李玉琪 張 旋 惠 榮
(西安石油大學(xué) 石油史研究所,陜西 西安 710065)
油氣無機(jī)成因?qū)W說最早是由化學(xué)元素周期表的發(fā)現(xiàn)者、俄國化學(xué)家德米特里·伊萬諾維奇·門捷列夫在1876年提出的。門捷列夫根據(jù)天文學(xué)中的證據(jù)推論地核中存在大量碳化鐵,碳化鐵與水能夠在高溫高壓條件下生成類似于石油的碳?xì)浠衔?,進(jìn)而提出了石油“碳化鐵生烴假說”,并以實(shí)驗(yàn)證明這一假說可以成立。[1]13-14在門捷列夫之后,索柯洛夫于1889年提出了“宇宙說”,他認(rèn)為石油是地球在火球狀態(tài)時(shí)吸收的原始大氣中的碳?xì)浠衔锢淠?,并且隨著進(jìn)一步冷卻從裂隙運(yùn)移到地殼中。[2]116半個(gè)世紀(jì)后,前蘇聯(lián)的庫德梁采夫于1949年提出了“巖漿說”,認(rèn)為石油是基性巖漿在冷卻過程中C、H元素在高溫高壓條件下合成的碳?xì)浠衔铩2]116這三種學(xué)說是目前油氣無機(jī)成因?qū)W說中的主要觀點(diǎn),其中“碳化鐵生烴說”和“巖漿說”都屬于地球內(nèi)部成因假說,“宇宙說”則屬于地球外部成因假說。
油氣無機(jī)成因?qū)W說在俄國經(jīng)過長期的發(fā)展,被越來越多的人所接受,俄羅斯中央地球物理研究院總地質(zhì)師阿赫梅特·齊穆爾基耶夫在他的文章中直言:“石油沉積運(yùn)移假說是20世紀(jì)人類最大的科學(xué)謬誤?!?《從地球內(nèi)部的油氣地質(zhì)區(qū)域劃分到盆地模擬的技術(shù)——幻想是不正確的》,阿赫梅特·齊穆爾基耶夫著,西安幔源油氣勘探開發(fā)研究有限公司內(nèi)部資料。
我國對油氣無機(jī)成因?qū)W說的關(guān)注始于20世紀(jì)50年代,其發(fā)展歷程大體上可分為三個(gè)階段:20世紀(jì)50~60年代,對無機(jī)成油理論的初步引介;20世紀(jì)70年代末,無機(jī)成油理論在我國重新提起;20世紀(jì)90年代至今,形成獨(dú)立的多元生烴理論并走向?qū)嵺`驗(yàn)證。
我國對石油無機(jī)成因理論的引介始于20世紀(jì)50年代。1952年《科學(xué)通報(bào)》第9期上刊載了俄國學(xué)者密洛諾夫的《石油成因問題和它的解決途徑》一文,這是目前在國內(nèi)刊物上能夠找到的最早闡述石油無機(jī)成因理論的文章。
新中國成立后,蘇聯(lián)專家支援我國地質(zhì)學(xué)教育體系的建立,曾在北京地質(zhì)學(xué)院任教的蘇聯(lián)專家梁布興教授將庫德梁采夫的無機(jī)成油理論引進(jìn)到了中國,我國后來的許多石油地質(zhì)學(xué)家都曾聽過梁布興的課。據(jù)后來成為無機(jī)成油學(xué)說重要代表人物的長安大學(xué)張之一教授回憶[3]89,他最早就是在課堂上聽到梁布興介紹石油無機(jī)成因論的。1958年,科學(xué)出版社出版了庫德梁采夫等人的論文集《反對石油有機(jī)起源假說》,這是我國出版最早的有關(guān)油氣無機(jī)成因理論的專著,該書對我國持油氣無機(jī)成因?qū)W說的學(xué)者影響很大,不僅使當(dāng)時(shí)相關(guān)地質(zhì)院校的師生通過這本書了解到了有關(guān)石油無機(jī)成因說的基本理論,而且直到今天,談無機(jī)成因說的學(xué)者仍必談庫德梁采夫。
但是當(dāng)時(shí)不論是在國際上還是國內(nèi),有機(jī)生油說都是占主流地位的學(xué)說。在國際上,俄國的古勃金、美國的萊復(fù)生等知名的石油地質(zhì)學(xué)家都持“油氣是有機(jī)生成”的觀點(diǎn)。在國內(nèi),我國石油部部長助理康世恩在去蘇聯(lián)考察后向毛澤東主席匯報(bào)了油氣生成的兩種觀點(diǎn),在毛主席問其贊成哪種觀點(diǎn)的時(shí)候,他說他贊成有機(jī)生油。[4]38康世恩是石油部當(dāng)時(shí)負(fù)責(zé)技術(shù)的主要領(lǐng)導(dǎo),影響力僅次于余秋里部長,后來又長期分管石油口,他的觀點(diǎn)對中國石油工業(yè)的影響十分巨大。當(dāng)時(shí)的實(shí)際工作中,大多數(shù)的石油地質(zhì)工作者認(rèn)同并使用“有機(jī)成油理論”來解釋遇到的問題。在這種大環(huán)境下,油氣的無機(jī)成因說在我國只是當(dāng)作一種國外的學(xué)說加以介紹,并沒有得到實(shí)際運(yùn)用。
在引進(jìn)無機(jī)成油理論20多年后,日本學(xué)者安藤直行的《石油和同位素——關(guān)于石油成因的同位素解釋》一文,提出同位素與石油的關(guān)系,該書雖仍堅(jiān)持石油的起源來自生物的有機(jī)質(zhì),但也提出了無機(jī)說對有機(jī)說的幾點(diǎn)質(zhì)疑,并指出同位素方向有可能是石油成因爭論的新的突破點(diǎn)。[5]22此后無機(jī)成油理論在我國又被重新提起。
