大多数人深信石油和天然气（其主要成分为甲烷）是起源于生物质。按照这种理论，动植物遗骸先被埋藏，后经热和压力作用最终形成了这种碳氢化合物。大约一百年前，这种观点问世时，它看来是对产于地表或浅部的这些神秘而有用的奇怪流体的唯一可能的解释。那时的化学家几乎都不敢想象石油和甲烷这类碳氢化合物的生成能够离开生物界的帮助：认为它们是“有机化学”中的化合物——“有机化学”这一术语也就是在那时应运而生。

当时还有另一因素强化了这一理论。一百年前，科学家认为地球一度是一个熔融状球体，然后经过缓慢的演化由熔体固结成了地壳。因此在前期任何碳氢化合物均无法幸存，到了后期熔体产生的固体产物也没有可能生成碳氢化合物。正是这些观点使石油起源于沉积物中生物遗骸的解释能自圆其说，为人们普遍接受。然而，那时也有反对的呐喊。最杰出的代表是伟大的俄国化学家门捷列夫。当时门捷列夫写了一篇探讨石油成因的论著，推断石油来自地球深部。他曾为这一标新立异的观点找到了许多论据，其中大部分论据至今仍不容置疑。

多少年来，对石油的生物成因说始终有着争论。尤其是在美国不少科学家曾发现和收集到了支持非生物成因说的大量证据。但是，由于有强硬的化学证据作后台，生物成因说一度看起来是无与伦比的。石油含有完全代表生物遗迹的复杂分子——“化学化石”。而且，有些石油还表现有“光学活动”。换句话说，它们能够旋转偏振光的偏振面。这种性质意味着有些石油含有比例不等的三维复杂分子的左右旋变体。（如果这两种类型的分子比例相等，则不具光学活动）。生物允许有这种不对称，而非生物被认为严格遵循对称规律。就这两个观测结果来看，似乎可以了结这场舌战。石油和甲烷的生物成因说好像已被证实——它们的形成通常离不开生物，而且它们只不过是碳氢化合物的另一种形式。

不过仍有一些问题悬而未决。石油的地理分布特点表明，油矿的规模要比其他任何沉积矿体大得多，甚至可以超过地表的任何一种地理单元；地质学家当时已查明的油气储量要比原先根据生物成因说估计的储量高出数百倍之多。

特别是当天文学家发现了碳氢化合物是太阳系中碳的最常见形式后，没有生物便不能形成碳氢化合物的观点变得更加摇摇欲坠。天文学家发现，土星、木星、天王星、海王星的大气圈都含有极为丰富的甲烷和其他碳氢化合物。土星的卫星土卫三的大气圈有着密集甲烷和乙烷的云层，很像地球的水蒸气云层。而且彗星和小行星也含有不同类型的碳氢化合物。最近对哈雷彗星的研究表明，哈雷的核部有一个状如沥青的黑色外表。对此最有可能的解释是具有沥青或与其类似的碳氢化合物。显而易见，行星、彗星上的这种物质绝对不可能是生物的产物。

在地学界，地质学家早已摒弃了地球曾是一个熔融状岩石质球体的观点。现在取而代之的是地球是由固态物质积聚而成。它仅仅发生过部分熔融，使基本上固态的地幔分离出了较硬的岩石，形成了相对较薄的地壳。在这幅地球史图中，任何人都不会排除这样一种可能性：各种活性流体能从地幔中“脱颖而出”，越过重重障碍迁移到地球表面。

按照这种构想，大洋的水、大气的氮以及地球外表的其他少量挥发组份谅必是以相似的方法形成。碳在地球表面和沉积物中极为丰富——氧化态为碳酸盐岩；非氧化态为煤和其他碳氢化合物。但是碳在经过风化形成沉积岩的基岩中却微乎其微。所以可以肯定碳是以流体形式从地球深处迁移到地壳，从而为地壳供给了大量过量碳。而且现在看来在有地质记录的大部分时期，碳一直在源源不断地上升到地壳，因为碳在年轻沉积物中的比例明显高于古老沉积物。二氧化碳和甲烷是运送碳的主要流体，能将深部的碳输送到各个角落。在氧化作用强烈的大气圈，无论发生什么情况，碳主要以二氧化碳的形式存在。

