我国陆相生油理论的形成过程

三、我国陆相生油理论的形成过程

陆相生油论是中国地质前辈们在20世纪三四十年代对石油地质理论的最大贡献。1928年，李四光在3月3l日出版的《现代评论》上发表《燃料的问题》，谈到“中国的油田，到现在还没有好好地研究。”“美孚的失败，并不能证明中国没有油田可办。”并提出了对西北、四川等地应好好研究，作一番考察的意见。1930年4月，由上海商务印书馆出版了谢家荣编著的《石油》一书，在这本著作的“中国之石油及求供状况”一章中，针对美孚石油公司在中国陕北钻探失败，指出：“延长官井产油已十余年，而未曾钻探之处尚多，倘能依据地质学原理，更作精密之探查，未必无获得佳油之希望。故一隅之失败，殊不能定全局之命运耳。”这充分表现出谢家荣的远见卓识。随后，翁文灏在1934年发表的论文中写道：“据最近研究，似陕川两省之油皆原出于三叠纪，其上之侏罗纪白垩纪所见者，似皆由三叠纪而上升。或言大量石油必在海成地层，四川三叠纪确为海成。陕西三叠纪则迄今未有海成证明，大致似为陆相。如此则得油之望，似又川多于陕。然陆成地层果绝对无储油之望耶？若以油泉之多观之，陕北实远过于四川^［12］”。我们可以看出翁文灏在此明确地提出了对唯海相地层能生油观点的质疑。同年，谢家荣在出版的《石油》（第二版）一书中明确提出：“三角洲半属海相，半属陆相。其海相之部，即为浅海或滨海沉积，最适于石油之产生。而近陆之部，则植物繁茂，在适当环境之下，亦能造成石油。且地盘稍有升降，海岸线即随之而伸缩，故在此区域之内，海陆二相之地层，往往相间而生，於石油之积聚，最为适宜”^［13］。1935年，谢家荣以对四川和陕北等地石油地质调查结果，著文《中国之石油》，较早地编制了中国油田及油页岩分布图。并对川、陕两个盆地的石油远景作了评价。他指出：“中国含油地层之地质时代，若川若陕，俱属三叠纪。在川者属海相，在陕者属陆相，得油之望当川胜于陕；若以油泉之多观之，则陕又远过于川。至论构造，陕北地层褶皱过微。四川则背斜或馒头状构造到处皆是，又川胜于陕之一征。今在陕北探矿之结果既不尽失望，则四川更有一探之价值矣。”由此可知，翁文灏，谢家荣都对认为陆相的陕北三叠纪生油比四川海相生油层生油多，他们已经初步地表达了陆相地层生油的思想。1937年，谢先生发表了《中国之石油储量》一文，并向在莫斯科召开的第17届国际地质会议提交了《中国之石油富源》论文。文中将中国含油区域划分为四区，即陕北地区、四川赤盆区、准噶尔区、塔里木区。依俄国毕里屏氏之分类法进行了石油储量计算。全国四个含油区天然石油储量为2.0亿t；分布在陕西四川、广东、辽宁等省区的油页岩的石油储量为3.0亿t，全国石油储量5.0亿t。并初步确定了这些区域含油层的地质年代为三叠纪、侏罗纪、白垩纪。显然，既包括海相沉积地层，也包括陆相沉积地层。从上述大量史实可以看出，翁文灏、谢家荣先生对中国陆相生油理论的形成贡献是很大的，他们在20世纪30年代中期就已经指出了陆相地层生油的事实。

