本刊記者(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“記”):您對(duì)石油成因的爭(zhēng)論如何看?
李揚(yáng)鑒先生(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“李”):石油有機(jī)說(shuō)、無(wú)機(jī)說(shuō)爭(zhēng)論了一百多年,雖然觀點(diǎn)不同,但是他們雙方都各有長(zhǎng)短。我認(rèn)為石油的成因是多元的。在地質(zhì)學(xué)的早期階段,存在各種各樣的學(xué)說(shuō),雖然每種學(xué)說(shuō)都有它的學(xué)術(shù)根據(jù),但也有它的局限性和片面性,爭(zhēng)論到最后大家走到了一起,都是一家人。比如說(shuō),最早的火成論和水成論、災(zāi)變論和均變論,等等。所以,有機(jī)說(shuō)、無(wú)機(jī)說(shuō)雙方爭(zhēng)論了那么多年,都有些固執(zhí)己見(jiàn)。
我們?cè)僦v具體一點(diǎn)。比如說(shuō),有機(jī)說(shuō)認(rèn)為油氣都是由干酪根有機(jī)質(zhì)演變而來(lái)的。但是現(xiàn)在根據(jù)地球化學(xué)的研究,有機(jī)說(shuō)有很多致命的弱點(diǎn),無(wú)機(jī)說(shuō)就抓住這些東西攻擊它。它主要有下列三大弱點(diǎn):
第一,干酪根里面的氫很稀少,而烴類(lèi)的主要成分是氫,嚴(yán)重缺氫的干酪根演變成氫含量非常豐富的烴,氫從何而來(lái)?
第二,就是溫度。實(shí)驗(yàn)室里一般溫度在240攝氏度以上的條件下,才能讓烴源巖中的干酪根裂解出烴類(lèi)物質(zhì)來(lái)。而實(shí)際上,盆地中埋藏于地下的烴源巖地溫一般只有幾十百把攝氏度,相差很多,那么使干酪根演變成烴所需的熱能又從哪里來(lái)?有機(jī)說(shuō)為了自圓其說(shuō),又搞了個(gè)時(shí)間補(bǔ)償理論,用長(zhǎng)時(shí)間來(lái)補(bǔ)償溫度的不足。結(jié)果無(wú)機(jī)說(shuō)又提出,打個(gè)比方,雞蛋在100攝氏度能夠煮熟,但把它放到20攝氏度的環(huán)境里1000年也沒(méi)法熟。
第三,有機(jī)質(zhì)加氫合成烴的實(shí)驗(yàn)表明,在反應(yīng)過(guò)程中除了需要較高的溫度和較強(qiáng)的壓力之外,還得有鐵族元素的催化,但是這些元素是沉積巖里所缺少的。在新疆原油中有33種元素,超過(guò)中國(guó)巖石圈陸殼平均含量1~3個(gè)數(shù)量級(jí),含有18種生物中未發(fā)現(xiàn)的元素,也有較豐富的熱液成礦的親鐵元素鐵、鈷、鎳、錳,這些元素從哪里來(lái)?
記:有機(jī)說(shuō)者是如何反駁的呢?
