จุดเริ่มต้นของปิโตรเลียมอยู่ที่ชั้นหินที่มีปริมาณสารอินทรีย์สูงที่เรียกว่า “หินต้นกำเนิด” เป็นหินที่เกิดจากการทับถมกันของเศษตะกอนปนซากพืชซากสัตว์ในอดีตเมื่อหลายล้านปีก่อน ความรู้นี้ยังไม่เปลี่ยน และยังคงเป็นพื้นฐานของการสำรวจปิโตรเลียมทั่วโลกในทุกวันนี้
บทความนี้จะไม่พูดถึงการเกิดปิโตรเลียมและการสำรวจ แต่จะพูดถึงแนวคิดของนักวิทยาศาสตร์บางกลุ่มที่เชื่อว่าปิโตรเลียมเกิดจากวัสดุใต้เปลือกโลกที่ลึกมากและไม่ได้มีต้นกำเนิดจากซากสิ่งมีชีวิต หรือที่เรียกว่า Abiogenic Petroleum Origin ในที่นี้เราจะเน้นเฉพาะทฤษฎีที่เริ่มต้นจากโซเวียต
ทฤษฎีใหม่จากโซเวียต
ย้อนไปสมัยหลังสงครามโลกครั้งที่สอง เมื่อเกือบเจ็ดสิบปีที่แล้ว สหภาพโซเวียตประสบปัญหาขาดแคลนแหล่งน้ำมัน นักสำรวจของประเทศจึงต้องพยายามอย่างมากที่จะหาน้ำมันให้ได้ โดยการคิดหาทฤษฎีและความรู้ทางปิโตรเลียมใหม่ๆ มาใช้ในการสำรวจ จนกระทั่งพบแหล่งน้ำมันขนาดใหญ่ทางตอนเหนือของเทือกเขาอูราล
ต่อมานักวิจัยชาวรัสเซีย N. A. Kudryavtsev เสนอในปีพ.ศ.2494 ว่า การค้นพบแหล่งน้ำมันนี้เป็นผลจากการสำรวจด้วย “ทฤษฎีใหม่” ที่เชื่อว่า ปิโตรเลียมเกิดจากวัสดุในชั้นแมนเทิล (เนื้อโลก) แต่จากนั้นก็ไม่มีรายงานการค้นพบแหล่งน้ำมันขนาดใหญ่ในสหภาพโซเวียตอีกเลย (ในสมัยนั้น)
นั่นเป็นเพราะว่ามีเนื้อหาเป็นนามธรรมมากเกินไปและไม่สอดคล้องกับธรณีวิทยาในทางปฏิบัติ (Glasby, 2005) แต่นักวิทยาศาสตร์ของโซเวียตก็ยังคงมีการตีพิมพ์ผลงานสนับสนุนเป็นภาษารัสเซียอยู่หลายฉบับ แม้ว่าจะมีคนแย้งอยู่บ้างแต่ก็ไม่ได้รับความสนใจ ขณะนั้นยังไม่เป็นที่แพร่หลายกับชาวต่างชาติ
แนวคิดที่ย้อนแย้งกับธรณีวิทยา
ผลงานแรกที่ตีพิมพ์เป็นภาษาอังกฤษ (Porfir’ev, 1974) อยู่ในวารสารของสมาคมนักธรณีวิทยาปิโตรเลียมอเมริกา (AAPG) เมื่อปีพ.ศ.2517 เขียนโดย V. B. Porfir’ev สรุปได้ว่า
- ไม่มีหินต้นกำเนิดที่มาจากซากพืชซากสัตว์ เพราะมีปริมาณสารอินทรีย์น้อยมาก
- ไม่มีการเคลื่อนย้ายของปิโตรเลียมจาก หินต้นกำเนิด ไปยังหินกักเก็บ แต่เชื่อว่ามีการเคลื่อนย้ายในสถานะก๊าซจากกระบวนการแปรสภาพ หรือค่อยๆ ไปทีละน้อยๆ
- ปิโตรเลียมเกิดขึ้นมานานแล้วหลายร้อยล้านปี ตั้งแต่พรีแคมเบียนจนถึงปัจจุบัน ซ่อนตัวอยู่ข้างล้าง
