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幔源油气理论引领世界进入廉价石油时代
——访大庆油田勘探开发研究院崔永强博士
本报记者 陈丹江
日前，随着产油国限产协议达成，国际原油价格开始走高，我国成品油价格重回“6”
时代。近年来，石油价格的跌宕起伏牵动着石化行业和消费者的神经，有人担心随着石油资源日渐枯竭，石油价格未来会重回高价时代；也有人认为，地球的石油资源取之不尽，世界可以也应该进入廉价石油时代。产生这些分歧的根本原因，是石油成因理论一直存在争议。中国化工报记者就此独家采访了长期研究幔源油气理论的大庆油田勘探开发研究院崔永强博士。 有机成因被热力学定律“
一票否决”
中国化工报记者：长期以来，石油成因一直存在两种理论解释，即有机成因理论和无机成因理论。传统理论一直认为石油为有机成因，但随着研究的深入，石油有机成因理论越来越站不住脚，无法解释很多现象，对此您怎么看？ 崔永强：石油有机成因理论认为石油来自生命，由死亡的生命体经过沉积埋藏并在沉积层内发生热演化生成石油烃类。大家耳熟能详的陆相生油理论、海相生油理论和近两年被热捧的非常规油气理论，都以有机成因为基础。因为地球上生命物质的总量有限，必然推导出石油峰值论和石油枯竭论。给国家和民众的印象就是石油将会枯竭，石油工业无法实现可持续发展。幸运的是，这个让人们看不到前途和希望的石油理论已经被彻底证伪了。证据来自天文学、地质学、科学实验和勘探开发实践。例如，降落到土卫六上的探测器发现了甲烷的湖泊和海洋，土卫六表面温度零下180℃，
那里没有生命，甲烷来自土卫六深部。这说明烃类的大规模存在并不以生命的大规模存在为前提。以往认为姥鲛烷和植烷是生命物质特有的生物标记物，并作为石油来自生命的证据。现在地幔岩捕掳体和陨石中同样发现了姥鲛烷和植烷，说明所谓的生物标记物并非生命物质所特有。诸如此类的有机成因立论依据已经被一一驳倒。如果说个别例证的多解性还有机会让有机成因理论继续为自己辩护的话，那么，化学热力学则没有给有机成因理论留下任何辩解的余地，因为有机成因所描述的生油过程违反热力学第二定律。众所周知，热力学第二定律是自然科学定律，它要求自发的热力学过程必须是熵增的。比较生命分子和烃类分子，烃类分子由C
、H
两种元素构成，是C-H
体系，称碳氢化合物；而生命分子普遍含有C
、H
、O
三种元素，是C-H-O
体系，称碳水化合物。化学热力学计算表明，所有生命分子的化学势均小于甲烷，且随其聚合度的增大而减小。相反，乙烷以上烃类分子的化学势均大于甲烷，且随其聚合度的增加而增加。从生命分子演化到烃类分子，是一个从低化学势演化到高化学势的过程，它违背热力学第二定律关于自发过程必须向熵增方向演化的规定。因此，有机成因理论被热力学第二定律一票否决。 中国化工报记者：既然石油有机成因被热力学第二定律“一票否
决”，那
么石油到底是如何形成的，无机成因理论的核心是什么？ 崔永强：从19世
纪的俄罗斯学者门捷列夫、索柯洛夫到20世
纪的前苏联学者库德梁采夫、克鲁泡特金，他们都从宇宙观察中得到启发，认为烃类不仅在太阳上有，在地球中也有。我国学者杜乐天认为，烃类是液态外地核射出的氢元素与地幔中的碳元素发生气化作用的产物，烃是地幔烃碱流体必然组分。化学热力学计算和高压试验支持烃类的地幔起源。根据俄美两国科学家合作发表的成果，他们用地球上最普通、最不容易生成重烃的物质——大理石（CaCO
3）、氧化亚铁（FeO）和蒸
馏水（H
2O）
三种原料完成的高压实验表明，当压力达到5万