李:有機(jī)說(shuō)呢也有反駁的理由,說(shuō)你們主張無(wú)機(jī)說(shuō),既然是無(wú)機(jī)油氣應(yīng)該到處都有,干嘛還要到盆地來(lái)?盆地是沉積環(huán)境,就說(shuō)明油氣跟沉積是有密切關(guān)系的,沉積物里就有很多有機(jī)質(zhì)。這樣一來(lái)無(wú)機(jī)說(shuō)者有點(diǎn)難回答。實(shí)際上,兩者之間恰恰在這里找到了共同點(diǎn),因?yàn)檎l(shuí)都離不開(kāi)構(gòu)造的控制。
我是搞構(gòu)造的,杜樂(lè)天先生是搞地球化學(xué)的,根據(jù)他的研究,這些來(lái)自軟流層的地幔流體里頭有氫、堿金屬、碳、氧、氮、硫和各種金屬元素,而且是高溫的,包括玄武質(zhì)巖漿。當(dāng)這些東西上涌到中地殼塑性層時(shí),由于該層的溫度、壓力與實(shí)驗(yàn)室中的條件大體相當(dāng),所以它們可以在其中進(jìn)行費(fèi)-托合成反應(yīng),形成烴類(lèi)。實(shí)際上,油田里頭也不斷有這種無(wú)機(jī)的天然氣發(fā)現(xiàn)?,F(xiàn)在天然氣的無(wú)機(jī)證據(jù)是越來(lái)越多了,也得到了大家的承認(rèn)。后來(lái)有機(jī)說(shuō)者就退了一步,說(shuō)無(wú)機(jī)成因油氣是有的,但不是主要的。
在這個(gè)問(wèn)題上,我把杜樂(lè)天先生的地幔流體的研究成果和目前已知的地質(zhì)事實(shí)結(jié)合在一起,再用我的大陸層控構(gòu)造理論將他們統(tǒng)一起來(lái)。因?yàn)椴还苁怯袡C(jī)還是無(wú)機(jī),都跟地幔流體有關(guān),都受一定的地質(zhì)構(gòu)造控制。把這些問(wèn)題說(shuō)清楚,對(duì)油氣資源的預(yù)測(cè)會(huì)有重大的意義。
記:杜樂(lè)天教授提出了堿性的地幔汁,那玄武質(zhì)巖漿跟堿性地幔汁是不是一個(gè)東西呢?
李:它們都包含在地幔流體里。比如說(shuō)我們單位搞的鉀鹽,這是典型的沉積礦產(chǎn),但是它離開(kāi)深部地幔流體成礦物質(zhì)的供應(yīng),根本就形成不了。說(shuō)來(lái)說(shuō)去,不管是油氣也好還是其他礦產(chǎn)也好,即使是典型的沉積礦產(chǎn),它們一般都離不開(kāi)深部物質(zhì)和熱能的供應(yīng),離不開(kāi)來(lái)自深部地幔流體的作用。
記:就是杜教授所說(shuō)的“熱液成礦”?
李:對(duì)。對(duì)原來(lái)搞礦產(chǎn)的學(xué)者來(lái)說(shuō),熱液這種觀點(diǎn)好接受,把這個(gè)問(wèn)題抓住了以后,許多問(wèn)題都可以迎刃而解?;剡^(guò)頭來(lái)還要談,地幔流體是怎么分布的?它是怎么上來(lái)的?實(shí)際上,地幔流體賦存于軟流層中,至于它是怎么上來(lái)的,則不同的構(gòu)造有不同的控制方式。就拿當(dāng)今中國(guó)東部控制含油氣盆地的上地殼正斷層來(lái)說(shuō)吧。這些控制來(lái)自軟流層的玄武質(zhì)巖漿活動(dòng)的上地殼正斷層,至今仍然被人誤認(rèn)為是切穿巖石圈的深大斷裂。然而地球物理測(cè)深資料表明,這些斷裂一般都終止于中地殼塑性層。
記:這些只下切到中地殼塑性層的上地殼正斷層及其斷陷盆地,怎么會(huì)引起深部軟流層中的玄武質(zhì)巖漿噴溢呢?
