石油，地址勘探的主要对象之一，是一种粘稠的、深褐色液态，被称为“工业的血液”。地壳上层部分地区有石油储存，主要成分是各种烷烃、环烷烃、芳香烃的混合物。古埃及、古巴比伦人在很早以前已开采利用石油，而“石油”这个中文名称是由北宋科学家沈括第一次命名的。石油的成因，一直存在多种理论或假说，主要包括无机成因论、有机成因论和混合成因论。
（一）无机成因论
无机成因论以前苏联学者为代表，19世纪晚期，俄国门捷列夫认为，地球深处的金属碳化物在高温下与水起反应，生成乙炔随后凝聚成烃。石油来源于地壳深部和地幔内的含烃类物质。无机成因论者指出，有机论无法解释巨大的石油资源量，有些油田的石油资源量远远超过沉积物的生烃量。目前勘探已证实，有些天然气确实来源于地幔。
（二）有机成因论
有机成因论为石油地质学的主导思想，几乎所有的石油天然气田都位于沉积盆地内，烃源岩是沉积岩，烃源于有机物干酪根。有机成因论的科学依据在于，世界上已经发现的油气田99.9%都分布在沉积岩中。世界上25个大型含油气盆地占世界发现石油总量的86%，从前寒武纪至第四纪各个时代岩层中均发现了石油，都与沉积岩的分布、与煤和油页岩的分布密切相关。世界上没有化学成分完全相同的两种石油，这与石油的同源性和生成环境的不同有关。石油和煤的灰分均富集V、Cu、Ni、Co，说明石油和煤具有相似的成因。石油是低温条件下生成的，很少超过100度，且油气藏的聚集时间一般为1亿年。以上这些都是无机成因论难以解释的。
（三）石油的现代成因模式
现在绝大多数研究者都是支持石油的有机成因论的，通过进行模拟实验，勘探验证，逐渐提出了石油的现代成因模式。
石油的生油物质为干酪根（Kerogen）。干酪根泛指沉积岩或沉积物中不溶于一般有机溶剂的沉积有机质，其形成实际上在生物体衰老期间就已开始。其时，有机组织开始发生化学和生物降解转化，大分子生物聚合物部分全部被拆散，形成单体分子，通过腐泥化或腐植化过程，形成干酪的前身“地质聚合物”。在成岩过程中，聚合物变大，变复杂，埋深至数十米或数百米，具有很大分子的干酪根才发育起来。
图1 石油和天然气是怎样形成的
数据资源： Wikipedia
在海相和湖相沉积盆地的发育过程中，包括干酪根在内的原始有机质伴随其它物质沉积后，随着埋藏深度逐渐加大，经受地温不断升高，在乏氧的还原环境下，有机质逐步向油气转化。有机质向油气转化可以分为四个阶段：
1.生物化学生气阶段：从地表至1500米深处，温度介于10℃~60℃，以细菌活动为主，相当于炭化作用的泥炭-褐煤阶段，以乏氧的生物化学降解为生气机制，类似“沼气”，以甲烷为主。大部分有机质是以干酪根形式存在于沉积岩中。
2.热催化生油气阶段：沉积物埋藏深度达到1500米至4000米，有机质经受的地温达到60℃~180℃，相当于长烟煤-焦煤阶段，促使有机质转化的最活跃因素是热催化作用。页岩等粘土岩的催化作用十分关键，粘土矿物的催化作用可以降解有机质的成熟温度，促进石油的生成。
3.热裂解生凝析气阶段：沉积物埋藏深度达到4000米至7000米，地温达到180℃~250℃，超过了烃类物质的临界温度，环烷产生开环和破裂，液态烃急剧减少，主要以甲烷及其他气态的低分子正烷烃，在地下呈气态，当采至地面，随着温度和压力降低，反而凝结为液态轻质油。这个阶段是高成熟油气阶段，以凝析气和湿气为主要产物。
4.深部高温生气阶段：当深度超过7000米，沉积物进入变生阶段，到了有机质转化的末期，相当于无烟煤阶段，地温超过250℃，以高温高压为主。石油全部裂解成最稳定的甲烷，干酪根残渣释出甲烷后进一步缩聚，生成碳沥青或石墨，是变质产物。
（四）生油层
生油岩是指能够生成石油和天然气的岩石，由生油岩组成的地层成为生油层。最有利的生油岩相是浅海相、三角洲相和深水湖相，有利于形成粘土岩类生油层和碳酸盐岩类生油层。