20世紀(jì)70年代末到80年代,在一些地學(xué)雜志上逐漸出現(xiàn)我國學(xué)者自己撰寫的石油無機(jī)成油理論的相關(guān)論文。但這一時(shí)期最為明顯的特點(diǎn)就是基本上是概念的引介和闡述,少有獨(dú)立深入的研究。
1978年,中國科學(xué)院海洋研究院的欒作峰發(fā)表文章,認(rèn)為分散的有機(jī)質(zhì)無法聚集成油氣藏,且有機(jī)說無法解釋石油的運(yùn)移問題,指出石油是由深部的含C、H、O等元素的氣體沿?cái)嗔褞蛏线\(yùn)移,在遇到蓋層阻擋時(shí)聚集形成的。[6]8之后,黃瑞華也舉出了火山巖油氣藏的實(shí)例,指出了宇宙中的其它無生命星球上甲烷烴的存在,闡述了油氣和熱液礦床的共生現(xiàn)象,并進(jìn)一步說明用巖石催化也可形成碳?xì)浠衔?。[7]67-69
中國科學(xué)院蘭州地質(zhì)研究所的王先彬研究員是國內(nèi)最早正面闡述天然氣的非生物成因和地球深部來源的學(xué)者,是無機(jī)油氣研究的先驅(qū)者之一。1982年9月,王先彬通過對四川威遠(yuǎn)氣田震旦紀(jì)天然氣化學(xué)組成特征的研究,指出該氣藏的氣體來源既不是該地區(qū)較年輕的其它沉積巖層,也不是遠(yuǎn)距離運(yùn)移,而很有可能是通過深大斷裂運(yùn)移上來的深部天然氣,提出可以將無機(jī)成因與有機(jī)成因相結(jié)合的觀點(diǎn)。[8]1069-10711987年3月,王先彬又提出從現(xiàn)代地球物理學(xué)、地質(zhì)學(xué)、地球化學(xué)、地震學(xué)等多個(gè)學(xué)科綜合入手,來探索非生物成因天然氣,將有可能更好地還原出石油天然氣形成的地質(zhì)歷史過程。[9]14-15此后至今30多年間,他一直堅(jiān)持無機(jī)成因氣的研究,陸續(xù)與郭占謙等人合作發(fā)表了《論非生物成因天然氣》《論天然氣形成機(jī)制與相關(guān)地球科學(xué)問題》《中國松遼盆地商業(yè)天然氣的非生物成因烷烴氣體》等文章。
石油部石油勘探開發(fā)研究院的張愷1984年6月發(fā)表文章,介紹了國際上關(guān)于非生物成因天然氣的研究現(xiàn)狀,歸納出關(guān)于深層氣假說的幾項(xiàng)研究進(jìn)展,并指出我國東部地區(qū)、西南部的青藏高原、云貴高原以及四川地區(qū)不但蘊(yùn)藏著生物成因的天然氣,還應(yīng)保存著巨大的非生物成因天然氣資源。[10]81-82張愷是比較早的“二元成因論者”,在引介國際上的非生物成因天然氣研究后,20世紀(jì)90年代又陸續(xù)發(fā)文探討油氣殼-幔深部成因、油氣成因二元論與勘探新準(zhǔn)則,致力于以“油氣成因二元論”來推進(jìn)我國油氣勘探事業(yè)的發(fā)展。
1987年10月,地質(zhì)礦產(chǎn)部西南石油地質(zhì)局的符曉在《石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)》上發(fā)表文章,不僅通過大量油氣田的勘探開發(fā)資料為石油無機(jī)說提供了支持,更提出了以此為基礎(chǔ)的四川盆地西部的找油氣方向探討,明確提出以石油無機(jī)成因說為指導(dǎo)來找尋油氣。[11]211-216在其本人的勘探實(shí)踐中,符曉將無機(jī)烴源作為一個(gè)重要的因素加以考慮,在設(shè)計(jì)川西新場氣田新851井時(shí),明確提出“地殼深部無機(jī)烴源”為三種烴源之一。[12]97符曉提出建議并實(shí)施的井位有十多口,日產(chǎn)量最低的川孝104井為4×104m3,最高的新856井為60×104m3。符曉根據(jù)自己的勘探實(shí)踐總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)與杜樂天的理論原則(參見下文)基本一致;他還修改了基于有機(jī)論的傳統(tǒng)“源控論”,提出“立體源控”的模式,指出“在生油坳陷(凹陷)內(nèi)及其周緣(包括陡坡和緩坡),縱向上,在生油層系以下和上覆的全部非生油層系內(nèi),只要具有適合的聚集、保存條件,就可以找到油氣田(藏)”[13]96。這種“立體源控模式”已與俄羅斯無機(jī)成油論的克魯泡特金定律*克魯泡特金定律:如果烴類(石油天然氣)出現(xiàn)在地殼的某個(gè)位置(含油氣區(qū)),那么它們會(huì)貫穿和集中在整個(gè)基底到剖面上層的整個(gè)地層剖面??唆斉萏亟鹗嵌砹_斯無機(jī)成油論的代表人物之一。相差無幾。
20世紀(jì)90年代,我國支持并認(rèn)同無機(jī)成油論的學(xué)者越來越多,無機(jī)成油論者不再單純地引進(jìn)國外的概念,而是有了獨(dú)立的研究成果,并建立起經(jīng)過自己獨(dú)立思考和研究的理論體系。
