李中平
【科学历史回顾】打破海相垄断:中国陆相成油理论的创新与世界启示
2025-9-10 11:13
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一.引言:贫油论的枷锁与中国的石油之梦

20世纪初,中国石油地质学的发展面临着严峻的挑战。当时,国际地质学界普遍认为石油主要形成于海相沉积环境,即海洋沉积盆地中富含有机质的沉积物在特定地质条件下转化而成。这种“海相生油”理论主导了全球石油勘探,而中国国土上以陆相沉积为主的地质特征被视为不利于石油生成的致命缺陷。1922年,美国斯坦福大学地质学教授埃利奥特·布莱克韦尔德(Eliot Blackwelder)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。”

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埃利奥特·布莱克韦尔(Eliot Blackwelder,1880-1969)是一位美国著名地质学家和教育家,知名于其广泛的实地地质考察。曾于1905年受聘于威斯康星大学地质系,先后担任讲师、副教授及教授职位。他在威斯康星大学期间,积极参与教学和科研工作,并于1911年晋升为正教授。他还在该校完成了许多地质领域的研究,积累了丰富的教学经验,并确立了自己在地质学界的学术地位。1903年至1904年间,他作为古生物学家参与由贝利·威利斯(Bailey Willis)领导的卡内基研究所对中国的地质考察。此次考察跨越亚洲及华北地区,最终到达长江流域,极大丰富了西方对该区域地质的认知。考察成果汇编成四卷报告,布莱克韦尔是主要的参与者之一。此行是20世纪初西方科学界对中国地质系统研究的重要开端,标志着布莱克韦尔在国际地质学界的早期贡献。随后,他长期担任斯坦福大学地质系主任(1922-1945),领导了对内华达山脉和美国西南干旱地区的地质与冰川学研究。布莱克韦尔还曾任美国地质学会会长及美国地震学会会长,是陨石坑起源学说的早期支持者之一。他的职业生涯体现了对地质学教育和研究的深远影响。

在那个时代,中国正处于军阀混战和抗日战争的动荡之中,石油作为战略资源的重要性不言而喻。但外资石油公司如美孚(Standard Oil)和壳牌(Shell)在中国的勘探多以失败告终,进一步强化了贫油论。美孚公司在陕北延长油田的勘探虽有小规模产出,但他们认为这只是“零星渗出”,不足以形成商业价值。面对这样的国际共识,中国地质学家们没有退缩,他们以坚定的民族自信和科学精神,开始了漫长的探索之旅。这段历程,不仅颠覆了西方地质学的偏见,也孕育了中国独创的“陆相成油理论”,为新中国石油工业的腾飞奠定了理论基础。

二. 早期实践:从调查到发现的突破

20世纪30年代,中国地质学界涌现出一批杰出的本土科学家,他们通过实地调查和实践,逐步挑战贫油论的权威。谢家荣、孙健初、黄汲清、潘钟祥等学者成为这一时期的先锋。他们不满足于书本知识,而是深入西北荒漠和盆地,进行艰苦的野外勘探。

谢家荣是中国地质调查所的资深地质学家,早年留学美国,师从布莱克韦尔德本人,但他拒绝盲从老师的观点。1930年,谢家荣在陕北进行石油地质调查时,就初步提出陆相沉积也可能生成石油的观点。这虽然只是初步设想,但已显示出对传统理论的质疑。1937年,在谢家荣和孙健初等人的努力下,新疆独山子油田被发现。这是一个典型的陆相盆地油田,其储层为第三纪陆相沉积,油源岩富含陆生有机质。这一发现震惊了地质学界,因为它直接证明了陆相环境下的石油生成可能性。

紧接着,1939年,甘肃玉门老君庙油田的发现进一步巩固了这一证据。孙健初作为主要勘探者,领导团队在玉门盆地钻探出工业油流。老君庙油田位于古生代陆相沉积区,油藏类型与海相油田迥异。这些发现并非偶然,而是基于对中国地质结构的深入理解。中国陆地上分布着众多大型陆相沉积盆地,如准噶尔盆地、塔里木盆地和鄂尔多斯盆地,这些盆地经历了多次构造运动,形成了多层生储盖组合,有利于有机质的保存和转化。

这些早期发现拉开了中国陆相生油理论诞生的序幕。中国地质学家们开始从实践中提炼理论。他们注意到,陆相沉积中的湖泊、河流和沼泽环境也能提供丰富的有机质来源,如藻类、陆生植物和浮游生物。这些有机质在陆相盆地的深埋和热演化过程中,可以生成石油。这与海相生油的机制类似,但陆相环境下的有机质类型和沉积模式有其独特性,例如更依赖于淡水湖泊的富营养化过程。

三. 理论的提出:潘钟祥的开创性贡献

1941年,一个里程碑式的时刻到来。当时在美国堪萨斯大学攻读博士学位的中国青年地质学家潘钟祥,在美国石油地质学家协会(AAPG)杂志上发表了题为《中国陕北及四川白垩系石油的非海相成因》的论文。这篇文章是世界上最早系统提出“中国陆相生油”观点的文献。潘钟祥基于对陕北延长油田和四川盆地白垩系地层的分析,论证了这些石油并非源于海相沉积,而是陆相湖泊环境的产物。他指出,白垩系的陆相砂岩和泥岩中含有丰富的陆生有机质,这些有机质在构造运动和热压作用下转化成石油。

潘钟祥的论文一经发表,便引起国际地质学界的关注。虽然当时正值二战时期,论文的影响力有限,但它为中国陆相生油理论提供了科学的起点。潘钟祥强调,中国地质的独特性在于多期陆相沉积的叠加,这不同于中东或美国的海相盆地。他用历史分析法回顾了中国盆地的演化过程,指出古生代以来,中国大陆经历了多次陆内沉降,形成了一系列陆相湖盆,这些湖盆是石油生成的温床。

