석유 용기에는 무엇이 담겨 있을까? : part 4

고유 특성

석유가 집적구저에 집적됐다는 것은 이미 석유의 생성과 이동 등의 매우 복잡한 과정을 거쳐 왔다는 것이다. 따라서 각각의 석유는 우리의 지문과 같이 자신만이 가진 유일한, 이미 언급한 여러 가지의 특성을 갖고 있습니다. 해양에서 원유가 누출되는 사고가 발생하면 화학적 분석을 통하여 마치 지문이나 DNA를 이용하여 범인을 검거할 수 있는 것처럼 어느 곳의 저류암으로부터 생산된 것인지를 밝힐 수 있다.

 

탄화수소의 기원

탄화수소의 기원에 대해서 생물 기원와 무생물 기원 2개의 상반된 학설이 존재합니다. 첫 번째 학설은 대부분의 지질학자들과 석유회사들의 과학자들이 지지하고, 또한 이 책에서 다루고 있는 것으로 아주 미세한 동식물과 식물 기원의 유기물이 근원 물질이라는 것이고 두 번째 학설은 지구 형성과정에서 여러 가지 작용들과 원초물질로써 석유의 근원을 설명 합니다.

 

생물 기원

 

생물 기원을 주장하는 학자들에 따르면 바다에 사는 다량의 미세 생물들이 오랜 기간 동안 점토질 퇴적물과 함께 해저면에 쌓였습니다. 이렇게 유기물이 풍부한 점토질 퇴적물이 계속되는 퇴적으로 깊게 묻혔습니다. 이 점토질 퇴적물은 더욱 깊게 묻혀서 고화되어 셰일이 됐습니다. 모든 셰일이 근원암이 될 만큼 충분한 유기물을 포함하고 있는 것은 아닙니다. 유기물의 양이 얼마나 있어야 석유가 생성 되느냐는 논란의 여지가 있지만 적어도 3~8%가 되어야 한다고 알려져 있습니다. 

지속적인 퇴적과 지질학적 운동에 의한 침강으로 온도는 상승하고(지구의 중심부에 가까워지는 것만으로 온도가 증가한다는 것을 기억할 것입니다) 유기물이 분해됩니다. 오랜 시간 동안에 걸쳐서 열이 유기물의 대부분을 분해하고 일부가 중합체를 형성했다가 다양한 크기와 구조의 탄화수소가 되는 것입니다. 형성된 탄화수소는 근원암으로부터 빠져나와서 시추를 기다리고 있는 집적구조로 이동하거나 지표면을 통하여 누출되어 공기 중으로 증발해버립니다.

약 30도의 온도에서 유기물이 탄화수소로 변합니다. 퇴적물이 더 깊이 묻혀서 온도가 약 150도가 되면 분자구조가 작은 메탄가스가 주로 생산 됩니다. 240도 이상이 되면 모든 유기물은 이산화탄소와 물 등으로 완전히 분해가 되고 더 이상 탄화수소가 없게 됩니다.

이러한 것으로부터 지질학자들은 석유와 가스가 형성되는 일반적인 깊이에 대해서 체계적으로 정리했습니다. 석유의 생성은 약 2,000m부터 약 4,500m, 가스의 생성은 약 4,500m부터 7,500의 깊이에서 이루어집니다. 지질학자들은 이 깊이를 각각 석유 생성 깊이 범위와 가스 생성 깊이 범위라고 부릅니다. 만약 어떤 석유회사가 7,500m까지 시추하겠다고 발표한다면 목적이 무엇인지 짐작할 수 있스비다.

탄화수소가 생성되어 집적구조로 이동하여 집적된 후에 지각의 지구조 운동이 집적구조를 형성하고 있는 지층들을 지속적으로 변형시킬 수 있습니다. 이러한 지구조 운동으로 집적된 탄화수소가 융기와 침강을 경험하면서 석유 생성 깊이 범위와 가스 생성 깊이 범위를 넘나들게 됩니다. 따라서 석유와 가스가 석유 생성 깊이 범위와 가스 생성 깊이 범위 밖에서도 발견되는 것입니다. 이미 저류암에 집적된 탄화수소가 침강하여 온도가 증가하면 석유는 가스로 가스는 더욱 분해되어 잔류 탄화수소만 남게 됩니다.

 

무생물 기원

무생물 기원을 주장하는 학자들은 탄화수소의 생성에 대하여 보다 넓은 시각을 갖고 있습니다. 한 학설에 따르면 지표면 이하 약 100km에서 300Km의 깊이에 존재하는 맨틀에서 탄화수소가 생성됐다고 합니다. 이 경우에도 탄화수소의 생성 기작은 유기화학적이지만 생물로부터 기원한 것이 아니라 탄소를 포함하고 있는 다른 분자들로부터 기원했다는 것입니다. 탄화철과 지표를 통하여 스며든 물이 반응하여 아세틸렌을 형성하였고 이 아세틸렌이 길고 보다 복잡한 탄화수소로 성장했드는 것입니다. 또 다른 무생물 기원 학설에 따르면 지금의 토성과 목성의 대기처럼 지구의 대기에도 주로 메탄으로 구성된 가스 상태의 탄화수소가 존재했습니다. 이러한 탄화수소가 비처럼 내렸고 오늘날 우리가 발견하는 탄화수소의 기본 물질이 - 적어도 어느 정도 는 - 됐다는 것입니다.

지난 50년간 발견된 탄화수소의 흔적이 있는 운석과 굳은 마그마가 무생물 기원을 주장하는 소수의 과학자들에게 힘이 되고 있습니다. 또한 이 과학자들은 실험실에서 무기물로부터 탄화수소를 쉽게 마들 수 있다는 것을 증명했습니다.

무생물의 화학적 변화 과정으로 다양한 탄화수소가 생성될 수 있다는 것이 분명하기는 하지만 이러한 과정도 생물 기원의 과정만큼 매우 복잡합니다. 그러나 무생물의 화학적 변화과정으로 생성된 탄화수소는 그 동안 우리가 알고 있는 탄화수소 저류암으로 이동하려면 훨씬 긴 시간이 필요합니다. 만약 무생물 기원을 주장하는 학자들이 맞는다면, 지금까지 발견이 되지 않은 탄화수소는 지금까지 발견된 탄화수소보다 훨씬 깊고 기술적으로 어려운 곳에 집적되어 있겠지만 상상할 수 없으 정도의 양일 것입니다.