석유는 지구상에 플랑크톤(바다에 부유하는 떠살이생물)이 나타나기 시작한 수 억년 전의 지질시대부터 만들어지기 시작했으며 땅속에서 다양한 상태로 생성됐음을 보여주고 있다. 최대 생산지인 중동지역의 석유는 대부분 공룡의 활동시기였던 쥬라기(1억3600만년전)와 백악기(1억9000만년전)때 만들어졌으나 북해 유전(영국-노르웨이 앞바다)의 석유는 고생대(5억7000~2억800만년전) 층에서 생성됐다고 본다.

석유는 멀게는 5억년 전에, 가깝게는 1억년 전에 생성됐다고 하는 바 그 후에도 계속돼 지금도 생성과정 중인 곳이 있는지 궁금할 뿐이다.

석유생성 원인에는 무기 기원설과 유기 기원설이 있는데 대다수의 과학자들은 유기 기원설에 무게를 두고 있다. 그 이유는 다음과 같다. 석유에서 생물체 내에서만 존재하는 것으로 알려진 리그닌 또는 프로피린스(식물의 엽록소와 동물의 혈색소에 존재하는 물질)이라는 물질이 발견되는 것으로 보아 공룡이나 커다란 나무뿐만 아니라 호수나 바다에 살았던 규조, 플랑크톤 등 생물이 죽어 그 잔해의 알갱이가 미세한 진흙, 미사(微沙) 등과 함께 바다나 호수 밑에 퇴적되고, 그 위에 계속 퇴적물이 쌓이게 되어 시간이 흐름에 따라 지열과 상당한 압력을 받게 되어 석유생성물질이 석유로 변해 배태된 것이다.

그것은 마치 참깨에 열과 압력을 가하면 참기름이 짜여 나오는 것과 비슷한 원리다.

이렇게 석유가 생성 되는 퇴적암을 근원암(根源岩)이라 하며, 이 근원암은 석유가 머물 수 있는 공간이 부족하다. 따라서 물보다 가병운 석유는 근원암에서 빠져 나와 자신이 머물 수 있는 틈새를 많이 지닌 다공질 사암, 석회암 등의 암석으로 이동해 스며든다. 이러한 암석을 석유를 저장하고 있다고 해서 저류암(貯留岩) 이라고 하고, 저류암에 나있는 틈새를 공극(孔隙)이라 부르는데 이 공극내에 물과 원유, 천연가스가 함께 채워지는 것이 보통이다.

석유를 함유할 수 있는 조건을 집유구조 또는 트랩(Trap)이라 하는데 자연계에서 트랩의 대부분은 배사구조(背斜構造)가 차지한다. 배사구조는 바가지를 엎어 놓은 것을 연상하면 이해하기 쉽다. 석유는 물보다 가볍기 때문에 암석 내에서 상부로 부유하려는 성질을 갖는다.

따라서 구조 내에서 아래로부터 물, 원유, 가스의 순서로 쌓여 있게 된다. 석유는 주로 퇴적암에 채워지는 것으로 알려져 있다.

그러나 화산암이나, 화강암에 균열이 심하게 일어난 경우에도 석유가 모여 있을 수가 있다.

석유가 일단 근원암에서 생성돼 더 이상 머물 수 없게 되면 이동을 하다가 적정한 트랩을 만나면 머물게 되는데 배사구조 외에도 여러 가지 트랩이 있다.

석유는 탄화수소라고도 한다. 그 이유는 주 성분이 탄소와 수소의 화합물이기 때문이다. 석유를 분석하면 탄소함량이 80 ~ 86%, 수소 12 ~ 15%, 기타원소 1 ~ 3%로 구성된다. 기타 원소로는 유황, 질소, 산소, 바나디움 등이 포함되기도 한다.

석유는 보통 물보다 가볍고, 불투명하고, 끈기가 있는 암갈색으로서 특유한 냄새가 난다. 탄화수소는 서로 연결된 탄소원자의 수와 분자수가 작을수록 끓는 점이 낮다. 이러한 끓는 점의 차이를 이용해서 분자의 크기가 다른 탄화수소를 분류해 낼 수 있다.

석유의 액체상태를 원유라 부르고, 기체상태로 있으면 천연가스라고 한다. 석유개발을 할 때 원유나 가스를 가려서 탐사하지 않는다. 지하의 탄화수소가 원유인지 천연가스인지는 시추 후 알 수 있고 지상으로 꺼내봐야 그 성상도 가려 낼 수 있기 때문이다.

