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第３回　化石燃料資源：石油

配付プリント等

• 　化石燃料（Fossil Fuels）のように、一度利用すれば二度とエネルギー資源として利用できないものは枯渇性〔Exhaustible：または、非再生ないし再生不能ないし非更新性（Non-renewable）：逆は、非枯渇性または再生可能ないし更新性〕エネルギー資源と呼ばれます。このような枯渇性資源の場合に、残された量を埋蔵量（Reserve）で表わし、残された利用可能な時間を可採年数（R/P Ratio：または耐用年数またはR/P）で表わすことがよく行われます。
  　本授業では、石油（Oil）を例にして、埋蔵量と可採年数について説明します。埋蔵量といっても様々な内容のものがありますが、一般に埋蔵量と言えば確認可採埋蔵量を意味します。探査（Exploration）等の調査によって地下の何処にどれ位の量が存在するかが確認されており、現在の採掘（Mining）技術および経済状況の下で採掘可能な埋蔵量です。この埋蔵量をある年の生産量^*で割った量が可採年数です。このある年については、埋蔵量を確認した年と生産の年が同じである必要があります。つまり、これは確認されている埋蔵量を同じ年間生産量で利用し続けた場合に無くなるまでにかかる年数ですので、寿命（Lifetime）に関連する量です。しかし、埋蔵量は探査や生産（Production）によって増減しますし、一方の生産量も増減しますので、可採年数は寿命ではありません。では、もっと寿命に近い年数はどうすれば知ることができるでしょうか。それには、埋蔵量の代わりに究極（Ultimate）埋蔵量と呼ばれる量を用いれば良いのです。究極埋蔵量は、生産量の累計された（Cumulative）量に確認可採埋蔵量および未確認埋蔵量を加えた量です。問題は未確認埋蔵量ですが、これは将来的な探査技術の進歩や経済状況の好転等の様々な条件を考慮した、現時点では未確認であるが将来に発見されることが期待される量の最大値です。石油の場合には、過去の探査活動の大きさとその結果などの実績を将来に外挿する方法や、石油の生成条件等から自然科学的に概算する方法などによって見積られています。
  　石油は過去の地球に生息していた生物体（Biomass）から変化したものです。石油は1000種類を超える有機化合物（Organic Compounds）の混合物ですが、それらの研究からプランクトン（Plankton）等の動物（Animal）と植物（Plant）が主要な割合を占めていると考えられています。死んだ生物の体は砕屑物（Detritus、Clastics）とともに河川（River）水等によって運搬（Transport）・堆積（Deposit）され、堆積岩（Sedimentary Rock）の構成物の一部となります。その後、地下への埋没（Buried）の過程における地温・地圧の上昇に伴って化学変化とともに移動（Migration）も行って石油（原油、Crude Oil）に変化したと考えられています。もともと、細粒の砕屑物に伴っていましたが、やがて粗粒の砕屑物の孔隙（Pore：間隙）に移動しました。前者は根源岩（Source Rock）と呼ばれ泥岩（Mudstone）等の堆積岩が主体であり、後者は貯留岩（Reservoirs）と呼ばれ砂岩（Sandstone）や石灰岩（Limestone）等の堆積岩が主体です。地下において、岩石粒子の孔隙に存在する水（地下水、Groundwater）よりも石油の方が軽いために、同時に生成したと考えられる天然ガス（Natural Gas：メタンが主体）も考慮すれば、下部から水−石油−ガスの３層分布が理想的な胚胎順序となります。石油やガスは軽いため、通路があればやがて地表に達して大気中へ散逸してしまいますので、蓋の役割を持つ帽岩（Cap Rock、一般に細粒の堆積岩である泥岩等）の存在も必要です。このように、根源岩と貯留岩と帽岩の３つが揃った場所に石油鉱床（Petroleum Deposit）である油田（Oil Field）が形成されています。このような条件が揃った場所はトラップ（Trap、罠）と呼ばれますが、石油の探査ではこのようなトラップの場所を発見することが大事です。
  　生物の死んだ体から石油へと変化する有機化学反応を考えると、一般に温度が高いほど、あるいは時間が長いほど、その化学反応は進行します。地下では一般に深い場所ほど温度（圧力も）が上昇しますが、上昇し過ぎると石油を構成する有機化合物のすべてはやがてメタン（Methane、CH4）に変化してしまいます。つまり、ある程度以深ではメタンに変わってしまい、石油は存在しません。メタンは地表条件下では気体ですが、天然ガスと呼ばれるもののほとんどがメタンなのです。また、有機化学反応が進行するのにそれぞれ時間がかかりますので、同じ温度であっても長い時間を経過した場所では石油へ変わる反応が進んでいます。このような訳で、世界的に見ても、石油は生成時代と地下温度条件の限られた場所に胚胎しています。

