（一）煤
煤是由古代植物遺體堆積在湖盆、海灣、淺海等地方，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的生物化學(xué)和物理化學(xué)作用轉(zhuǎn)化而成的一種可燃性沉積巖。煤的化學(xué)成分主要為碳、氫、氧、氮、硫等元素組成。在顯微鏡下可發(fā)現(xiàn)煤中有植物細(xì)胞組織和孢子、花粉等，在煤層中還可發(fā)現(xiàn)有植物化石，所有這些足以證明煤是由植物遺體堆積而成。
在地質(zhì)時(shí)代，曾經(jīng)有過(guò)氣候潮濕、植物茂盛的時(shí)代。如石炭紀(jì)、二疊紀(jì)、侏羅紀(jì)時(shí)，大量繁生的植物在封閉的湖沼或海灣等地堆積下來(lái)，并迅速被泥砂覆蓋，植物變成了煤，泥砂變成了砂、頁(yè)巖。由于有節(jié)奏的地殼運(yùn)動(dòng)和反復(fù)堆積，在同一地區(qū)往往具有很多煤層，而每層煤都是被砂頁(yè)巖分開(kāi)的。煤層的上下巖層分別稱為頂板和底板。頂板和底板之間的垂直距離代表煤層的厚度，可由幾十厘米到數(shù)十米，甚至百米以上。夾有煤層的一套連續(xù)沉積的沉積巖層，通稱為煤系，或含煤建造，如門頭溝煤系。煤系主要為碎屑沉積物組成，如砂巖、粉砂巖、頁(yè)巖、礫巖等，其中夾有若干煤層。煤系中有豐富的植物化石。在含煤地層分布的地區(qū)，其中可采煤層占有較大的面積，稱為煤田，如山西大同煤田，河北開(kāi)灤煤田等。
由植物轉(zhuǎn)變?yōu)槊旱倪^(guò)程（統(tǒng)稱成煤作用），可分三個(gè)階段：
1.菌解階段，即泥炭化階段 當(dāng)植物堆積在水下被泥砂覆蓋時(shí)便逐漸與氧氣隔絕，由嫌氣細(xì)菌參與作用，促使有機(jī)質(zhì)腐爛分解，使植物遺體中氫、氧成分逐漸減少，而碳的成分逐漸增加，生成泥炭。植物被細(xì)菌分解腐爛的作用，叫菌解作用。這一階段也可以說(shuō)是生物化學(xué)作用階段，其式如下：
泥炭質(zhì)地疏松，顏色和條痕皆為褐色，無(wú)光澤，比重?。?.701.06），可看出有機(jī)物質(zhì)的殘?bào)w。用火柴可以引燃，煙濃灰多。
2.煤化階段，即褐煤階段 泥炭被沉積物覆蓋形成頂板后，便處于完全封閉的環(huán)境，細(xì)菌作用逐漸停止。泥炭被壓縮、脫水和膠結(jié)，碳的含量進(jìn)一步增加，過(guò)渡成為褐煤。以上這種作用稱煤化作用。
褐煤是泥炭進(jìn)一步變化也就是成巖作用的產(chǎn)物，顏色和條痕皆為褐色或近于黑色，光澤暗淡，比重0.81.3，基本上不見(jiàn)有機(jī)物的殘?bào)w，質(zhì)地較泥炭致密。用火柴可以引燃，有煙。
3.變質(zhì)階段,即煙煤及無(wú)煙煤階段 褐煤是在低溫和低壓下形成的。如果褐煤埋藏在地下較深位置時(shí)，就會(huì)受到高溫高壓的作用，致使褐煤在化學(xué)成分上發(fā)生變化，主要是水分和揮發(fā)成分減少和碳的含量相對(duì)增加；在物理性質(zhì)上也發(fā)生改變，主要是密度比重、光澤和硬度等增加，而成為煙煤。這種作用就是煤的變質(zhì)作用。
煙煤的顏色和條痕皆為黑色，有光澤，致密狀，比重1.151.5，用蠟燭可以引燃，火焰明亮，有煙。
無(wú)煙煤是煙媒進(jìn)一步變質(zhì)而成。質(zhì)地堅(jiān)硬，顏色、條痕為黑色，有光澤，貝殼狀斷口，比重1.41.7。蠟燭不能引燃，燃之無(wú)煙。
如果進(jìn)一步變質(zhì)，無(wú)煙煤可以變?yōu)樾再|(zhì)完全不同的石墨和天然焦。
在植物變煤的過(guò)程中，碳的成分逐漸增加，而氮、氫、氧的成分則逐漸減少，如表4-4。
