石油可能通过类似无机化学过程合成

　　新的一项科学发现，或许为缓解时代深处的忧虑提供了新的可能。7月27日，在提前出版的《自然·地球科学》（Nature Geoscience）杂志上，美国卡内基研究院（Carnegie Institution）地球物理实验室（Geophysical Laboratory）的科学家宣布，已经在与地球上地幔同样的环境中，合成了乙烷以及其他更重的碳氢化合物（烃）。
　　
　　这就意味着，石油也很可能通过类似的无机化学过程，在地球内部源源不断地形成。如果这一理论成立的话，人类的“石油恐慌”或许就没有那么急迫了。
　　
　　古生物的“遗产”
　　
　　在大多数地质学家看来，石油像煤一样，是古代有机物演变而来的。
　　
　　按照这一传统理论，石油是由史前的海洋动物和藻类尸体经过漫长演化并最终形成的。通常陆地植物，更容易形成煤炭而非石油。
　　
　　这些史前时代的浮游生物或者藻类，大量被掩埋在海底或者湖底的缺氧环境中。在此后漫长的地质年代中，这些有机体与底泥混合之后，被成岩作用包裹在高温、高压的状态中。这些古生物遗体首先形成腊状的油母（kerogen，又称为油母岩矿），直到今天在全世界各地的油页岩中仍然可以找到这种物质。
　　
　　之后，油母被进一步加热，生成液态或者气态的烃类。由于这些碳氢化合物（烃）比附近的岩石中的水轻，它们就会向上渗透到附近的岩层中，直到渗透到上面紧密无法渗透的、本身又多空的岩层中，才会停止迁徙，并聚集到一起的石油形成油田。
　　
　　根据这种理论，石油的生成并不是一件很容易的事情。因为它对温度有着苛刻的要求，温度太低的话，这些原料无法从油母中渗透出来；温度太高，烃类又会通过热裂解，直接生成天然气。
　　
　　虽然各地因为地质情况不同，可能略有差异，但比较典型的成油深度，一般认为是地下4公里到6公里处。当然，石油形成后，又可能迁徙到更深或者更浅的地层中去。
　　
　　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。中国科学院院士、石油大学资源与信息学院教授王铁冠告诉《财经》记者，目前世界上99%以上的油田，都是在这一理论的指导下发现的。
　　
　　虽然有机成油理论已成为人类勘探新油田的利器，本身也日臻完善，但随着石油地质工作研究的深入，一些不利于有机成因说的证据渐渐显现出来。
　　
　　人们注意到，在世界上已发现的三万多个油田中，八个特大油田就占了全部储量的一半左右。如果说石油是由史前古生物遗体演变而成的，那么就不会出现这种情况：因为生物在地球上的分布虽然并不均衡，有的地方多，有的地方少，但绝不会造成如此巨大差别。
　　
　　就像你很难想象，全世界一半的人口，都集中居住在纽约、墨西哥城或者上海等八个特大城市中一样。
　　
　　而且，有些油田在垂直方向上分布很深，而且越往深处成油条件越好。在一些专家看来，似乎在它的深部，有源源不断的油气供给。
　　
　　无机生成兴起
　　
　　因此，从上个世纪50年代开始，挑战主流的无机成油说（Abiogenic origin）应运而生。
　　
　　天文学家托马斯·戈尔德（Thomas Gold）以及俄罗斯石油地质学家尼古莱·库德里亚夫切夫（Nikolai Kudryavtsev），算是最早的开创者。
　　
　　这个理论认为，在地壳内已经有许多碳，其中一些碳很自然地以碳氢化合物的形式存在；由于碳氢化合物比岩石空隙中的水轻，因此会沿岩石缝隙向上渗透，并最终形成油气。
　　
　　严格意义上来说，石油的无机生成理论，甚至可以追溯到元素周期律的发现者门捷列夫。
　　
　　早在1876年，门捷列夫就在实验室注意到，水与金属碳化物（碳化铁、碳化铝）能在高温高压下起化学反应，生成类似石油的碳氢化合物。
　　
　　受此启发，他提出一种假设，认为地球上有丰富的铁和碳，因此在地球形成初期可以化合成大量的碳化铁。这些碳化铁又与当时过热的地下水作用，遂生成碳氢化合物；这些碳氢化合物沿地壳裂缝上升到适当部位储存冷凝，从而形成石油矿藏。