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  ^*　近年、石油生産量のピークがいつ訪れるかが話題になっています。石油の枯渇ではないのですが、ピークの時点で残されている量は半分となる訳ですから、様々な問題が発生することが危惧されています。これに関連する論争をピーク・オイル（Peak Oil）論争と呼んでいます。その時期については、悲観的な人たち（組織も含めて）は近い将来であると予想し、楽観的な人たちは遠い将来としています。
• 『化石燃料資源：石油』。講義内容は以下について。
  �@埋蔵量：原始埋蔵量、究極可採埋蔵量、確認可採埋蔵量
  �A可採年数：〔耐用年数、R/P＝Reserve（埋蔵量）／Product（生産量）〕
  �B石油鉱床の生成条件：
  　１）根源岩、貯留岩、帽岩
  　２）移動とトラップ
  　３）温度（時間）条件
  �Cピーク・オイル
• 配布プリント4枚�A。出席票。
  【1枚目】
  図1.7…『私たちのエネルギー』（21p）
  表�U-1-1、表�U-1-2、図�U-1-4A、図�U-2-1、表�U-2-1…『石油はいつなくなるのか』（55,58,59,66,70p）
  図3.5、図3.6…『地球エネルギー論』（54,55p）
  【2枚目】
  図2-3…『石油の成因』（24p）
  図3.7、図3.9、図3.10、図3.11、図3.13…『地球エネルギー論』（55,57,59,60,61p）
  表2-1、図2-2…『石油地質学概論第二版』（8,9p）
  図11、図14、図17、図18…『石油はどうしてできたか』（35,42,46,48p）
  図19…『石油の謎をさぐる』（86p）
  【3枚目】
  表1-1、図1-1、表1-4…『石油地質学概論第二版』（2,3,6p）
  図1、図29、図30…『石油はどうしてできたか』（26,78,79p）
  図3.8…『地球エネルギー論』（56p）
  図1-1、図1-2、図2-1、図2-9…『石油の成因』（4,13,18,46p）
  【4枚目】
  図1、図3、図8、図13、図15…『ピークオイルの資源論的概念とその対応策について』（18,19,23,25,27p）
  Fig.4、Fig.5、Fig.6、Fig.7…『Physical geonomics: Combining the exergy and Hubbert peak analysis for predicting mineral resources depletion』（1080,1081,1082）
  Figure 3…『Peak phosphorus: Quoted reserves vs. production history』（HP）
  （Uranium）…『Uranium resources and nuclear energy』（5/48）
• 紹介した参考図書：
  【エネルギー問題】
  �@小山茂樹（1998）：石油はいつなくなるのか−検証・エネルギー問題のすべて．
  　　　副題にあるように、エネルギー問題から石油についてまとめたもの。お奨め。
  【石油地質学】
  �A氏家良博（1994）：石油地質学概論−第二版−．
  　　　石油地質学の教科書的参考書はこれだけ。
  【石油の成因】
  �B田口一雄（1993）：石油はどうしてできたか．
  　　　一般向けにわかりやすく書かれている。
  �C田口一雄（1998）：石油の成因−起源・移動・集積．
  　　　上記と同じ著者により、少し専門的に書かれている。著者は故人（1996年没）。
  【石油業界の専門家による】
  �D化学工業日報社（編）（1997）：知っていますか『石油の話』　改定第5版．
  　　　化学工業日報社が石油事情と石油の知識を簡潔にまとめたもの。１〜２年毎に改訂されている。
  �E山崎時男（1994）：オイルマンが書いたマルチ石油学入門−化学知識から政治経済まで．
  　　　石油入門書を目指して、一般向けに平易に書かれたもの。
  �F山崎豊彦（編）（1997）：オイルフィールド・エンジニアリング入門−石油・天然ガスを開発する−．
  　　　『石油産業の上流部門に属する石油開発に関する技術的知識を、石油工学の体系に沿って、平易に紹介』したもの。
  �G樋口　雄（1998）：石油の謎をさぐる−六億年間の自然の恵み−．
  　　　石油の開発を中心に、一般向けに平易に書かれたもの。
  【その他】
  �HJOGMECによる『石油・天然ガスレビュー』（隔月刊の雑誌）の本年発行分。

