美國德州的小鎮Spindletop，1901年1月10日，由油井中爆炸般地噴發出大量石油，為開採「黑金」的瘋狂紀元揭開序幕。
石油與天然氣是什麼？
石油(petroleum)與天然氣(natural gas)主要都由「烴類化合物(hydrocarbon)」組成，所謂烴類指的是成分僅有氫(hydrogen)與碳(carbon)的化合物，化學式可以寫成CxHy的形式，例如：甲烷(CH4)、乙烯(C2H4)、丁炔C4H6…等。這些化合物可以是看不見的氣態、像水一般流動的液態、或是濃稠的漿狀甚至是固態，它們屬於哪種形態取決於化合物分子的大小，一般而言X與Y數字越小者，流動性與揮發性越高，越大者則外型越為固定。所有的烴類都可以燃燒(與氧氣劇烈反應)，進而生成二氧化碳(CO2)與水(H2O)，並釋放出熱能。這告訴了我們兩件事：一是石油與天然氣可以做為燃料，供應人類能量；二是使用這種燃料無可避免地會產生二氧化碳。
石油與天然氣從何而來
石油與天然氣的生成要追溯至回遠古時代，死亡的海藻、浮游生物與黏土(clay)共同沉積到湖泊或是海洋的底部，經歷過與細菌的交互作用後，會生成外表是黑色的有機頁岩(organic shale)。經過了漫長的地質時間，如果有機頁岩被埋入地底深層，例如：2公里到4公里，該處的高溫會使得有機頁岩成份發生變化、並逐漸轉變為一種固態或臘狀的型態，這種只含有高分子聚合物的物質被稱為「油母質(kerogen)」，含有油母質的岩石被稱為「油頁岩(oil shale)」。
燃燒的油頁岩
然而並不是有了油頁岩就會有石油，還需要一點運氣。溫度在石油生成的過程中非常關鍵，要有足夠高的溫度，油母質才會轉變成石油，而如果溫度又再繼續升高的話，石油中較長的分子便會裂解成較小的分子，於是便產生了天然氣。由下圖可以清楚的看到，只有在大約攝氏90到160度的狹小範圍內有機會生成石油而已，這個重要的狹小範圍被稱作「油窗(oil window)」。雖然天然氣能夠存在的溫度範圍較寬，但當溫度跨過攝氏250度時，天然氣便會變成石墨(graphite)，不再是我們能夠輕易運用的石化燃料。一般而言，油窗約存在於地表以下3.5公里到6.5公里之間。
油窗(Oil window)
「石油躺在地底下的一個大洞裡，開採石油就是插一根吸管下去把它吸到地表上來」，這是個相當容易理解，但卻過度簡化的比喻。最重要的一點：石油不是躺在一個大洞裡。此處讓我們由三種基本的岩石談起：源岩(source rock)、儲油岩(reservoir rock)、頂蓋岩(seal rock)。源岩就是前頭提到的有機頁岩，存在於其中的油母質由於難以流動，因此並不是石油公司的目標；石油公司要的，是存在於儲油岩中、流動性高的石油或天然氣。好的儲油岩通常是砂岩，砂岩中約有35%是孔洞，而且這些孔洞彼此的連結性要高，才能夠形成石油與天然氣遊走的通道，由於石油的比重低於水，因此石油形成後會逐漸由油頁岩往上移動，進入儲油岩之中，但容易流進者，通常也容易流出去，因此頂蓋岩變顯得重要。頂蓋岩可以是一般的頁岩、鹽層、或是石灰岩，它們是滲透性較差的岩石，像是蓋子一般壓在儲油岩上，隨著石油或天然氣不斷往上冒，若是遇到斷層(fault)，便會在儲油岩上端形成一個石油圈閉(oil trap)，詳見下圖。石油公司的油井便是鑽入這些石油圈閉，才能取得流動性高的石油、獲得高產量；然而，沒有任何岩石是不可穿透的，因此只要有足夠的時間，頂蓋岩終究會被穿透，使得開採的條件消失。此外，細菌是生成石油的必要條件，然而石油中的細菌，卻也會不斷地消滅石油，事實上，從遠古以來已有無法估算的石油蘊藏被細菌消耗殆盡。