各种陨石是行星大量形成时留下的一部分物质，能为研究当时的组成和化学条件提供可靠线索。陨石的种类繁多，其中有一种是能给地球带来大量碳的碳陨石。当碳陨石被埋藏到正在形成中的地球的深处后，经过热和压力的作用便会生成液态碳氢化合物（其可能主要为甲烷）和二氧化碳。因此，地球得到的大量碳及其由此而产生的地表的过量碳原先很可能是类似于碳陨石的那些庞大而又坚硬的固态碳氢化合物的混合物，也就是说，对地球上的碳氢化合物唯有生物成因的观点再也不是无懈可击。

火山喷发给地表带来了地球很深处的金刚石。金刚石完全由碳组成，形成金刚石所必需的压力唯有在150公里或者更深的地方才能达到。因而很明显地球深处富集着没有氧化的碳。而且可以推测那里还存在着其他形式的没有氧化的碳，因为在金刚石的微孔中确实测到过甲烷。

很长一个时期，地球化学家认为150公里以上深度的高温高压会分解甲烷和其他碳氢化合物。现在的观测结果已否定了这一看法。现代热动力学计算结果证明，巨大的压力对这些物质的稳定能起到重要的作用。事实上，化学家认为在这样的温压条件下，要是有现成的碳和氢便会结合生成石油的主要分子。遗憾的是，至今还没有人模拟成了这种极端温压并存的实验条件。因而这种看法尚缺实验验证。

石油中的“分子化石”和其他生物分子看来仅仅是混入石油中的生物质；它们并不能证明石油起源于生物遗骸。生物混染主要起因于食物细菌。化学家已经确证大多数石油中的叫做Hopanoid的分子化合物是源于细菌的细胞壁。由于石油的运移常常要遇到沉积物中比比皆是的生物遗骸，所以还能“吸收”其他生物混染物。

毫无疑问，如果人们较早地知道了这些事实，也许就不会如此坚定不移地信奉石油的生物成因说，对基于生物成因说的许多活灵活现的解释也会提出种种质疑。过去，有些化学家就存有疑虑。他们注意到石油饱和氢，而据预计被埋藏的生物质应缺乏氢。因此，石油中的生物证据很可能表明了一种自然发生的物质混入了生物质，而非源于生物质。

但是生物成因说最头疼的可能是难以解释与油气伴生的氦。世界上许多油气田富集氦。天然气是商品氦的主要来源。地下气体中高浓度的氦往往与甲烷形影不离，前者单独产出的现象在地球上比较少见。假定甲烷起因于沉积物中埋藏的生物质就不能解释这种关系。因为生物对化学惰性气体氦的浓集不起任何作用。如果将两者的伴生解释为氦偶尔被储藏有甲烷的储油气构造捕获，也不合情理。因为许多储油气构造有时没有甲烷，而有其他碳氢化合物，那么它们为什么也就没有大量氦伴生呢？

碳氢化合物星罗棋布于全球也给生物成因说提出了难题。为什么中东盛产碳氢化合物？土耳其东南部山脉、底格里斯河流域、伊朗褶皱山脉、波斯湾以尽阿拉伯平原它们的地质特点虽无共同之处，但据预计它们构成了一个连贯的产油区，蕴藏有极为丰富的油气。

在世界其他许多地方，产油气地区的地理形式横越截然不同的地质背景屡见不鲜。碳氢化合物本身也表现有“垂向堆积”。在浅部有油气的地方往往深部有多更的油气，有时还向下延伸甚或深入到基岩里面。

如果假定位于地球深处的物质源造成了油气，那么油气就会不均匀分布，大规模的油气田与地壳的地理单元之间也不会有简单的关系。因此一个地区的油气可采量将取决于深部储量的多少，同时还取决于可以帮助油气向上运移的断层及其他构造。在中东，深部的油气储量看来极为丰富，并上升充填到了当地的地质储油构造。由此可以预料油气矿是“垂向堆积”的。

根据这一假设，我们还能弄清油气矿的许多其他特点。氦大多通过岩石中的放射性活动生成，浓度通常很低。但是氦能被岩石中经历“长途跋涉”的任何气体吸收。所以氮与甲烷紧密伴生表明，甲烷能迁移很长距离，可能是来自地球深处。同甲烷伴生的像汞这样的其他微量组分同样也能应用这种解释。此外，同一地区往往能见到不同形式的没有氧化的碳（其中有些被认为是植物成因，取名为油母岩）。如果认为没有氧化的碳主要起因于普通的甲烷上升流或深部其他碳氢化合物的沉淀作用，则它们之间的化学关系也就不难理解。