1940年，由于潘钟祥在石油地质学显示的才华，政府公派他赴美留学，先后在堪萨斯大学和明尼苏达大学学习，专攻石油地质学。潘先生留美期间，受乃廷格尔的文章《科罗拉多西北部泡德瓦斯油田非海相沉积的石油与天然气》^［14］的启发，1941年在美国发表了《中国陕北和四川白垩系的非海相石油》。文中指出：“由于世界上几乎所有的油田都是海相成因的，所以大多数地质家认为石油不可能生成于淡水沉积物内是不奇怪的。但是对于科罗拉多西北泡德瓦斯油田，作者认为是非海相成因的，并且具有很大的产量。陕北的石油显然是非海相成因的，而四川的白垩系石油也可能来自淡水沉积物自流井灰岩。据上所述，显然，在例外的情况下，石油也可能生成于淡水沉积物，并且可能具有工业价值。我们现在知道，厌氧细菌在有机质转化为石油上起着重要作用。在厌氧条件下，有机质被细菌分解为低级的脂肪酸、甲烷、二氧化碳和水。厌氧细菌在盐水中可能比在淡水中丰富得多。这就是为什么石油一般是生成于海相沉积中，而油页岩一般形成于淡水沉积物中的道理。”^［15］作者认为：“虽然湖水一般较海水含盐少，厌氧细菌一般不足以把有机质转化为石油。但是，如果湖水经过长期的蒸发，盐类必然高度浓缩，最终可以达到3000ppm的盐度的。在这种条件下，厌氧细菌就可以把有机质转化为石油。由此可以看出为什么油藏的共生水一般都是盐水的理由。陕北和四川都产盐，而陕北油砂的共生水一般也是盐水。这是一个证据，即陕西系沉积时的条件是适合于细菌的繁殖的，因此适合于石油的生成。”

当时潘钟祥所在的堪萨斯大学有周末学术讲座，无论对讲者还是听者都比较自由，讲者只需出个告示，听者选择自己感兴趣的去听。那天下午，这位来自中国的年轻学者，第一次登台亮相就出语惊人。他说：“世界上几乎所有的石油都是来自海相地层，大多数地质学家认为所有的石油必然是海相成因的。他们一般不相信石油可以从淡水沉积物中形成……”接着他以泡德尔瓦什油田开头，重点用陕北延长油田、永坪油田和四川石油地质资料，详细地论证了陆相沉积可以生油的观点。他明确指出：“陕西系的油，看来不可能从海相地层中运动移来，说明这些油是陕西系内部生成的，它们是陆相（河流和湖泊）成因的。一场学术讲座下来，不仅引起听众极大兴趣，热烈参加讨论；而且也使他的导师兰德斯（Landes K K）教授对他刮目相看。在美国见新不怪的国风中，潘钟祥向海相生油论提出挑战的新观点，并未被视为异端，反而受到鼓励。兰德斯敦促他尽快整理成文，并亲自推荐给（AAPG）编辑部。这篇著名论文于次年面世了。这篇被后人认为是论述陆相生油学说的始作，并非是灵机一动的作品，它凝聚着潘钟祥多年石油地质调查的积累，也凝聚了他对祖国石油事业无穷的爱。1946年，潘钟祥成为中国第一位石油地质学博士，学成回国^［16］。

1941年8月黄汲清领导一个调查小队赴甘肃西部，主要是“河西走廊”，进行路线地质填图，重点在考查、研究石油地质。在此次调查中，了解了玉门老君庙油田储层是下第三系砂岩，而生油层可能为侏罗系、白垩系。显然这些地层均属陆相地层。从这一事实出发，黄先生已有陆相沉积也可能是生油层，并能形成有经济价值的油田”的想法^［17］。

随后，黄汲清在1943年发表的《新疆油田地质调查报告》中明确提出：“新疆的石油是非海相成因的”。“侏罗纪煤系中的生油可能最为重要。天山南北麓带的油苗，即使不是大部分，也有许多是源自侏罗纪的生油层，如独山子的石油。这些生油层肯定为陆相沉积。”“第三纪冒烟山系可能含有生油层，但其重要性远不如侏罗纪生油层，它们全为陆相”^［18］。

所以，确切地说，潘钟祥是第一个系统论述陆相地层可以生油，并在国外杂志上公开发表陆相生油论的中国人。黄汲清的文章虽然晚于潘钟祥在美国发表的文章，但两人几乎同期提出陆相生油的结论，应该说潘钟祥、黄汲清都是陆相生油理论的重要创建者。

20世纪40年代，还有不少地质前辈，如李春昱（1944）、陈贲（1945）、尹赞勋（1948）、阮维周（1948）、王尚文（1949、1950）、高振西（1950）等，也先后论述了石油陆相沉积的关系^［19］。

中华人民共和国成立后国家大大加强了石油勘探、开发和研究，为成熟陆相生油论的创立提供了条件。20世纪50～60年代，我国不少学者就陆相生成油气的地质背景著文予以论述，例如：