中核工業(yè)鈾礦地質(zhì)研究院的杜樂天研究員是較早支持油氣無機(jī)成因理論的學(xué)者之一,他五十年代留學(xué)蘇聯(lián)莫斯科大學(xué)地球化學(xué)系,深受柯爾任斯基交代學(xué)派的影響,同時(shí),他還是中國最早接觸地球排氣學(xué)說的學(xué)者,并將其引介到中國。當(dāng)時(shí),國外學(xué)者對地球自深部向外持續(xù)排出的氣體成分已經(jīng)取得重要的發(fā)現(xiàn),認(rèn)為有C、H、O、N、S等元素,經(jīng)過獨(dú)立的實(shí)證研究,杜樂天發(fā)現(xiàn)堿土族元素Li、Na、K、Rb、Cs特別是Na、K兩種元素,也是地球排氣的重要成分,這是他對地球排氣學(xué)說的獨(dú)特貢獻(xiàn)。他厘清了地球排氣中各種成分及其作用,將地球排出的氣體成分概括為HACONS(A指堿土族元素),并獨(dú)創(chuàng)“幔汁”這一中文術(shù)語來指稱之。他認(rèn)為油氣是由“幔汁”從地球深部帶來的,幔汁是地球構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的內(nèi)動(dòng)因,在地殼中各種礦物的成礦過程中都發(fā)揮著重要作用,油氣只是其所成礦物中的一種。*筆者2013年11月至2015年12月期間對杜樂天研究員進(jìn)行過多次訪談,其中一部分內(nèi)容發(fā)表在《休閑讀品》雜志上,一部分未發(fā)表,此段文字基于這些訪談內(nèi)容而成。1988年,杜樂天在《大地構(gòu)造與成礦學(xué)》上發(fā)表文章,指出“幔汁中的C—H系統(tǒng)才是油氣的主要來源”[14]92。從90年代開始,杜樂天陸續(xù)發(fā)表了《幔汁(HACONS)假說》《地幔流體研究的某些新進(jìn)展》等數(shù)十篇涉及地幔流體與石油成因的論文,系統(tǒng)闡述其學(xué)說。他領(lǐng)銜研究的國家自然科學(xué)基金首批重點(diǎn)項(xiàng)目《地幔流體與軟流層(體)地球化學(xué)》,有多家單位的24名學(xué)者參與,該項(xiàng)目進(jìn)行了充分的野外地質(zhì)觀察和實(shí)驗(yàn)室研究,為“幔汁學(xué)說”提供了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)證據(jù),該項(xiàng)目研究報(bào)告于1996年由地質(zhì)出版社公開出版。杜樂天一直堅(jiān)持在這一方向的持續(xù)探索,思想不斷發(fā)展,2015年,他和張景廉、歐光習(xí)聯(lián)名在《地質(zhì)論評》第五期發(fā)表論文,指出石油也是一種熱液礦藏,有機(jī)碳干酪根可以生烴,但需要來自深部的熱和氫,而這些能量和物質(zhì),正來源于幔汁。[15]1007-1019此文將有機(jī)無機(jī)兩種生烴模式融合起來,形成了更符合地質(zhì)實(shí)際的多元融合生烴理論。2017年6月杜樂天出版新作,不僅再次系統(tǒng)講述了他的幔汁學(xué)說,而且全面系統(tǒng)地闡述了他所獨(dú)創(chuàng)的堿交代作用原理、氫的地球化學(xué)原理、氧的地球化學(xué)原理,并在此基礎(chǔ)上指出,當(dāng)代地球科學(xué)的各個(gè)組成部分巖石學(xué)、礦物學(xué)、大地構(gòu)造學(xué)等需要一場全新的革命。[16]1-21現(xiàn)今,“幔汁學(xué)說”已經(jīng)成為研究油氣成因尤其是“幔源油氣”的理論基石。
中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院的張景廉研究員是立場鮮明、行動(dòng)執(zhí)著的石油無機(jī)成因論擁護(hù)者。1997年他先后發(fā)表了《Pb、Sr、Nd同位素體系在石油定年與成因示蹤研究中的應(yīng)用》《塔里木盆地干酪根、瀝青的Pb同位素特征及其原油幔源非生物成因》等文章,通過Pb、Sr、Nd同位素證明了瀝青與干酪根不同源[17]66,[18]84,為石油無機(jī)成因提供了證據(jù),并闡述了地幔流體與費(fèi)—托合成反應(yīng)[19]93,認(rèn)為石油的無機(jī)成因理論不再只是門捷列夫時(shí)代的假說,而是擁有充分依據(jù)的科學(xué)理論。張景廉對油氣鉛鍶釹同位素的實(shí)驗(yàn)在世界上也是首次。2001年他出版了我國第一部系統(tǒng)討論石油無機(jī)成因?qū)W說的專著,書中系統(tǒng)批判了有機(jī)成因論的主要理論基點(diǎn),如Connan的時(shí)間—溫度補(bǔ)償原理等[20]3-9,正面闡述了油氣無機(jī)成因的基本原理[20]213-231。直到今天,張景廉仍致力于石油成因的研究,2014年出版了《二論石油的無機(jī)成因》,并正在進(jìn)行《三論石油的無機(jī)成因》的撰寫工作。需要特別加以說明的是,盡管張景廉對有機(jī)生油論的一些基本觀點(diǎn)做了透徹的批判,但他并不否定有機(jī)碳可以生油,他是多元生烴論者,認(rèn)為有機(jī)無機(jī)都可以生烴,只是要有各自的生烴條件。
