第十章 可燃有機(jī)巖礦床

第十章可燃有機(jī)巖礦床第一節(jié)煤礦床一、煤礦床的概念、特點(diǎn)和主要用途二、煤的形成條件及成煤作用三、煤的物質(zhì)組成及煤的分類四、煤層和煤系五、聚煤盆地、煤田及我國(guó)主要成煤時(shí)代六、泥炭第二節(jié)石油和天然氣一、石油的化學(xué)成分和物理性質(zhì)二、石油和天然氣的形成作用三、石油和天然氣的運(yùn)移和儲(chǔ)集四、油氣盆地時(shí)、空分布規(guī)律第三節(jié)油頁(yè)巖第四節(jié)煤層氣一、煤層氣的形成作用二、煤層氣的運(yùn)移與儲(chǔ)集三、煤層氣的形成條件第五節(jié)油砂可燃有機(jī)巖礦床是指有機(jī)成因的，可供工業(yè)開(kāi)采和利用的地下可燃有機(jī)物質(zhì)自然聚集體。按其存在狀態(tài)可分為3類：①固體燃料礦床，如煤、油頁(yè)巖等；②液態(tài)燃料礦床，如石油等；③氣體燃料礦床，如天然氣等?？扇加袡C(jī)巖礦產(chǎn)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中占有十分重要的地位，現(xiàn)代能源主要由石油、煤、天然氣提供。此外，可燃有機(jī)巖礦產(chǎn)還是化工和醫(yī)藥的重要原料，單從石油中可提煉出1000多種產(chǎn)品。世界上每年開(kāi)采的礦產(chǎn)，就產(chǎn)值而言，約70％來(lái)自可燃有機(jī)巖礦床。第十章可燃有機(jī)巖礦床一、煤礦床的概念、特點(diǎn)和主要用途煤(coal)是指在沼澤盆地中堆積的大量植物（包括高等植物和低等植物）的遺體殘骸，經(jīng)過(guò)沉積成巖作用形成的固態(tài)可燃礦產(chǎn)。根據(jù)成煤植物性質(zhì)不同可分為2類：①腐殖煤，由高等植物在沼澤盆地中形成，包括褐煤、煙煤和無(wú)煙煤等；②腐泥煤，由低等植物在湖沼中形成，包括藻煤、石煤等。煤礦床產(chǎn)于一定時(shí)代沼澤相或湖沼過(guò)渡相黑色或灰黑色沉積巖系內(nèi)，分布面積廣，層位穩(wěn)定，產(chǎn)狀與相鄰沉積巖層一致。礦體多呈層狀或似層狀，亦可呈凸鏡狀或豆莢狀，礦石以塊狀、薄層狀構(gòu)造為主，煤層中的有機(jī)組分極易氧化，經(jīng)氧化的部分主要是一些粘土礦物，當(dāng)煤層出露地表或近地表分布時(shí)，常見(jiàn)白色粘土線。第一節(jié)煤礦床一、煤礦床的概念、特點(diǎn)和主要用途煤的用途方面，首先是人類最主要的燃料之一，其次又是一種十分重要的化工原料，例如，通過(guò)煤的熱解作用得到的煤焦油、煤氣等，煤是化肥、人造化學(xué)纖維、塑料、醫(yī)藥等工業(yè)的重要原料，從煤灰中可以回收稀有元素，煤中有機(jī)成分可以改良農(nóng)田土壤。近年來(lái)，人們用煤灰與粘土混合燒制磚瓦，既經(jīng)濟(jì)又減少了環(huán)境污染。我國(guó)煤炭資源十分豐富，儲(chǔ)量和產(chǎn)量均居于世界前三名，在能源結(jié)構(gòu)中占有很大的比例，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的重要資源。第一節(jié)煤礦床二、煤的形成條件及成煤作用（一）成煤條件（1）植物條件煤是植物遺體變成的，有了植物才有成煤的可能。從全球煤的形成歷史看，只有在植物大量繁殖時(shí)期才有大規(guī)模煤層的形成，如我國(guó)的石炭紀(jì)-二疊紀(jì)、侏羅紀(jì)和第三紀(jì)分別是孢子植物、裸子植物和被子植物繁殖的極盛時(shí)期，相應(yīng)地也是最主要的3個(gè)聚煤時(shí)期。