油气时代——人类步入的第三个能源时代(下)
责任编辑: 张佳楠
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吕林素,博士,三级研究员,自然资源首席科普传播专家,长期从事宝石学、矿物学、岩石学、矿床学相关研究及展陈设计、科普宣传工作,中国地质博物馆岩石矿物研究室原主任,现聘为四川文化艺术学院教授。
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文图/吕林素.
发表在本刊2024年第3期的《油气时代——人类步入的第三个能源时代(上)》从神话传说和考古发掘中对人类利用油气有了初步认知,本篇继续从文献记载中了解人类探索油气的历程。
文献记载——记录人类认识油气的探索历程
人类发现和利用油气与人类的文明史同样悠久,但人类第一次发现油气的时间并无确切记载,而关于它们的名称、定义、性质和用途在漫长的历史长河中演绎着。众所周知,现代将石油(petroleum)定义为以液态形式存在于地下岩石孔隙或裂隙中的可燃有机矿产,即以烃类包括烷烃、环烷烃、芳香烃等各种碳氢化合物为主的可燃性油质液体,习惯上仍将“石油”当作“原油(crude oil)”的定义来用。而天然气(natural gas,简称NG)则是指天然蕴藏于地层中的、以气态的碳氢化合物为主的各种气体组成的(主要成分是烷烃,并以甲烷为主)、具有特殊气味的无色易燃性混合气体。
油气称谓
据考证,“石油”一词最早出现于北宋李昉等编撰的《太平广记》中,而非北宋沈括的《梦溪笔谈》,沈括却赋予“石油”这一术语以深刻涵义。世人将所有常温下呈液态的憎水性物质,统称“油”,因而将产自地下岩石中的、可燃的“油”状物,称为“石油”十分贴切。不过,“天然气”一词的中、英文名称由来难以考证。史上关于油气的称呼,因时空不同、文化差异、认知分歧、形态各异,曾拥有多种名称。
——石油英文名称的由来。4 000多年前的苏美尔—阿卡德时期,阿卡德人就用saman-iddi或saman-sadi这两个阿卡德术语来指示伊拉克北部的原油泉(Forbes, 1936);约2 600年前的古波斯帝国时期,苏萨人将石油叫做“拉迪那凯(rhadinace,意为‘渗流’)”,这或许是人类有文字以来给石油取的首个名字。然而,远古人类因无法解释石油的理化性质,便给它取了许多带有迷信色彩的名字,像《圣经》(旧约全书)“创世纪”中的石油,就有“发光之水”“普罗米修斯之血”“魔鬼之汗珠”“木乃”“神火”等别称。直到14世纪中叶,才将希腊文中的“petra”(岩石)与拉丁文中的“oleum”(油)组合而成“petroleum”(岩石中的油),这便是石油的英文名称。1556年,德国人乔治·拜耳在一篇关于石油的论文中,首次公开使用了“petroleum”一词,并沿用至今。
——石油中文名称的演变。我国历代对“石油”有许多称谓,并不断演变,东汉至晋代称“石漆”“水肥”(西晋·张华《博物志》);唐代称“黑香油”(唐·玄奘法师《大唐西域记·卷一》)或“石脂”(敦煌藏经洞中的文书《唐开元廿二年沙州会计历》,而北宋·李昉等《太平御览·药部四·石药上》中,各色石脂往往指药用硅酸盐类矿物)或“泥油”(唐·杜佑《通典·卷六十五》)或“石脂水”“黑脂”[唐·李吉甫《元和郡县(或图)志·卷四十》;唐·段成式《酉阳杂俎》];宋代除“石油”外,还称“石脑油”(北宋·掌禹锡《嘉祐补注神农本草》,简称《嘉祐本草》)或“石液”(《梦溪笔谈》);明代称“雄黄油”“硫磺油”“油水”(明·杨慎《艺林伐山·卷四》,明·李时珍《本草纲目》,明·曹学佺《蜀中广记·卷六十六》)或“火井油”(指天然气与石油共生,明·杨慎《丹铅总录》);清代称“地脂”(清·方以智《物理小识·卷二》)、“井油”(清·宋永岳《志异续编》)或“原油”(清·刘锦藻《清朝续文献通考》)。