1954年3月李四光同志应邀到燃料工业部石油管理总局做报告，李四光从地质力学和西北大地构造型式的观点提出中国石油勘探的远景，他把大地槽的边缘地带和较深的大陆盆地看作找油的有利地区。在座的有许多苏联的石油地质专家，如以特拉菲穆克院士为首的苏联石油专家考查组和以莫谢也夫为组长的石油管理总局苏联专家组成员，这是一批在发现第二巴库大油区有重大贡献的杰出人物。李四光同志的报告是这样开头的：“大家知道，我对大地构造是有些特殊的看法，因此我要求专家和同志们给我一些耐心。”接着他提出石油生成的条件，他说：“在提具体问题以前，我先提出两点，这两点对我们石油勘探工作的方向，是有比较重要的关系。第一是沉积条件，第二是构造条件。这两点当然不是彼此孤立的，而是相互联系的。为了方便起见，我把这两点分开来述。”^［20］

“对于石油生成的沉积条件，最重要的是需要一个比较长时期，同时不是太深，也不是太浅的地槽区域，便于继续进行沉积和便于转变为石油的机会。因为需要不太深也不太浅的条件，所以我们要找大地槽的边缘地带和比较深的大陆盆地。对这些地域的周围，同时还要求有比较适当的气候——适当的温度和湿度，以利于有机物的生长。这种气候的存在和动植物的生长，是可以从有机物质在岩层中，如化石的多少表现出来的：如由煤、油页岩等等表示出来，就是说从岩层中所含的有机物的多少，可以看出沉积的情况。以上是关于第一点的概略说明。其次，构造条件方面，应该从三方面考虑：即大型构造，如盆地、台地、地槽；中型构造，如断层、节理、片理、小的断层和结构面等；更小的构造，如颗粒的排列方式，孔隙存在的情况，包括用光学和其他适当的方法来检定岩石颗粒排列的方向——这是属于岩组学的领域，从这一方面得出的结果，往往对阐明流质在岩层中运动的方向有很大的帮助。这三方面的研究，是不应该孤立的，而是应该相辅而行的。”“根据以上所述大地构造条件，我们对中国石油勘探工作的远景计划，似应考虑到下列几点：

（1）青康滇缅大地槽的边缘区域，包括柴达木盆地、西藏高原北部、四川盆地西部以及西康南部与云南北部褶皱不过于强烈的地区，都有发现比较大规模的油田的可能。

（2）对伊陕台地（注：即鄂尔多斯地区）与阿宁台地两个地区，应该从大地构造开展我国石油资源勘探的远景研究，在了解其构造型式的基础上布置详细勘探工作，很可能发现比较重要的局部油田。阿宁台地工作的开展，对新疆油田勘探工作的部署，可能提供一些新的参考资料。

（3）华北平原与松辽平原的‘摸底’工作是值得进行的（注：这就是1939年文章中提出的新华夏地槽），从东北平原通过渤海湾、华北平原往南到两湖地区是有重要意义的地区，应组织力量进行摸底。中国其他地区的一般油田构造条件和沉积条件，就已经了解的范围来说，都不及上列各区，但也不应该因此而排除若干小型油田区存在的可能。”

从上述文献可以看出，李四光先生预测石油远景的理论是：依据的沉积条件，即如果有好的沉积条件，保证有足够的有机质及其转化成石油的条件，则不论其是海相的还是陆相的沉积条件都会生成石油；第二要有构造驱动和流体流动的条件。两个条件具备后，油气物质就可以在一定的地点、一定的部位形成油气藏。这两点应当说到现在也是适用的。这里，李四光先生完全没有通常的“海相”与“陆相”生油的一套概念，这是打破了石油地质学家们“常规”概念的^［21］。

对于东部，在20世纪50年代，李四光也多次强调过在新华夏沉降带中找油的重要意义^［22］。1955年，黄汲清从构造的观点指出过鄂尔多斯西缘的找油方向。1955年，侯德封领导并参加了西北石油地质调查工作。他提出，有无石油生成，不在于地层是陆相还是海相，主要是有没有合适的古气候和古构造。地层厚、有潮湿气候期，是生油层和储油层发育的基本条件。下降生油，隆起聚油，一生一聚形成油田。不仅我国西部中新生代巨厚的陆相沉积盆地有油田，我国西南和东北中、新生代凹陷也很有生油前景。他当时的见解，不仅成功地解释了我国西部的油田成因，推动了青海的石油勘探工作，成为把我国石油勘探基地由西往东进行战略转移的决策人之一，导致了大庆油田和东部其他油田的发现，侯德封是陆相生油理论的主要奠基人之一。