補足説明

全般	地球資源関連用語は『地球資源関連用語集』のページを参照。 地球科学用語は『地球科学用語集』のページを参照。

• 時間切れで説明していない内容。
  �D石油の成分
  �E石油の起源（ケロジェン）
  �F炭素サイクル

• 埋蔵量については『資源埋蔵量の分類』のページを参照。
• 石油については『石油とは』のページを参照。
• ピーク・オイルについては『ピーク・オイル』のページを参照。
• 石井吉徳氏による『地球は有限〜』は、最近注目されているピーク・オイル問題も含めて、石油社会への警鐘をならす内容であり、関連する多数の論考が提供されている。
• 石油無機起源説（地球深層ガス説）についてはJOGMECの『石油・天然ガスレビュー』の中の『無機起源石油・天然ガスが日本を救う!? −地球深層ガス説の新展開− (PDF, 1.82MB)』を参照。また、『石油天然ガスの起源 〜無機成因説は成り立つか〜 (PDF, 35.1MB)』も参照。
• 石油の資源量／生産量についてはJOGMECの『石油・天然ガスレビュー』の中の『石油生産ピークは今年中に来るのか？ ─Hubbert曲線の信憑性と探鉱開発技術者の役割─ (PDF, 2.30MB)』および『石油の資源量と寿命 −フラクタル理論とダブルタンクモデルが明かす真の姿 ピークオイル論もチープオイル論も正しくない！− (PDF, 1.74MB)』などを参照。
• オイルサンドについてはJOGMECの『石油・天然ガスレビュー』の中の『破竹の勢いのオイルサンド 〜技術改新著しいin-situ採収法について〜 (PDF, 886KB)』を参照。
• フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』による説明を参照してください。
  ■化石燃料（Fossil fuel）／Category:化石燃料（Category:Fossil fuels）／Abiogenic petroleum origin／
  ■Category:石油（Category:Petroleum）／石油（Petroleum）／原油（Petroleum）／
  ■Category:油田（Category:Oil fields）／油田の一覧（List of oil fields）／油田（Oil field）／海底油田／ガワール油田（Ghawar Field）／ブルガン油田（Burgan field）／北海油田（North Sea oil）／Category:ロシアの油田（Category:Oil fields of Russia）／Category:日本の油田（Category:Oil fields in Japan）／油井（Oil well）／
  ■Petroleum reservoir／
  ■可採埋蔵量⇒確認埋蔵量、確定埋蔵量（proven reserves）；推定埋蔵量(probable reserves)；予想埋蔵量(possible reserves)／Oil reserves／Kerogen／可採年数（R/P ratio、RPR、reserves/production ratio、Reserves-to-production ratio）／
  ■バレル（Barrel）／
  ■オイルサンド（Tar sands⇒Oil sands）／オイルシェール（Oil shale）／
  ■石油ピーク（Peak oil、Hubbert peak theory）／Category:Peak oil／Hirsch report／Decline curve analysis／Oil reserves／
  ■石油製品（Petroleum product）／Category:石油製品（Category:Petroleum products）／ガソリン（Gasoline）／