不过,“石烛”(或指一种固态石油制品,南宋·陆游《老学庵笔记·卷五》;或指石脂灌成烛,元代·札马剌丁等《元一统志》)和“石腊”(《丹铅续录》;今“石蜡”系指一种石油制品)等术语,并非石油的别称。
有趣的是,“油:水,出武陵孱陵西,东南入江”(东汉·许慎《说文解字》),此处的“油”指河流名,在今湖北境内。类似地,北魏郦道元《水经注》之“油水”,今河南信阳(盛产石油)境内的游河,或因历史上产石油之故。
无论是“猛火油”还是“火油”,要么指石油蒸馏产品——从原油中蒸馏出来的高品质、火力猛的燃油(北宋·欧阳修《五代史记》;北宋·司马光《资治通鉴》),要么指高品质的原油(南宋·康誉之《昨梦录》云:“石脑油,出高丽东,日烘石热所出液也”,应为天然蒸馏而得;明·陆应阳《广舆记》载:“石油出肃州南山,又猛火油。”)。北宋时,在京城汴梁(今河南开封)设立的“军器监”——专门制造武器的机构中,设有“猛火油作”——炼油车间(《资治通鉴》),并制作守城用的“猛火油柜”(北宋·曾公亮和丁度《武经总要》),西北边城防城库更是“皆掘地做大池,纵横丈余,以蓄猛火油”“边人用以御敌”(《昨梦录》)。
——日文中对石油的称谓。《日本书纪》中提到“燃烧之土和燃烧之水”,前者指“沥青”,后者指“石油”。表明日本人在1 300多年前就对石油及天然沥青的燃烧特性有一定认知了。600年,日本越后(今新潟县)石油井深达200米(程希荣,1999)或可佐证。
——天然气的中文别称。我国天然气最早在东汉班固《汉书》之“郊祀志”“地理志”中就被称为“火井”,而且它在古籍中尚有很多异名,像“火泉”(《博物志》)、“火龙”(唐·宋居白《幸蜀记》)、“火池”(清·陈鼎《滇游记》)、“阴气”(含硫化氢等毒性很强的天然气,《郡国志》《梦溪笔谈》《太平寰宇记》)、“毒气”(有毒的天然气,东晋·常璩《华阳国志·南中志》、明·宋应星《天工开物》)、“煤气”(《清朝续文献通考》)、“圣灯”(《蜀中广记·蜀中名胜记》)、“井火”(清·丁宝桢《四川盐法志》)、“地火”(清·邓淳《岭南丛述》)、“阴火”(清·李榕《十三峰书屋文稿·自流井记》),等等。
记录油气
人类最早关于油气的记载至迟可追溯到数千年前。最著名的是,在美索不达米亚地区书写在泥板的楔形文字中,就有前10世纪以前关于从死海沿岸采集石油的记载了;在古埃及书写在石板上的象形文字中,古埃及人甚至能估算从地层中渗出的石油量和天然气的逸散量(程希荣,1999);在墨西哥阿兹特克文明桦树皮的绘画中描绘了石油。这些应该是全世界最早关于石油开发利用的珍贵记录。
——中国的“火井”起源。我国是世界上最早发现、开采并使用天然气的国家,可谓世界“火井之乡”。但究竟始于何时,众说纷纭,目前有“西周说”“战国说”“西汉说”和“东汉说”四种说法,其中以“西汉说”更为可信。