1957年，潘钟祥在“中国西北部陆相生油问题”^［23］一文中指出：“现代陆、海沉积物中含同样的碳氢化合物等资料证明陆相生油是完全可能的”，“当中生代及第三纪时，在我国西北有许多大小不等的内陆盆地，其中沉积了湖相、沼泽相及河流相的沉积物，产生了丰富的石油和煤的资源”。1959年，侯德封在探索西北地区油田形成地质条件时指出“潮湿与干燥气候的时代转变，有利于生油层的形成”^［24］。1959年，在中国科学院地质研究所所长侯德封指导下，中国科学院兰州地质研究所一批年育种学工作者（黄汝昌、黄第藩、陈克造、陈应泰、彭作林等23人），根据自己参加普查勘探以及科研工作实践，收集了生产单位大量资料，配合实验室分析数据，经过认识再认识过程，集思广益，反复讨论，仅用了半年时间，就编写出中国第一部陆相生油理论专著《中国西北区陆相油气田的形成及其分布规律》^［25］一书。这是我国第一部陆相生油专著，提出了“内陆、潮湿、凹陷”为代表的陆相生油的新论点，从而在理论上和实践上突破了石油主要形成于海相地层的传统观念，迎来了一个有理论指导的在我国陆相中、新生代沉积勘探开发油气的时期。1960年，田在艺在详细分析总结准噶尔、塔里木、鄂尔多斯、四川、柴达木、酒泉等盆地油气田形成的地质条件时，指出：根据我们中国的地质特性，在大陆体制的地质条件下，石油也是同样在沉积岩层中生成。大陆体制的地质条件是凹陷的内陆盆地，是沼泽相的和湖泊相的（淡水湖、半咸水湖），甚至在水流汇集的地点（如三角洲地带处）也会有河流携带来的有机物质沉积下来，也是生油的沉积环境。但不管是哪种沉积岩相都有一个总的特性，就是它们所占据的整个地区是地壳最活动的地带，下陷倾向占绝对的优势，所堆积的沉积岩层是相当巨厚的。

在这种下陷占优势的地质条件下，才能够使有机物迅速地埋藏起来，也只有在下陷地区的地质条件下，还原性的介质才会产生。还原介质是使石油有机物质保存下来的主要特征之一，当然，任何地方都会有有机物质的，只要那里有生物，那里就会有生物的死亡，那种死亡的生物就会同其他物质一样地堆积起来。但是在不同的地质条件下，有的有机物质会保存下来，有的却会烂下去被氧化成气体，并逸散到大空气中。如在地壳的隆起地带或内陆河流的浅水带，有机物质保存的条件很差，就不可能转化为石油质的沥青。相反的，只有在这种沉陷较深，下降幅度较大的大地构造特征的沉积地区里，原始有机物质才能完善地保存下来^［26］。1960年朱夏指出：陆相沉积生油是中国石油地质的最大特征之一。针对“内陆潮湿凹陷”，朱夏认为长期凹陷“无疑是油气生成的必要条件”，但是，“在预测各个地区的含油远景时，我们不想受到气候和含盐程度这些条件的束缚。”“从现实主义的角度论，中、新生代沉积中油气的形成看来并不需要更多的条件，唯一的条件可能只是在当时运动体制下的有利于还原作用的环境。”石油科学研究院在翁文波院长的主持推动下，于20世纪60年代初期对我国石油地质特点，陆相生油的化学指标，陆相沉积的生油条件，陆相沉积中分散有机物质等问题进行了卓有成效的研究，先后出刊了三集《石油勘探研究报告集》（1960—1964），强调了“深水凹陷”的作用。在第二辑中，余伯良、曾鼎乾和阎敦实以《我国石油地质的若干特点》为题的文章中指出“长期的深凹陷有利于生油层的形成”，“盆地深凹陷的特征和分布，对油气的分布起着主要的控制作用。”至此，初步形成了中国陆相生油理论的基本轮廓^［27］。

