍和初级烃,确定了对烃类混合物形成最重要的物理介质的特性。这就是非生物成因理论的核心。

  最后,

  小编斗胆发表点个人意见:                 

  我觉得吧,

  无机成因油气作为一新兴理论,至今仍存在着很多迷点,但它的理论优势、前瞻性、以及对未来石油领域的影响是肯定不容忽视的,

  。。。至少无机理论下石油真的不再有枯竭一说了,这对我们老百姓是好事,对不。。。

  我想这可能也是世界各地的支持者们还在默默地坚持与摸索油气无机论的动力源泉吧。

  无机成因VS有机成因,这是一场没有硝烟的学术大战,无论最终的结果如何,暂不提石油行业会不会因此而变革,但一阵阵振奋人心的学术风暴,小编相信一定在所难免!

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