석유의 생성과정 조사

[설악산/상지비]

석유의 생성과정 조사

1. 들어서며

석유 생성 과정에 석유 생성 원인에 대한 학설은 무기성인설(Inorganic Theory) 과 유기성인설(Organic Theory)로 대별된다.

무기성인설은 지하의 금속탄화물과 물이 고온 고압 하에서 반응하여 탄화수소가 되었다는 설과 지하에서 탄화수소, 물, 황 등이 섞이면서 고온 고압으로 반응하여 탄화수소가 발생했다는 설과 유기성인설은 태고에 지하에 매몰된 유기물이 지열과 지압, 토양의 촉매작용으로 탄화수소로 변성했다는 설이다. 본 학습의 생물 다양성과 관련한 규조류 등에 의한 학설로 유기성인설을 바탕으로 석유 생성 과정의 이론으로 석유 생성 과정을 정립한다.

2.석유 생성 과정

석유는 동물 또는 식물에 국한되지 않고 주로 물밑에 퇴적된 죽은 미생물들이 해저에 깊은 곳에 가라앉아 쌓이고 겹쳐진 유기물 위에 진흙과 모래 등에 뒤덮여, 그것이 적당한 압력과 지열을 받아 화학 변화를 일으켜 석유가 포함된 석유모암이 형성된다. 석유모암의 틈 사이에 생긴 석유는 지구의 지각변동에 의해 지금의 유전을 형성하고 있는 지층 속으로 이동해 왔다. 현재 석유가 발견되는 곳은 과거 얕은 바다나 호수 밑의 대부분 퇴적암이라는 점과 석유 성분 속에 질소, 황 등 불순물이 함유된 점(유기물인 단백질 분해시 발생) 석유 생성 원인에 대해서는 수억 년 내지 수백만 년 전 태고때 얕은 바다나 호수 등에서 물밑에 퇴적된 유기물이 그 후 지각변동에 의해 땅속 깊이 매몰되고, 그것이 지압과 지열을 받아 탄화수소로 변성되었다는 설이 가장 유력하다. 그 이유는 현재 발견되고 있는 석유의 대부분은 퇴적암에서, 특히 옛날에 얕은 바다나 호수의 물밑에 형성된 지층 속에서 발견되고 있고, 석유의 성분 속에 질소와 황 등의 불순물을 함유하고 있는데, 이것은 유기물인 단백질의 분해에 의해 생긴 것이기 때문이다. 이러한 견해에 입각하여 지하에서 석유를 생성한 퇴적암을 석유의 모암(母岩) 또는 근원암이라고 부르는데, 생성된 석유는 그후 지각 변동에 의해 이 모암을 떠나 현재의 유전을 형성하고 있는 지층 속으로 이동해 온 것이라 하겠다.

현재 억 년 내지 수백만 년 전 태고 때 얕은 바다나 호수 등에서 물밑에 퇴적된 유기물이 그 후 지각 변동에 의해 땅속 깊이 매몰되고, 그것이 지압과 지열을 받아 탄화수소로 변성되었다는 설이 가장 유력(퇴적물에서 석유가 발견되고 있어서)하므로 죽음 유기물이 바다, 강바닥, 습지에 쌓여 진흙, 먼지 등과 섞이고 오랜 세월에 걸쳐 그 위에 침전물이 쌓이면서 발생하는 열과 압력으로 유기물층의 성분이 변해 끈적끈적한 점성의 탄화수소 화합물이 되었고, 이것이 액체와 되면 석유, 기체가 되면 천연가스가 된다는 것이다.

석유광상으로는 배사구조가 가장 전형적이며 배사구조는 석유가 형성되는 퇴적암을 근원암, 여기서 생성된 석유가 고이는 곳을 저류암, 고인 석유가 흘러 넘치지 못하도록 위에서 막아주는 덮개암 등으로 구성

3. 유전의 생성과정

유전이 생성되기까지의 몇 가지 조건은 유기물을 함유한 퇴적암이 널리 발달하여 큰 퇴적 분지가 형성되어 있어야 하며, 적절한 온도와 압력에 의해 화학변화가 진행되어야 한다. 또한, 석유층이 생성되는 사암이나 석회암이 있어야 하며, 지각의 변동에 의해 석유가 고이기 쉬운 지층 구조를 이루어야 하는 것 이다. 그러나 이와 같은 조건은 시간적으로 동시에 성립되어야 하기 때문에 석유를 채취할 수 있는 지역은 극히 한정되어 있기 마련이다.