- ปิโตรเลียมที่สะสมในแอ่งต่างๆ ทั่วโลก เกิดจากการเคลื่อนย้ายจากใต้โลก เมื่อสมัยไมโอซีนถึงควอเทอร์นารี (~20-0.01 ล้านปี)
- ไม่เชื่อว่าน้ำมันที่พบในหินอัคนีและหินแปรมาจากการเคลื่อนย้ายของน้ำมันจากชั้นหินตะกอนที่อยู่ใกล้ๆ
- การเกิดปิโตรเลียมเกี่ยวข้องกับชั้นแมนเทิล (เนื้อโลก) และรอยเลื่อนขนาดใหญ่ที่เป็นช่องทางการเคลื่อนย้ายน้ำมันและก๊าซ
ในสมัยที่ผลงานตีพิมพ์ ความรู้ทางธรณีวิทยาปิโตรเลียมยังใหม่ ยังไม่มีใครรู้ว่าปิโตรเลียมเคลื่อนย้าย (migration) ได้ ปัญหาที่นักธรณีวิทยาสงสัยกับทฤษฎีนี้ก็คือ สารประกอบไฮโดรคาร์บอนตัวไหนกันแน่ที่เกิดในชั้นแมนเทิลที่มีสภาพไม่เอื้ออำนวยต่อการเกิดขนาดนั้น? แล้วไฮโดรคาร์บอนเปลี่ยนเป็นน้ำมันและก๊าซได้ตอนไหน? น้ำมันและก๊าซเคลื่อนย้ายผ่านชั้นหินฐาน (หินอัคนี หินแปร) ที่แน่นด้วยแร่จนไม่มีรูพรุนได้อย่างไร หรือรอยเลื่อนที่ว่านั้นเกี่ยวข้องด้วยยังไง? ทำไมน้ำมันและก๊าซไม่เกิดการเปลี่ยนสภาพเมื่ออยู่ในสภาวะแวดล้อมที่เปลี่ยนอุณหภูมิและความกดดันสูง
ทฤษฎีใหม่ ยังคงอยู่ในห้องทดลอง
จนถึงปัจจุบัน ทฤษฎีต้นกำเนิดปิโตรเลียมจากวัสดุใต้โลก “ยังไม่เป็นที่ยอมรับในวงการธรณีวิทยาปิโตรเลียม” เพราะไม่สามารถนำมาประยุกต์ใช้กับการสำรวจได้จริง มีแต่การอธิบายจากสิ่งที่พบแล้วและโยงเข้ากับทฤษฎี ทุกวันนี้เรายังใช้หลักการเดิมของการศึกษาหินต้นกำเนิด หินกักเก็บ และหิน/โครงสร้างปิดกั้นอยู่ (Glasby, 2005)
แต่การพัฒนา “ทฤษฎีใหม่” ก็ยังคงดำเนินอยู่ (เช่น Kutcherov et al., 2010) และระบุว่าข้อโต้งแย้งต่างๆ นั้นไม่หนักแน่นพอ โดยยึดหลัก “ความเป็นไปได้” ที่สารประกอบไฮโดรคาร์บอนสามารถเกิดขึ้นได้ในชั้นแมนเทิล จากผลการทดลองในห้องปฏิบัติการเป็นหลัก (Kutcherov, 2013)
แล้วยังไงต่อ? นั่นสิ ถ้าคิดว่าทฤษฎีใหม่มีประโยชน์ต่อการสำรวจใน “โลกของจริง” อนาคตการสำรวจปิโตรเลียมจะเป็นอย่างไร
ตามหาปิโตรเลียมด้วยทฤษฎีใหม่
อย่างแรก เราต้องลืมเรื่อง หินต้นกำเนิด ลืมแอ่งสะสมตะกอนที่เคยมีสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่ ลืมธรณีวิทยาปิโตรเลียม “แบบเก่า” และมองหาช่องทางที่ทำให้น้ำมันและก๊าซจากใต้โลกขึ้นมาอยู่ในเปลือกโลก คิดว่าไม่ยาก หนึ่งในนั้นก็คือ แนวเปลือกโลกมุดตัว (subduction zone)