頂蓋岩(seal rock)、儲油岩(reservoir rock)與石油圈閉(oil trap)
在這個小節裡我們快速地認識了許多專有名詞，然而這只是非常概略地介紹而已，各位讀者若想要對石油的生成有更進一步的了解，書店與網路上有更多資料可供參考。此處筆者想要強調的是：石油與天然氣的生成非常不易，從生物遺體的沉積、起化學作用的過程、在岩石間移動的旅途，甚至是被人類開採的時機，都有許多的條件必須被滿足。然而人類卻很可能在數百年間把地球花費百萬年所形成的石油耗盡，足見人類目前消耗它們的速度有多麼驚人。
有鑒於此，除了發展替代能源取代石油以外，也有部份學者正在研究如何模仿自然界石油生成的過程，利用人工的方式，將海藻經由高溫高壓的熱化學反應轉化為性質類似的原油 (crude oil)，並從中提取石油，期望能支援傳統石油的需求以應付石油不斷減少的困境。
石油與天然氣開採狀況
最早人類發現石油，是部分區域的地表冒出黑色氣泡與油狀液體，人們拿它來潤滑機具、或是作為點燈的燃料，這些石油基本上是儲油岩的地層暴露於地表，如上圖右上方所示，因此石油能夠自行冒出、取得非常容易。但前述的情況畢竟少見，隨著人們對石油的需求漸漸增加，大規模開採便成為必要，於是便有人動起念頭往地底下鑽。在1859年，在美國賓州的一群工程師在往下鑽了21.2公尺後，發現油區，首次利用泵浦將石油輸送到地表上來，此時的產量約是每日10到35桶，雖然以今日標準看來，這樣的產量實在低得可憐，但在當時已是重大突破。
20世紀初，一群工程師選擇在美國德州的小鎮Spindletop鑽油，雖然他們的產量每日50桶已遠高於當時的平均值，但是詭異的直覺讓他們選擇繼續往下鑽。1901年1月10日，如往常一般運作的鑽油平台達到了347公尺的深度，接著無預警地開始劇烈震動，一瞬間地面上的鑽油設備爆炸般地往天空飛去，地表出現了高達50公尺的黑色噴泉，讓Spindletop一帶下起了黑雨，這個油井的噴發速率是每日7萬5000桶！由此開始，美國的鑽油重心迅速移轉到德州，石油狂熱讓Spindletop的地價由原本的每英畝10美金，上漲到100萬美金！
由上面的敘述可以看出，陸地上的石油是由淺層往深層一路開採下去，因此當石油公司自己國家陸地上的石油都開採得差不多之後，他們採取的策略便是往其他國家發展或是向海洋前進。海面上的鑽油平台可以是固定在海床上的、人工島嶼式的、或是浮動式的，端看鑽油環境而定，如下圖所示。鑽油平台的目標是在海床底下的石油或天然氣，所以開採原理其實與陸地類似，然而不同的是平台與海床間隔著的洋流增添了許多挑戰；此外，一旦發生意外要援救工作人員或自然環境，難度都非常的高，2010年石油公司BP在美國墨西哥灣發生的漏油意外，造成了嚴重的人員傷亡與海洋汙染便是一例 [註1]。
圖片來源：維基百科(http://en.wikipedia.org/wiki/Oil_platform)
註釋：
[註1] 墨西哥灣漏油事件
2010年4月20日石油公司BP在墨西哥灣(Gulf of Mexico)的一座鑽油平台發生甲烷(天然氣主要成分)洩漏事故，引發爆炸，造成數十名工作人員死傷。災害發生後該油井每日洩漏數萬至十來萬桶原油至海洋中，造成嚴重的海洋生態汙染。更多資訊詳見：中文維基百科〈2010年墨西哥灣漏油事件〉、英文維基百科〈Deepwater Horizon oil spill〉。
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