4. 석유의 매장 구조

석유가 매장되어 있을 만한 지질구조를 트랩(Trap)이라고 부른다. 트랩의 기본원리는 석유가 물보다 가볍기 때문에 물과 함께 있을 경우에는 항상 석유가 물위에 뜨는 형태를 이루고, 동시에 지하의 강한 압력에 의해서 끊임없이 위쪽으로 밀어 올려 지고 있어, 이와 같은 조건에 견디면서 석유가 빠져나가지 못하도록 단단히 붙잡아 둘 수 있는 구조를 말한다. 일반적으로 석유가 있을만한 구조를 대별해 보면 구조트랩, 층위트랩, 콤비네이션 트랩의 3가지로 대별할 수 있다. 구조트랩의 대표적인 것이 배사구조이며, 지각의 습곡작용과 암염돔의 밀어올림에 의해 형성된다. 즉 퇴적 당시에는 수평이었던 지층이 뒤에 지각의 변동으로 밀리고 구부러져 아치 모양의 구조를 가지게 된 곳으로서 대부분의 석유가 이 구조에서 발견되고 있다. 구조트랩에는 이밖에 단층에 의해 저류층의 지층이 절단되어, 그 절단부를 정점으로 석유가 집적된 단층트랩과 단층작용 대신에 암염과 용암이 지층에 관입하여 단층트랩과 마찬가지 구조를 형성하는 관입트랩이 있다. 층위트랩에는 저류층의 지층이 퇴적될 때의 어떤 사정으로 지층 끝이 쐐기모양으로 가늘어지고 여기에 석유가 집적된 첨감(尖減) 트랩, 지층의 퇴적작용이 일시 중지되어 생긴 공간에 석유가 집적된 부정합트랩 등이 있다. 마지막으로 콤비네이션 트랩은 구조트랩과 층위트랩이 혼합되어 만들어진 트랩을 말한다.

5. 석유의 이용

석유제품은 원유를 분별증류(혼합물을 가열해 끓는점이 낮은 물질부터 분리하는 방법)를 통해 정제한 것으로 뷰테인, 휘발유, 등유, 경유, 중유, 윤활유, 나프타 등을 말한다. 이중 휘발유와 경유, 등유는 자동차와 비행기, 선박의 연료, 가정용 연료, 공장가동용 연료로 쓰인다. 우리가 석유하면 떠올리는 그 용도다. 그러나 이는 착각이다. 석유화학산업용 원료로 쓰이는 나프타(납사)로부터 현대인의 삶이 영위되고 있다 해도 과언이 아니기 때문이다. 석유로부터 생성되는 것들은 무엇이 있을까. 가장 대표적인 게 플라스틱이다. 플라스틱은 원유를 증류해 얻은 고분자 화합 물질을 기반으로 만들어졌다. 우리가 즐겨 입는 아웃도어 제품도 석유에서 나오는 나일론, 아크릴, 폴리에스테르 등 합성섬유가 원료다. 생활용품에서도 바세린과 립밤, 보습기능화장품, 향수, 샴푸, 치약은 물론 냉장고·전자레인지 등에도 사용된다. 샴푸 등에는 세정력과 용해성을 위한 계면활성제가, 바세린과 립밤 등에 포함된 미네랄 오일은 석유를 정제하는 과정에서 나오는 젤리 형태의 석유 찌꺼기로 만든다. 특히 바세린은 석유시추 과정에서 끈적한 석유 찌꺼기인 로드왁스(Rod wax)가 작업자들의 몸에난 상처를 빠르게 낫게하는 것을 계기로 탄생했다. 얇지만 질겨 요긴하게 쓰이는 비닐 역시 고향이 석유다.

6. 나서며

공상과학 영화 같은 장면이지만 ‘석유가 없다’는 가정 아래에선 현실에 우리도 모르는 사이 ‘신비로운 검은 물’이라 불리는 석유는 현대의 삶에서 없어선 안 되는 존재가 됐다. 환경을 파괴하는 지구온난화의 주범임에는 틀림없지만 좋은 싫든 화학제품의 밑바탕엔 석유가 깔려 있다. 석유를 에너지 자원으로만 생각한다면 100% 오산이다. ‘탈탄소’는 미룰 수 없는 시대 과제고 이를 위해 대체에너지 개발에 한창인데 대체에너지 개발과 함께 석유에 의존한 현대인의 삶의 패턴에 변화를 주지 않으면 대혼란이 불가피할 만큼 석유가 열일을 하는 것은 부인할 수 없는 사실이다. 석유에 대하여 조사하고 정리하여 공부할 수 있는 기회를 주심에 감사드린다.♧