（2）氣候條件潮濕、溫暖的氣候最有利于植物的生長(zhǎng)和繁殖，但也有些煤形成于較冷的潮濕環(huán)境中，如岡瓦納大陸的二疊紀(jì)煤。潮濕氣候又加快植物的腐爛，同時(shí)迅速被沼澤水淹沒(méi)，使植物遺體與大氣水隔開(kāi)，避免遭完全氧化而得以保存。第一節(jié)煤礦床二、煤的形成條件及成煤作用（一）成煤條件（3）地理?xiàng)l件形成大面積的煤層必須具備發(fā)生大面積沼澤化的自然地理?xiàng)l件；寬緩的低洼地區(qū)最為理想，主要有濱海平原、內(nèi)陸大湖泊、寬廣河谷、大河口三角洲、海灣瀉湖和山間盆地等。（4）構(gòu)造條件地殼保持長(zhǎng)時(shí)期平穩(wěn)緩慢下降是形成較厚煤層的重要構(gòu)造條件，地殼下降速度與植物埋藏和聚積速度大致平衡最為理想。同一沼澤中能形成多個(gè)煤層的條件是地殼在總體下降過(guò)程中能發(fā)生多次升降或間歇性下降。第一節(jié)煤礦床二、煤的形成條件及成煤作用（二）成煤作用1.泥炭-腐泥化作用植物遺體轉(zhuǎn)化為泥炭是在微生物參與下發(fā)生的一個(gè)非常復(fù)雜的生物化學(xué)作用過(guò)程。早期植物遺體在沼澤淺部多氧環(huán)境下，植物的組成部分中有些被徹底分解，變成氣體和水分；另一部分在微生物的作用下分解成簡(jiǎn)單的有機(jī)化合物；未遭受分解的部分，特別是穩(wěn)定組分被保留。接下來(lái)，在沼澤水的覆蓋下出現(xiàn)缺氧，早期保留下來(lái)的植物成分經(jīng)厭氧細(xì)菌的分解及早期分解產(chǎn)物的化學(xué)合成作用轉(zhuǎn)化為腐殖酸、腐殖酸鹽類及瀝青等；這些合成物質(zhì)與部分分解的和尚未分解的植物遺體，同沼澤中的泥質(zhì)混合在一起形成泥炭。有些低等植物如藻類等機(jī)體以脂肪和蛋白質(zhì)為主，繁殖在湖泊或較深的沼澤中，死亡后遺體下沉水底，經(jīng)分解形成腐泥。腐泥與泥炭不同，腐泥中瀝青質(zhì)多，泥炭中腐殖質(zhì)多。第一節(jié)煤礦床二、煤的形成條件及成煤作用（二）成煤作用2.煤化作用由泥炭向褐煤、煙煤和無(wú)煙煤的轉(zhuǎn)變稱為煤化作用。煤化作用包括先后進(jìn)行的成巖作用和變質(zhì)作用。沼澤中堆積的泥炭和腐泥被泥沙等沉積物覆蓋后標(biāo)志著煤化作用的開(kāi)始。在上覆沉積物靜壓力作用下，泥炭層發(fā)生壓實(shí)、脫水、孔隙度減少和增碳等一系列變化，逐漸固結(jié)、煤化而轉(zhuǎn)變成比重較大，較致密的褐煤。這一過(guò)程即為煤化中的成巖作用過(guò)程（圖10-1）。當(dāng)褐煤層繼續(xù)受到地殼下降運(yùn)動(dòng)的影響而逐漸埋深時(shí)，溫度和壓力也不斷增加，引起煤層內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)等方面的變化，表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)更緊密、密度增大，并產(chǎn)生了粘結(jié)性，顏色變深至黑色，光澤增強(qiáng)，腐殖酸消失，碳質(zhì)增加，褐煤逐漸變成煙煤。褐煤變成煙煤的過(guò)程是一種淺變質(zhì)過(guò)程。煙煤進(jìn)一步變質(zhì)就成了無(wú)煙煤、無(wú)煙煤呈致密塊狀，硬度大，金屬光澤，具導(dǎo)電性。第一節(jié)煤礦床二、煤的形成條件及成煤作用第一節(jié)煤礦床三、煤的物質(zhì)組成及煤的分類1．煤的物質(zhì)組成煤的化學(xué)組成可分為有機(jī)質(zhì)和無(wú)機(jī)質(zhì)兩大類，其中有機(jī)質(zhì)主要為碳、氫、氧、氮等元素組成的化合物，是組成煤的主體部分；無(wú)機(jī)質(zhì)包括水分和礦物，是影響煤質(zhì)量的有害組分。