석유는 그 밀도에 따라 중질유(重質油: API 30도 이하), 중질유(中質油: API 30~33), 경질유(輕質油: API 33도이상), 초경질유인 컨덴세이트로 구분된다. 석유는 어느 지방 어느 유전에서 산출된 것이냐에 따라 그 특성이 천차만별이다. 그리고 유황의 함량에 따라 그 값이 달라진다. 그리고 왁스 성분이 많으면 겨울에 굳어져서 송유관을 가열해야 원유가 흐른다.

석유탐사
인류는 지난 150년 간 석유를 찾으려고 온갖 노력을 다했으며 그 결과 상당한 기술 수준을 보유하게 됐다. 지하에 석유가 모여있는 구조의 위치를 알아내기 위한 발견기술을 석유탐사라고 한다. 이와 관련된 석유지질학자는 다른 지질학자와는 달리 주로 퇴적암의 구조, 이동, 위치 등을 다루는데 석유는 주로 퇴적암에서 발견되기 때문이다.

그 외에도 지질학자는 시추위치를 정하고 시추 중에도 샘플채취(원통형), 검층(檢層), 각종 테스트 등을 실시하며, 시추의 깊이가 목표 지점(Total Depth, TD)까지 도달했는지를 검토한다. 즉 시추결과가 석유를 배태한 구조까지 제대로 들어 갔는지를 판단한다.

그들은 몇 억년 전의 지각변동을 오랜 경험에 따른 직관으로 때로는 무한한 상상력으로 추론하는데 지구물리학자들은 이를 단 몇 초 만에 지질학자들의 정오(正誤)를 가려 낸다.

지구물리학자는 지하의 집유구조를 지질과 물리학을 결부시켜 찾아내려고 한다. 자력(磁力), 중력(重力), 음파(音波)의 속도 등의 물리적 성질을 적용해 구조를 찾는데 기여한다. 지화학자는 지하수와 땅속의 흙을 분석해 석유 생성물질의 생성과 이동 등을 분석하고 구조의 위치를 찾는다. 그리고 지진학자들이 석유탐사에 큰 공헌을 하게 된 것은 현재 석유탐사에서 가장 많이 사용되는 탐사 방법이 탄성파 탐사(Seismic Survey) 이기 때문이다.

탄성파탐사의 원리는 음파의 속도는 매질(媒質)의 밀도에 따라 그 속도가 다른 점을 이용한다. 지표에 얕은 구덩이를 파고 화약을 넣어 폭파시켜 그 음파가 땅속으로 내려가다가 암석층을 만나 반사돼 나오는 반사음파를 지상에 설치한 수진기(受振器, Geophone)로 받아서 진동기록을 해 지하의 암석 구조를 파악한다.

공극이 크고 푸석한 퇴적암에서는 음파의 속도나 느리고, 그와는 반대로 단단한 암석에서는 속도가 빠르기 때문에 이러한 음파를 수신하여 지하의 암석 구조를 확인한다. 진동을 주기 위해 화약 폭파대신 아주 큰 탄성파 바이브레이터(Seismic Vibrator)를 사용하기도 한다. 최근에는 탄성파 탐사를 입체적(3D Seismic)으로 수록해 땅속 지층의 크기와 모양을 보다 상세하게 확인한다.

해상지진탐사는 음파를 이용하는 점에서 동일하며 다만 사용장비가 다른 뿐이다.

탐사선이 수진기(受振器)가 달린 긴 케이블을 끌고 다니면서 탐사를 한다.

1983년 필자가 현직에 있을 때 우리나라 6광구(포항 앞바다)에 탄성파탐사를 하려고 미국적 탐사선을 고용해 작업하는 과정에서 일어난 일이다. 갑자기 해군 본부로부터 전화가 오기를 포항 앞바다에서 미국 선박이 성조기를 달고 오락가락하고 있어 해경에 알아 보니 석유공사에서 고용한 선박이라 하여 통보 한다면서 “소련군함이 한국영해에 근접하여 이 미국 선박을 예의 주시하면서 대기하고 있으니 미국선박 측에 알리는 것이 좋겠다”라고 통보해 왔다.

이를 즉각 탐사선에 통보했더니 성조기를 즉각 내리고 작업을 얼마 동안 중단 하였다가 재개했다. 러시아측에서는 해로(海路)에 어떤 장치를 부설하는지 신경이 쓰였던 모양이다. 그 뿐 아니라 바다가 넓을 줄 알았는데 막상 작업에 들어 가보니 수많은 어선이 이리저리 걸려서 작업을 순조롭게 할 수가 없었다. 결국 추적선박(Chase Boat)을 투입해 어선을 정리하면서 진행했다.