成都理工大學(xué)(原成都地質(zhì)學(xué)院)教授、地質(zhì)學(xué)家羅志立也是較早接受油氣無機(jī)成因的學(xué)者,他在工作中發(fā)現(xiàn)我國東部盆地中多有地幔上隆和火山巖活動(dòng)形成的裂谷盆地,認(rèn)為“可能有深部無機(jī)成因油氣加入”[21]202。羅志立早期曾發(fā)表文章《中國陸相生油二元論》,1991年結(jié)集在《地裂運(yùn)動(dòng)與中國油氣分布》一書中出版,1997年又撰寫《再論“中國陸相生油二元論”》,呼吁“在當(dāng)前有機(jī)論者一統(tǒng)天下的局面,也希望對無機(jī)論者留有活動(dòng)的空間”[22]6。2004年羅志立在研究塔里木—揚(yáng)子古大陸重建時(shí)發(fā)現(xiàn)大規(guī)模的玄武巖能夠通過地裂運(yùn)動(dòng)從中、下地殼噴到地面,進(jìn)而提出峨眉地裂活動(dòng)可以為無機(jī)成因油氣提供上逸通道。[23]124-127
在20世紀(jì)80年代國際上就承認(rèn)了無機(jī)天然氣的存在,我國天然氣地質(zhì)專家包茨在其1988年出版的《天然氣地質(zhì)學(xué)》一書中,介紹了大量有關(guān)深源氣的資料,明確指出“深源無機(jī)成因的甲烷的存在是無可置疑的”[24]57。美國西部逆掩斷裂帶所發(fā)現(xiàn)的天然氣藏中就存在無機(jī)成因氣;非洲扎伊爾和盧旺達(dá)共和國交界處的基伍湖中含大量天然氣,因其3He濃度被認(rèn)定為深源氣。[24]5
中國科學(xué)院院士戴金星提出了無機(jī)成因天然氣和有機(jī)成因天然氣的鑒別標(biāo)準(zhǔn),這一標(biāo)準(zhǔn)已為業(yè)界所公認(rèn),此后中國油氣地質(zhì)學(xué)界普遍承認(rèn)了無機(jī)成因天然氣的存在。戴金星在研究煤成氣的過程中發(fā)現(xiàn)其中既含有有機(jī)烴烷氣也含有無機(jī)烴烷氣,并通過對各油田五千多個(gè)樣品的對比研究,提出了鑒別有機(jī)氣和無機(jī)氣、煤成氣和油成氣的4類21個(gè)指標(biāo)。[25]12-18此后戴金星又相繼發(fā)表《中國含油氣盆地的無機(jī)成因氣及其氣藏》《非生物成因天然氣(藏)的構(gòu)造成因類型及其地球化學(xué)特征》《無機(jī)成因二氧化碳?xì)獾念愋头植己统刹乜刂茥l件》《無機(jī)成因油氣論和無機(jī)成因的氣田(藏)概略》等多篇論文和《中國東部無機(jī)成因氣及其氣藏形成條件》一書,論述無機(jī)成因天然氣的特征和成藏條件。
這一時(shí)期,中國國內(nèi)的學(xué)者在無機(jī)可以生成天然氣方面已基本達(dá)成共識(shí)。1994年中國科學(xué)院蘭州地質(zhì)研究所出版專著,其中專門列出“非生物成因天然氣”一章,指出“最近數(shù)十年來,用生油(氣)層理論(即有機(jī)生烴論)的觀點(diǎn)去解釋油氣的成因遇到種種困難。在地幔中存在大量的烴類,并沿深大斷裂運(yùn)移到地殼上部,已獲得了大量無可置疑的地球化學(xué)證據(jù)?!盵26]331
大慶石油管理局勘探開發(fā)研究院原副總地質(zhì)師郭占謙對油氣成因持多元論主張,認(rèn)為既存在有機(jī)油氣也存在無機(jī)油氣。郭占謙與王先彬合作,以大慶油田為基地做氣源分析研究。1994年他們合作發(fā)表文章,分析了松遼盆地內(nèi)的地質(zhì)結(jié)構(gòu),認(rèn)為其裂谷成因?yàn)樯畈酷T从蜌膺\(yùn)移提供了通道;而通過甲烷碳同位素的組成特征比較,認(rèn)為該地區(qū)天然氣中較高的氦組分的同位素組成特征來源于地幔氦組分。[27]303-309郭占謙與王先彬合作發(fā)表石油無機(jī)成因理論相關(guān)論文共7篇,他本人獨(dú)立或與人合作發(fā)表相關(guān)論文共計(jì)20多篇,為無機(jī)成油理論提供了許多有力的證據(jù)。
中國石油天然氣集團(tuán)公司東方地球物理勘探公司的李慶忠院士也認(rèn)為不應(yīng)固守有機(jī)生油理論。他在2003年發(fā)表文章,列舉有機(jī)生油論目前存在的20多個(gè)矛盾之處,指出無機(jī)生油的可能,并提出應(yīng)該用溫度替代時(shí)間實(shí)驗(yàn)來證明有機(jī)物到底能否生油。[28]76-83這篇文章引起了無機(jī)成油論者與有機(jī)成油論者的一場學(xué)術(shù)爭論,黃第藩、梁狄剛、王蘭生等持有機(jī)成油論的學(xué)者與無機(jī)成油論者進(jìn)行了直接的論戰(zhàn)。2005年李慶忠再次指出,石油地質(zhì)界不應(yīng)固步自封,而應(yīng)給無機(jī)生油論以空間,擴(kuò)大找油的可能。[29]16