แผ่นเปลือกโลกสองแผ่นชนกันถ้ามีความหนาแน่นไม่เท่ากัน แผ่นที่หนักกว่าจะมุดลงใต้อีกแผ่นหนึ่ง รอยต่อระหว่างแผ่นที่สองก็คือ รอยเลื่อนย้อน ซึ่งเป็นรอยเลื่อนขนาดใหญ่ลึกลงไปใต้เปลือกโลกตราบเท่าที่หินยังคงแข็งอยู่ งั้นก็เข้าทางเลย เมื่อเป็นรอยเลื่อนใหญ่เราน่าจะเห็นน้ำมันและก๊าซไหลออกมาอย่าง “มหาศาล” ตามแนวร่องที่เปลือกโลกมุดตัว โดยเฉพาะแถวเกาะสุมาตรา เพราะมีแผ่นดินไหวช่วยเขย่าให้น้ำมันและก๊าซไหลขึ้นมาง่ายขึ้น แต่ดูเหมือนจะไม่เป็นอย่างนั้น
หรืออาจจะไปดูที่ภูเขาไฟมีพลัง หรือที่กลางมหาสมุทรที่เปลือกโลกกำลังแยกตัว พื้นที่เหล่านี้น่าจะมีปิโตรเลียมอย่างมหาศาลสอดคล้องกับที่ทฤษฎีใหม่ระบุไว้ก็ได้
แล้วแหล่งปิโตรเลียมส่วนใหญ่ที่พบในแอ่งสะสมตะกอนของมหายุคมีโซโซอิกและซีโนโซอิก และไม่ได้อยู่ใกล้กับพื้นที่ที่มีรอยเลื่อนขนาดใหญ่หรือใกล้ภูเขาไฟ เราจะอธิบายได้อย่างไร เช่น ในอ่าวไทย หรือ ในภาคอีสาน แล้วปิโตรเลียมในแอ่งเหล่านี้มาจากไหน?
พอคิดเป็นระบบทั้งหมดก็จะเริ่มเกิดปัญหามากขึ้น ถ้ายึดตามหลักทฤษฎีใหม่อาจจะทำให้พลาดในการสำรวจในแอ่งสะสมตะกอนสำคัญ น้ำมันที่พบในหินภูเขาไฟในแหล่งวิเชียรบุรี ก็สามารถอธิบายได้จาก หินต้นกำเนิด ที่อยู่ข้างใต้ ไม่ได้มาจากลาวาภูเขาไฟแต่อย่างใด
คำอธิบายการเกิดปิโตรเลียมจากสิ่งมีชีวิต
ปิโตรเลียมที่พบในหินต้นกำเนิดและหินกักเก็บมีหลักฐานทางชีววิทยา (biomarker) ว่ามาจากสิ่งมีชีวิต หลักฐานเหล่านี้สอดคล้องกับวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตบนโลก และบ่งบอกว่าปิโตรเลียมที่พบในหินไม่ได้มาจากแหล่งเดียว (เหมือนที่บอกว่ามาจากชั้นแมนเทิล) เช่น มาจากพืชบกในยุคดีโวเนียน มาจากแพลงก์ตอนในมหายุคนีโอโพรเทอโรโซอิก หรือมาจากแบคทีเรียในหินทรายอายุกว่าสามพันล้านปี (Dutkiewicz et al., 1998) นอกจากนี้หลักฐานทางชีววิทยายังสอดคล้องกับสภาพแวดล้อมในอดีตขณะที่เกิดหินต้นกำเนิดด้วย เช่น ตัวชี้วัดของพืชบก พบในหินที่เกิดบนบก
การทดลองให้ความร้อนกับเคโรเจน (Kerogen) ซึ่งเป็นส่วนผสมของสารอินทรีย์ในหินตะกอน พบว่าสามารถให้กำเนิดปิโตรเลียมหรือสารไฮโดรคาร์บอนได้ (Tissot & Welte, 1984)
