【新中国重大科技成果】陆相生油理论的诞生与发展—从海相成因到陆相成因的转变
石油,作为现代社会最重要的能源之一,支撑着工业、交通、农业等各个领域的发展。而对于石油的起源和形成,科学家们进行了长期而艰苦的探索和研究。在石油地质勘探的早期,几乎所有石油都来自海相地层,于是,国外大多数地质学者认为石油均是海相地层的产物,并以此作为寻找石油、天然气的主要方向。由于我国自中生代以来,以陆相地层发育为特色, 海相及海陆交互相地层分布相对局限,因此一些外国学者散布的"中国贫油"论甚嚣尘上。第一个推断中国贫油的是1922年美国斯坦福大学地质学教授勃拉克韦尔德,在一篇题为《中国和西伯利亚的石油资源》的论文中指出:“中国没有中生代或新生代沉积;古生代沉积也大部分不生油;因此,中国绝不会生产大量石油”。
中国作为一个陆地面积辽阔的国家,拥有广袤的陆相地层,这为科学家们提供了一个独特的研究对象。在20世纪初,一些富有远见的中国地质学家开始怀疑石油仅仅来源于海相地层,认识到陆相沉积可以生油并在这一领域做出了突破性的贡献,提出了“陆相生油理论”。这一理论认为,陆相地层在适宜的条件下,经过漫长的地质过程,也能形成丰富的石油资源。以陆相成油理论为指导,中国科学家进行了大量的油气成因理论研究工并指导勘探,发现了丰富的陆相油田和天然气资源。这一重大发现指导中国石油天然气的勘探开发,使中国实现了石油自给自足,为工业发展提供了持续不断的动力,彻底摆脱了对进口石油的依赖。
这项突破性的研究成果,不仅填补了国内外地质学领域的研究空白,更为中国石油工业的发展提供了坚实的科学基础。在2006年的全国科技大会上,"陆相成油理论"被列为中国建国以来广大科技人员取得的七大标志性重大科技成就之一,仅次于两弹一星、载人航天和杂交水稻。在2002年的全国两院院士大会上,"陆相生油理论"也被提及为我国基础科学研究的重大成果之一,为中国石油工业的形成和发展奠定了重要基础。
二、中国陆相生油理论的提出
与国外所谓的"贫油"论调相反,从20至30年代开始,中国的老一辈地质科学家,如谢家荣、孙健初、王竹泉、潘钟祥、孙越崎等坚持实践第一的工作作风,先后前往各地进行油气地质调查。在他们的努力下,分别于1937年和1939年,在陆相盆地中发现了新疆独山子油田和甘肃玉门老君庙油田,拉开了中国陆相生油理论诞生的序幕。
第一个提出"中国陆相生油"命题的是当时正在美攻读博士学位的中国青年学者潘钟祥。1931年,潘钟祥从北京大学毕业后,他不辞辛苦,先后四次前往中国陕北地区进行石油地质调查,同时还在四川等地进行了多次实地考察。之后,他前往美国深造,浏览了大量的文献资料。在这些文献中,他发现了一些关于美国科罗拉多州西北部泡德瓦斯油田的原油产地是陆相第三系的例证。1941年,他在美国石油地质学家协会(AAPG)会议上宣读了题为《中国陕北和四川白垩系陆相生油》的论文凭借这些研究成果,潘钟祥明确指出:陕北的石油产自陆相三叠系及侏罗系,而四川产天然气的自流井无疑也是位于陆相地层。这一发现对于当时的中国石油地质学具有里程碑式的意义。
图1. 由孙健初命名的中国第一口油井—老君庙1号井
1938年12月26日,中国石油工业的先驱们(严爽、孙健初、靳锡庚)抵达甘肃河西走廊西北端的石油河畔。他们在石油河旁的老君庙安营扎寨,开始了玉门油田早期的地质调查和石油勘测。1939年3月23日,他们开始人工挖掘第一口井,即老一井。27日挖至23米深处时,出油一吨多。5月6日,钻机继续钻进,8月11日钻至115.51米,遇到产油层,日产量达10吨左右。这标志着中国第一口油井的诞生,也开启了玉门油田的开发序幕。从1938年5月起,甘肃油矿局总经理孙越崎向翁文灏建议调延长钻机到玉门钻探。随后,翁文灏拜访中共代表周恩来,商议调用延长的顿钻进行钻探。周恩来表示支持并指派钱之光负责具体事宜。据统计,老一井自出油到1962年停产前,累计生产石油8459吨,生产天然气1773立方米。玉门油田的建立标志着中国石油业的蓬勃发展。1987年,为了纪念老一井,立了一块碑,以垂永久。如今,老一井已成为爱国主义教育基地和全国工业遗产。(资料来源:中国石油天然气集团有限公司)
三、陆相生油理论的发展
陆相生油理论自提出以来,由于受到实验分析技术水平所限,仍以宏观分析和地质研究为主,而对沉积有机化合物分子的检测和研究尚未展开,石油源于陆相沉积有机物质的直接地球化学证据不多,陆相沉积有机质生成和排驱原油的机理不清楚。中国地质学家们从不同学术观点出发,对陆相生油理论给予了概括和总结,20世纪50年代中期开始,中国科学家对中国西北地区陆相生油特点进行了概括总结。60年代通过大庆油田的开发及其石油地质研究,导致了陆相生油理论的最终确立(石宝珩 2003)。
