석유는 어떻게 만들어졌을까, 석유 생성과정, 유전 형성 조건

 

안녕하세요. EnerTravel입니다. 

 

지난 시간에는 석유의 정의와 특성, 분류를 알아보았는데요.

2024.05.15 - [EnergyTok/에너지·정유·화학] - 석유의 정의와 특성, 분류

석유의 정의와 특성, 분류

 

석유는 어떻게 만들어졌을까요?

오늘의 EnergyTok은 '석유 생성과정과 유전 형성 조건'입니다.

 

 석유의 기원, 석유 생성 과정 

석유는 지구상에서 플랑크톤이 등장하기 시작한 수억 년 전의 지질시대에서 만들어지기 시작했다고 학계에서는 판단하고 있는데요. 중동지역의 석유는 대부분 공룡의 활동무대가 되었던 중생대 쥐라기와 백악기 때 만들어졌으나, 영국-노르웨이의 앞바다인 북해유전에서는 고생대층에서도 석유(Brent 원유)가 발견되고 있습니다. 공룡의 활동무대가 되었던 시기와 공간에서, 원유 매장량이 많았다보니, 일각에서는 공룡이 죽어서 석유를 남긴 것이 아닌가라는 편견 아닌 편견이 존재해왔었는데요. 아쉽게도 이는 현재의 과학적 근거로 보았을 때는 정설이 아닙니다.

 

오늘날 가장 유력한 석유 생성과정에 대한 학설인 유기 기원설에 따르면, 석유가 생성되기 위해서는 산소가 차단된 상태에서 다량의 유기물을 함유한 생물의 사체가 일정한 곳에 고여 퇴적되어야 하는데요. 일반적으로 공룡 등을 비롯한 육상동물은 중생대 당시에도 번성했던 미생물 등에의해 퇴적되기도 전에 부패가 이루어져 산소가 차단된 상태로 퇴적되기가 어렵습니다. 

 

그렇다면 진짜 석유의 기원은 어디서 찾을 수 있을까요? 답은 당시 바다에서 찾을 수 있는데요. 중생대 당시 왕성한 화산활동에 의해 대기 중 높아진 이산화탄소(CO2)의 농도로 바다 속 수온은 높아지고, 산소의 양은 줄어들게 되었는데요. 이로써 바다속 유기물(식물성 플랑크톤 등)들이 죽어 묻힐 때는 산소와 어느정도 차단되어 퇴적되어 열과 압력을 받으며 복잡한 구조를 가진 고분자 유기화합물인 '케로젠이 형성되게 되는데요. 이것이 향후 탄화수소(원유, 가스)를 생성할 수 있는 유기화합물이자 석유의 기원으로 알려져 있습니다.

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 유전 형성 조건, 과정 

 

상기 언급한 석유의 기원인 고분자 유기화합물인 케로젠 탄화수소가 생성되더라도 유전으로 성립되기 위하여는 근원암, 저류암, 집유구조와 덮개암이 필수적으로 존재하여야만 지상으로 증발되지 않고 한 곳에 모여 원유가 고여있는 형태로 저장되어 있을 수 있는데요. 바로 이러한 지질구조가 트랩(Trap) 구조입니다.

 

<트랩(Trap) 구조 예시>

 

트랩(Trap) 구조란 단단하게 밑바닥을 받쳐주는 근원암 위에, 지하 지층 중에 석유를 포함하고 있는 암석을 저류암(Reservoir rock)이라고 부르는데, 저류암 내부의 석유는 물보다 가볍기 때문에 부력에 의해서 자연스럽게 심도(深度)가 낮은 상부 방향으로 계속 이동/탈출하여 자신이 머물 수 있는 틈새를 많이 지닌 다공질 사암, 석회암 등의 암석에 스며들게 되고 이러한 암석이 바로 저류암입니다. 그러나 상부에 유체를 통과시키지 않는 암석층을 만나면 도망가지 못하게 되어 갇히게 되는데 이 상부 암석을 덮개암(Cap rock)이라고 부르며, 저류암에 나 있는 틈새를 공극이라고 부르는데, 이 공극 내에 물과 원유 및 천연가스가 함께 채워지는 것이 일반적입니다. 지각 내에서는 이런 암석들은 고온, 고압 상태에 놓이게 되어 스펀지처럼 푹신푹신한 상태로 존재하기 때문에 석유가 스며들어 고일 수 있게 됩니다. 쉽게 말해 물보다 가벼운 원유는 떠오르다가 덮개암에 갇혀 더이상 떠오르지 못한 형태로 발견되는 것입니다.

 

한편 석유(저류암)는 한 곳에 모여 저장되는 것보다 주변에 석유가 다른 곳으로 빠져나가지 못하도록 매우 치밀한 암석으로 둘러싸여 있어야 석유가 그 안에 고여 있을 수 있는데요. 이를 덮개암이라고 합니다. 이처럼 석유가 저류암 내에 모이게 할 수 있는 조건을 집유구조 또는 트랩이라 부르는데 자연계에서 트랩구조의 대부분은 배사구조(Anticline)입니다. 배사구조는 바가지를 뒤집어 놓은 것으로 연상하면 이해가 빠를 것 같네요. 트랩을 덮고 있는 덮개암은 균열이 없는 매우 치밀한 암석층이어야 하며, 대표적인 암석으로 셰일이나 이암(泥岩) 등이 이에 해당합니다. 이와 같이 유전성립은 여러 조건이 동시에 갖추어져야 하는데 지구상에 이 조건을 구비하고 있는 장소는 한정되기 때문에 석유와 가스의 매장이 지역적으로 편재되어 있는 것입니다. 석유는 성질이 물보다 가벼워 암석 내에서 상부로 떠오르려는 성질을 갖는다. 따라서 유전 내에서는 아래로부터 물, 원유, 가스의 순으로 매장되어 있는 경우가 많습니다.

 

오늘은 '석유 생성과정과 유전 형성 조건'를 정리해보았습니다.
다음은 '원유 생산, E&P 사업, 석유산업 Upsteam'을 알아보겠습니다.

 

2023.04.15 - [EnergyTok/에너지·정유·화학] - 원유 생산, E&P 사업, 석유 산업 Upstream

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