表4-4 從植物到煤化學(xué)元素的含量（％）
煤在世界礦產(chǎn)資源中，不論按開(kāi)采重量或按產(chǎn)值計(jì)算，都居重要地位。煤的用途非常廣泛，稱為工業(yè)的糧食，是冶金、化工、交通運(yùn)輸和電氣工業(yè)等部門的重要原料和動(dòng)力資源。另外，從煤炭中還能提取稀有元素，如鍺、鎵等。
我國(guó)是儲(chǔ)煤量極豐富的國(guó)家之一，已探明儲(chǔ)量達(dá)六千多億噸。近年來(lái)，在過(guò)去缺煤的南方各省以至西藏高原上都陸續(xù)找到了許多新煤田。從地史看，我國(guó)主要的成煤期有：
（1）晚石炭世早二疊世：這是我國(guó)主要的成煤期。多分布在北方，煤質(zhì)優(yōu)良，煤層較厚。例如，遼寧本溪，吉林通化，山西太原、大同、陽(yáng)泉，河北開(kāi)欒、井陘、峰峰，河南鶴壁、焦作、平頂山，山東淄博、棗莊，安徽淮南，江蘇賈汪，陜西渭北，云南宜良等煤田。
（2）晚二疊世：是南方各省重要的成煤期。例如，湖北黃石，浙江長(zhǎng)興，福建永安，貴州北部，四川中梁山等煤田。
（3）侏羅紀(jì)：這一時(shí)期的煤系，分布很廣泛。如黑龍江鶴崗、雙鴨山、雞西，吉林蛟河，遼寧阜新、北票，山西大同，北京京西，內(nèi)蒙古大青山，甘肅窯街、阿干鎮(zhèn)，青海柴達(dá)木，新疆天山南北兩側(cè)，江西萍鄉(xiāng)，湖南資興等煤田。
（4）第三紀(jì)：早第三紀(jì)煤田主要分布于遼寧撫順，黑龍江大興安嶺北部等，晚第三紀(jì)煤田主要分布在南方。
（二）油頁(yè)巖
是在還原條件下（閉塞的湖沼或淺海等），由富含有機(jī)質(zhì)的腐泥所形成的巖石。油頁(yè)巖為棕黑色或黑色，風(fēng)化后顏色變淺，質(zhì)地細(xì)密，比頁(yè)巖輕，堅(jiān)韌不易破碎。取薄片加熱，有黃色濃煙及瀝青臭味。從油頁(yè)巖中可以提煉石油和化工原料。我國(guó)遼寧撫順、廣東茂名等皆為有名產(chǎn)地。
（三）石油和天然氣
石油和天然氣是產(chǎn)于地層中的可燃性油質(zhì)液體和氣體。它們不能形成獨(dú)立的地層，而存在于巖石空隙之中。
1.石油和天然氣的成分和性質(zhì) 石油主要是由碳和氫構(gòu)成的有機(jī)化合物的混合物。這種有機(jī)化合物占石油成分的9799%，此外含有少量的氧、硫、氮及微量的多種金屬和半金屬元素。其中碳?xì)浠衔镏饕型閷贌NCnH2n+2、環(huán)烷屬烴CnH2n、芳香屬烴CnH2n-6等，種類繁多。
石油在化學(xué)上不是純一物質(zhì)，所以它的物理性變化范圍很大。顏色是棕黑、深褐、棕黃等，比重0.751.0，帶特有臭味，沸點(diǎn)和凝固點(diǎn)不固定，可點(diǎn)燃，熱量比煤還要高出近1倍。不同地方或不同層的石油，其成分和性質(zhì)都有差異。
天然氣是儲(chǔ)存于地下多孔巖石或石油中的可燃?xì)怏w。由于它比石油輕，所以常位于石油的上部，稱為氣頂。我國(guó)四川等省也有單獨(dú)的天然氣礦藏。四川的天然氣是以氣態(tài)碳?xì)浠衔餅橹鞯幕旌衔?，以甲烷CH4最多，占?xì)怏w成分的8090％。另外，還有少量的乙烷、丙烷和丁烷等。天然氣一般無(wú)色無(wú)味，可以燃燒，是重要能源之一。用天然氣制成的炭黑，是橡膠工業(yè)的重要原料。
2.石油和天然氣的成因 目前大多數(shù)人主張有機(jī)生成說(shuō)，認(rèn)為石油和天然氣是有機(jī)物質(zhì)在適當(dāng)環(huán)境下生成的。
