以液態形式賦存於地下巖石孔隙中的一種可燃有機礦產,又稱原油。廣義的石油通常指自然界中存在於地下的以氣態、液態和固態烴類化合物為主,並含少量雜質的混合物。雜質中有數量不等的液態和固態的非烴化合物,並含多種微量元素。石油是一種很複雜的混合物,因產地而異,因油層而異,沒有固定的化學組成,從而沒有固定的物理常數。在中國,石油一詞最早見於北宋沈括的《夢溪筆談》。英文 petroleum一詞源於希臘文petra(巖石)和拉丁文oleum(油),意指巖石中的油。

  物理性質 石油的顏色是多種多樣的,在透射光下,從無色透明到淡黃、褐黃、深褐、淡紅、棕色、黑色,常見的石油呈黑褐色。比重一般為0.75~0.98,比重大於1或小於0.75的石油在自然界也有發現。粘度變化范圍很大,從常溫下接近於水到稠油呈半固態狀。主要成分為烴,故能溶於中性有機溶劑,如苯、氯仿、二硫化碳、四氯化碳、醚等。高分子烷烴的含量多少,或者說含蠟量的多少,決定著其凝固點和液化點的高低。電阻很高,通常達1091016歐姆。大多數石油都有旋光性。石油的物理性質與石油的化學組成有關。

  化學組成 據J.M.亨特統計(1979),石油的平均元素組成:碳為84.5%,氫為13.0%,硫為1.5%,氮為0.5%,氧為0.5%。石油主要由碳和氫組成,碳和氫的總量在95~99%之間。石油中已鑒定出3000多種化合物,其中烴類化合物230種以上,分屬於烷烴、環烷烴、芳香烴,是組成石油的基本化合物。石油中還有由氧、氮、硫組成的非烴類化合物,如含氧化合物中的有機酸(環烷酸、脂肪酸、C10C15的異戊間二烯酸)、酚、酮類化合物,含氮化合物中的卟啉、喹啉、吡啶、咔唑等,含硫化合物中的硫醇、硫醚、噻吩和二硫化物等。

  不同的化合物具有不同的沸點,對石油加熱蒸餾,可將石油分離成不同沸點范圍(即餾程)的若幹部分,其每一部分就是一個餾分。由石油分餾出的全部餾分被稱做石油的餾分組成(表1)。

表1 石油的主要餾分及餾程

  石油對中性有機溶劑和吸附劑,有選擇性溶解和吸附的性能。可以選用不同有機溶劑和吸附劑,將石油分成若幹部分,每一部分就是一個組分。石油的組分一般可劃分為3種:

  ①油質。可溶於石油醚,而不被矽膠所吸附的部分。它主要是飽和烴和一部分低分子芳烴。

  ②膠質。用苯、酒精-苯從矽膠吸附的產物。溶於苯的組分稱為苯膠質,主要是芳烴和一些具有復雜元素的芳烴結構化合物。用酒精和苯的混合溶劑可得到酒精-苯膠質,這類膠質主要是復雜元素的非烴化合物。

  ③瀝青質。可以溶解於氯仿但不溶於石油醚的部分。也是非烴的一部分,它不同於膠質的是高分子化合物含量增加,分子量很大,具有高分子的稠環芳烴和烷烴側鏈組成的復雜結構(見石油地球化學)。

  分類 一些地球化學傢和石油地質學傢,試圖以石油的化學組成、結構以及與其生成演化條件的關系進行分類。例如B.P.蒂索和D.H.韋爾特1978年提出的分類方案。該方案中的石油分析數據來自大於210℃餾分,主要是根據不同結構類型烴的含量,加上N、O、S化合物,同時也考慮硫的含量。該分類方案采用三角圖解,以烷烴(石蠟烴)、環烷烴、芳烴加 N、S、O化合物(膠質和瀝青質)作為3個端元(圖1)。

  在作圖前,蒂索等曾根據636個正常原油樣品和重質降解油樣品,編制瞭它們所含飽和烴的分佈頻率圖(圖2)。

  在飽和烴含量50%和25%處各有一個最小值,這就是原油大類劃分界線。即以飽和烴含量50%為界把芳香烴原油和石蠟型、環烷型原油分開。在石蠟烴含量50%、40%處和環烷烴含量50%、40%處建立次一級分類界限,將飽和烴含量大於50%的區域分為3種基本類型,即石蠟型、環烷型、石蠟-環烷型。在芳烴加N、S、O化合物的含量大於50%的區域內,在石蠟烴含量10%處建立分類界限,將石蠟烴含量大於10%的區域作為芳香-中間型原油,而石蠟烴含量小於10%的重質降解原油。在重質降解原油中在環烷烴含量25%處建立分類界限,環烷烴含量大於25%的稱芳香-環烷烴,而小於25%者稱芳香-瀝青型。分類如圖2和表2。

表2 原油分類表

  石油和天然氣在國民經濟中的作用 油氣及其產品廣泛應用於工業、農業、交通運輸、日常生活等各個方面。石油是世界上最重要的動力燃料,具有燃燒完全、發熱量高、運輸方便等優點。由石油和天然氣生產的乙烯、丙烯、苯、甲苯、二甲苯和乙炔等,是現代化學工業的重要原料。如乙烯是制造合成纖維、合成橡膠和合成塑料的基本化工原料。國際上常常以乙烯產量來衡量一個國傢石油化學工業的發展水平。此外,苯、甲苯、二甲苯也是上述3大合成材料和農藥、醫藥、炸藥的重要原料,而且是現代尖端科學技術和國防工業發展不可缺少的原料。農業用化肥的生產,主要也是以石油和天然氣為原料。