煤的主要成分及特征如下：（1）碳，是煤中最主要的成分和最主要的可燃物質(zhì)。煤中碳含量越高，發(fā)熱量越大，煤質(zhì)也越好。通常碳含量隨著煤變質(zhì)程度的加深而增高。（2）氫，在煤中含量較少，但比較重要，其燃燒熱相當(dāng)于同重量碳的4.2倍。煤中氫含量一般隨變質(zhì)程度加深而減少。第一節(jié)煤礦床三、煤的物質(zhì)組成及煤的分類1．煤的物質(zhì)組成（3）氧，含量變化較大，并隨著煤化程度加深而減少，風(fēng)化煤層中氧含量明顯增高。（4）氮，煤中氮含量較少，主要來(lái)自成煤植物中的蛋白質(zhì)。（5）硫，是煤中最有害的雜質(zhì)，燃燒生成SO2既腐蝕金屬設(shè)備，又污染環(huán)境。焦炭中混入硫，嚴(yán)重影響鋼材質(zhì)量。煤中無(wú)機(jī)硫以黃鐵礦、石膏等形式存在。（6）磷，是煤中另一主要的有害雜質(zhì)，以磷灰石和微量有機(jī)磷存在于煤中。煉鐵時(shí)，焦炭中的磷進(jìn)入生鐵中使鋼鐵性能變脆。此外煤中還有砷、氯、汞、硒及氟等有害雜質(zhì)，總體含量少，但局部集中時(shí)也易造成環(huán)境污染。第一節(jié)煤礦床三、煤的物質(zhì)組成及煤的分類2．煤的分類——煤是一種固體可燃礦產(chǎn)，同時(shí)又是一種復(fù)雜的沉積巖。可以從煤巖學(xué)和工業(yè)用途等進(jìn)行分類。（1）煤巖學(xué)分類：通過(guò)研究煤的物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、物理化學(xué)性質(zhì)等將煤分成以下4類：鏡煤黑色、光澤強(qiáng)、質(zhì)勻、性脆、具貝殼狀斷口，垂直層理方向裂隙發(fā)育。成分中凝膠化物質(zhì)一般在95％以上，揮發(fā)分和含氫量高，灰分低，粘結(jié)性強(qiáng)。含鏡煤較多的煙煤宜煉焦。亮煤黑色但顏色比鏡煤稍淺，光澤較強(qiáng)，僅次于鏡煤，性較脆，有時(shí)具貝殼狀斷口，均一程度較鏡煤差，隱約可見(jiàn)微細(xì)層理。成分由多量凝膠化物質(zhì)與少量形態(tài)分子組成。亮煤可用于煉焦。第一節(jié)煤礦床三、煤的物質(zhì)組成及煤的分類2．煤的分類（1）煤巖學(xué)分類：暗煤灰黑色，光澤暗淡，堅(jiān)硬，致密，韌性較大，斷口呈不規(guī)則狀，不顯層理，成分中凝膠化物質(zhì)較少，礦物質(zhì)含量較多，形態(tài)分子多而復(fù)雜。暗煤不適合單獨(dú)煉焦。絲煤暗黑色，具纖維狀結(jié)構(gòu)和絲絹光澤，形如天然木炭，硬度小，脆性大，染手，成分中絲炭的植物組織、細(xì)胞結(jié)構(gòu)保存完整，細(xì)胞腔常被礦物填充，碳含量高，氫含量低，灰分高，不宜煉焦。第一節(jié)煤礦床2．煤的分類（2）工業(yè)分類：根據(jù)工業(yè)用途的不同，我國(guó)將煤分為10大類，除褐煤和無(wú)煙煤之外，某余8種統(tǒng)稱為煙煤，其主要特征和用途如下：褐煤顏色多呈褐色，光澤暗淡，有時(shí)可見(jiàn)到木質(zhì)結(jié)構(gòu)，比重最輕，含碳量及發(fā)熱量較低，含水分較多，揮發(fā)分大于40％，無(wú)粘結(jié)性。一般用于化工和民用。長(zhǎng)焰煤在煙煤中煤化程度最低，呈褐黑色，瀝青光澤，燃燒時(shí)有較長(zhǎng)的火苗，揮發(fā)分大于40％，膠質(zhì)厚度在0~5mm之間，粘結(jié)性差，主要用于燃料及化工工業(yè)中干餾焦油。