ปิโตรเลียมที่พบในหินอัคนีและหินแปรมีน้อยมาก เกือบทั้งหมดมาจากการเคลื่อนย้ายของปิโตรเลียมจากหินต้นกำเนิดที่เป็นหินตะกอนไปตามรอยแตกของหินรอบข้าง ร่องรอยปิโตรเลียมในหินอัคนีอาจจะเกิดจากการปนเปื้อนของสารอินทรีย์ในหินตะกอนในขณะที่หินอัคนีแทรกตัวผ่านเข้ามาทีหลัง เช่นเดียวกับในหินแปรที่ร่องรอยปิโตรเลียมอาจจะได้จากการแปรสภาพของหินตะกอน
ตัวอย่างแหล่งปิโตรเลียมที่พบในหินแกรนิต ได้แก่ Bạch Hổ oil field (หรือ White Tiger oil field) ในทะเลจีนใต้ นอกชายฝั่งด้านตะวันออกของประเทศเวียดนาม น้ำมันในหินแกรนิตที่นี่ เคยถูกใช้เป็นหลักฐานของ”ทฤษฎีใหม่” แต่จากการตรวจสอบตัวบ่งชี้ทางชีววิทยาในน้ำมันแล้วพบว่ามาจากสารอินทรีย์ของพืชบกและสาหร่ายน้ำจืด ซึ่งได้มาจากชั้นหินดินดาน (หินต้นกำเนิด) สมัยโอลิโกซีนที่ปิดทับและล้อมร้อบหินแกรนิต (ยุคจูแรสซิก-ครีเทเชียส) ภาพข้อมูลคลื่นไหวสะเทือนยังแสดงให้เห็นรอยเลื่อนตัดผ่านมวลหินแกรนิต เกิดเป็นช่องทางให้น้ำมันไหลจากหินดินดานเข้าไปแทรกตามรอยแตกในหินแกรนิต (Hung & Le, 2004)
ก๊าซธรรมชาติที่พบในแหล่งปิโตรเลียมอาจจะมีการปนเข้ามาของก๊าซที่มาจากชั้นแมนเทิล เช่น ฮีเลียมและคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งอาจจะไปปนกับก๊าซธรรมชาติที่ได้จากสารอินทรีย์
การอธิบายด้วยความรู้ธรณีวิทยาปิโตรเลียม “แบบเก่า” นั้นยังสมเหตุสมผล เราไม่สามารถเจาะลงไปถึงชั้นแมนเทิลได้ ยังไงตอนนี้ “หินต้นกำเนิดและสารอินทรีย์” ก็สำคัญสำหรับการสำรวจปิโตรเลียมอยู่ อย่างน้อยก็ให้ความหวังนักสำรวจมากกว่า
อ้างอิง
Kutcherov V.G., A.Yu. Kolesnikov, T.I. Dyuzheva, L.F. Kulikova, N.N. Nikolaev, O.A. Sazanova, V.V. Braghkin (2010), Synthesis of Complex Hydrocarbon Systems at Temperatures and Pressures Corresponding to the Earth’s Upper Mantle Conditions. Doklady Akademii Nauk, 433 (3), 361–364.
Porfir’ev, V. B. (1974) Inorganic origin of petroleum. AAPG Bull., 58, 3–33.
Tissot, B.P. and D.H. Welte 1984. Petroleum formation and occurrence. 2nd Edition, Springer, New York. Waples, D.W. 1985. Geochemistry in Petroleum Exploration. Springer Verlag, Boston, 223 p.
http://en.wikipedia.org/wiki/Abiogenic_petroleum_origin