一是西周说。《周易》所讲“泽中有火”,学界有三种截然不同的解读:第一,视为油气的最早记载,表明西周时就已发现油气苗在水面的燃烧现象,这一观点在地质学界较为盛行(王嘉荫,1963;陆心贤等,1979;戴金星,1981;刘德仁,1981;刘德仁、刘佳寿,1982;杨文衡、邢润川,1982;申力生,1983,1984;陈实,1984;王国清,2010)。第二,认为风马牛不相及,理由有三:一是时代不对,因“泽中有火”并非出自西周问世的《周易》,而是出自春秋时的《象传》——孔门弟子对《周易》经文的注释之一;二是毫无关联,《象传》曰:“泽中有火,革。”革为卦名,并以天、地、雷、风、水、火、山、泽八种物象,代表乾、坤、震、巽、坎、离、艮、兑八卦;三是主观臆断,《周易·革卦》中的“泽中有火”,释为“上兑为泽、下离为火”之象,象征变革,还有“上火下泽”(《周易·睽卦》)、“火在水上”(《周易·未济卦》)、“山上有火”(《周易·旅卦》)等,若望文生义,好像均可被视为油气燃烧的证据,像“泽中有雷”“泽上有水”又当何解(廖品龙,1979;戈革,1982;张学君,1983;程希荣,1985;王仰之,1988)。第三,或为全新的可燃物,类似于可燃冰(甲烷水合物)的“乙醇水合物”所产生的燃烧现象(杨嘉利,2010),这种观点更为新奇。
二是战国说。2 000多年前的战国时代,我国四川就已凿井取气煮盐了[如1932年吴受彤《四川盐政史》;1960年《科学大众》之《煤气史话》;1978年《石油和天然气》(北京:科学出版社)等]。不过,他们的依据无外乎是《后汉书·郡国志》《博物志》《华阳国志》这些古籍所提供的史料。惟有《华阳国志》载:“郡西南二百里,本有邛民,秦始皇徙上郡实之。……文井江,有火井”。即在描述“临邛火井”时提及临邛的历史——秦始皇移民之事,紧接着讲的却是作者常璩所处时代——东晋用火井煮盐的情况,这实难证明这一事件曾发生在战国时代(刘德仁,1981;杨文衡、邢润川,1982)。
三是西汉说。目前学界存在“临邛火井”与“鸿门火井”谁第一之争,临邛乎?鸿门乎?据考证,“临邛火井”的开凿时间可能发生在临邛地区增设盐官之前,至迟始于前1世纪前后(前127—前67年,刘德仁、刘佳寿,1982;前69—前62年,彭久松,1977),应是我国乃至世界上开凿的第一口油气井;而“鸿门火井”是前1世纪中叶(前69或前61年,谢忠梁,1976)偶然发现的天然气苗,而非人工开凿的天然气井。它们的发现和开发至迟始于2 000多年前的西汉中期,均可被视为我国最早也是人类最早开发或认识的油气井或天然气井(王仰之,1989)。
四是东汉说。依据西晋左思《蜀都赋》、南朝宋范晔《后汉书·郡国志》(仅载有:“临邛(铁)”。不过,唐李贤等注释本中引用了《博物记》中关于临邛火井的记述,见《国学导航——后汉书》)、东晋常璩《华阳国志·蜀志》等史料判定,“临邛火井”确系东汉时开凿(李仲均、李卫,1988)。相传,东汉献帝建安二年(197年)道教创始人张道陵,入川主持在犍为郡武阳县东部(今四川仁寿),开凿了一口卤气共生井——“陵井”(《太平寰宇记》引《郡国志》)。证明我国天然气的开发利用最早始于约2 000年的东汉晚期(胡砺善,1957;刘德仁、刘佳寿,1982)。
——中国的“火井”释义。“火井”并非天然气井的专用名称。在古人笔下,凡是能从地下或井中升腾起烈焰——自然或自燃出火,或所产油气能经点燃出火的井,甚至温度较高的井,统称为“火井”。古籍中的“火井”一词含义或许有五:
一指天然气井。东汉伏无忌《古今注》曰:“宫审地节元年(前69年),上郡(今陕西榆林)沙中夜有火,如粟出不热”(《太平御览》)。《汉书·郊祀志》载:汉宣帝神爵元年(前61年),“祠天封苑火井于鸿门(今榆林米脂)”;《汉书·地理志》又载:西河郡鸿门县“有天封苑火井祠,火从地中出也”;东汉应劭《地理风俗记》也载:“圁[yín]阴县(今神木市东南)西五十里有鸿门亭、天封苑、火井庙,火从地中出。”(见《水经注·河水》),表明前69年在今陕西榆林(地处素有“聚宝盆”之称的鄂尔多斯盆地)发现能自燃的“火井”——天然气井,著名的榆林气田(或为煤型气,张抗,1987)即可证明。