中國科學(xué)院院士肖序常、金之鈞、滕吉文、劉嘉麒與中國工程院院士康玉柱等也都撰文表示接受無機(jī)成油理論。肖序常院士發(fā)現(xiàn)中東以及美國、加拿大的油氣區(qū)均分布在蛇綠巖帶附近,而在此前對蛇綠巖的研究中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)巖石在“蛇紋石化”為蛇綠巖的過程中可以產(chǎn)生烷類(也就是無機(jī)成油理論中經(jīng)常提及的“費(fèi)—托合成效應(yīng)”),故而轉(zhuǎn)向研究蛇綠巖與油氣的關(guān)系,以期能對我國找油有所幫助。[30]163-164金之鈞院士主要研究油氣成藏機(jī)理及資源評價(jià),認(rèn)為盆地中的油氣本就生成于有機(jī)和無機(jī)共存的環(huán)境中,兩者對其形成均有影響,而深部流體活動(dòng)更在其中發(fā)揮著極其重要的作用。[31]滕吉文院士指出地球第一深度空間(<5 000米)的一次性化石能源已日漸緊缺,油氣勘探應(yīng)轉(zhuǎn)向第二深度空間(5 000~10 000米),這一深度按照傳統(tǒng)的干酪根生烴理論限定的生烴門限已很難存在油氣,而美國、德國、俄羅斯的超深鉆都已經(jīng)揭示出這一深度存在油氣的事實(shí)。滕院士認(rèn)為無機(jī)成因氣的存在已經(jīng)得到學(xué)界公認(rèn),而根據(jù)各國無機(jī)成油論者的研究,無機(jī)成油在理論和事實(shí)上也都是可能的,進(jìn)而提出有機(jī)和無機(jī)混合油氣成因論,按照這一基礎(chǔ)理論可大大擴(kuò)展油氣生儲(chǔ)空間,在這個(gè)前提下結(jié)合地球物理深部探測技術(shù)對第二深度空間進(jìn)行油氣勘探,將會(huì)為我國油、氣能源勘探與開發(fā)打開一個(gè)嶄新的局面。[32]2799-2813劉嘉麒院士是火山研究專家,他認(rèn)為火山作用不僅能夠促進(jìn)有機(jī)生烴也可催化無機(jī)生烴,并且對油氣的運(yùn)、儲(chǔ)、蓋均有貢獻(xiàn),火山巖油氣藏應(yīng)該成為尋找油氣的又一方向。[33]1-4康玉柱院士曾經(jīng)在柴達(dá)木盆地進(jìn)行油氣地質(zhì)工作,他參與布置的沙參2井當(dāng)時(shí)是我國最深的一口高產(chǎn)油氣井,在5 391.8米深獲高產(chǎn)油流。根據(jù)有機(jī)成油理論中的干酪根熱解模型,到了4 000米以下應(yīng)該只存在天然氣,而實(shí)際上地下6 000米都有油氣存在。結(jié)合自己的工作經(jīng)驗(yàn),康院士認(rèn)為“無機(jī)生油理論中的深層‘幔源油氣’擁有巨大的資源潛力,應(yīng)予以重視”[34]。
獨(dú)創(chuàng)大陸層控構(gòu)造理論的地質(zhì)學(xué)家李揚(yáng)鑒在接受了無機(jī)生烴理論的同時(shí)進(jìn)一步指出,油氣主要是從與中下地殼有溝通的深斷裂運(yùn)移上來的,因此,標(biāo)志地幔來源的玄武巖和深斷裂可以作為重要的找油指標(biāo)。[35]169-174李揚(yáng)鑒的這一見解與肖序常院士的觀點(diǎn)有異曲同工之處。
中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心的袁學(xué)誠研究員和長安大學(xué)地球科學(xué)與國土資源學(xué)院的張之一教授一直在堅(jiān)持向國內(nèi)介紹國外的無機(jī)成油理論進(jìn)展,并期望能將國外的成功范例應(yīng)用到國內(nèi)。張之一是前文提到過的前蘇聯(lián)專家梁布興執(zhí)教過的最早接觸到無機(jī)成油理論的學(xué)生中的一員,20世紀(jì)60年代在成都地質(zhì)學(xué)院教授石油地質(zhì)學(xué)時(shí),張之一發(fā)現(xiàn)有機(jī)生油理論在解釋油田成因時(shí)有解釋不通的地方,此后逐漸接受無機(jī)成油理論,并堅(jiān)持發(fā)表文章,向國內(nèi)介紹俄國的無機(jī)成油研究成果。[3]89袁學(xué)誠是地球物理專家,近些年開始關(guān)注生油理論,從物理勘探的角度指出了我國從深部構(gòu)造探索來尋找無機(jī)油氣的前景,并通過依靠現(xiàn)代無機(jī)成油理論在第聶伯—頓涅茨盆地北肩成功找到油氣的范例,指出秦嶺大別深處和東部上升的軟流圈可能是我國各盆地油氣的主要來源。[36]843-853,[37]1117-1121