上个世纪50年代末-60年代初,在地质学先驱侯德封的带领下,中国科学院兰州地质研究所(现中国科学院西北生态环境资源研究院油气资源研究中心),以黄汝昌、黄第藩、陈克造、陈应泰、彭作林等23人青年科技工作者,对我国西北地区陆相生油进行了系统总结,通过对青海湖进行现代沉积的考察,在第四纪沉积物中发现沥青的形成,提出陆相潮湿坳陷中的淡水湖泊是石油生成的源地,并在1959年出版了《中国西北地区陆相油气田的基本地质条件及其分布规律》,该书对我国西北区地质发展历史、地质构造、沉积建造以及陆相油田形成、分布的许多基本问题进行了广泛的论述,系统提出了"内陆、潮湿、拗陷"为代表的陆相生油理论的论点,提出"潮湿与干燥气候的时代转变,有利于生油层的形成",为证明陆相石油成因提供了一个将今论古的范例。(资料来源:《中国地学大事典》,1992年,作者:陈国达)
兰州地质研究所1959年完成的"我国西北地区陆相油气田的形成分布规律"研究,获1978年全国科学大会成果奖。这是建国以来第一部关于陆相生油研究的专著,首次提出了"内陆潮湿拗陷"的陆相生油理论,为我国陆相盆地开展大规模找油奠定了基础。兰州地质研究所随后在60-70年代相继完成的《青海湖综合考察报告》和《中国陆相油气的形成演化与运移》,这些理论的成功应用推动陆相生油理论的发展,为中国的石油天然气工业发展提供了重要的支撑。著名油气地质学家朱夏院士评价,中国60年代初石油工业有两大贡献,一是找到了大庆油田,一是写了一本书,即《中国西北陆相袖气田的形成及分布规律》。(资料来源:《中国地学大事典》,1992年,作者:陈国达)关闭
四.陆相生油理论的实践
第一个陆相生油的大型油田出现在50年代末的松辽盆地,即大庆油田。该油田的原油产自白垩系陆相储层,油源岩也是由陆相湖泊沉积物形成的,厚度超过1000米,油田规模约为1000平方公里,年产量达到5000万吨。松辽盆地是一个广阔的陆相沉积盆地,通过在这里发现巨型油田,进一步验证了"陆相生油"理论的正确性。在陆相生油理论指导下,中国陆续成功开发了大港、胜利等一系列大型油田,基本实现了石油自给,为新中国工业的发展提供了源源不断的动力,中国从此彻底摘掉了"贫油国"的帽子,工业化进程有了坚实的后盾。如今,中国正处于经济高速发展时期,对石油的需求量十分巨大。如果没有陆相成油理论的指导,根本无法发现和开发像大庆油田这样的特大油田,中国的石油消费将基本上依赖进口。如此巨大的进口量对于我们这样一个发展中国家来说是难以承担的。因此,直到今天,陆相成油理论及其应用仍然具有巨大的价值,为国民经济建立了重要的支柱。
五.陆相生油理论的意义
在科学理论上的重大创新:陆相成油理论的提出和实践证明,是中国科学家在国际主流观点否定的情况下,独立自主地创立的学说。它提高了石油地质学的整体水平,为石油和天然气资源的勘探开辟了新的途径,具有重大的科学创新意义。
陆相成油理论的提出展示了中国科学家们的唯物辩证思想。他们通过辩证分析,肯定了海相成油的基础,但同时否定了只有海相能够成油的观点。这种实事求是的科学态度和创新精神对科学研究具有重要的启示意义。(本节观点引自谷颖宏,2013)
有机地球化学与沉积学家、中国有机地球化学学科奠基人,中国科学院院士傅家谟对《中国陆相油气的形成演化和运移》一书:"1981年由中国科学院兰州地质研究所撰写出版的《中国陆相油气的形成演化和运移》一书,是我国石油地质学者研究陆相生油的重要专著。陆相生油是我国显著的地质特点,也是世界各国所罕有的。二十多年来,中国科学院兰州地质研究所在陆相成油理论方面作了许多工作。五十年代曾编写出《中国西北区陆相油气田的形成及其分布规律》一书,六十年代完成了《青海湖综合考察报告》。这些工作在建国初期,对打破"中国贫油论"和陆相地层不能生成大油田的谬论,以及推动我国石油勘探工作方面,确实起了重要的促进作用。《中国陆相油气的形成演化与运移》是兰州地质研究所二十多年来工作的系统总结,该书用大量地质、地球化学资料,论证了他们于1959年提出的陆相成油基本规律"内陆潮湿坳陷"成油论,看来,这一论点反映了我国中、新生代陆相油田的某些基本成因特点,而应予充分肯定"。(引自《石油与天然气地质》,1982年04期,作者:傅家谟,有机地球化学与沉积学家、中国有机地球化学学科奠基人,中国科学院院士)