李:這里有個(gè)演化過(guò)程。位于中地殼塑性層之上的上地殼正斷層上盤(pán),在自身重力作用下的受力狀態(tài),類(lèi)似于以下伏中地殼塑性層為彈性基礎(chǔ)、以斷層面為自由端的彈性基礎(chǔ)懸臂梁。該盤(pán)在梁的強(qiáng)大彎矩和剪切力作用下,趨向斷層面沉降幅度變大,盆地呈箕狀產(chǎn)出,進(jìn)行楔狀沉積,盆地處于斷陷階段。箕狀盆地沉降幅度往往達(dá)數(shù)千米。斷陷盆地基底在沉降過(guò)程中,勢(shì)必要排走下伏中地殼塑性層物質(zhì)。其中部分熔融物質(zhì)在上地殼壓力作用下,沿上地殼正斷層上侵和噴溢,成為中酸性侵入巖火山巖,其他的則隨中地殼塑性層其他物質(zhì),側(cè)遷到毗鄰的重力作用較弱的下盤(pán),促使該盤(pán)上地殼向上掀斜成斷隆山,造成斷隆山與斷陷盆地如影隨形,兩者組成了盆-山系。斷隆山的中地殼塑性層增厚,重力作用加強(qiáng),阻慢了中地殼塑性層物質(zhì)側(cè)遷,降低了斷陷盆地沉降速率。這時(shí)斷隆山在隆升過(guò)程中,也帶動(dòng)了斷層上盤(pán)沉積物抬升,使沉積中心向盆地中央方向遷移,從而結(jié)束了楔狀沉積,轉(zhuǎn)為向斜狀沉積,盆地從斷陷階段演變到斷坳階段。
斷陷多深,便排走下伏層多厚的物質(zhì),從而引起該部位地殼重力失衡、軟流層上拱和上覆巖石圈地幔及下地殼橫彎隆起。隆起軸部物質(zhì)被壓向兩翼,并產(chǎn)生縱向張性斷裂,導(dǎo)致地幔流體涌入中地殼塑性層,促使該層局部乃至全部基性化。隨后地幔流體又從中地殼塑性層沿上地殼正斷層上升,所以控制玄武質(zhì)巖漿活動(dòng)的斷裂,不一定是切穿巖石圈的深大斷裂。這個(gè)時(shí)期,地幔流體既可以在中地殼塑性層適宜的溫壓條件下合成無(wú)機(jī)的油氣,也可以涌上盆地與其中的烴源巖進(jìn)行反應(yīng)生成“有機(jī)”的石油。所以在松遼盆地的同一區(qū)域,既有“有機(jī)”的石油,也有無(wú)機(jī)二氧化碳?xì)馓铩_@種現(xiàn)象在東海陸架盆地也可見(jiàn)到。在該盆地的同一地區(qū),無(wú)機(jī)的二氧化碳和甲烷氣田與“有機(jī)”的油田“和平共處”。
記:盆地基底在沉降過(guò)程中,雖然排走了下伏中地殼塑性層物質(zhì),但其上面盆地也會(huì)有充填物不斷流入補(bǔ)充吧?怎么該部位地殼會(huì)造成重力失衡呢?
李:不錯(cuò),下面排走物質(zhì)上面補(bǔ)充物質(zhì),地殼厚度并無(wú)多大變化。但是被排走的中地殼塑性層物質(zhì)平均密度為2.8克/立方厘米,新補(bǔ)充的沉積物平均密度只有2.3克/立方厘米,兩者差別較大,所以還是引起該部位重力失衡,軟流層大幅度上拱。盆地演化到最后,地幔流體廣泛大規(guī)模上涌,玄武巖發(fā)育,油氣資源也主要在這個(gè)時(shí)期形成,從而引起上覆巖石圈全面大幅度沉降,形成披蓋狀沉積,使斷陷盆地又從斷坳階段轉(zhuǎn)入坳陷階段。許多專(zhuān)家學(xué)者稱(chēng)這個(gè)階段的沉降為熱沉降,認(rèn)為是地殼散熱引起的冷縮。但是根據(jù)松遼盆地的研究資料,這個(gè)階段由于高溫的地幔流體大量上涌,地殼不是變冷而是變熱。
綜上所述,地幔流體中粘度較大、活動(dòng)性較差的玄武質(zhì)巖漿,其活動(dòng)強(qiáng)度可以作為該地區(qū)地幔流體活動(dòng)強(qiáng)度和油氣資源豐富程度的標(biāo)志。渤海灣盆地玄武巖厚逾1000米,其油氣資源儲(chǔ)量便為我國(guó)各油田之冠。而與其毗鄰的同時(shí)形成的南華北盆地,由于基本無(wú)玄武巖活動(dòng),油氣資源便十分貧乏。海拉爾盆地與松遼盆地為同一動(dòng)力背景同一時(shí)期的產(chǎn)物,也是由于前者缺乏玄武巖,又無(wú)坳陷階的披蓋沉積,因而其油氣儲(chǔ)量無(wú)法與玄武巖活動(dòng)頻繁、坳陷階段沉積最大厚度達(dá)3000多米的后者相比擬。東海陸架盆地油氣資源的分布更為典型。在同一個(gè)坳陷中,其中一個(gè)凹陷一口鉆井鉆遇了基性火山巖,便成為該坳陷中迄今為止唯一發(fā)現(xiàn)了油氣田的凹陷。在另一個(gè)坳陷的一個(gè)凹陷南部,由于有三口鉆井鉆遇拉斑玄武巖,該區(qū)便成為當(dāng)今東海陸架盆地油氣資源最富集的場(chǎng)所。
記:您對(duì)過(guò)去根據(jù)有機(jī)說(shuō)總結(jié)出來(lái)的“生、儲(chǔ)、運(yùn)、蓋、圈、保”油氣藏形成的六大條件作何評(píng)價(jià)?