无独有偶,南朝梁孙畅之《述画》曰:“山上有火井,……以草爨之,则烟腾火发”(《水经注·㶟水》,“㶟水”,古水名,今山西省朔州市境内的桑干河上游)。推测此“火井”应是煤型气兼煤自燃,即仅产天然气的乾火井,俗称“乾腔火”。然而,“蓬溪(位于今四川)者,地洼若池,以火引之,有声隐隐出地中,少顷炎炽。夏月积雨停水,则焰生水上,水为之沸而寒如故。秋冬水涸,则土上有焰,观者至焚衣裙。”(刘逵注《蜀都赋》),形象地描述了天然气的井喷场景。南宋王象之《舆地纪胜》也描述了此火井,并指出其具体位置“在长江县(今蓬溪县)客馆镇之北二里伏龙山下”。另外,“陵州盐井,……会有汲水,误以火坠,即吼沸,涌烟气,冲上溅泥、漂石,甚为可畏。”(《太平广记》盐井条);“广政二十三年(960年),井口摧圮,毒气上如烟雾,炼匠缒入者皆死”(南宋·李焘《续资治通鉴长编·卷八》)。北宋端拱元年(988年)“沪州县盐井水竭,令人入井视之,下有吼声如雷,火焰突出,被焚死者八人”(清·徐松《宋会要辑稿·食货志》)。显然,它们 均为卤气共生井。有意思的是,北魏郦道元评价卤火井与乾火井时称:“盖蜀火井之伦,水火相得乃佳矣。”表明古人受时代局限而更关注当时关系国计民生的盐产。
二指卤油气共生井。西汉扬雄或蜀汉谯周《蜀王本纪》载:“临邛有火井,……人以筒盛火,行百余里,犹可燃也。”(见《太平御览·火部二》);晋刘逵注《蜀都赋》曰:“以竹筒盛之,其火无灰。”;《华阳国志·蜀志》也载:“夜时光映上昭(乃天光也)。”“以竹筒盛其光藏之,可拽行终日不灭也。”《水经注·卷三十三·江水》云:“县有火井、盐水,昏夜之时,光兴上照。”推测为液态石油,才能被筒盛,才能被拽行,才能持久燃烧,并且石油纯净时完全燃烧而无灰烬残渣。然而,“民欲其火,先以家火投之。顷许,如雷声,火焰出,通耀数十里。”(《华阳国志·蜀志》),推测为天然气引燃所致;特别是“井有二,一燥一水。”(清·顾祖禹《读史方舆纪要》),这里的“一燥”或指干井即天然气井,而“一水”或指石油、或指卤水,表明“临邛火井”应为“油气卤共生井”。无独有偶,四川自贡一带的海顺井“水、火、油三者并出”(《十三峰书屋文稿·自流井记》);磨子井不仅钻到了大火,还兼有“水、油二种”,均可佐证。
三指火山口。西汉东方朔《神异经·南荒经十则》(此书或为后人伪托)云:“南荒外有火山,……昼夜火燃,得暴风不猛,猛雨不灭。”;《水经注·河水》云:“山上有火井,……源深不见底,炎势上升,常若微雷发响,以草爨之,则烟腾火发。”;《郡国志》曰:“连浑府(即“达浑都督府”)姑衍州(今蒙古国苏赫巴托省额尔德尼查干县境内)遥火山西有火井,……其山似火,从地而发,故名荧台。”(见《太平御览·火部一》)。这里的“火山”或为岩浆喷发所致,其中的“火井”或指火山口。不过,“云中县(今山西大同境内),……火山在县西五里,山有火井,深不见底,以草投之,则烟腾火发,有火井祠。”(《丹铅续录》);“武周县(今山西省左云县南)有黄水合火山水,有火井、火鼠。火井之旁有温井。”(《物理小识》)。其中的“火井”恰好处于大同煤田范围,其中的“火山”或为地下蕴藏的煤型气与煤自燃共同作用所致。
