石油是如何形成的?

在爱尔兰乡村凉爽的夜晚，空气中常弥漫着一股很冲的香气。它们来自屋子里、酒吧里炉火中燃烧的泥炭。

泥炭是植物在沼泽中经过几千年的压缩形成的。沼泽中的植物从大气中获取碳元素，与氢、氧元素一起以有机物的形式被固定下来，形成了根、茎、叶。当植物死亡后，会沉入沼泽。由于水下氧气含量低，植物遗骸不会像在泥土中那样被细菌或真菌“啃噬”,而是经年累月地层层堆积起来。人们将其挖出、晒干，就得到了可以当作燃料的泥炭。

爱尔兰的泥炭层就在地表，人们很容易获取。如果它们被埋在泥沙层之下呢?当它们被埋得更深时，由于受到上层岩石的挤压，它们会变平，所含的大部分水分也会被挤出。在地球内部的高温条件下，它们会被加热，继而发生化学反应，氢元素和氧元素被剥离，碳元素留了下来，泥炭最终变成了煤。

石油有着相似的形成过程：有机物在缺氧环境中被掩埋、逐渐堆积，然后被“烹煮”成一种储存能量的物质。与煤和泥炭来自陆生植物的“出身”不同，石油来源于沉积在海床上的有机物。

生物成油理论

大部分的石油产地都是拥有厚厚沉积岩的盆地(地质历史上的盆地),这里便于丰富的有机物堆积。在数亿年前，很多盆地都曾是一片海洋，这时，也正是石油形成的时候。

1.有机物沉入海底

设想你置身于2亿年前侏罗纪的海洋中，在赤道附近，艳阳高照，浅浅的海洋非常温暖。海洋正在变得越来越广阔，中洋脊上正在形成新的地壳。在这里，铁等营养物质不断涌入水中。遍布周围的浮游生物支撑起多样的生态系统。浮游植物是巨量的漂浮在海面上的生物，依靠光合作用获得能量，如藻类等，它们供养着同样漂浮在海面的浮游动物，而浮游动物又是较大的海洋生物的食物。在这个系统里，有一种类似鱿鱼、有着螺旋状硬壳的动物叫菊石，它们是游速很快的鱼龙的猎物。鱼龙看起来很像现在的海豚，但它实际上是爬行动物。那些没有被菊石吃掉的浮游生物会沉入海床，来自陆地的植物质也会流入海洋，包括孢子、花粉、树脂，还有慢慢分解中的植物残骸。它们形成了暗色的泥，散发着臭味，这些泥里超过5%的成分是有机碳。

2.形成油母质

数百万年过去了，黑泥被埋藏、慢慢加热。与陆生植物相比，浮游生物的化学组成要复杂得多，含有蛋白质、脂质等许多由氢和碳的长链组成的有机化合物。当暗色的泥变成岩石时，里面的有机物的分解形成了一种叫作油母质(也称干酪根)的物质。油母质里氢的含量可能高于碳，它的构成极其多样。

含有油母质的岩石构成了油页岩，油页岩有可能形成源岩，也就是生油岩。

3.大自然的“烹煮”

形成源岩的条件是大自然对油母质的“烹煮”。油母质形成在地表附近，但会随着沉积盆地不断下降。在这个过程中，大自然的“烹煮”功力就开始显现：压力增大、温度升高，当温度到达50℃~150℃时，也就是石油地质学家所称的油窗期，石油(也被称为原油)就产生了。如果温度超过这一范围，就会“煮”过了，形成的就是天然气，而不是石油了。

4.储集

石油是一种轻质液体，可以顺着岩缝向上渗透。石油本身并不是以湖的形式存在，而是贮存在岩石之间的空隙中。这些空隙可能是砂岩颗粒之间的缝隙，也可能是石灰石之间的缝隙。这些藏油的岩石被称为储集岩。在很多地方，石油不断上升，直到到达地表，在地表形成焦油坑。不过，通常情况下，由于密封岩或盖岩(一种石油无法透过的岩石)的存在，石油会停止上升。石油在此处不断堆积，这个盖岩之下的地方也被称为卷闭(trap)。

5.支撑证据

生物成油理论认为石油是由过去的生命残骸形成的。与此相对的是非生物成油理论，有些科学家认为，石油或天然气是由封存在地下深处的碳形成的。非生物成油理论并不是被广泛接受。我们不是很了解地下深处的碳如何活动，少量的石油通过这种方式形成也不无可能。但是，已有很多证据支持生物成油理论。最可信的证据是，在非沉积岩的岩石中从未发现过油田。岩石按照成因被分为火成岩、沉积岩和变质岩。由岩浆或熔化的岩石形成的火成岩跟地球地壳的组成有很大关系，含碳量非常少，里面也绝不含石油。变质岩则受热过度。地质学家检测过变质岩区中的含碳岩石，这些碳以石墨的形式存在，并不能当作燃料。

生物成油理论的另一条证据是在原油、沥青和生油岩中发现的生物标记物。生物标记物本身是一组由碳、氢以及氧、氮、硫等元素组成的复杂的有机化合物，但是它们可以回溯到生物体中所含的有机分子，比如石油中所含的卟啉分子是叶绿素的地质衍生物。生命在进化中会产生不同的生物标记物，石油地质学家也用寻找生物标记物的方法来分析石油矿床，将石油与特定的源岩联系到一起。