李:過(guò)去總結(jié)出來(lái)的這些條件,除了“生”需要結(jié)合地幔流體這一關(guān)鍵性因素作出新的思考之外,其他條件都是從生產(chǎn)實(shí)踐總結(jié)出來(lái)的行之有效的寶貴經(jīng)驗(yàn),值得珍惜。
記:您舉了這個(gè)盆-山系的例子,來(lái)證明玄武巖與油氣資源的關(guān)系,但是,除了盆-山系之外,還有其他構(gòu)造類(lèi)型以不同的方式對(duì)地幔流體上涌進(jìn)行控制嗎?
李:有。就我目前的研究,在中國(guó)大陸至少還有兩種構(gòu)造類(lèi)型以不同的方式促使地幔流體上涌:一種是由盆-山系演變而成的仰沖型沖疊造山帶及其壓陷盆地;另一種就是青藏高原這樣的巨型縱彎隆起厚皮構(gòu)造帶。
先談第一種。這種構(gòu)造類(lèi)型對(duì)油氣資源的控制,是我近些年才發(fā)現(xiàn)的。鄂爾多斯盆地油氣資源比較豐富,起初我想用盆-山系觀點(diǎn)來(lái)解釋?zhuān)钟X(jué)得該盆地內(nèi)部并無(wú)上地殼正斷層及其斷陷盆地存在,久久不得其解。后來(lái)我發(fā)現(xiàn)該盆地西緣從前寒武紀(jì)開(kāi)始,一直存在著一條近南北向的賀蘭裂谷(斷陷盆地),其西邊為阿拉善古陸(斷隆山)。三疊紀(jì)時(shí)期,由于中三疊世與晚三疊世之間和三疊紀(jì)與侏羅紀(jì)之間,先后于俄羅斯和加拿大兩地發(fā)生兩起巨大的隕星逆向撞擊事件,使地球自轉(zhuǎn)角速度急劇變慢,從而派生了強(qiáng)烈的自赤道指向兩極的經(jīng)向慣性力和自西向東的緯向慣性力,造成全球性的兩期造山運(yùn)動(dòng)。它們?cè)谟≈О雿u和我國(guó)稱(chēng)為印支運(yùn)動(dòng)。在北半球自南而北的經(jīng)向慣性力,使受東西向商丹上地殼走滑正斷層控制的南秦嶺地槽(斷陷盆地)基底底部剛性的結(jié)晶基底,先后兩次向其北側(cè)秦嶺地軸(斷隆山)中地殼塑性層進(jìn)行順序俯沖,俯沖距離達(dá)50多千米。在俯沖過(guò)程中,結(jié)晶基底俯沖巖板上覆蓋層被刮削下來(lái),形成向南褶皺倒轉(zhuǎn)仰沖推覆的南秦嶺沖褶帶。俯沖巖板則在俯沖過(guò)程強(qiáng)烈的擠壓力和摩擦力作用下,分別發(fā)生超高壓、高壓變質(zhì)作用,并使北秦嶺中地殼塑性層物質(zhì)產(chǎn)生選擇性重熔,形成花崗質(zhì)巖漿巖及其各種豐富的金屬和非金屬礦床。自西向東的兩期緯向慣性力,則使阿拉善斷隆山上地殼先后兩次向東側(cè)賀蘭斷陷盆地應(yīng)變空間仰沖推覆,由西而東形成兩條南北向長(zhǎng)達(dá)600千米的壓陷盆地。