原新疆油田勘探部主任林隆棟曾是石油有機(jī)成因論的信奉者,對克拉瑪依油田的發(fā)展做出過突出貢獻(xiàn),有豐富的石油勘探經(jīng)驗(yàn),退休后,他通過理論研究與反思,逐漸轉(zhuǎn)而接受油氣無機(jī)成因理論,認(rèn)為以無機(jī)成油論來總結(jié)自己的勘探經(jīng)驗(yàn)反而更符合科學(xué)邏輯。林隆棟依據(jù)自己多年的勘探經(jīng)驗(yàn),認(rèn)為準(zhǔn)噶爾盆地已經(jīng)有了很好的基礎(chǔ),可以成為驗(yàn)證無機(jī)成油理論的實(shí)驗(yàn)特區(qū),只要把工作量不夠的地方補(bǔ)上,采用新的找油模式,一定可以再打一次石油工業(yè)的翻身仗。[38]86-87林隆棟的學(xué)術(shù)轉(zhuǎn)向意味著無機(jī)成油理論正在由理論探討走向勘探實(shí)踐。
大慶油田勘探開發(fā)研究院的崔永強(qiáng)是中青年學(xué)者中最堅(jiān)定的無機(jī)成油理論的支持者,對有機(jī)成油理論持批判態(tài)度,大力引進(jìn)國外無機(jī)成油理論研究成果,并致力于推進(jìn)以無機(jī)成油理論來指導(dǎo)油田的勘探開發(fā)實(shí)踐。崔永強(qiáng)依托大慶油田徐家圍子無機(jī)氣的發(fā)現(xiàn),對來自地幔的非生物成因天然氣做了大量研究,發(fā)表了《松遼盆地?zé)o機(jī)成因烴類氣藏的幔源貢獻(xiàn)》等數(shù)十篇論文,并期望能夠形成以無機(jī)成油理論指導(dǎo)勘探的實(shí)施方案。
2014年10月,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社出版了以中青年學(xué)者、中石油勘探開發(fā)研究院的陶士振教授為第一作者的《無機(jī)成因天然氣》一書,中國科技大學(xué)的劉德良教授等二十多名學(xué)者參加撰寫,該書是國內(nèi)第一部系統(tǒng)研究無機(jī)成因天然氣的學(xué)術(shù)專著,突出了無機(jī)成因天然氣產(chǎn)生的物理化學(xué)條件,重點(diǎn)闡述無機(jī)成因天然氣成藏地質(zhì)構(gòu)造的體系結(jié)構(gòu)和成藏地質(zhì)構(gòu)造的動(dòng)力學(xué)以及成藏構(gòu)造的地球物理和地球化學(xué)。戴金星院士評價(jià)該書“對未來無機(jī)天然氣資源的勘探、開發(fā)和利用具有一定的指導(dǎo)意義?!盵39]序
遙感地質(zhì)專家陳蔭祥、石油地質(zhì)專家陳滬生等人也均接受了油氣無機(jī)成因理論,曾撰文指出無機(jī)成因油氣是有科學(xué)依據(jù)的,應(yīng)該予以承認(rèn)并作為前景區(qū)域或戰(zhàn)略后備領(lǐng)域。[40]84-98,[41]1-4
除了專業(yè)的學(xué)者,民間的部分科研力量也在努力推進(jìn)無機(jī)成油理論在我國的發(fā)展,其中兩位代表人物是非地質(zhì)專家曾雄飛和農(nóng)民出身的石軍柱。曾雄飛是炸藥和爆炸力學(xué)專家,在職期間的主要科技研究都與國防建設(shè)有關(guān),退休后開始按自己的興趣做研究,提出了新原子論和宏觀物質(zhì)波理論。曾雄飛認(rèn)為地球是太陽系“爆炸”形成的,油氣田則是地球形成時(shí)的產(chǎn)物,其形成年代早于生物有機(jī)質(zhì)出現(xiàn)的年代,提出無機(jī)生油理論應(yīng)從星球視角進(jìn)行研究。[42]52-54在其著作《新原子論及其應(yīng)用研究——油氣成礦爆炸地質(zhì)動(dòng)力學(xué)理論》一書中,曾雄飛詳細(xì)論述了這一原理。農(nóng)民出身的石軍柱自1987年開始研究油氣無機(jī)成因理論,于2006年在油氣成藏機(jī)理與資源評價(jià)國際學(xué)術(shù)研討會(huì)上發(fā)表文章《古盆地蒸發(fā)沉淀有機(jī)酸鹽生油氣機(jī)理》,并于次年在全國有機(jī)地球化學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議上發(fā)表文章《有機(jī)酸鹽高溫、高壓生油氣模擬實(shí)驗(yàn)》,力求以實(shí)驗(yàn)來證實(shí)油氣的無機(jī)成因。這兩次會(huì)議上除了石軍柱再無其他人提出有關(guān)油氣無機(jī)成因的觀點(diǎn),但有不少人對此感興趣,與石軍柱進(jìn)行了討論。*2017年11月23日筆者與石軍柱的電話交流記錄。因種種原因,石軍柱的諸多文章均是會(huì)議收錄,未在其它期刊上發(fā)表過。