浅海相的碳酸盐岩类和粘土岩类都具备很好的生油条件，多处于广海大陆架和潮下带的局限海，属持续低能环境，盆底长期稳定沉降，气候温暖湿润，生物繁盛，水体安静，长期的还原环境使丰富的有机质得以顺利堆积、保存并向油气转化。
二、石油峰值理论（一）哈伯特石油峰值理论简介
1956年，美国著名石油地质学家哈伯特（King Hubbert）教授创造了一个石油枯竭的数学模型，预测石油储量的开发在长期内符合逻辑斯蒂（logistic）曲线。这样在给定时间的石油产量值将由逻辑斯蒂曲线的变化值而确定，在形状上就成一条钟形曲线，被称为哈伯特曲线。他由此得出的结论是：美国不断增长的石油产量会在1966年达到峰值（或者，考虑更大的储量，会在1971年），然后伴随着储量的减少，产量会迅速下跌。这一结论震惊了石油公司和美国石油协会。
图2 哈波特曲线
数据来源：Wikipedia
美国石油产量的峰值实际出现在1970年，并此后一直下降。根据哈伯特的模型，美国石油储量将会在21世纪末之前枯竭。
哈伯特曲线既适用于一个单独油田，也适用于一个地区。当一个油田被发现时，起初的产量是很小的，因为所需的基础设施还没有配置好。当更多地钻井和更好的设备配置起来，石油产量就会不断增加。在某些点上，就会达到一个峰值产量，即使技术进步或钻更多地井也不会逾越这一峰值。峰值后，石油产量慢慢地逐渐地变小。峰值点后，油田枯竭之前，还有一个具有重大意义的点，在这一点上，我们开采、运输和加工一桶石油所消耗的能量与此桶石油所蕴含的能量相等。此时，石油是不值得开采的，油田将会被废弃，不管油价如何，事实都将是如此。这就是著名的“石油峰值”理论。
当人们使用“廉价石油的终结”一词时，涉及到两个方面，价格升高缘于匮乏和石油产量增长的无效率（廉价既包括货币价值也包括能源效率）。在20世纪初期，刚有石油产量时，在最大的油田，每开采50桶油就要消耗1桶油用于抽取、运输和加工过程之中。这个比率随着时间的推移变得越来越没有效率。现在每开采1~5桶油就要消耗1桶油于各过程之中。当这个比率达到1桶开采1桶的点上时，作为能源的石油将变得没有价值。在那个点上，所有用来开采石油的能量将会是一个能量净亏损。因此，社会将要变得更加有效率，更好的来使用剩余的能量。
由热力学第一定律可知，能力是不能够创造的，只能互相转换。不管形态如何，石油也得符合这一自然规律。有机成因说认为，石油仅仅是地质史上的一多奇葩，由亿万年前有限数量的有机物在地下转化而来。除了地热能和潮汐能，地球上所有可用的能量流动和能力储备（包括石油）都是最终来自太阳的供应。
（二）世界石油峰值的影响
20世纪的经济增长和繁荣应归功于作为燃料和肥料来使用的石油，但目前由于缺乏一个适当的替代品，世界将会面临衰退和食物短缺的可能。廉价的化石燃料一直是上个世纪人口爆炸式增长的基础。如果没有适当的替代能源，任何长期的化石燃料短缺都可能会导致大范围的人口变化。可再生能源可能是一种很好的途径，可以减缓世界石油峰值年的到来和随之而来的化石燃料的枯竭。
大灾难。现代科技在很大程度上将石油作为燃料和化学原料，对石油有着很大的依赖性，有人相信石油产量峰值预示着石油枯竭问题将对人类文化和现代科技社会产生巨大的影响。在美国超过90%的运输都依赖于石油，有人认为石油变得越来越没有效率的生产是一个灾难，没有任何其他的能源像石油一样如此廉价开采、容易运输和富含能量。然而，现在许多能源的使用基于生活方式的选择，而不是核心必需品。当能源枯竭如此之迅速，即使大规模的提升公共交通仍然没有足够的能源提供给农业时，饥荒就会发生了。如果对缩小石油储量和增加的替代能源实行能源配额使用，实行严格的经济调整，严重灾难的可能性就会小许多。
市场解决方案。市场解决方案即我们相信油价的上升缘于能源的匮乏，并以此来刺激在石油替代技术和提高石油采收率技术上的投资。非化石燃料的能源生产和非常规石油的开采面临的挑战是这些替代能源正好依赖于它们所想要替代生产的常规化石燃料，这样，因为匮乏使得常规石油和天然气变得更加昂贵，替代能源的生产成本则会更加高。我们可以做这样的推测，随着能量成本超过提取能量所耗劳动力成本，长期内经济由于能源匮乏，生产力下降，其他的能源将会变得越来越具有吸引力。然而，反对者批评说，市场解决方案的支持者错误地将一切都归根于金钱，即他们只考虑到油价，而在现实中，最关键的度量应该是能力效率，就是在开采加工过程中消耗的能量和开采所得到的能力的比率。