斷隆山上地殼在向斷陷盆地仰沖推覆過(guò)程中,其下伏中地殼塑性層頂部便出現(xiàn)了虛脫空間,引起該部位圍壓急劇下降,產(chǎn)生強(qiáng)烈的吸入作用;同時(shí)推覆體的重力也對(duì)斷陷盆地深部上拱的軟流層施行強(qiáng)烈的擠壓,促使其中地幔流體大規(guī)模涌向斷隆山。隨后沿鄂爾多斯盆地各個(gè)大的不整合面進(jìn)入盆地中部隆起帶,形成多層次油氣資源。中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院西北分院的張景廉研究員贊成我這種觀點(diǎn),并邀請(qǐng)我合作。根據(jù)該觀點(diǎn),有關(guān)地質(zhì)事實(shí)得到了合理的解釋?zhuān)谂璧刂邢沦_統(tǒng)包爾漢圖群中也發(fā)現(xiàn)了玄武巖、安山巖、凝灰?guī)r。于是,2009年我們共同完成了《鄂爾多斯盆地深部地殼構(gòu)造特征與油氣成藏》一文,發(fā)表于《新疆石油地質(zhì)》第30卷第2期。我想這種構(gòu)造類(lèi)型的油氣資源,在中國(guó)西部不會(huì)少見(jiàn)。對(duì)于中國(guó)東部海域幾個(gè)油氣田,我原來(lái)只對(duì)渤海灣盆地有所了解,其他幾個(gè)盆地并不熟悉。近兩三年,中國(guó)地質(zhì)科學(xué)研究院邀請(qǐng)我參加他們的東海和南海課題。起初我只閱讀了一些有關(guān)的構(gòu)造資料,發(fā)現(xiàn)東海陸架盆地東部坳陷的新竹凹陷和南海南部的曾母、文萊-沙巴和巴拉望等盆地也屬于壓陷盆地類(lèi)型,它們也有玄武巖或蛇綠巖,便根據(jù)我既有的理論進(jìn)行分析,得出這些盆地應(yīng)該有油氣的結(jié)論。他們告訴我,新竹凹陷臺(tái)灣已經(jīng)開(kāi)采了三十來(lái)年,南海南部這些盆地國(guó)外也正在大力開(kāi)采,這些事實(shí)使上述觀點(diǎn)得到了印證。
當(dāng)前國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)界往往把壓陷盆地稱(chēng)為前陸盆地,其實(shí)兩者的構(gòu)造背景、構(gòu)造層次不同。壓陷盆地的前身是盆-山系,是斷隆山整個(gè)上地殼向斷陷盆地仰沖推覆的產(chǎn)物,屬于厚皮構(gòu)造。前陸盆地是徐士1883年提出的概念,它的前身是陸緣斜坡,相當(dāng)于上述南秦嶺印支沖褶帶南側(cè)揚(yáng)子地臺(tái)上的凹陷,局限于蓋層的薄皮構(gòu)造。它與深部并無(wú)直接聯(lián)系,對(duì)油氣不起什么控制作用。
記:還有另一種構(gòu)造類(lèi)型吧?