四指温泉井。南北朝谢惠连《雪赋》(“火井灭,温泉冰。”)讲到了火井与温泉的关系。尤其是唐代,从唐玄宗李隆基的《温汤对雪》(“未见温泉冰,宁知火井灭。”),到李贺的《河南府试十二月乐词:十一月》(“御沟泉合如环素,火井温水在何处。”),再到岑参的《冬夕》(“浩汗霜风刮天地,温泉火井无生意。”)。又如,从南宋范成大的《寄题林景思雪巢六言三首其二》(“何处温泉火井,谁家熊席狐裘。”),到明代杨士奇的《题璃林积雪图送张宇初真人归龙虎山》(“江湖千里断行迹,温泉火井皆为冰。”),再到陈琏的《十二月词效李长吉体(其十一)十一月》(“火井温泉何处寻,氍毹醉卧雕房深。”)。诗中的“火井”,当指温泉井,亦称“汤井”“温井”。古人误以为“温泉在上,火井在下,温泉水之所以热气腾腾,正是因为地下燃烧着熊熊烈火”所致(马志飞,2022)。其实,温泉是一种地热异常现象,与地下岩浆有关,就如云南腾冲火山地热相伴而生,成就了最为奇妙的“大滚锅”景观。
五指石油井。明杨慎《升庵外集·卷四》曰:“火井在蜀之临邛,今嘉定、犍为有之。其泉皆油,热之燃。”明谢肇淛《五杂俎·卷四·地部》云:“蜀有火井,其泉如油,热之则燃。”谢寿昌等编《中国古今地名大辞典》载:“火井,在四川犍为县东北八十里井简溪,泉皆油,燃之甚炽”,均表明“火井”内产“热之则燃”“燃之甚炽”的油泉,应谓之“油井”。明曹学俭《蜀中广记》直言盐井中产石油:“国朝正德末年(1521年),嘉州开盐井偶得油水,……此是石油,但出于井尔。”明万历年间,杜应芳和胡承诏的《补续全蜀艺文志·卷四十六》(振绮堂本),将嘉州(今四川乐山一带,包括嘉定、眉州、青神、井研、洪雅、犍为诸县)的“火井”直呼“油井”。《清朝续文献通考》曰:“油矿多在富顺县东北,……盐井多至千余,不过五十处产油。”表明“卤油共生井”占比较少。
——欧洲对油气的早期记录。最早于前1世纪—1世纪,法国的格勒诺布尔(Grenoble)地区已有天然气井(程希荣,1999);1586年,卡姆登在《大不列颠或大不列颠和爱尔兰地理描述》中记录了兰开夏郡发现天然气,被称为“卡姆登的炊具”。
1世纪时,老普林尼在《自然史》中记载:在古代,固态或半固态的沥青更受重视并被开发利用,以考古发掘为证;而更轻、挥发性更强的优质石油,因其易燃性和危险性太大而无法普遍使用。
11—15世纪,欧洲编年史记载了从地表渗漏、岩石裂缝或浅井中人工采集石油的情况。然而,欧洲关于石油的性质、成因及其潜在用途的认识不断深入始于16世纪。1556年,德国采矿专家乔治·阿格里科拉在《德雷金属》中记录了加热石油的用途;1601年,德国炼金术士安德烈亚斯·利巴菲乌斯在《辛格拉瑞姆·第三卷》中详述了轻质和重质石油;1769年,法国皮埃尔·约瑟夫·麦克在《Chymie词典》中为石油的有机起源提供了新的证据;1816—1817年,瑞士博物学家尼古拉斯·西奥多·德·索绪尔相继提出了石油的化学性质和商业应用取决于其品质高低的见解。
17—18世纪时,石油的重要性才凸显出来,特别是随着蒸馏装置、煤油灯、深钻和内燃机的发展,使之得到了广阔的发展空间。
油气分布
人类最早使用的油气要么是从地下裂缝和断层渗漏到地表的,要么是开凿盐井时发现的。古代世界油气主要集中分布于中东地区以及中国的各大盆地。因中东地区蕴藏丰富的油气资源,如今被戏称为“富得流油”的中东。其时,大食(一般指阿拉伯帝国)的“火油”“猛火油”经“丝绸之路”传入中国(《资治通鉴》)。
——古代伊拉克油气。李长久在《霍尔木兹海峡:会不会引爆下一次石油战争》(2012)一文中认为,早在5 000年前,“居住在美索不达米亚地区的苏美尔人、亚述人和巴比伦人,就在幼发拉底河流域的希特镇(Hit,今伊拉克境内,被当地人称为“石油渗漏点”),成功采集到含有天然沥青的油苗,从而开启了后人找寻和探索石油的历史过程”。迄今伊拉克探明的石油储量位居世界第五,比喻为“拧开伊拉克石油龙头将淹没世界石油市场”。