（l）生成油、氣的原始物質(zhì)：世界上的油、氣田幾乎全部都分布在沉積巖中，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室分析，發(fā)現(xiàn)沉積巖中的有機(jī)物質(zhì)和石油的化學(xué)成分具有相似性（表4-5），說(shuō)明石油同有機(jī)質(zhì)在成因上有密切關(guān)系。同時(shí)，近來(lái)在許多活著的有機(jī)體中發(fā)現(xiàn)石油烴類及有關(guān)化合物；而且有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，動(dòng)、植物中的主要有機(jī)質(zhì)，如蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪等，可以變成類似石油的液態(tài)烴。因此，目前認(rèn)為生成油、氣的原始物質(zhì)既有動(dòng)物，也有植物，但以低等微生物為主表4-5也說(shuō)明石油同有機(jī)質(zhì)的差異性，這種差異性恰恰反映了有機(jī)質(zhì)向石油轉(zhuǎn)化是一個(gè)碳、氫不斷增加而氧不斷減少的過(guò)程。
表4-5 沉積巖中有機(jī)構(gòu)質(zhì)和石油的元素含量對(duì)比
（2）生油環(huán)境：從有機(jī)質(zhì)到石油既然是一個(gè)去氧加氫富集碳的過(guò)程，說(shuō)明油、氣生成必須在還原環(huán)境中進(jìn)行。在地質(zhì)歷史中，無(wú)論是淺海、海灣、瀉湖、三角洲等海相環(huán)境，還是深水內(nèi)陸湖泊等陸相環(huán)境，都是生油的有利地區(qū)。還必須有年平均溫度高，日照時(shí)間長(zhǎng)，空氣濕度大的氣候條件，以利于生物（特別是微生物）的繁殖。最后還需要從陸地經(jīng)常輸入大量泥砂等物質(zhì)，這些泥砂和生物遺體一同堆積下來(lái)，形成有機(jī)淤泥。有機(jī)淤泥被新沉積物所覆蓋，造成與空氣隔絕的還原環(huán)境。隨著沉積盆地的不斷下沉，沉積物不斷加厚。有機(jī)淤泥所承受的溫度和壓力也不斷加大，在嫌氣細(xì)菌、溫度、壓力以及其他因素作用下，逐漸變成石油和天然氣。這是一個(gè)漫長(zhǎng)的復(fù)雜的變化過(guò)程，從有機(jī)質(zhì)變成石油并聚集成油氣藏所需的時(shí)間，最快約為100萬(wàn)年。
（3）油、氣藏的形成：石油和天然氣生成后，呈分散狀態(tài)存在于生油（氣）層中，還必須經(jīng)過(guò)由分散向集中的轉(zhuǎn)化過(guò)程，才能使油、氣聚集在儲(chǔ)集層中，形成油、氣藏。這個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程包括油、氣的運(yùn)移和圈閉。
油、氣所以能夠運(yùn)移，除因油、氣本身是流體，具有流動(dòng)性外，還須有造成油、氣運(yùn)移的外部動(dòng)力。
①壓力首先是巖層的靜壓力，在一個(gè)盆地內(nèi)沉積了巨厚的巖層后，下部巖層就受到上覆巖層的壓力，使巖層的孔隙縮小，孔隙中的流體被擠出。但這種壓力對(duì)于泥質(zhì)巖石和砂質(zhì)巖石具有不同的效應(yīng)。生油（氣）層主要是顆粒細(xì)小的泥質(zhì)巖石。這種巖石孔隙度大，含水分多，易被壓縮；砂質(zhì)巖石，顆粒較粗，粒間彼此支撐，難于壓縮。因此，巖石受同樣靜壓力作用時(shí)，油、氣就由細(xì)粒的生油層向粗粒的儲(chǔ)集層運(yùn)移。同時(shí)，一般由于盆地中心巖層厚度大于邊緣，由此產(chǎn)生的靜壓力也是中心大于邊緣，造成油、氣從中心向邊緣移動(dòng)。還有一種定向壓力，它是由構(gòu)造運(yùn)動(dòng)引起的。巖層在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的作用下，進(jìn)一步壓縮變形，促使油、氣由高壓區(qū)向低壓區(qū)流動(dòng)。同時(shí)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的斷裂為油、氣的運(yùn)移提供了通道。