李:現(xiàn)在再談第二種構(gòu)造類(lèi)型。青藏高原上地殼經(jīng)過(guò)了印支運(yùn)動(dòng)以來(lái)歷次的造山運(yùn)動(dòng),已經(jīng)“焊接”成一個(gè)剛硬的整體。因而中始新世以來(lái)在印支板塊一再推擠下,便作為一個(gè)整體一次次縱彎隆起。在上地殼縱彎隆起過(guò)程中,其軸部便產(chǎn)生虛脫空間和強(qiáng)烈吸入作用,導(dǎo)致青藏高原周?chē)貐^(qū)的中、下殼物質(zhì)大規(guī)模順層涌入,使高原地殼厚度大增。順便說(shuō)一下,龍門(mén)山地震帶2008年發(fā)生的汶川大地震,便可能是四川盆地中地殼塑性層物質(zhì)大規(guī)模涌入青藏高原所致。青藏高原地殼厚度增加后,勢(shì)必迫使下伏巖石圈地幔向下彎曲成山根。巖石圈地幔在向下橫彎過(guò)程中,其軸部外側(cè)便產(chǎn)生自下而上發(fā)育的張性斷裂,為軟流層的地幔流體大規(guī)模涌入地殼打開(kāi)了通道,從而在下地殼形成了巨厚的殼?;旌先廴趯?。這些進(jìn)入地殼的地幔流體,在上面虛脫空間的吸引下,還上升到中地殼頂部,促使該部位物質(zhì)也部分熔融,產(chǎn)生不同性質(zhì)的巖漿。于是,在班公湖-怒江斷裂帶兩側(cè)的青藏高原厚皮縱彎隆起帶軸部的地殼中,存在著兩個(gè)低速低阻層。上部低速低阻層位于中地殼塑性層頂部,埋深20~25千米,層厚10~13千米。下部低速層則位于埋深50~56千米以深的下地殼,厚度10~30千米。
如上所述,青藏高原的中、下地殼充滿了地幔流體。所以青藏高原的大幅度隆升,不但沒(méi)有破壞油氣的聚集,反而為其腹地和周邊壓陷盆地油氣資源的形成,提供了豐富的物質(zhì)和熱能來(lái)源。青藏高原的基性巖漿及其有關(guān)礦產(chǎn)很豐富,但其自身豐富的油氣資源現(xiàn)在還未得到證實(shí)。
記:我們之前拜訪了肖序常院士,他認(rèn)為蛇綠巖跟油氣之間有關(guān)聯(lián),您認(rèn)為玄武巖與油氣有關(guān)系,都是“幔源說(shuō)”,原理上是一樣嗎?
李:原理是一樣的。根據(jù)一些學(xué)者的研究,事實(shí)上蛇綠巖是鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖石組合,它們都是來(lái)自軟流層(前中生代為異常地幔),與玄武巖漿來(lái)源相同。
記:多年來(lái)的學(xué)術(shù)生涯,讓您最感動(dòng)的是什么?
李:我是個(gè)喜歡理論思維的人,也常常享受到理論思維的樂(lè)趣。當(dāng)我的思路對(duì)頭,抓到了問(wèn)題的實(shí)質(zhì)時(shí),便產(chǎn)生了頓悟,一通百通。這時(shí)我感到自然界是多么有序多么和諧啊。天人合一,從而獲得了無(wú)與倫比的美的享受。我想這是對(duì)一個(gè)探索者最高的獎(jiǎng)賞吧。Ω
后記:對(duì)李揚(yáng)鑒先生的采訪是在河北涿州他的家中進(jìn)行的,因?yàn)槭谴抻缽?qiáng)博士的臨時(shí)推薦我們才知道李先生的,所以,事先的準(zhǔn)備不夠充分,沒(méi)來(lái)得及讀先生的主要作品,只是從網(wǎng)上的資料得知,先生曾被錯(cuò)化為右派,在勞改隊(duì)里待了二十二年。采訪中,我們也談到了他當(dāng)年的坎坷,但先生的語(yǔ)氣一直那么平和沉靜,毫無(wú)怨懟之氣?;貋?lái)后讀先生的書(shū),才了解他當(dāng)年經(jīng)歷過(guò)多么漫長(zhǎng)深重的痛苦。李先生的文章寫(xiě)得是極有鋒芒的,在科學(xué)觀點(diǎn)上毫不含糊,但對(duì)個(gè)人際遇,卻極富包容性。他的回憶錄里有批判、有思考,但沒(méi)有抱怨,更沒(méi)有仇恨,他把一切苦難都注入到自己的心底,釋放出的只是對(duì)真理、對(duì)祖國(guó)的愛(ài),這是和祖國(guó)同在、和祖國(guó)一體的那種人,看到他,就看見(jiàn)我們的祖國(guó)了。