  中國古代油氣的開發和利用史 中國是世界上最早發現和利用石油,並對它進行工業生產的幾個國傢之一。從已有的文字記載和出土文物看,利用石油至少已有約3000年的歷史。西周《易經》(公元前1122~前770)就有關於天然氣在水中燃燒的記載。東晉常璩的《華陽國志》中有秦始皇時(公元前221~前209)用天然氣煮鹽的記載。與此同時,開采天然氣的鉆井工藝也有很大的發展,到公元前67年,僅四川臨邛和蒲江兩地就有用頓鉆鉆鑿的天然氣井20多口。至於石油,最早記載見於東漢班固著的《漢書·地理志》,該書在“上郡高奴”(今陜西省延安、延長、延川一帶)條記有“有洧水可燃”。北魏酈道元著的《水經註·河水篇》對酒泉油苗作瞭描述。到北宋時已有加工石油的作坊。《元一統志》記載瞭陜西延安地區鉆鑿瞭一口石油井,年產110斤,在延長地區鉆鑿的一口石油井年產400斤。從元朝開始,不僅有采油井,而且還建立瞭管理機構。

  世界石油工業發展簡況 世界石油工業的發展已有100多年的歷史。美國石油工業生產始於1859年,100多年來,年產量約占世界總產量的一半,直到1975年才被前蘇聯超過,1979年又被沙特阿拉伯超過。

  前蘇聯的石油工業始於1873年,巴庫是前蘇聯石油工業的搖籃。第二次世界大戰期間,因為許多油田被毀,產量大幅度下降。但戰後相繼發現瞭伏爾加-烏拉爾和西西伯利亞等含油氣區,產量迅速增加,成為世界石油產量最多的國傢。

  20世紀20年代世界上第三重要產油國為墨西哥,後來進展緩慢。70年代以來由於海上和南部石油的開發,產量穩步上升,1981年以來已突破億噸。

  委內瑞拉是30年代興起的石油生產大國,產量也已超過億噸。

  第二次世界大戰後,中東地區的石油工業,在外國資本的參加下發展很快。沙特阿拉伯石油年產量居世界第三位(表3)。

表3 年產石油3000萬噸以上的國傢(1990)

其他國傢如科威特、伊朗、伊拉克、阿拉伯聯合酋長國等,也都有過年產億噸的記錄。非洲的尼日利亞、利比亞和阿爾及利亞,是60年代以來新興的產油國。尼日利亞和利比亞都有年產原油億噸的記錄。

  英國自70年代以來,由於北海油田的發現和開發,石油產量迅速增加,已成為新崛起的石油生產大國,1983年年產量超過億噸。

  除上述產油國外,還有70多個國傢和地區生產石油,如羅馬尼亞、德國、印度尼西亞、馬來西亞、阿根廷、秘魯、特立尼達和多巴哥、加拿大和澳大利亞等。

  1990年,全世界石油總產量達301585萬噸。

  石油和天然氣的蘊藏是相當普遍的,但儲量分佈很不均衡。截至1990年止,初步探明全世界石油可采儲量約13649090萬噸,大於10億噸的國傢有16個(表4)。到1990年止,已探明全世界天然氣可采儲量達1190955億立方米,各國分佈情況如表5。

表4 已探明石油可采儲量10億噸以上的國傢(1990)

表5 已探明天然氣儲量超過0.76×1012m³的國傢(1990)

  天然氣產量增長的速度雖受管道建設和價格偏低等因素的限制,但仍比原油產量增長速度快,1990年全世界天然氣總產量已達21397億立方米。世界天然氣主要生產國見表6。

表6 世界上前20名產天然氣國傢情況(1988)

  中國的石油和天然氣工業 中國是發現和利用石油最早的國傢,但近百年來由於帝國主義的侵略和反動統治階級的腐敗,石油工業非常落後。從1904~1949年的46年中,共產石油308萬噸。隻有玉門的老君廟油田、新疆獨山子油田,以及臺灣苗栗縣出礦坑油田和陜北延長油田。天然氣也隻有剛鉆探見氣的隆昌和石油溝兩處,以及宋、元時期留下來的、早已開發的自流井老氣田。石油鉆井總進尺,從1907年在延長鉆第一口井起,到1948年總鉆井進尺為67025米。

  1949年以後,中國迅速恢復和擴大瞭原有油田的生產,並在西北地區積極展開石油勘探,先後發現瞭克拉瑪依(1955)、冷湖(1956)和鴨兒峽(1956~1958)等油田,並在四川發現瞭一系列油氣田。隨後,又在華北、東北、西南等地進行石油勘探,於1959年發現大慶油田,使中國石油生產局面得到根本改觀。繼大慶油田之後,還發現瞭濟陽(1961)、黃驊(1964)、下遼河(1967)和冀中(1972)等重要的含油氣區。到1990年,中國已有20個省、市、自治區找到瞭工業性油氣藏,有200個油氣田投入開發,十大油田見表7。

表7 中國10大油田

石油產量從1978年起穩定在1億噸以上。隨著對外開放搞活政策的實施,中國正積極進行海域的石油調查勘探,先後在渤海、南海、北部灣、鶯歌海、瓊東南、珠江口外發現瞭工業油氣流,有的已經投入開發。中國自行勘探的東海也有3口井鉆出油氣流。中國有大小沉積盆地300多個,其面積為450萬平方公裡,油氣資源潛力很大,油氣勘探前景廣闊。

  

參考書目

潘鐘祥主編:《石油地質學》,地質出版社,北京,1986。

西北大學地質系石油地質教研室編:《石油地質學》,地質出版社,北京,1979。

 J.M.Hunt,Petroleum Geochemistry and Geology,W.H.Freeman and Company,San Francisco,1979.