迄今為止,在中國尚未有明確地以無機(jī)生烴論指導(dǎo)的油氣勘探實(shí)踐(符曉在川西的勘探實(shí)踐所打的官方旗號(hào)仍是有機(jī)論,只是在他后來發(fā)表的文獻(xiàn)中,能推測出無機(jī)論對他起了實(shí)際作用),但在勘探活動(dòng)中發(fā)現(xiàn)的一些案例,已經(jīng)獲得了公認(rèn)的無機(jī)成因天然氣的證據(jù),如大慶徐家圍子氣田、江蘇黃橋二氧化碳?xì)馓锱c東營凹陷平方王油田古近系天然氣及威遠(yuǎn)震旦系天然氣藏。大慶徐家圍子斷陷地區(qū)昌德、汪家屯等多個(gè)氣田根據(jù)同位素?cái)?shù)值等判定存在無機(jī)烴類氣體,且推斷其來源為地球深部[43]524-525;江蘇黃橋氣田根據(jù)其產(chǎn)出氣體組成與同位素?cái)?shù)據(jù)判定為深部幔源無機(jī)成因氣體[44]190;東營凹陷平方王油田古近系天然氣同樣依據(jù)樣品中的CO2含量及氦同位素比值確定其主要為幔源成因氣[39]10;我國四川威遠(yuǎn)震旦系氣藏因氣藏年齡與地層年齡的巨大差異而被認(rèn)為可能來自地球深部[39]10。這些氣田或者氣藏均不是在油氣無機(jī)成因理論有意識(shí)的指導(dǎo)下發(fā)現(xiàn)的,但是它們的發(fā)現(xiàn)卻給油氣無機(jī)成因理論提供了有利的證據(jù),其研究也為以后無機(jī)成因油氣田的發(fā)現(xiàn)提供了一個(gè)好的前提。
油氣無機(jī)成因理論在勘探上的第一次實(shí)踐嘗試是杜樂天提出的“廟島深鉆計(jì)劃”,擬通過在廟島群島區(qū)域打深鉆開發(fā)深部油氣資源。[45]15-162005年6月國家發(fā)改委主持召開了“《渤海廟島群島深部中地殼天然氣深鉆開發(fā)》項(xiàng)目論證會(huì)”,聽取了杜樂天的報(bào)告,會(huì)議結(jié)束后中石油登記了該區(qū)域的礦權(quán),但并沒有進(jìn)行實(shí)際的工作。2007年中石化在青島召開了“中石化無機(jī)成因天然氣學(xué)術(shù)研討會(huì)”,會(huì)上討論了怎樣在廟島實(shí)施深鉆方案,但也未能付諸實(shí)踐。關(guān)于廟島計(jì)劃,杜樂天的團(tuán)隊(duì)也進(jìn)行了地表勘察以及電法、土壤測氣等工作,并于2010年形成了一份書面報(bào)告《廟島群島及燕山北緣地幔流體和深部油氣調(diào)查2009年度工作總結(jié)》*內(nèi)部工作報(bào)告,未公開發(fā)表。。由于多方面的原因,這一計(jì)劃最終還是夭折了。杜樂天還推動(dòng)建立了中國地球物理學(xué)會(huì)流體地球科學(xué)分會(huì),該會(huì)自1998年成立到2016年期間共開過五次年會(huì),每次年會(huì)都有學(xué)者宣讀無機(jī)成油論觀點(diǎn)的論文,是國內(nèi)無機(jī)論者的重要交流平臺(tái)。
除此之外,2005年10月18—20日,以“非生物(無機(jī))油氣的形成和資源前景”為主題召開了香山科學(xué)會(huì)議第265次學(xué)術(shù)討論會(huì),中國科學(xué)院、中國石油、中國石化、中國海油、國土資源部等單位及部分高校的專家學(xué)者參會(huì),討論了我國非生物油氣的地質(zhì)基礎(chǔ)理論問題和資源前景。[46]143-144
國內(nèi)相關(guān)地學(xué)科技期刊為無機(jī)成油論學(xué)者發(fā)表研究成果提供了平臺(tái),《中國科學(xué)》《地質(zhì)論評》《地球物理學(xué)報(bào)》《中國地質(zhì)》《石油勘探與開發(fā)》等核心期刊都有無機(jī)成油論觀點(diǎn)的論文發(fā)表。特別突出的是《新疆石油地質(zhì)》,十多年間持續(xù)刊發(fā)石油無機(jī)成因論者的文章,當(dāng)時(shí)的主編夏明生20世紀(jì)50年代就讀于西北大學(xué)地質(zhì)系,從那時(shí)起就了解到庫德梁采夫的無機(jī)成油論觀點(diǎn),他精通俄語,參加過俄語地質(zhì)學(xué)詞典的編寫,由于他本人傾向接受無機(jī)成油論,所以該刊刊發(fā)了較多的國內(nèi)無機(jī)成油論者的論文以及翻譯的俄羅斯無機(jī)成油論譯文,任俞女士是主要的譯者。[47]153-155《中國石化報(bào)》的資深記者陳偉立對杜樂天等持無機(jī)論觀點(diǎn)的學(xué)者的研究活動(dòng)十分關(guān)注,多次做過報(bào)道。
油氣無機(jī)成因理論的發(fā)展引起了西安石油大學(xué)石油史研究所的關(guān)注。該研究所于2011年起開始對這一理論在我國的發(fā)展進(jìn)行系統(tǒng)的研究,對多位學(xué)者進(jìn)行了口述史訪談,以此為基礎(chǔ)與《休閑讀品》雜志社合作出版了6期相關(guān)專輯。2015年該所研究人員赴俄羅斯,與俄油氣無機(jī)成因理論的研究者進(jìn)行交流,帶回并組織翻譯整理了部分“地球排氣作用會(huì)議”與“紀(jì)念庫德梁采夫會(huì)議”的相關(guān)論文,后又邀請俄羅斯學(xué)者訪華。此后還前往大慶油田、冀東油田、新疆油田等多個(gè)油田,與油田相關(guān)人員就油氣無機(jī)成因理論在勘探實(shí)踐中如何應(yīng)用進(jìn)行了探討。