增加的燃料效率。任何非严格意义上的石油短缺都可以在燃料效率上取得突飞猛进。这可以在很长一段时间内减轻蔓延的石油短缺的影响（使得峰值点后石油产量的下降速率变得不那么陡峭和严格）。一些政府已经出台了一项关于汽车的最低燃料效率标准的法令。因为能省油减少污染，消费者也越来越购买高燃料效率的交通工具。
政治影响。到2004年为止，美国经济仍然是世界上最大的石油消费者，对石油的依赖在历史上一直如此，将来也仍旧一样。美国在全球超级大国的地位依赖于它强大的经济实力，而这种经济，却严重地依赖于石油。同时，世界上最大的石油储量被沙特阿拉伯所持有，其次是伊拉克、阿联酋、伊朗、和俄罗斯。如果哈伯特峰值发生的话，石油将日益成为一种稀缺商品，我们有理由预期石油主要消费国和生产国之间必然会产生政治和经济摩擦。
（三）关于生活方式的选择
现在的许多能源消费都是基于生活方式的选择，而不是不可改变的行为。自愿简单化运动号召大家从消费至上主义转换观念，来减少商品和服务的消费。物质的使用减少了，能源的需求也就降下来了。进一步说，空闲的时间多了，环境就会得到改善。例如，人们有了时间，就会更多地使用自行车，同样，人们可以把时间用来回家做家庭餐，代替餐馆和杂货店的速装方便食品。
实际上，消费主义者批评道，由于广告和信用卡过分透支的恶化作用，现在我们的经济已经形成了难以更改的陋习，这种陋习已经开始削减财富。如果是这样的话，未来任何在能源供给方面的下降可能强迫人们去打破现有的消费生活方式，并重塑自己的价值观。这样的一个重估过程将会是人们远离高耗能生活方式的起点。其他的说法包括更健康的生活方式（减小对医药资源的需求）、更好的团队关系和家庭关系（减小对用来处理社会难题的政府资源的需求）。
生活方式选择的改善也有着其他的现实意义。首先，在极端情况下，社会的变革要比大规模的基础设施改善迅速得多。其次，消费主义者假设前提是技术可行的，而自愿简单化生活方式仅建立在简单的情况下。最后简单的生活能够减少人们对全球经济必须良好运行的依赖性。虽然如此，如果高耗能生活方式得到进一步提升和改善的话，许多职业就会不服存在，若干商业也会破产。
（四）哈伯特理论的拓展与运用
确定石油产量是否达到峰值时很困难的，直到等现在和潜在的未来产量小于过去产量时才比较明显。全球不断增长的石油的需求和有限的生产能力恶化了这一难题，人口增长和世界经济的增长都影响全球的石油需求。即使暂时有充足的石油储量来满足全球需求，由于缺乏对石油生产、运输和加工设备的投资，石油生产能力的提高存在有许多限制。
根据其石油峰值理论，哈伯特预言美国的国内石油生产两将于20世纪70年代达到峰值。虽然美国的石油生产的确在1970年开始走下坡路，应验了哈伯特理论模型的预测，但是该模型并未准确的预测到峰值后的石油生产路径。事实证明，由于科技的进步，石油生产在峰值前后并未呈现严格对称现象，因为随着开采成本的降低，及采收率的提高，以及增加的燃料效率，都使得峰值点后石油产量的下降速率变得不那么陡峭和严格，石油的枯竭速度有减缓的现象。
图3 美国石油产量变化
数据来源：EIA数据
哈伯特模型的后继者已经修改了模型，并使哈伯特钟状曲线适合于世界的不同地区。如北海、前苏联和深水地区，在那里同样发现了即将来临的峰值。一些人通过美国当前的供气问题和新发现的全球新增石油储量比率的低迷上看到了峰值即将来临的征兆。
虽然哈伯特石油峰值理论有其不足，但是它成功的解释了油田生命周期理论，指出了石油必然枯竭的趋势，与我国资深院士翁文波先生提出的翁氏模型有异曲同工之妙，值得我们好好研究与思考。
编写人：上海分公司赵宇鹏、徐晨
