1.石油——化石燃料

日常生活中，我们常提到石油，天然气和煤是三大化石能源。化石能源一词中的「化石」即Fossil，之所以得名化石能源，是因为这些能源由古代生物的遗骸，经过几千万年甚至上亿年的时间变成的。那么石油，这个全球消耗量最大的化石能源，到底是由动物遗骸变成的，还是植物遗骸，还是古代真菌呢？

“多姿多彩”的石油家族

说到石油，大家能够想到的是从油井中喷涌出的、黑色的、粘稠的液体。但实际上，石油及石化产品本身的颜色形态是多种多样的，石油的主要成分是烃类化合物，以饱和烃为主，含有少量芳烃等不饱和烃。经过精馏，分离不同温度下的产物，就能初步得到汽油、柴油、航空煤油、石蜡、沥青等N种粗加工产品。当然原油中也含有硫化物、氮化物等杂质，这些杂质不仅会在燃烧时生成硫氧化物、氮氧化物污染环境，而且还会腐蚀运输管道，所以原油还要经过加氢、脱硫等工艺，除去杂质后才能加工。

石油不仅可以作为燃料，还可以作为化工原料。我们疫情时期用的口罩，里面的聚丙烯熔喷布就是石油化工产品。可以说，石油制品与我们的日常生活息息相关。

最左边那瓶黑色的是原油，之后从左到右的精馏温度依次增加，第二瓶就是高纯度的汽油，最右边则是沥青）

1.2.鼻尖上的石油

在学校的课堂上，老师拿了一组样品到教室，是大庆油田的原油及其不同温度的馏分。比较颠覆笔者认知的是，高纯度的汽柴油其实是很清澈的。汽油接近无色，柴油则是浅褐色。

汽油样品闻着有一股很重的油漆味，很刺鼻。原油闻着有淡淡的酸味和夏天马路上的沥青味，在样品管里根本摇不动，从底部安安静静地躺着。精馏重组分（沸点高的组分）比蜂蜜还粘稠，而沥青就跟原油一样，粘稠到摇不动了（tip：沥青是液体）。

PS：课上因为直接怼到瓶口上闻被老师数落了一顿（做化学实验要注意操作规范哦）。

2.石油的来源：

2.1.石油产生的两种假说：

石油在形态上与岩层中的固态的“化石”形态相差甚远，成份上也并非一般的矿石（能否这么说？）。那么问题来了，这么一坨黑乎乎的东西，咋知道它之前是什么生物呢？

在学术界，关于石油的来源，一共有两种学说。一个学说为石化油学说，大概意思就是石油是由地壳岩层里面的碳形成的，是一种可再生的能源。另一种则是学术界主流观点，即生物沉积变油学说。

依照生物沉积变油学说，石油是古代生物质在地底下经过复杂演化得来的。这句话包含着一个关键：地底下。你没看错，就是这个词。这个词包括了N多条件：

无氧，要不然那些生物质还没变成石油就全都氧化腐烂了；

压力，石油上面那么厚一层土，肯定压力够大；

温度，大致上从地表往下算，每向下30m，地层温度升高1摄氏度；

还可能有微生物活动......

再联想一下，与石油同年代的岩石，大概率是跟石油被埋的深度差不多的，而岩石里可能会含有当年的古生物化石。那么我们是不是把石油埋藏区的岩石挖出来看看，这个问题就大概有答案了呢？

2.2.地质研究提供的初步证据：

上世纪七八十年代，大庆油田的研究员对松辽盆地的页岩、油岩（通俗点就是含有石油的岩石）进行地质研究。研究发现：松辽盆地之前是一片湖泊。

研究人员在岩石中发现了藻类和水生动物的化石，化石中最典型的有两种：轮藻和叶肢介。现存的轮藻只生活在浅水水域中，要求生活水域为弱碱性，多数生活在淡水中，少数生活在半咸水中。叶肢介在生物分类上属于节肢动物门、叶足亚纲、介甲目，现存属种主要生活在陆地淡水水域中，如果水体含盐量在0.05%-1%、PH值在6.6-9.5，就能迅速繁殖。

轮藻结构图

东方叶肢介化石

陆上水域，淡水，微咸，弱碱性。这几个条件凑在一起，读者们是不是能想到这是什么地理环境了呢？没错，湖。而研究人员在岩石中发现的这些生物化石，生活条件又几乎与湖泊完全符合。之后研究人员又发现，这个地层是白垩纪的。白垩纪距今1.45亿年-6600万年前，形成石油的年代也够了。而且研究表明，这个古代湖泊之前经历过一次缺氧事件，形成石油的条件基本都得到了印证。