②水、油、氣的分異油、氣進(jìn)入含水的儲(chǔ)集層后，由于三者比重的差異而產(chǎn)生浮力，促使它們產(chǎn)生分異，氣在最上部，油居中，水在下部。同時(shí)，地下水在流動(dòng)過(guò)程中能帶動(dòng)油、氣運(yùn)移。
③毛管力水沿毛管上升的力，稱毛管力。毛管力的大小與液體的表面張力成正比，與毛管的半徑成反比。巖層中包含大小不一的孔隙，形成復(fù)雜交錯(cuò)的毛管網(wǎng)。由于小孔隙內(nèi)的毛管力比大孔隙內(nèi)的毛管力大，在大小孔隙之間形成了毛管壓力差。又因水的表面張力比石油大，水可以把石油從小孔隙的泥質(zhì)巖層（生油層）中驅(qū)趕到大孔隙的砂巖層（儲(chǔ)集層）中。這種毛管力在促使油、氣從生油層向儲(chǔ)集層運(yùn)移過(guò)程中起了積極的作用。
油、氣運(yùn)移到儲(chǔ)集層以后，并不一定形成油、氣藏，因?yàn)橹挥性谶\(yùn)移的道路上遇到阻擋，不能繼續(xù)前進(jìn)，于是集中起來(lái)形成油、氣藏。這種由于阻擋而造成的適于油、氣聚集的場(chǎng)所，稱為圈閉。圈閉的形成首先要具有儲(chǔ)集油、氣空間的巖層，即儲(chǔ)集層，例如砂巖、礫巖、碳酸鹽巖層等；其次要有阻止油、氣向上逸散的不滲透巖層，即蓋層，例如頁(yè)巖、粘土層等；另外還需具備從備方面阻止油、氣逸散的封閉條件，即遮擋物，如構(gòu)造遮擋、巖性遮擋等。這三方面在一定條件下結(jié)合起來(lái)，就組成了圈閉。一種圈閉形式是構(gòu)造圈閉，因構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使地層拱起，形成背斜構(gòu)造或穹窿構(gòu)造，把油、氣封閉起來(lái)，稱為背斜圈閉。這是最好的構(gòu)造圈閉。如果由于儲(chǔ)集層巖性變化發(fā)生尖滅而形戌的圈閉，稱巖性圈閉。此外，如果含油、氣的傾斜巖層上面被水平的或產(chǎn)狀不同的不滲透巖層所覆蓋而形成的圈閉，稱地層圈閉。各種圈閉說(shuō)明具備聚集油、氣的能力，但并不是所有圈閉都是有效的，這還要看圈閉的形成時(shí)間、空間位置、有效容積、保存情況等因素。
石油占世界礦產(chǎn)產(chǎn)量的第一位。石油在現(xiàn)代工業(yè)、交通和國(guó)防等方面都是極為重要的能源。同時(shí)用石油制成的產(chǎn)品已達(dá)五千種以上，廣泛地應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門，深入到現(xiàn)代生活的一切領(lǐng)域。
我國(guó)勞動(dòng)人民很早就發(fā)現(xiàn)并利用石油。遠(yuǎn)在三千多年前，在古書《易經(jīng)》上，就有了關(guān)于石油的文字記載。我國(guó)是世界上石油蘊(yùn)藏量最豐富的國(guó)家之一。但在解放前，靠洋油度日，石油工業(yè)處于極其落后的狀態(tài)。解放后，我國(guó)的石油工業(yè)獲得了空前的發(fā)展，多個(gè)大油田已經(jīng)建成或正在興建。
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