【石油とは】

• 1-1　石油の定義 　地質学で“石油”という単語を使うときには、一般に工業的に精製された油（refined oil）は除外されており、厳密には“原油（crude oil）”を意味する。“原油”とは“天然に産出して、地表条件では液状をなす炭化水素類の混合体”と定義されている。しかし、英語で一般に石油を表わす“petroleum”という単語の内容には、液体の油（oil）、気体の天然ガス（natural gas）、および固体の炭化水素類がすべて含められている。日本でも石油関係者は、同様の意味で“石油”という単語を使うことが普通である。 　本書でも、とくに区別する必要がある場合以外には、液体に気体と固体を含めた炭化水素類全部に対して、“石油”という単語を用いる。 　さらに、“石油”という単語は、次のような意味で使われることもあるので、注意しなければならない。“石油鉱床（油田、ガス田）”のことを単に“石油”とよぶ場合で、たとえば“石油の形成”というときには、“石油鉱床の形成”を意味することが多い。また、“石油に類似した物質”のことも、単に“石油”とか“石油炭化水素”とよぶこともある。“石油の移動”という場合が、これにあたる。 　このように、“石油”という単語には、内容のほかに使い方にも混乱がある。前後の文脈から、その意味を正しく判断しなければならない。 1-2　石油の成分と性質 　石油の成分を化合物として分類すると、表1-1のようになる。石油はきわめて多種類の化合物の混合体であり、しかも均一の組成をもったものではない。石油成分の完全な分析は、たった1つの原油試料についても、いまだかつておこなわれたことはない。おそらく1,000種以上の化合物から構成されているであろう。 表1-1　石油の成分（リンクはウィキペディア） 石油 炭化水素* パラフィン系（アルカン） 飽和鎖状化合物 ナフテン系（シクロパラフィン） 飽和環状化合物 芳香族 ベンゼン環をもつ環状化合物 オレフィン系 不飽和鎖状化合物（原油中には稀な存在） 非炭化水素 アスファルト S・N・Oなどを含む複雑な化合物 その他 （後略） 〔氏家（1994）による〔『石油地質学概論−第二版−』（1-2p）から〕〕【見る→】 *　炭化水素のもっと新しい分類はこちらを参照。

【世界の主要油田】

• 〔外務省の『外交政策』の『経済』の『エネルギー』の『エネルギー基礎統計』の『付属資料（世界の主要油田・ガス田（一覧、地図））』から〕

【石油の究極可採埋蔵量】

• 〔総合エネルギー調査会需給部会による『２０３０年のエネルギー需給展望』の17頁から〕

【石油の生成時代】

• 図　地質時代別にみた巨大油田の埋蔵量 自然の摂理から環境を考える（HP/2011/5）の中の『プレートテクトニクス（その２）石油の起源』（2007/9）から

【石油の生成温度】

• 石油技術協会（ＨＰ/2011/5）による『石油・天然ガスの根源と鉱床』から

【世界の需給】

• 【第222-1-1】世界の原油確認埋蔵量（2008年末） （出所） BP, Statistical Review of World Energy 2009 をもとに作成	【第222-1-4】世界の石油消費の推移（地域別） （出所） BP, Statistical Review of World Energy 2009 をもとに作成
  【第222-1-2】世界の原油生産動向（地域別） （出所） BP, Statistical Review of World Energy 2009 をもとに作成	【第222-1-3】世界の原油生産動向（OPEC、非OPEC別） （出所） BP, Statistical Review of World Energy 2009 をもとに作成
  資源エネルギー庁（HP/2011/5）による『エネルギー白書2010』から

【日本の需給】

• 【第213-1-1】日本の石油（一次エネルギー）の供給量の推移 （出所） 資源エネルギー庁「総合エネルギー統計」をもとに作成。数値は石油（原油＋石油製品）の一次エネルギー国内供給量
  【第213-1-2】原油の輸入先（2008年度） （出所） 経済産業省「資源・エネルギー統計年報」をもとに作成	【第213-1-3】原油の輸入量と中東依存度の推移 （出所） 経済産業省「資源・エネルギー統計年報」をもとに作成
  資源エネルギー庁（HP/2011/5）による『エネルギー白書2010』から

