俄烏戰爭爆發以后，歐洲被迫停止從俄羅斯進口天然氣，價格暴漲……
另外，現在的美國已經基本實現能源獨立，其中的關鍵就是天然氣……
原本，大家的關注點都在石油上，但是這次天然氣似乎成了很多人關注的焦點，有人在后臺留言，讓我科普下天然氣。
我想了下，覺得有這個必要。
今天我們就給大家普及下天然氣是如何形成的。
從字面上理解，“天然氣”就是指天然存在的氣體，比如氧氣、二氧化碳、氮氣等。但是，在石油地質學中，所謂的“天然氣”通常指油田氣和氣田氣。
我們普通人口中的“天然氣”其實就是家里煮飯、洗澡用的天然氣，其主要成分是甲烷。
甲烷是非常常見的一種氣體，只不過我們大多數人沒有留意而已。
我們經常看到，在沼澤地、污水溝或糞池里，有氣泡冒出來，拿著火柴就可把它點燃……由于這種氣體最先在沼澤里面發現的，所以被稱為“沼氣”。
沼氣的主要成分就是甲烷。
沼氣和天然氣的區別就在于甲烷含量的多少：沼氣中的甲烷比例在50-80%之間，天然氣中的甲烷比例在85%以上。
年紀稍微大點的朋友一定知道，以前的農村非常流行建設沼氣池的：只要將糞便、雜草、污泥等垃圾倒進一個密封的池子里面，要不了多久就能生成沼氣。
為什么這些東西放到一起會生成甲烷？
因為這些物質里面都含有有機質。
什么叫做“有機質”？
“有機”的表面意思就是：有生機，有生命。
所謂的“有機質”就是指：來源于有生命的物質。
有生命的東西叫什么？
叫做“生物”。
生物有哪些？
生物就是指有生命的物種，包括動物、植物、細菌、真菌等。
有機質主要是由有機化合物組成的。
有機化合物主要是由碳元素、氫元素組成，所有的生命體都含有機化合物。
甲烷就是由碳、氫元素組成的最簡單的有機化合物。
動植物都是有機物，含有大量的碳氫元素，所以你把糞便、雜草等放到密封的池子里面，通過一段時間與空氣隔絕，在適宜的溫度、PH值下，經過微生物的發酵作用產生甲烷。
上面說了這么多概念就是要告訴大家一點：無論是石油，還是天然氣，其實都是由大量動植物的“尸體”在一定溫度、壓力等條件下經過復雜的化學反應，最終才生成的。
這時就出現一個問題：哪里含有大量動植物的尸體？
粘土里。
動植物死后就變成泥了，所以泥里面就含有大量的有機物。
比如，河里的淤泥里就含有大量的有機物，土壤里面也含有大量的有機物。
如果把粘土埋到地下幾百米、甚至幾千米的地方，經過不斷的壓實，它就變成巖石了，這種巖石我們把它叫做“粘土巖”。
粘土巖分為兩種，它們分別叫做泥巖和頁巖。
說到這，我相信稍微聰明點的朋友就知道我們到正題了。
這些年，美國石油和天然氣的產量不斷增加，主要就是發現了頁巖油和頁巖氣。
泥巖和頁巖有什么區別？
大家看看下面的兩個圖：
泥巖就是黑乎乎的一團，沒有什么層理；
頁巖就像書一樣，一頁一頁的——下面這張圖就是油頁巖。
泥巖和頁巖都是非常常見的，很多風景區就有很多的頁巖。
大家了解完泥巖和頁巖后，我們還要給大家普及一種巖石：砂巖。
所謂的砂巖其實就是砂石和一些亂七八糟的東西混合到一起，經過不斷地壓實，發生物理、化學作用，最終形成的一種巖石。
比如，河里有沙子，那些沙子里面有泥和一些其它的物質，把它們不斷地壓實，最后就成了砂巖。
哪里的有機質最多？
泥里的有機質最多。
