기름과 가스의 기원

1. 기름과 가스의 기원

1.1. 기름과 가스의 생성

 

석유의 생성 기원에 대해서는 1800년대부터 무기 근원설(無機根源說)과 유기 근원설
로 나누어져 논쟁이 계속되었다. 무기 근원론자는 탄화수소가 무기화학적으로 합성된
다는 점에서, 탄화수소가 지하 깊은 곳에서 탄소와 수소로부터 합성되었다고 하는 설
과 지구가 생성될 때 이미 탄화수소가 존재했다는 설을 주장하며, 모든 탄화 수소가
오랜 세월에 걸쳐서 효율적으로 집적되어 석유가 되었다고 주장하였다. 이에 반해 유
기 근원론자는 동·식물의 유체(遺體)로 이루어진 유기물이 화학작용에 의해 원유를 생
성한다고 주장하고, 실험적으로 퇴적암의 유기물질로부터 원유모양의 액체를 추출하여
유기설을 뒷받침하였다.

 

 이 논쟁에 결말을 지었던 것은 현존하는 원유 속에서 생물체
에서만 유래하는 물질인 바이오마커(biomarker)가 미량이나마 발견된 사실이었다. 예를
들면, 헤민(적혈구의 헤모글로빈)이나 클로로필(식물의 엽록소)의 유도체인 포르피린류,
그 밖에 콜레스테린·카로틴·테르펜의 유도체처럼 광학활성(光學活性)을 지닌 유기물이
원유 속에서 확인되어 석유의 유기 근원설이 확고해졌다.

 

 석유의 근원이 된 유기물은
태고의 바다나 호수의 바닥에 쌓인 플랑크톤이나 조류(藻類), 또는 하천을 따라 운반된
육상생물의 유해 등에서 유래하며, 토사(土砂)와 함께 조금씩 퇴적되었다. 이 퇴적물은
시간이 경과함에 따라 지하 깊숙이 매몰되었으며, 비중에 의해 토사 속에서 가장 세립
인 점토와 함께 퇴적된 유기물은 암석화된 셰일(shale, 혈암) 속에 농축되었다. 특히 유
기물을 많이 함유한 셰일을 석유근원암이라고 한다.

 

 석유근원암의 유기물 중 약 90％
는 케로겐(Kerogen, 油母)이라고 하는, 유기용매에 녹지 않는 고체의 고분자화합물 집
합체가 차지하고 있는데, 이 케로겐은 그리스어 Keros(석유 또는 왁스를 만드는 물질)
에서 유래한다. 나머지 10％는 유기용매에 녹는 유기물로 추출성 유기물 또는 역청 (瀝
靑, bitumen)이라고 하는데, 탄화수소는 이 역청에 포함된다. 생체유기물은 탄수화물·단
백질·지질(脂質)·리그닌으로 구성되며, 소량의 탄화수소 및 색소도 함유하고 있다. 이러
한 성분이 미생물에 의해 당·아미노산·지방산 등의 구성 성분으로 분해된다.

 

그 후 퇴적물 속에 묻혀 있다가 일부는 탈탄산·탈아미노작용에 의해 탄화수소로 변
환되어 역청으로서 보존되지만, 대부분은 축합하여 부식(腐植)을 형성하고, 환원 환경하
에서 축합중합을 반복하여 케로겐으로 변화한다. 케로겐을 열건류하면 석유 상태의 물
질이 생성되는 점과, 세계의 유전지역에서 지하의 상당한 깊이에서 석유가 발견되고있다는 점 등으로 미루어 석유근원암 속의 케로겐이 매몰에 따른 지온(地溫)의 증가에
의해 석유 탄화수소를 생성한다는 것이 최근의 학설이다. 또한 케로겐으로 변화하기
전의 유기물질의 차이에 따라 석유를 생성하기 쉬운 타입(조류)과 가스를 생성하기 쉬
운 타입(육상 고등생물)로 분류된다. 

 

 

지구의 외피내의 온도는 깊이와 함께 증가하는데, 그들을 포함하는 침전물과
kerogen 은 더 나중에 침전된 지층의 아래에 매장되어 따뜻해 진다. Source rock (바다
의 아래에서 또는 호수에서 축적되는)이 더 온도가 증가(일반적으로 >100℃) 되는 것
에 따라, 수소와 탄소 원자의 긴 사슬은 케로겐의 형성을 끝내고, 끈적하고, 점도가 높
은 중유를 이룬다. 더 높은 온도에서(약 160℃을 넘는다) 더 짧은 탄화 수소 사슬의 경
유와 그 다음으로 가스가 분리된다. 석탄의 목질의 kerogen은 분자가 1개인 탄소 원자
를 포함하는 메탄 가스를 주로 형성한다.

자원 바위(source rock)가 기름 또는 가스를 생성하기 시작했다면 그것은 성숙
단계에 있다라고 말하게 된다. 생성되는 가장 중요한 제품은 가스, 기름, 용해된 가스를
포함하고 있는 기름과, 가스 농축물(gas condensate) 이라고 불리는 용해된 기름을
포함하는 가스이다. 농축물은 높은 지하의 온도와 압력에 발견되는 가스 농축물에서
비롯되는 경유이다. 특히, 경유는 북해의 유전지대에서 가장 많이 생산 되는 중요한
제품이다.

기름은 3-4.5km 의 깊이, 5-6km에서는 가스의 형태를 이룬다. 더 깊숙이 매장되게
되는 잔류 케로겐은 탄화 되고，hydrocarbon을 더 이상 형성 하지 않는다. 이런 깊이
의 매장은 지구의 대륙판이 기각변화에 의하여 아래로 내려가 고 있는 지역에서 일어
난다.