——古代伊朗油气。考古证实,约2 600年前的古波斯帝国(今伊朗西南部)就开发利用石油了。美国学者丹尼尔·耶金在《石油·金钱·权力》(1996)中提到,1908年,波斯在马斯吉德莱曼发现了中东地区的首个大油田。20世纪上半叶,伊朗相继发现了阿加贾里油田(世界上古老的大型油田之一)、加奇萨兰油田(伊朗第二大油田)和阿瓦士油田(常年高居伊朗产油量第一油田的宝座)。如今伊朗已探明石油储量位居世界第四就是明证。
——古代中国油气。历史遗存证实,2 000多年前的中国就开发利用油气了。古代油气藏主要集中于四川盆地(著名的有汉代“临邛火井”、近代“磨子井”——有“火井王”之称)、鄂尔多斯盆地(或陕甘宁盆地,著名的汉代“鸿门火井”、清代“延一井”)、酒泉盆地(西晋时,酒泉郡延寿县发现油气苗,《博物志》)、塔里木盆地[北朝时,新疆龟兹(今库车)一带产石油,唐·李延寿《北史·西域传》]、准噶尔盆地(唐代时,新疆石漆河今精河发现石油,《新唐书·地理志》),其中,以临邛火井、延一井和玉门油田最具代表性。
一是临邛火井。历史上火井县的来历与出处——北周孝闵帝元年(557年)在“临邛火井”所在地设有火井镇,并于隋炀帝大业十二年(616年)升为火井县(《旧唐书·志·二十一卷》),直至元世祖至元二十一年(1284年)。如今的火井古镇具有近1 500年的历史,这里是世界上最早发现并使用油气的地方,这里的众多地名(如油榨沱、油井、火井林等)都蕴藏着丰富的油气密码。千年以来,无论是作为镇还是县,火井未曾更名,真不愧为是世界上最早“火”起来的古镇,这在中国行政地名变更史上实属罕见。

最让人兴趣盎然的是,“临邛火井”不仅成就了昔日的火井县、而今的千年火井古镇,从三国时期蜀汉丞相——诸葛亮[南朝宋·刘敬叔《异苑》曰:“临邛有火井,……火势渐微,诸葛亮一瞰而更盛。”(见唐·欧阳询等《艺文类聚·水部下·井》)],到隋末唐初首任火井县令、大名鼎鼎的天相学家——袁天罡,再到晚唐五代火井人、中华第一女状元——黄崇嘏(参见川剧《火井状元黄崇嘏》,也是黄梅戏《女附马》的原型),冥冥之中谱写了这三位历史传奇人物的别样人生。这里也是汉代才女卓文君(前175—前121年)故里,因而有文井江之名;东晋书法家王羲之对这里的火井更是神往,以《盐井帖》(“彼盐井、火井皆有不?足下目见不?为欲广异闻,具示。”)为证。
关于“临邛火井”的成因,明代杨慎指出:“火井在蜀之临邛,……积阳阴之气所生, 固非怪异。”(《升庵外集·卷四》);西洋来华学者熊三拔则认为:“日为大光,万光之主。光彻于地,则生温热。温热入地,积成燥干。燥干之极,乘气为火。积火所然……”(《泰西水法·卷五》)。”清代纪昀认为:“火气偶聚于巴蜀,遂为火井。”(《阅微草堂笔记》)。这三则文献说明火井是一种自然现象,而非神灵显示所为。如今千年古井中的火,在时光与历史的隧道中,正以自己独特的方式传承着文脉。
二是延一井。《汉书·地理志》云:“高奴县(今陕西延长、延安、安塞一带),有洧(wěi)水(今延河支流——清涧河),肥(指浮于水面上的液态“石油”)可㸐(同燃)。”(见《水经注·河水》)。这是我国迄今已知最早发现石油的记载,并明确记载了石油的产地,也是古人认识石油可燃性的确切证据。到了北宋,“鄜、延(即鄜州、延州,今陕西延安一带)境内有石油”(《梦溪笔谈》),还准确描述了具体位置:“石油井在延长县北90里”(《太平广记》)。《元一统志》载:“延长县南迎河有凿开石油一井”“又延川县西北八十里永平村有一井”,并已有人凿油井,这应该是“延一井”的前身。清代光绪三十二年(1906年),在此开凿了中国著名的“延一井”,即延安县“南:锦屏山,下旧有石油井,用新法凿取,油旺质佳”(清·赵尔巽《清史稿》),从而结束了中国陆上不产石油的历史,并谱写了延长石油的传奇。