2.3.化学分析技术追根溯源

通过这个研究，至少我们能推断出，石油应该是水生生物的生物质演变来的。那我们怎么断定是植物还是动物呢？这时候就要用到化学分析了。

我们先复习一下，生物界三大类无非就是动物、植物和真菌。一亿年前的真菌已经进化出了几丁质外壁，而之前的地质研究也没有发现真菌的踪迹，真菌形成石油的猜想基本不可能；而动物界与植物界的核心区别，是有无叶绿体。动物界几乎不存在含有叶绿体的生物，而叶绿体里富含叶绿素，那么我们就可以这么说，动物不含叶绿素，植物含叶绿素。

（不过生物界总有例外）

可能有人会说，植物还有纤维素形成的细胞壁呢，动物没有啊。第一，细菌其实也有细胞壁，只不过主要成分是肽聚糖；第二，现代研究发现，植物的纤维素与木质素是另一种化石燃料——煤的形成原料。纤维素的碳原子骨架结构与煤的类石墨化结构（碳原子以正六边形排布，连接成层状）很相近，化学上也印证了煤是植物变化而来的猜想。

于是我们自然而然地产生了这么一个猜想：如果石油是植物变化来的，那么古代植物的叶绿素应该会变化成了一种化学物质，检测到这种物质，那石油就是植物变的，反之就是动物变的。好巧不巧，正好有一种化学物质符合预期：马来酰亚胺类物质。

这是马来酰亚胺本尊，它的同系列物质都是在其基础上加各种取代基，比如甲基、乙基、苯基。

这是叶绿素a，有没有觉得马来酰亚胺跟它的某部分有点像？

同样是在松辽盆地的页岩油岩取样，研究人员检测了马来酰亚胺类在岩石样品中的含量。马来酰亚胺类已经确认是叶绿素的降解产物或衍生物。那事情就简单多了，只要检测一下松辽盆地的样品里有没有这种物质，基本上这个问题就尘埃落定了。

大致流程就是这么分离的

经过检测，松辽盆地的样品中，存在相当含量的马来酰亚胺及其衍生物，并且检测发现，苯基取代的马来酰亚胺系列占总量比值较高，而且埋藏深度越深、有机质成熟度越高的岩石样品，苯基取代的马来酰亚胺系列含量占比越高。同时，研究人员检测到了几种特殊的马来酰亚胺类：Me,i-Bu马来酰亚胺和Me,n-Pr马来酰亚胺。这两种物质来源于光合绿硫细菌。光合绿硫细菌的存在，也证实了松辽盆地古湖泊曾经经历过缺氧事件。

现在，我们基本确定了，石油是植物遗骸变成的，而且在这种变化中，水生植物占主导地位。但是可能还会有人说：你这验的都是堆石头啊，原油呢？好，直接化验原油：

这份检验报告，检验的样品是珠江口盆地的原油样品。研究人员直接在原油中检测出了马来酰亚胺类物质。随着埋藏深度增加，生物降解程度逐渐降低。这也是为什么我们从图中看到一个峰值的原因：随着深度增加和生物降解程度的增高，马来酰亚胺类物质的含量呈上升趋势。

现在，我们基本就可以想象这样一个场景了：在一亿年前，松辽盆地还是一片湖泊，湖底生活着大量的藻类。在缺氧事件和地质运动后，这些水生植物被埋在了地底，经过几千万年的复杂变化，最终在地底形成了一个油田。

可能读者还在疑惑，松辽盆地在哪里呢？为什么选择这个地方的样品？那我们不妨拿出地图来找一找大庆油田，没错，大庆油田就在松辽盆地。大庆油田是新中国成立后发现的第一个油田，也是松辽盆地地区发现的第一个油田。大庆油田的开发建设，甩掉了中国“贫油”的帽子。

参考文献：

1.李婧仪.石油中马来酰亚胺的形成与分布,2020

2.黄清华,陈春瑞,王平在,韩敏欣,李星军,伍大庆.松辽盆地晚白垩世生物演化与古湖泊缺氧事件,1998

3.高瑞祺,松辽盆地白垩纪陆相沉积特征,1980

作者丨苏辛一 科普创作者

审核丨张训华 青岛海洋地质研究所研究员

来源: 科普中国新媒体

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