七. 为中国陆相生油理论做出重要贡献的部分科学家
谢家荣(1898年9月7日-1966年8月14日)
孙健初(1897-1952)
潘钟祥 (1906.08.12~1983.10.25)
黄汲清(1904.3.30—1995.3.22)
黄汝昌(1927年9月—1995年12月)
陆相生油理论的提出和应用在石油地质学领域具有重大的科学创新意义,并对全球石油勘探和开发起到了积极的推动作用。这一理论的突破性发现拓宽了石油地质学研究的视野,丰富了石油资源勘探的思路和方法。传统的海相成因理论认为石油是由海洋中动植物的有机质沉积转化而来。然而,陆相生油理论的提出打破了这一观念的束缚。它指出陆相地层同样具备形成丰富石油资源的潜力,并通过大量的实验室模拟、地质勘探和理论推演,揭示了陆相生油的机制和过程。这一理论的成功应用使得石油勘探的目光从海相地层扩展到陆相地层,为石油资源的开发提供了新的方向。尤其是在中国,陆相生油理论的应用为国家摆脱了贫油国的地位,实现了石油的自给自足,为中国的石油工业发展提供了重要的支撑。通过积极探索和开发陆相油田,中国取得了显著的成就,并在全球石油市场中占据了重要的地位。这也使中国在陆相生油理论的发展中发挥了重要的作用,为世界石油勘探和开发作出了积极的贡献。因此,陆相生油理论的提出和应用具有重要的科学意义和实际价值。它不仅推动了石油地质学领域的发展,丰富了我们对石油资源形成的认识,也为全球能源安全和可持续发展提供了有力支持。我们应当继续深入研究和应用陆相生油理论,不断推动石油勘探技术的创新,以满足人类对能源的需求,并实现可持续发展的目标。
回顾陆相生油理论的诞生的历史,老一辈石油人永远探索真理、不断突破思想牢笼的精神,值得新一代年轻的石油人思考和学习。"陆相生油理论"的提出和发展源于老一辈科学家的执着追求和理论探索的努力以及他们在学术领域中的坚定态度。他们不唯上,不畏权,不迷洋,不迷外,只注重实践,只追求真理。在面对困难和挑战时,从不退缩,从不认输。正是这种执着和勇气,使得陆相生油理论得以诞生并不断发展壮大。这一理论的提出者们以卓越的学术素养和对细节的敏锐观察,为石油地质学领域带来了重要的突破和贡献。通过实践与理论相结合,不断探索和创新,为石油资源勘探与开发提供了重要的指导和依据。这些科学家们的精神和奉献精神将永远激励着后人,为我们树立了追求真理、不断进取的榜样。他们的努力和成就将永远铭刻在地球科学领域的历史中。让我们铭记他们的执着追求和理论探索的努力,继承并传承他们的学术精神。让我们在学术研究和实践中,不畏困难,勇往直前,为科学事业的发展贡献自己的力量,同时也让"陆相生油理论"在后人的努力下继续发展,为能源领域的可持续发展做出更大的贡献。
致谢
在整理和撰写《在陆相生油理论的诞生与发展—从海相成因到陆相成因的转变》一文的过程中,要感谢原兰州地质研究所离退休职工魏俊超研究员,作为1956年第一批入所工作的职工,魏俊超研究员提供了详细的历史资料,使作者能够更好地理解陆相生油理论的发展历程。 中石油勘探开发研究院的张水昌教授在撰写过程中给予了很大的鼓励和支持,帮着核实了部分历史资料并提供了宝贵的照片,这些为文章增添了生动和真实的细节。他的专业知识和指导使我对陆相生油理论的发展有了更深入的了解,为文章的准确性和完整性作出了重要贡献。感谢西北研究院油气资源研究中心郑国东研究员在撰写过程中提供的宝贵历史资料,为文章提供了重要的背景和支持,使我能够更好地描述陆相生油理论的诞生与发展过程。
参考资料:
1. 中国科学院兰州地质研究所主编,《中国陆相油气的形成演化和运移》,甘肃人民出版社 1981年4月第1版。
2. 中国科学院兰州地质研究所主编,《中国西北区陆相油气田的形成及其分布规律》,1959年出版。
3. 甘肃省地方史志编纂委员会,《甘肃省志 第60卷 科学技术志》,甘肃省科技史志编纂委员会编纂
4. 中石油勘探开发科学研究院地质研究所主编,《中国陆相油气生成》,石油工业出版社,1982年10月第1版。
5. 《石油史研究辑录》,作者: 石宝珩,地质大学出版社,2003年07月出版。
6. 陆相成油理论及其意义——新中国重大科技成果之一,作者:谷颖宏
7. 《中国陆相盆地油气勘探实践》,作者:张文昭,石油工业出版社,出版时间:1995
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