三、煤的物質(zhì)組成及煤的分類第一節(jié)煤礦床2．煤的分類（2）工業(yè)分類：氣煤為低煤化煙煤，黑色，弱玻璃光澤，揮發(fā)分大于30％，膠質(zhì)厚度5~25mm，粘結(jié)性較強(qiáng)，加熱時(shí)能產(chǎn)生大量氣體和較多的焦油，是制造煤氣的優(yōu)質(zhì)原料，也是良好的煉焦配煤。肥煤為中等煤化的煙煤，黑色，玻璃光澤，揮發(fā)分在25％左右，加熱時(shí)產(chǎn)生較多的膠質(zhì)體，膠質(zhì)最大厚度大于25mm，粘結(jié)性最強(qiáng)，是煉焦配煤的主要煤種。焦煤為中等煤化的煙煤，黑色，玻璃光澤，揮發(fā)分大于14%~30%，膠質(zhì)最大厚度25~28mm，粘結(jié)性和出焦量均較好，是煉焦炭的最好用煤。三、煤的物質(zhì)組成及煤的分類第一節(jié)煤礦床2．煤的分類（2）工業(yè)分類：瘦煤屬高等煤化煙煤，黑色，強(qiáng)玻璃光澤，揮發(fā)分14%~20%，膠質(zhì)厚度0~12mm，粘結(jié)性弱，主要作煉焦配煤。貧煤是煤化程度最高的一種煙煤，灰黑色，具極強(qiáng)玻璃光澤，揮發(fā)分大于10%~20%，加熱時(shí)不產(chǎn)生膠質(zhì)體，無(wú)粘結(jié)性，燃燒火焰短，多為動(dòng)力或民用煤。弱粘煤屬低-中等煤化的煙煤，揮發(fā)分大于20%~37%，加熱時(shí)僅能產(chǎn)生少量膠質(zhì)體，粘結(jié)性很弱，膠質(zhì)厚度0~9mm，作燃料及氣化煤原料。不粘煤屬低-中等煤化的煙煤，揮發(fā)分大于20%~37%，無(wú)黏結(jié)性，作動(dòng)力、民用氣化用煤。無(wú)煙煤是煤化程度及變質(zhì)程度最高的煤種，呈灰黑色，似金屬光澤，硬度和比重在所有煤種中最大，火力耐久，含碳高而含氫最低，揮發(fā)分0~10%，為民用煤及化工用煤。三、煤的物質(zhì)組成及煤的分類第一節(jié)煤礦床四、煤層和煤系1．煤層煤層(coalbed)是自然界中植物遺體聚集層經(jīng)過(guò)成煤作用后形成的可燃有機(jī)巖層，是人們開(kāi)采和利用的對(duì)象。煤層由煤與混入的礦物質(zhì)或夾石組成。在含煤巖系正常層序中，直接伏于煤層下面的沉積表層稱為煤層的底板；直接蓋在煤層上面的沉積巖層稱為煤層的頂板。煤層底板主要是沼澤相的粘土巖，泥質(zhì)巖和粉砂巖。底板中多富含植物根化石或痕木化石，表明它曾經(jīng)是成煤植物生長(zhǎng)的土壤。煤層頂板巖石由于沉積環(huán)境的不同可分為主要的兩類，即湖泊相的泥質(zhì)巖、粉砂巖和淺海相的石灰?guī)r和泥質(zhì)巖；前者常含豐富的植物枝、葉化石，后者常保存較多的正常海相動(dòng)物化石。第一節(jié)煤礦床四、煤層和煤系1．煤層煤層的厚度是指頂?shù)装逯g的垂直距離（圖10-2），目前按煤層可采厚度分為薄煤層（小于1.3m）、中厚煤層（1.3~3.5m）、厚煤層（大于3.5m）。煤層分不含夾石層的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)煤層和含夾石層的復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層。復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層中夾石層少者幾層，多者十幾層至幾十層。