地球化学家始终认为充填在某些多孔岩石中的石油常常浓度极高，因此必需要有一种动力才能将石油转移到孔隙中。如果这种动力是高压条件下具有相当溶解力、能稀释和活化石油的甲烷，那么所需要的甲烷必定要比现在地表所见的甲烷高出几个数量级，或者要比全部有机沉积物所能生成的甲烷多得多。如果深部的甲烷源确实给地表供应了大多数的过量碳，那么可以肯定这种深部甲烷源是客观存在的。而由甲烷运载的石油当上升气体的压力下降时会趋于分解，就像甲烷能从高密度的流体变成低密度的气体一样。

尽管有了这些强有力的论据，但地球的所有碳氢化合物都是生物成因的观点根深蒂固，不会轻易地被取而代之。要进一步论证非生物成因说，必需要在生物沉积作用微弱或者根本不存在的地区找到储量丰富的碳氢化合物。斯堪的纳维亚半岛这个由花岗岩构成的古老地盾看来是最理想的选择对象。如果那里的地幔能向上输送碳氢化合物，那么瑞典的花岗岩就正好产出在特别富集碳氢化合物的地幔之上。这一设想也许不但解释了半岛东部和南部的一些商品油气，而且还解释了挪威海沟的大型油气田和许多碳氢化合物矿床。另外，在瑞典花岗岩的裂隙中，沥青质到处可见，其可能也是由碳氢化合物向上渗透造成的。要是瑞典的花岗岩中有大面积的多孔区，则可以预料它也能蕴藏油气。

基于这些想法，笔者曾同瑞典国家能源局交换过意见，能源局的托尔德 · 林德博（Tord Lindbo）率领一个研究组决心证实这些想法。在可能存在多孔岩石的地区当中，最引人注目的是欧洲最大的陨石冲击坑——瑞典中部的呈环状的锡利延地区。调查在那里展开后，研究人员很快就发现了曾有油气渗漏的种种迹象。当地的农民很久前就传闻有些水井冒出过可燃性气体。而且，研究人员过去也在这个冲击坑的少量沉积物中观察到了难以数计的油苗。

经过三年的调查，研究人员清楚地看到在世界其他盛产油气地区常见的与油气渗漏有关的各种现象在这里也屡见不鲜。当地的许多湖泊、池塘含有很高的甲烷。研究人员还发现了一种被认为由表土中上升甲烷以特殊方式局部氧化产生的碳氢化合物，以及通常还跟这种渗漏有关的微量金属。在研究组打的七口大约500米深的勘探井中都见到了氢、甲烷、乙烷、乙烯、丙烷和甲烷形成的碳氢化合物。

当地的重力加速度测量结果也提供了佐证。如果一个地区的岩石密度较大，重力造成的加速度也就较大，反之亦然。在锡利延，测得的重力值异常低，相似于其他大型冲击坑。地质学家认为其原因是这种受到冲击的岩石孔隙相当发育。在当地重力异常最大的地段，地震剖面表现有数个上下重叠的强反射面，说明地震波速有着变化，从而暗示这些位置上的岩石比较致密。

正像重力测量所指明的那样，当地岩石的孔隙相当发育。如果充填了天然气，这里将有世界级的天然气田。当然孔隙也可能仅仅充填了水，但这种可能性微乎其微，因为近地表有众多的油气显示。纵使只有一小部分孔隙充填了碳氢化合物，那也可能形成具商业开采价值的油气田。

今年夏季，瑞典国家能源局组织了一项钻井工程，计划将勘探井打到4500 ~ 6000米的深度。美国天然气研究协会为该项工程提供了大量资金。因为瑞典的实验将告诉人类有关碳氢化合物成因的大量知识以及全球天然气的可采量。如果瑞典科学家在花岗岩的这些深度上找到了大量碳氢化合物，生物成因说是不可能给予解释。如果发现了可供商业开采的天然气，则将证明大量天然气确实是从地幔迁移上来，并表明像锡利延陨石坑那样的以前没有料想到能蕴藏碳氢化合物的许多地区，也可能有着天然气——地球上天然气储量可能大于石油。当今的钻探技术已能打出4500 ~ 9000米的深井。我们能够预料钻到这样的深度将获得丰硕成果，因为那里通常是还保存着上升天然气的源区，而在浅部天然气往往能迅速地逸散到大气圈中。因而，锡利延的钻探工程不仅是十分重要的科学实验，将帮助人类进一步了解地幔上升流体的来龙去脉，而且将为全世界今后的能源开发指明方向。

[New Scientist，1986年6月26日]