三是玉门油田。无论是西晋司马彪的《续汉书·郡国志五》(南朝梁·刘昭注补)还是南朝宋范晔的《后汉书·郡国志五》(唐·李贤等注),均在凉州酒泉郡之延寿(今甘肃玉门东南石油沟附近)词条下,注释时引用《博物记(或志)》曰:“县南有山,石出泉水,大如筥籧[(jǔ qú),意为“圆形竹筐”],注地为沟。其水有肥,如煮肉洎,羕羕永永(同前述“沸沸汤汤”,指产状),如不凝膏(指形态),然(同燃)之极明,不可食,县人谓之石漆。”[此段引文与东晋习凿齿著《襄阳耆旧记》(简称《耆旧记》)中的相同];但与《水经注·河水》中引用《博物志》[“酒泉延寿县南山,出泉水,……与膏无异,膏车及水碓缸(指用途)甚佳。”]和《太平御览·地部三十五·泉水》中引用《郡国志》[“肃州延寿城,有山出泉注地……,得水愈炽(指特性,表明石油火不能用水灭,反而会助燃,只可用泥沙灰土、现干粉灭火器灭之)。”]略异。这些文献或多或少都参考了《博物志》,表明玉门石油至迟发现于西晋。遗憾的是,留传至今的《博物志》古籍中并无上述记载,仅载有:“延寿县南山,名火泉,火出如炬。”(《博物志·异产卷》)和“积油满万石,则自然生火。”(《博物志·物性卷》),说明玉门当时确有天然气(“火泉”),并已认识到石油的自燃特性。到了唐代,《元和郡县志·卷四十》载:玉门县“石脂水在县东南180里”,明确了玉门石油的具体位置。到了清代,此处被当地人称为“石油河”,并且“每年约产二万斤”原油(《清朝续文献通考》)。更重要的是,在此诞生了新中国第一口油井——玉门油田。
油气开采
考古发掘显示,约2 600年前的“苏萨油井”应是世界上最早手工挖掘的油井。约2 300年前的我国战国时代,秦孝文王(前306—前251年)以李冰为蜀守,“穿广都(今成都双流区)盐井、诸陂池”(《华阳国志·蜀志》),在开凿盐井时,无意中发现了油气——“火井”,从此拉开了人类凿井采卤熬盐、开发地下油气资源的序幕。这缘于“火井,盐井也”(《华阳国志·蜀志》),并且“火井与水井同”,特别是“开凿时,……复淘至二、三丈,火始旺”(清·严如煜《三省边防备览·卷十》)之故。古代油气开采技术大致经历了从挖掘井技术、到顿钻钻井技术、再到旋转钻井技术三个阶段。
——挖掘井技术。最具代表性的当数我国汉代“临邛火井”:一说“纵广五尺,深二三丈”(《博物志》《元和郡县志》),三国时一尺合今24.20厘米,而唐代合今30.70厘米,表明该井口约1.2 ~ 1.5米、深约5 ~ 7米或6 ~ 9米,属于大口浅井,井径与井深之比约为1∶3;另一说,“纵广五尺,深六十余丈”(《蜀王本纪》;《太平御览·卷八六九》引《博物志》),汉代一尺合今23.10 ~ 23.50厘米,而宋代合今31.68厘米,表明该井口约1.2 ~ 1.6米、深达140 ~ 190米(开凿这样口径的深井,在当时的技术条件下,极富挑战性),当是世界上最早靠手工挖掘的超深井,并制成双层方形井架(程希荣,1999),也是世界上最早开凿的第一口油气井。遗憾的是,当时开凿的火井多为大口浅井,用简单工具开采,油气很快被耗尽。令人惊叹的是,2世纪时,中国钻井工匠便将打井技术传授到了安息(今伊朗北部)和费加纳(今乌兹别克东部)(程希荣,1999)。