与此同时,黄汲清等学者也在国内推进相关研究。1943年,黄汲清领衔完成了《新疆油田地质调查报告》,首次提出“多期多层生储油”的陆相沉积生油学说。这一学说认为,陆相盆地中的石油生成不是单一事件,而是多期沉积、多层储集的综合结果。黄汲清指出,中国西北地区的陆相盆地如准噶尔盆地,具有多旋回沉积序列,每一旋回都能贡献有机质,从而形成叠置式油藏。这是对传统海相生油理论的重大突破,也为后续的石油普查提供了指导。

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四.机构化与全国普查:理论指导下的实践高潮

新中国成立后,陆相生油理论进入了快速发展和应用阶段。1954年,中国组建了全国矿产普查委员会,黄汲清和谢家荣担任技术负责人,统领全国石油普查工作。这标志着陆相生油理论从学术探讨转向国家战略。委员会汇集了全国地质精英,系统梳理了中国陆相盆地的分布和潜力。

1955年,黄汲清等专家建议优先在准噶尔、柴达木、鄂尔多斯、四川和松辽等大型陆相沉积盆地进行石油普查。这些盆地被视为陆相生油的典型代表,具有广阔的沉积面积和厚实的陆相地层。黄汲清以技术负责人的身份,于1955年6月督促下达了松辽平原的石油踏勘任务书。这份任务书基于陆相生油理论,强调松辽盆地的第三纪陆相沉积富含有机质,可能蕴藏大型油田。

普查工作迅速展开。1955年10月,克拉玛依油田的发现验证了理论的正确性。克拉玛依位于准噶尔盆地,是一个典型的陆相油田,其石油产量很快成为新中国石油工业的支柱。更具历史意义的是1959年大庆油田的发现。在松辽盆地,王进喜等石油工人以“铁人精神”克服严寒和设备短缺的困难,钻出高产油井。大庆油田的石油储量巨大,完全源于陆相沉积,这彻底甩掉了中国“贫油国”的帽子。

陆相生油理论在这一时期不断完善。中国科学院兰州地质研究所,前身为1956年成立的中国科学院地质研究所西北地质研究室,70年代曾更名为甘肃省石油地质研究所,现为中国科学院西北生态环境资源研究院油气资源研究中心。侯德封组织该所学者黄汝昌、黄蒂藩等人于1960年编撰了《中国西北区陆相油气田的形成及其分布规律》,这是我国第一部系统论述陆相生油的专著。该书提出了适合我国具体国情的陆相石油成因理论和新的油气田形成分布规律,为我国陆相油气田的勘探提供了重要理论支持。1960至70年代,兰州地质研究所联合中国科学院水生生物研究所、微生物研究所及南京地质古生物研究所,完成了《青海湖科学考察报告》,总结出陆相生油的四个关键要素:富有机质的源岩、良好的储集层、有效的盖层和合适的圈闭结构。这些要素在陆相盆地中通过多期构造演化得以实现,推动了对陆相油气田形成机理的深入认识。该项研究成果于1978年荣获全国科学大会奖,标志着我国陆相生油理论研究进入新阶段。

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五. 理论的意义与全球影响

陆相生油理论的诞生,不仅是中国石油地质学的骄傲,也对全球石油科学产生了深远影响。这一理论指导中国发现了克拉玛依、大庆、胜利、大港等一系列大型油田,使中国石油产量从建国初的32万吨/年跃升至上亿吨/年,实现了石油自给自足。在2006年的全国科技大会上,“陆相成油理论”被列为新中国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。这一理论的成功源于中国地质学家的创新精神。他们打破了西方海相生油的垄断,证明了陆相环境下的石油生成机制同样高效。这也启发了其他国家,如俄罗斯和巴西,在陆相盆地开展勘探。今天,随着非常规石油如页岩油的开发,陆相生油理论仍在演进,中国石化企业在“十四五”期间实现了陆相页岩油的重大突破,进一步丰富了理论内涵。回顾这段历史,我们看到科学进步往往源于对传统的挑战和本土实践的坚持。中国陆相成油理论的诞生,是民族自强与科学探索的典范,它不仅点亮了中国的石油之灯,也照亮了全球能源未来的道路。

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黄汝昌(1927-1995年),石油地质学家,安徽凤阳人,1953年毕业于南京大学地质系。我国著名的石油地质学和沉积地球化学家,原中国科学院兰州地质研究所研究员,曾任中国科学院兰州地质所代理所长,石油工业部石油勘探开发科学研究院廊坊分院天然气勘探开发研究所负责人。长期从事盆地环境演化和陆相生油研究,早期提出的“内陆潮湿拗陷”生油理论,系统阐明了中国陆相油气的形成环境、富集机制和分布规律,为我国陆相生油理论的发展和油气勘探发现做出了突出贡献。著有《陆相盆中古气候演变与元素的迁移聚集和分布》、《不同沉积环境中有机质特征及成烃机理》等学术论文和研究报告40余篇;负责完成的成果有多项获奖,其中《中国西北区陆相油气田的形成及其分布规律》(1959年)获全国科学大会奖;《准噶尔盆地形成演化及油气形成》获国家科技进步二等奖;《中国陆相油气的形成演化和运移》获全国优秀科技图书奖;《鄂尔多斯盆地中生界油气的生成及聚集规律》获甘肃省科学大会奖;《渤海湾盆地天然气形成富集规律及资源评价》获部级二等奖。

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