油气聚集理论是石油地质学研究的关键问题。中国石油地质学中的油气聚集理论是紧紧伴随着建国以来几十年油气勘探实践而逐步形成的，并卓有成效地指导了勘探实践。这一理论主要包括两个方面：

（1）陆相凹陷盆地油气聚集理论根据对大庆油田形成条件分析，胡朝元等将“生油区控制油气田分布——中国东部陆相盆地进行区域勘探的有效理论”概括为“源控论”，即油气藏形成条件和分布规律主要是：生油区控制了油气大致分布范围，深凹陷及其周围含油最丰富，盆地发育的多旋回性，形成了多套生储盖组合，有利的储集相带与大型构造圈闭相结合是形成大油田的条件，凹陷、斜坡、隆起等不同构造部位，形成了不同类型的油气藏，不同层位、不同类型油气藏往往在平面上形成错叠连片分布。

渤海湾油气区的发现，使陆相生油理论得以确立并不断深化和系统化。实践证明我国陆相沉积盆地具有良好的烃源岩，生烃潜力大，这为以陆相沉积盆地为主体的我国，提供了丰厚的油气资源基础。通过大庆长垣的油气勘探，总结出了一套凹陷盆地砂岩背斜油藏的勘探思路和油气聚集理论。

（2）复式油气聚集（区）带理论针对渤海湾盆地多断陷、多断块、多含油气层系和多种油气类型的特点，李德生、胡见义、阎敦实、张文昭等许多学者总结了断陷盆地油气藏形成条件和分布规律。概括起来，主要内容是：在地质构造上，断块活动强烈，不同级别断块体发育，造成了油气藏类型多、层系多、埋深差异大、油气性质变化大、储量贫富不均；盆地总体上是由若干个箕状断陷组成的统一块断沉陷区，每一断陷自成一个独立的沉积体系和成油单元，这是盆地油气生成、运移和聚集以及复式油气聚集（区）带形成的地质基础；在沉积上，发育河湖沉积体系，河流水系起了主导作用，具有多物源方向、多沉积体系和多种砂岩体类型；在成油机理方面，具有多种类型的生油凹陷，不同类型的生油凹陷具有不同的有机质演化系列和模式；在油气藏展布上，具有“新生古储”、“自生自储”、“下生上储”等多种成油组合；在成油规律方面，在断陷盆地中二级构造断裂带具有相同的油气运移和聚集过程，形成多油气水系统和多种油气藏类型的油气藏群体，它们具有成群成带分布特点，常常是数十至数百个大小不等、规模不一的油气藏，在纵向上相互叠置，在平面上则构成了不同层系不同类型油气藏连片的含油气带，故称复式油气聚集（区）带。

20世纪80年代以来，我国石油地质学家主要以有机地球化学为中心，在生油岩岩性特征研究的基础上，对生油岩地球化学指标的选定、生油母质类型的鉴别、成熟度及其热演化阶段的划分以及油源对比等方面进行了大量的研究，取得了许多重要进展，尤其是把有机地球化学理论与技术运用到陆相生油研究中，不但进一步发展了当代有机地球化学理论，而且使中国特色的陆相生油理论更趋完备，形成中国石油地质学的核心内容^［28］。

石油地质学的组成部分——煤成油（气）理论的研究在这一时期也获得重大进展。我国的地质学家们从中国地质条件和勘探实践出发，提出可在腐殖型源岩及其有关层系中勘探气田和油田，并论证了它的成烃特征以成气为主，在一定条件下也能生成一定数量的石油。由于中国的煤储藏量巨大，含煤地层分布广泛，这就进一步扩大了油气勘探的领域。煤成油（气）理论的发展，突破了以腐泥成油论的“一元论”为指导的油气勘探理论，形成了腐泥成油加腐殖成油（气）论的“二元成论”，特别是1989年我国新疆吐哈盆地亿吨级大型煤成油田的发现，更把陆相生油的衍生热点之一煤成油的研究和实践推进到一个更高的境界^［29］，把油气勘探扩展到过去找油的禁区，这是中国石油地质学发展中的一次重要的创新。