——顿钻钻井技术。我国北宋庆历至皇祐年间(1041—1054年),“蜀始创筒井,用圆刃凿如碗大。”“凡筒井,皆用机械。”(北宋·苏轼《东坡志林》),表明此间开创了冲击式(顿钻)凿井技术,可凿成井筒直径如碗口大小的深井——“卓筒井”,即由宋以前的大口浅井(挖掘)变为宋以后的小口深井(钻凿)。《天工开物》更是对我国古代石油开采工艺做了系统梳理。至19世纪30—40年代,已钻入地下具有自流井构造的浅部油气层——自流气田的大规模开发利用。清道光年间(开凿于1823年,凿成于1835年),四川自贡的燊海井——卤气井,采用冲击顿钻法钻达1 001米,日产气量5 000 ~ 8 000立方米。这是我国打成的世界第一口超千米深井,标志着中国古代钻井技术的先进和高超、传统钻井工艺所达到的技术高峰(李晓群,1993)。
——旋转钻井技术。15世纪,意大利人达·芬奇设计了钻机、钻具和四腿井架,并绘制成图。1845年,美国罗伯特·比尔特获旋转钻机发明专利(程希荣,1999)。其实,转盘旋转钻井法是从我国顿钻钻井法演变而来的,且转盘钻井是旋转钻井法之一。中国近现代油气开采技术表现仍可圈可点,尤其是1938年,台湾锦水气田32号井完钻,井深达3 500米,居世界先进行列。如今,中国的“三桶油”(包括中石油、中石化、中海油)也纷纷开展了旋转导向钻井技术的研发和应用。诚如英国著名学者李约瑟《中国古代科学技术史》一书指出:人类深钻技术的故乡在中国,而中国深钻技术的发祥地在四川,“今天在勘探油田时用的这种钻探井或凿洞技术,肯定是中国人发明的。”
油气成长“五部曲”
综上,上古时期“四大文明古国”或早或晚、或多或少都发现并利用了油气,并各自书写着人类对油气的开发利用史。从世界能源史看,油气的开发利用无疑加速了人类文明的进程,并演奏出油气成长“五部曲”:
第一部,发现油气。约4万年前的尼安德特人遗址中,发现了天然沥青——石油的近亲,即可间接证明。这是由于天然沥青既可作为寻找油气的直接标志,又是评价区域含油气远景的有力证据。
第二部,蒸馏石油。3 800多年前的古巴比伦王国时期,甚至5 500多年前的苏美尔时期,石油蒸馏器的出土,表明当时已广泛开发利用石油及沥青了,还可了解人类当时石油提炼技术水平和工艺流程。这也为数千年来古埃及、两河或印度河“三大文明”都将沥青应用到了极致提供了保障。石油产品之“猛火油”或许曾是中华文明中保家卫国的“大国利器”。
第三部,油气开采。约2 600年前的古波斯帝国时期的“苏萨油井”,是人类历史上最早开凿的油井;2 000多年前的我国汉代的“临邛火井”,是人类历史上开凿的第一口油气井。然而,1 000多年前的北宋时期,我国创立了顿钻钻凿小口深井的精湛技术,是“钻井技术史上的第一次革命”,为近现代钻井工艺技术之雏型,同样“卓筒井”也成为近现代油气井之雏型。这无疑证明我国钻井文明历史悠久、传统钻井工艺技术精深。
第四部,油气为薪。2 000多年前的我国汉代“临邛火井”,最早用竹木或陶管输气煮盐,是手工业能源利用的重大创举,堪称世界之最,见证了中华文明2 000多年前的文明和科技发展,更使中国领先世界上千年。
第五部,油气时代。100多年前,第二次工业革命成就了油气,世界各国若要发展经济、科技、国防,油气就成了重中之重。同样作为标志性能源的石油,曾经影响了一个时代的变革,更赢得了“工业血液”的美誉。
毫无疑问,中国是世界上发现、开发和利用天然气最早的国家。早在近千年前,沈括预言石油必将“大行于世”,可谓前景广阔。如今,油气的广泛使用更是我们现代文明最具特色的表现之一。总之,曾经是“谁控制了石油,谁就控制了世界”。未来,或许是“谁控制了天然气,谁就控制了世界”。