哪里的泥最多？
湖里、海里的泥最多。
為什么？
因為湖、海都比較深，河流會把泥帶到湖里和海里，一層一層沉積下來，越積越深，最后那些泥就成了泥巖和頁巖（海里就形成碳酸鹽巖）。
我們重點和大家說陸地河流和湖泊里面的泥巖和頁巖，海里碳酸鹽巖產生石油和天然氣的原理和陸地上河流湖泊是大同小異。
現在我們舉個例子：假設有一個非常深的湖，湖的四周有很多河流，夏天來臨了，高山上的積雪融化，洪水帶著沙、泥不斷涌入湖里……
大家看下面的圖：河水帶著沙泥流向湖里，比較粗的沙子水流帶不動，所以就靠近岸邊沉積下來了，然后是細砂、粉砂，最外面的就是泥了。
現在，冬季來臨了，河水一下子就小了，這時一些沙子就無法被帶到湖里，只有泥比較輕，能被帶到湖里……這樣，泥就覆蓋在沙子上……
夏季又來了，水流大了，水又帶著沙子蓋在泥上……
就這樣，日復一日、年復一年，最終就會形成一層沙子、一層泥的結構！
這些沙子和泥越積越深，慢慢地就變成泥巖和砂巖。
隨著壓力和溫度的不斷升高，在漫長的時間內，泥巖里面的大量有機質在復雜化學反應下，就慢慢地變成石油和天然氣了。
由于泥巖非常的致密，它是沒有辦法儲存油氣的，于是那些油氣就運移到砂巖中……
下面圖中的生油巖就是泥巖、運載巖就是砂巖。
由于氣的密度比較小，所以它就聚集在砂巖孔隙的最上方，油在下方，水在最下方……
這里面的氣就是我們所說的天然氣了。
了解這些內容后，大家就很容易理解了：如果你想要找油氣田，應該到哪里找？
對的，到盆地里面找。
盆地的四周都是高山，在億萬年前，它們就可能是一個湖泊，里面就可能有大量的泥巖，就有生成石油和天然氣的可能。
比如，整個四川就是一個大盆地。四川就有很多的石油和天然氣。
目前，世界范圍內的絕大多數油氣田都分布在盆地中。
我們上面說的這種模式是伴隨著油田的，既有石油，又有天然氣，這種模式叫做“油田氣”。
一般來說，這種模式下，天然氣的量是相對比較少的，以開發石油為主。
比如，大慶油田也有一些天然氣，但是那個氣量比較少，利用價值比較低——大慶油田由無數個小油田組成的，有些小油田的天然氣比較少，沒有收集價值，直接排放到空氣中會污染空氣，所以更多的時候就把它直接燒掉了。
那么，純粹的氣田是如何產生的？
假設有一個油田，它埋在地下1000米的深度，里面都是石油。但是隨著時間的延長，油田上方還不斷有沉積，慢慢將這個油田壓到地下5000米，甚至10000米的深度……
這個時候會發生什么？
埋得越深、壓力就越大，溫度就越高……
在高溫、高壓下，石油就發生裂解，變成了天然氣——正常情況下，每向下100米，地層溫度上升到3-4°C，10000米的地方，溫度就是350°左右。
所以，一般情況下，氣田都比較深，因為越深的地方溫度和壓力就越高，就很難以石油的形式存在了。
比如，我們在塔里木油田就發現了大量的氣田，它們的深度在8000米左右。
再比如，中東地區石油非常豐富，油田深度一般在1400米左右。但是，在波斯灣有個世界上最大的氣田——南帕爾斯天然氣田。
南帕爾斯氣田是這個世界上已經發現的最大氣田，它歸伊朗和卡塔爾共有，深度在3000米左右。
還有中國發現的最大規模海相整裝高含硫氣田就是四川的普光氣田，深度大概在5000米左右。