个大气压、温度达到1500℃
时，系统自发地产生具有天然石油分布特征的甲烷，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。
上述实验表明，从甲烷形成烷属烃只有在压力大于3
万个大气压、温度大于700℃
时才有可能。这个压力条件相当于地下深度100
千米。因此，来自生命的有机分子，如葡萄糖分子C
6H
12O
6所代表碳水化合物，要形成乙烷以上的碳氢化合物，在任何条件下都是不可能的。这个实验同时否定了费-
托合成反应（包括在低压下生命物质加氢）生成天然石油的可能性。因为低压下完成的费-
托合成高度受控，有用中间产物需要不断移除，而地层条件下并不存在这样的过程。化学热力学和高压实验成果是石油无机成因从科学假说迈向科学理论的重要转折点。石油只有在地幔的温压条件下才能生成的结论，把石油无机成因研究聚焦到幔源油气。 地球的油气不会枯竭 中国化工报记者：既然石油不是来自于生物有机质，那么石油到底来自哪里，幔源油气理论如何解释石油成因？崔永强：我们在松辽盆地周边的玄武岩喷发通道附近找到大量地幔岩捕掳体，它们是玄武岩岩浆爆炸喷发过程中携带到地表的地幔橄榄岩碎块。我们从中萃取出石油烃类，烃类分子碳数分布范围是C
13～C
34。显然，形成幔源油气的基本元素H和C是地球内部固有的。H和C在太阳系元素丰度中位列第一和第四。H是
太阳系中最重要的元素，占太阳质量的55%。它在地球内部也是最重要的气体成分，主要集中于外地核液态铁之中。地球外地核压力达到136万个大气压，温度高达4000℃。46亿年来，一直在不断地向外释放强大的氢流，
氢气化碳形成烃类是地核排氢作用的必然结果。以烃类为主的地幔挥发分和以钾钠为主的碱金属两大类组分共同构成了地幔烃碱流体。地幔烃碱流体在地幔中呈超临界态，赋存于岩石圈之下巨厚的上地幔软流层中。随着盆地的形成和演化，上地幔软流层在重力均衡作用下将不断向上隆起，其中蕴藏的烃碱流体将伴随着软流层上隆汇聚到软流层隆起顶部。上地幔软流层隆起上拱导致上覆岩石圈出现张性破裂。汇聚于隆起顶部的烃碱流体将沿着这些张性破裂进入中地壳，并通过上地壳断裂进入沉积盆地和沉积层。地幔烃碱流体进入上地壳时，因为温度和压力下降，其相态将由超临界流体爆炸相变为高含烃高含碱的热液。在地幔烃碱流体上升的过程中，其中碱质组分将不断与围岩发生碱交代作用，萃取围岩中的矿质并携带到地表分异形成各类金属非金属矿床；其中烃类组分将沿途进入圈闭形成油气藏，剩余部分将继续上升进入盆地水体和大气。地幔烃碱流体不仅通过上地壳断裂进入沉积盆地，还将通过上地壳断裂进入盆地周边的山体。因此，盆地周边山体上的金属非金属矿床伴生烃类，而盆地沉积层及油藏中则含有高品位的金属非金属矿产。 中国化工报记者：石油既然被证实为无机成因，来自于地球深部，这是否表明地球的油气不会枯竭？ 崔永强：是的。全世界没有一个油气田已经枯竭，世界油气储量和产量始终在增长。以松辽盆地为例，其地表属于半干旱区，年降水量仅400
～500
毫米，而年蒸发量通常为1100
～1600
毫米。但松辽盆地地表的碱泡常年蓄水，并没有干涸，说明存在地下供给。结合碱泡的高含碱量，我们可以确定供给碱泡的高含碱地下水就是从地幔深处上升到地表的烃碱流体。因为松辽盆地周边既没有海水供给，沉积层本身也不发育碱源，碱的唯一来源只能是来自盆地深部。随着地幔烃碱流体源源不断地上升，其中烃类组分将源源不断地向储层和已发现油气藏供给。关于幔源油气补充油气田的例子很多，如中国近海的PL19-3