東方地球物理勘探公司的原副總工程師裘慰庭曾留學(xué)俄國古勃金石油大學(xué),退休后仍對俄羅斯的石油地質(zhì)科學(xué)和物探技術(shù)的發(fā)展保持跟蹤研究,西安石油大學(xué)石油史研究所與俄羅斯油氣無機(jī)成因理論的研究者的交流也靠其促成。裘慰庭本人也已接受了油氣無機(jī)成因理論,并在探索以無機(jī)成因理論來指導(dǎo)油氣勘探的物探技術(shù)方法。近十余年,裘慰庭一直在進(jìn)行俄羅斯油氣無機(jī)成因理論研究成果的翻譯工作,翻譯了大量文獻(xiàn),但僅作內(nèi)部資料和業(yè)內(nèi)交流,尚未公開出版發(fā)行。
從20世紀(jì)50年代起,無機(jī)成油論在中國經(jīng)歷了初步引介、重新提起、獨(dú)立研究三個(gè)階段,從學(xué)術(shù)思想的角度來看,已蔚為大觀,越來越多的學(xué)者接受了這方面的理論,并將其推向深入,目前已經(jīng)取得了以下三方面顯著的進(jìn)展。
(1)中國學(xué)者經(jīng)過獨(dú)立的研究思考,已經(jīng)形成了融有機(jī)生烴論和無機(jī)生烴論于一體的多元生烴理論,系統(tǒng)解釋了各種生烴類型的機(jī)制和原理,并進(jìn)一步建立起與之對應(yīng)的成藏模式。多元生烴理論在清除了有機(jī)生烴論中一些明顯難以成立的觀點(diǎn)后,保留了其合理的部分,并以無機(jī)論的幔汁學(xué)說為有機(jī)生烴理論提供了熱源和部分氫源,彌補(bǔ)了傳統(tǒng)有機(jī)生烴論的不足。
(2)勘探實(shí)踐已證明無機(jī)成因天然氣的存在,如前文所述的大慶徐家圍子深氣、江蘇黃橋二氧化碳?xì)馓锏?,隨著勘探不斷深入,相關(guān)案例愈來愈多。
(3)越來越多從事實(shí)際勘探的工作者開始接受多元生烴理論,并正在探索與勘探實(shí)踐相結(jié)合的路徑。還有民間資本成立了幔源油氣勘探開發(fā)研究有限公司,嘗試以幔源油氣理論為指導(dǎo),拓展油氣勘探的空間。
當(dāng)然,目前油氣無機(jī)成因理論在中國還處于比較弱小的地位,無機(jī)論者包容了有機(jī)論,有機(jī)論者尚未包容無機(jī)論,主流的學(xué)術(shù)話語特別是勘探界的實(shí)際勘探作業(yè)流程中,還沒有無機(jī)論理論的地位。無機(jī)論要挑戰(zhàn)占統(tǒng)治地位多年的有機(jī)論,如果沒有足夠的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)積累,就不會(huì)有挑戰(zhàn)傳統(tǒng)權(quán)威的自信和能力,所以,主張無機(jī)論的學(xué)者普遍年齡偏大,都在七、八十歲以上。同時(shí),由于這一學(xué)說尚處于非主流地位,所以,跟進(jìn)的中青年學(xué)者相對偏少,這在一定程度上,影響著無機(jī)成因論的發(fā)展。
但是,我們認(rèn)為油氣的無機(jī)成因?qū)W說特別是它在中國的最新形態(tài)——多元生烴學(xué)說具有強(qiáng)大的生命力和廣闊的發(fā)展空間。一方面,這一學(xué)說的理論邏輯嚴(yán)密,具有完整的自洽性,實(shí)驗(yàn)證據(jù)和實(shí)際地質(zhì)觀察證據(jù)也越來越多,足以支持其在科學(xué)上的成立;另一方面,我國面臨的嚴(yán)峻的油氣形勢要求油氣勘探界必須想出新辦法以找到更多的油氣。2016年,我國油氣進(jìn)口總量已經(jīng)超過60%,存在嚴(yán)重的能源安全隱患,隨著國家對環(huán)保的重視,鐵腕治霾,大量煤鍋爐被關(guān)停,對天然氣的需求直線上升,對勘探的要求越來越迫切。這種強(qiáng)大的實(shí)際需求已經(jīng)使勘探鉆井的深度越來越深,2000年,深度5000多米的東??茖W(xué)井被列入國家“九五”重大科學(xué)工程,當(dāng)時(shí)號(hào)稱“亞洲第一深井”,但現(xiàn)在,很多油田的生產(chǎn)井都超過了5000米,有的已經(jīng)超過了7000米,越往深部,傳統(tǒng)有機(jī)成油論的解釋能力就越弱,無機(jī)成油論的解釋能力就越強(qiáng)。油氣需求是推動(dòng)無機(jī)成油理論發(fā)展的最大動(dòng)力。
特別說明:筆者及同事從2010年開始關(guān)注無機(jī)成油論的問題,七年多的時(shí)間內(nèi),采訪了國內(nèi)外數(shù)十位專家學(xué)者,我們訪問過的郭占謙先生于2014年11月24日離世,杜樂天先生于2017年9月29日離世,謹(jǐn)以此文表達(dá)對他們的崇高敬意和深切懷念。
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