上面說的這些油氣田中的石油和天然氣都是儲存在砂巖中的，還有另外一種油田氣。
大家還記得我們在文章開頭說的頁巖油和頁巖氣嗎？
頁巖是粘土巖的一種，里面也含有大量的有機質，也能生成石油和天然氣。
那么，頁巖油和頁巖氣又是怎么回事呢？
這時，我們要回到上面的一個圖：河流攜帶泥沙流入湖泊或大海，砂在靠近岸邊的地方沉積下來，泥比較輕，所以在比較遠的地方沉積下來……
這時就會出現一種情況：在深湖區或深海區，根本就沒有砂巖，全部是泥。
這些泥被不斷壓實后就變成了泥巖和頁巖。
泥巖可以生成石油，但是它是無法儲存石油和天然氣的，所以它只能運移到具備儲存能力的砂巖中。
頁巖則不一樣，頁巖也可以生成石油和天然氣，而且它像書一樣，是一頁一頁的，在每頁之間就有了一定的孔隙或裂縫，那些孔隙和裂縫就可以儲存石油和天然氣，這就是所謂的“頁巖油”和“頁巖氣”。
砂巖里面有孔隙，所以石油和天然氣能相對比較容易被開采出來。但是，泥巖和頁巖里面含有大量的束縛水，里面的石油和天然氣是很難被開采出來的。
一塊砂巖，里面有很多孔隙，那些孔隙里面儲存一些水，這些水是可以流動的，所以叫做“自由水”。但是，泥巖里面含有一些礦物質，孔隙里面的水被束縛住了，無論如何它都是無法流動的，所以才叫做“束縛水”。
砂巖里面的水可以自由流動，所以我們可以注水開發，甚至注氣開發，但是頁巖就不一樣了，頁巖里面的束縛水把整個孔隙都堵死了，不能自由流動，所以你是很難注水開發的。
頁巖比較致密，依靠常規開發能產出的石油或天然氣是非常少的，所以需要采取水平井和大型壓裂——把頁巖壓成無數條裂縫，彼此之間相互溝通，然后油氣才能出來。
另外，由于無法通過注水等方式補充能量，所以它的產量遞減速度非常快。
正常的油氣田，通過補充能量開發，能開采五年、十年，甚至更久，但是頁巖油氣田可能只開發幾年就報廢了，大量的石油和天然氣無法被開采出來。
美國大量開采頁巖油和頁巖氣，好壞參半吧。
好的是，在短期內開采出來大量的石油和天然氣；壞的是，由于目前的技術還不能滿足開發需求，等于是在破壞性開采。
總之，現在頁巖油、頁巖氣的開發技術還不成熟，極容易造成大量的浪費。
至于我們中國，也有大量的頁巖油和頁巖氣！
根據2004-2006年中國油氣資源評價結果，中國頁巖氣資源7199.4億噸，可采資源2432.4億噸；頁巖油資源476.4億噸，可采資源159.7億噸。
當然了，這個數量只是根據泥巖、頁巖的面積和厚度估算出來，其數據與真實數據可能差異極大；另外，這些油氣資源到底分布在地下哪個位置也是不確定的，需要進行不斷地勘探。
但是，不管怎么說，這個數據還是非常可觀的，就算按照估算打個半折，然后再打個半折，那也有500億噸以上——目前，中國每年消耗大概7億噸石油和1億噸天然氣。
我們也在研究頁巖油、頁巖氣的開發，但是由于我頁巖油埋深在3000米左右，遠深于美國的1000米左右，所以勘探、開發難度都比較大，開發成本比較高。所以，總體上有進展，但是規模還不太大。
我相信我們的科技人員一定能攻克這些難題的，一旦攻克了，將來我們就再也不怕石油和天然氣上再被人卡脖子了。
全文到此為止，如果您覺得寫得不錯，記得轉發支持下哈。
來源 | 天涯時事，在此致謝！