油田的天然气沿垂直断裂带在不断地逸散，而PL19-3
油田却仍有巨大储量，表明自成藏以来一直有深部油气补给。美国墨西哥湾尤金岛330
区块油田于1971
年发现，到1997
年底已采出原油1.59
亿立方米，而当时计算的可采储量仅0.488
亿立方米，表明原油一直有新的补给，油气组分也有变化；俄罗斯伏尔加-
乌拉尔盆地的罗马什金油田于1948
年发现，计算可采储量20
亿吨，到2002
年已累计产油30
亿吨。科学家们还发现，加利福尼亚海湾中部的Guaymas
盆地热液喷口石油14C
年龄平均仅为4692
年，证明石油的生成并非几百万年前已经结束，而是正在进行之中。幔源油气生成过程是地球演化过程的组成部分。只要地球演化没有终止，石油生成就不会终止。从人类的角度看待幔源油气供给，完全可以用“取之不
尽，用之不竭”加以形容。
探井成功率大幅提高不是梦 中国化工报记者：请您谈一谈幔源油气理论的最新研究进展，及国际油气界利用幔源油气理论寻找油气的成功实践。 崔永强：从笼统的石油无机成因发展到幔源油气，使油气成因研究摆脱了与石油有机成因的缠斗，不必再去处处求证有机成因理论提出的种种似是而非的论点，而把目标锁定到幔源油气生成、运移和分布的研究上，这是油气理论的重大进步。我国有两大原创理论作为幔源油气研究的理论基础，一个是著名核地质专家杜乐天先生开创的烃碱流体地球化学理论，另一个是著名化工地质专家李扬鉴先生开创的大陆层控构造理论。烃碱流体地球化学理论从金属矿床成因的角度追溯到地幔烃碱流体的总根源，成功地论证了铀矿、钨矿、铁矿、金矿等矿床的热液成因，回答了油、气、盐、卤水、金属热液矿床共生的根本原因。大陆层控构造理论论证了与上地幔软流层沟通的盆地富集油气，而与上地幔软流层缺乏沟通的盆地缺乏油气，具体提出了中国东部断陷盆地和西部压陷盆地的构造控油模式。令人遗憾的是，由于有机成因理论根深蒂固，国内并没有开展以无机成因理论为指导的勘探开发实践。尽管在松辽、渤海湾、苏北和三水等盆地发现了幔源二氧化碳气藏，并在松辽盆地徐家围子断陷火山岩储层中发现了幔源烃类气藏，这些具有重大理论意义的勘探发现均没有得到应有的重视。幔源油气勘探的成功经验来自俄罗斯。俄罗斯和乌克兰科学家称他们的理论为深成无机论。2009
年，俄罗斯科学家发表了他们在西西伯利亚盆地的勘探成果，他们掌握了小断距基底走滑断层控制油气藏的规律性，运用三维地震技术在叶特-
普罗夫油田的侏罗系油层钻探37
口井，全部获得工业性油流，探井成功率达到100%
。而世界其他地区的探井成功率仍然在10%
～30%
附近徘徊。 中国化工报记者：我国如果运用幔源油气理论勘探开发油气资源，将会得到什么样的前景？ 崔永强：大庆探区2016
年海拉尔盆地、松辽盆地深层、松辽盆地中浅层的探井成功率指标，分别为30%
、40%
、50%
。在含油气盆地有大量探井和生产井存在的条件下，给出上述探井成功率指标，说明我们的勘探研究水平仍然处于非常落后的状态。落后的根本原因是受到有机成因理论的束缚。传统勘探的核心工作就是优选圈闭，但有机成因理论无法回答圈闭中是否有油气，只有通过钻井进行检验，因此勘探实践本身变成了试错的过程，探井成功率只有10%
～30%
。而幔源油气理论明确指出油气来自小断距基底走滑断层，分布在基底走滑断层控制的沉积层断裂体系中，圈闭的含油气性受控于断裂体系的三维应力状态，因此能够直接勘探幔源油气的释放窗口，并获得100%