　　
　　继“碳化说”之后，1889年俄国的索柯洛夫也提出了石油成因的“宇宙说”。他认为，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，随着原始地球不断冷却，被吸收的碳氢化合物逐渐冷凝埋藏在地壳中，于是形成了石油。
　　
　　进入上世纪六十年代以后，天文学家利用光谱分析，在宇宙中发现了大量的有机物质，有力地支持了宇宙说。碳氢化合物不仅见于一些行星的大气里和彗星的彗核中，有的甚至可以构成巨大的分子云。
　　
　　在陨石中，人们甚至还找到了更复杂的有机物，但它们的形成都与生物作用无关。这些事实说明，许多有机物完全可以通过非生物途径形成的。
　　
　　在以上发现支持下，现代主张石油无机成因说的研究者认为，在地球形成早期，甲烷及其他碳氢化合物形式就参与了地球的组成。之后，在地球内部热力和压力的促使下，它们从深部释放出来，在某种有利的环境下进一步合成变成了石油。
　　
　　至于石油中含有的有机质，无机成因说的主张者们认为，那是原生石油在运移过程中受到了有机物的污染，从而造成了石油成分的复杂化。同时，他们也不否认一部分石油可能来自古生物遗体的可能性。
　　
　　中国石油天然气总公司西北地质研究所原高级工程师张景廉教授，就是中国国内研究无机成油理论的代表人物之一。
　　
　　在对中国一些已知油气田进行了分析、论证之后，他认为像克拉玛依油田、塔里木盆地巨量志留系沥青 、辽河油田原油等，或许都很难用传统的有机生成理论解释。
　　
　　争论仍将继续
　　
　　除了张景廉之外，在中国国内，中国科学院院士、著名的石油天然气地质学与地球化学专家戴金星，以及中国科学院兰州地质研究所的王先彬等人，同样也是无机生成理论的推动和支持者。
　　
　　不过，到目前为止，张景廉在接受《财经》记者采访时自嘲地说，这一理论在国内仍然还属于“大逆不道”。
　　
　　无机成油理论之所以未得到广泛的认同，中国科学院院士王铁冠对〈财经〉记者表示，是因为虽然取得了一定的进展，但无论在理论层面还是在实践层面，都还存在着致命缺陷：
　　
　　在理论层面上，大部分科学家仍然认为，石油无法承受地球内部的温度。在实际操作中，无机成油理论目前还无法指导实际的勘探活动。
　　
　　不过，美国卡耐基研究院发布的这一最新成果，显然进一步拓宽了我们的视野，为无机生成理论提供了新的支持。
　　
　　利用金刚石砧压槽和激光热源，研究人员成功地使得甲烷所处的环境压强超过2万倍标准大气压，温度也达到了从华氏1300 度到 2240 度之间 。这种极端环境，与距离地面40英里（约合64公里）至95英里（约合150公里）处的上地幔的环境非常类似。
　　
　　结果他们发现，甲烷在这种环境中除了可以生成乙烷之外，还可以生成丙烷、丁烷、分子氢和石墨。而之前，有科学家认为，在这样的环境下，只可能生成石墨这样耐高温的物质。
　　
　　更令研究人员感到惊奇的是，他们发现这个化学反应过程是可逆的。即把乙烷放在同样的环境下，也可以生成甲烷；这表明在地球深处的这种合成烃类的反应过程，更多是受热力学控制的，并不一定需要有机物。
　　
　　这一论文的作者之一的亚历山大·戈查罗夫(Alexander Goncharov)教授指出，早在2004年，美国印第安纳大学的科学家就做过类似实验。在相当于5万至11万个标准大气压的环境下压缩水、氧化铁和方解石，然后将这些混合物加热到1500摄氏度，以此模仿地幔中的环境。在化学反应结束后，研究人员在反应产物中发现了甲烷气体。但这次,生成的有机产物更加复杂，显然是又前进了一步。
　　
　　当然，对于这些合成化合物的稳定性，以及类似的反应能否在整个地幔中都可能发生，以及如何迁移到地壳中并最终形成油气田的，都还需要进一步的理论和实验来验证。石油的无机生成理论，要获得真正的认可，仍任重而道远。
　　
　　不过，鉴于对于地球内部的构造和具体而复杂的演变过程、作用机理，人类迄今为止仍知之甚少。因此，我们也不应轻易否认任何可能性；保持必要的关注，仍是必要的。