参考

【在来型／非在来型】

• 〔総合エネルギー調査会需給部会による『２０３０年のエネルギー需給展望』の19頁から〕

【石油・オイルサンド・オイルシェールの原始埋蔵量比較】

• 図2 世界の石油代替資源埋蔵量と主要資源国 　３兆bblを超える巨大なオイルシェール資源量は在来型石油資源６兆bbl強の約半量にとどこうとするものである。 出所： 2005年９月６日にアバディーンで行われた「Offshore Europe 2005 Exhibition and Conference」において、エクソンモービル・インターナショナルのロバート・C・オールセン氏が行ったプレゼンテーション 〔桜井紘一（2006）：帰ってきたオイルシェール〜一世紀にわたる技術開発に飛躍の芽〜．石油・天然ガスレビュー、40（4）、1-23．から〕 in Place＝原始（埋蔵量） EHO＝extra-heavy oil

【石油依存度等の比較】

• 【第341-1-1】石油依存度、輸入依存度、中東依存度の各国比較（2004年） 　 日 米 英 独 仏 伊 石油依存度（％） 48 40 35 37 34 53 輸入依存度（％） 100 64 -34 97 103 93 中東依存度（％） 89 21 4 7 27 34 資料：IEA「Energy Balance of OECD Countries」（2003-2004）、IEA「Oil Information」（2006）、資源エネルギー統計 エネルギー白書2007年版から

【埋蔵量の定義】

• Reserveは埋蔵量であり、普通は確認可採埋蔵量であるが、確からしさの確率により、次のように分けられている。普通の場合は、Proven reservesを指す：
  Proven reservesは確認埋蔵量または確定埋蔵量とされ、確からしさは９０％ないし９５％と見込まれる；
  Probable Reservesは推定埋蔵量とされ、確からしさは５０％程度とされる；
  Possible Reservesは予想埋蔵量とされ、l確からしさは５％ないし１０％とされる。
  上の最初の２つの合計は２P、３つの合計は３Pと、それぞれ表現されることがある。
• 米国地質調査所（USGS）によるEstimated Ultimate Retrievalは９５％の確からしさの埋蔵量である。

【原油の密度】
※リンクはフリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』。

• 原油の密度は0.8〜0.9g/cm³の場合が多いが、一般には比重で比較される。国際的にはAPI（American Petroleum Institute、米国石油協会）によるAPI度（API gravity、API比重、ボーメ度）がよく用いられる。API比重＝（141.5／比重60/60゜F）−131.5で定義され、API比重は密度が大きいほど小さい値（つまり、軽質油である：30〜40程度が多い）となる。ここで、一般的な比重において（水の密度を基準にして）、○15/4℃のように表現されている場合は、水の温度が4℃（摂氏）で、対象物の温度が15℃であることを意味する。同様に、API比重の場合は、60゜F（華氏）（＝15.6℃）の水を基準として、原油の温度も60゜Fでの値を用いている。

【炭化水素】
※炭化水素は炭素と水素からなる有機化合物の総称であるが、化石燃料を構成する成分の大部分を占め、これらを原料とした工業化学分野においても非常に重要な位置を占める。主に鎖状構造を持つものが主体である。

• 炭化水素 構造 結合 分類 グループ 例 鎖状 （鎖式炭化水素） 単結合のみ （飽和炭化水素） 鎖式飽和炭化水素 総称 - パラフィン類 アルカン（CnH2n+2：C-C単結合） メタン、エタン、プロパン、ブタン 単結合と多重結合 （不飽和化合物） 鎖式不飽和炭化水素 総称 - オレフィン類 アルケン （モノエン化合、CnH2n：C＝C二重結合） エチレン、プロピレン、ブテン アルキン （モノイン化合、CnH2n-2：C≡C三重結合：アセチレン系） アセチレン、プロピン、ブチン 環状 （環式炭化水素） 単結合のみ （飽和炭化水素） 環式飽和炭化水素 （脂環式） シクロアルカン（CnH2n） （シクロパラフィン：ナフテン系） シクプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン 単結合と多重結合 （不飽和化合物） 環式不飽和炭化水素 シクロアルケン （モノシクロモノエン化合物、CnH2n-2） シクロブテン シクロアルキン （モノシクロモノイン化合物、CnH2n-4） 　 環式不飽和炭化水素 （芳香族） 二重結合を含む（ベンゼン核を持つ）同族体（ＣnＨ2n-6） アレーン、ベンゼン系、トルエン、ナフタレン ウィキペディア（HP/2011/4）による『炭化水素』から