的探井成功率。传统勘探认为超过生油门限就不可能找到油气。而事实上，只要在上部储层发现油气，其深部储层就一定能发现油气，因为油气是从深部向上运移的。传统勘探范围局限于生油岩附近，而事实上全球基岩勘探已经发现248
亿吨储量，早已突破了生油岩的限制。幔源油气理论认为只要发育供油供气断裂和储层，有圈闭遮挡就可成藏，从而极大解放了勘探空间和领域。有机成因理论指出石油即将枯竭，推动全国各油田大力开展三次采油，以求最大限度地提高最终采收率。但化学驱措施使用的高分子聚合物注入储层后，这些高分子将驻留在储层中并最终阻塞储层的渗流通道，结果将大面积报废开发井网。幔源油气理论指出深部油气正在源源不断地向上供给，只有有效保护储层，才能实现油田可持续发展。按照深部油气供给速度来设计油田的开发速度，才能真正实现开发效益最大化。幔源油气理论将开辟新的勘探领域，实现油气储量和产量的双增长，真正实现石油工业可持续发展。可以乐观地说，根据中国石油工业现有的技术能力，应用幔源油气理论，将节约50%以上的勘探开发成本，其中巨大的经济效益可想而知。同时，大庆油田将重上5000万吨。
我国应支持幔源油气理论的创新与实践 中国化工报记者：据记者了解和观察，石油无机成因及幔源油气理论还没有被人们广泛接受，原因到底有哪些？崔永强：先进的石油理论不被接受，原因是多方面的。我国高校石油地质学教材有十几个版本，其中最开明的也仅用两页半的篇幅来介绍无机成因，大部分教材根本不提无机成因。几十年教育下来，很多行业内的人都不知道油气无机成因这回事。外部原因是，几十年来，西方石油资本大力鼓吹石油峰值论，告诉全世界石油即将枯竭，为控制世界石油制造舆论。内外共同作用的结果是，当西方石油资本公然把世界油价推高到每桶147
美元的时候，我国石油领域权威没有任何人对此提出质疑。直到世界油价突然下降，我们才恍然大悟，原来世界石油如此之多。时下兴起的页岩气革命，就存在认识上的误区。页岩本不生气，也没有巨大储量滞留其中，更不存在美国能源信息署所说“中
国页岩气储量世界第一”
这回事。美国页岩气最好的区块在页岩硅质含量最高的地方，页岩硅质含量高达85%
以上。之所以高含硅页岩区块的产量最高，是因为它的压裂效果最好，能够长期保持人工裂缝的存在，这个人工裂缝就是页岩层与深部气源沟通的通道。一旦通道关闭，产量就会突然降低，出现所谓“L
型生产曲线”。据了解，我
国在四川和重庆发现的页岩气，并不在纯粹的页岩中，是水平井和大规模水力压裂成就了这些勘探发现。 中国化工报记者：您对我国开展幔源油气理论的研究与实践有哪些建议？ 崔永强：石油有机成因理论和无机成因理论之争，是石油工业前途和命运之争。这绝非危言耸听，这是我们正在亲身经历的过程。有机成因理论抹杀寻找新生油气储量的希望、正在指导各大油田进行破坏性开采。所以，必须彻底认清其违背客观事实的本质。在此，我提出几点建议：一是革新勘探开发指导理论。用幔源油气理论取代陆相生油理论和非常规油气理论；二是全面停止化学驱三次采油生产应用，该措施不能提高油田最终采收率，反而伤害储层，造成大面积井网报废，大量消耗开发成本，造成严重的地下和地面污染；三是设立国家、企业、油田三级“幔源油
气研究中心”，用体制和制度保障幔源油
气理论和技术的深入研究，并及时应用于油田生产；四是把松辽盆地和大庆油田作为国家幔源油气研究和生产示范基地，率先设立《松辽盆地幔源油气地质特征研究》国家科技重大专项；五是修改大中小学教材与石油生成理论有关的内容。创新驱动发展战略是十八大确定的基本国策。国家迫切需要创新，企业迫切需要创新。幔源油气理论创新成果业已取得，它可以引领世界进入廉价石油时代。