夾石層的巖性主要有炭質(zhì)泥巖、泥質(zhì)巖、砂巖，其次有粘土巖、石灰?guī)r和砂巖，有時(shí)可見(jiàn)到油頁(yè)巖、菱鐵礦層、火山碎屑巖等，造成復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層形成的原因主要是地殼總體勻速下降過(guò)程中出現(xiàn)多次快慢反復(fù)，打破了成煤過(guò)程中的均衡速率體系；其次由于間歇性氣候變化，雨水增多，較多的泥沙搬運(yùn)到沼澤中，破壞成煤環(huán)境。第一節(jié)煤礦床四、煤層和煤系2．含煤巖系含煤巖系是指聚煤盆地中的一套含有煤層的沉積巖系，簡(jiǎn)稱煤系，也有人稱為含煤建造。通常具有以下特點(diǎn)：①是一套黑色、灰黑色為主的沉積巖，包括礫巖、砂巖、泥質(zhì)巖和煤層，有時(shí)也見(jiàn)灰?guī)r、粘土巖、火山碎屑巖等；②煤的沉積環(huán)境主要是沼澤，因而煤系中一般都含有沼澤相沉積建造；③具明顯的旋回結(jié)構(gòu)，即在剖面上可見(jiàn)到巖性、巖相等按一定規(guī)律交替出現(xiàn)；④含豐富的植物化石，且多集中于煤層附近，底板多見(jiàn)根化石，頂板多為葉化石。第一節(jié)煤礦床四、煤層和煤系2．含煤巖系（1）近海型煤系：近海型煤系的沉積區(qū)，地形多比較簡(jiǎn)單，主要為濱海平原、瀉湖、海灣及淺海等。這類地區(qū)地殼多發(fā)生頻繁的升降運(yùn)動(dòng)，即使幅度較小，也可引起較大面積的海進(jìn)和海退，淺海和陸相沼澤相交替出現(xiàn)。近海型煤系分布面積廣，巖相穩(wěn)定，巖石組合較簡(jiǎn)單，旋回較清楚，煤層也穩(wěn)定，對(duì)比容易，我國(guó)華北石炭-二疊紀(jì)及華南晚二疊世煤系，均為重要的近海型煤系（圖10-3）。第一節(jié)煤礦床四、煤層和煤系2．含煤巖系（2）內(nèi)陸型煤系：內(nèi)陸型煤系的沉積區(qū)為內(nèi)陸地區(qū)，主要有內(nèi)陸盆地、山間盆地及山前盆地等。煤系分布范圍小，且全由陸相沉積物組成，其中粗碎屑比例顯著增加，在煤系地層剖面上可見(jiàn)到各種陸相沉積呈現(xiàn)有規(guī)律的變化。在內(nèi)陸盆地，煤系底部為河床相或湖濱三角洲相的各種粒度的砂巖，往上是河漫灘相粉砂巖，再往上則為沼澤相泥巖和煤層，煤層之上是深湖相的粘土巖和粉砂巖。在山間盆地和山前盆地，河床相砂巖之下多出現(xiàn)山麓相礫巖。這類煤系中煤層數(shù)目變化大，厚度穩(wěn)定性較差，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，煤層對(duì)比難（圖10-4）；我國(guó)中、新生代煤系絕大部分屬于內(nèi)陸型煤系，如東北、西南及陜北等地區(qū)（侏羅-第三紀(jì)）、新疆天山北麓（早、中侏羅世）。第一節(jié)煤礦床1．聚煤盆地（coalconcentratingbasin）是指在同一構(gòu)造單元內(nèi)為含煤巖系提供沉積場(chǎng)所的盆地。按成因聚煤盆地可分成侵蝕盆地和坳陷盆地。（1）侵蝕盆地：盆地的形成與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)，完全是由侵蝕作用而形成的，其特點(diǎn)是盆地基底常起伏不平，形成的煤系厚度小，變化大，分布零星，我國(guó)云南省第三紀(jì)的一些煤田中常見(jiàn)這種類型（圖10-5）。五、聚煤盆地、煤田及我國(guó)主要成煤時(shí)代第一節(jié)煤礦床1．聚煤盆地（2）坳陷盆地：盆地的形成直接受控于地殼的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)引起基底逐漸沉降，沉降物不斷地補(bǔ)償過(guò)程中形成的聚煤盆地。這類盆地常形成波狀起伏的坳陷，盆地坳陷范圍大，沉降幅度中間大、邊部小，形成的煤系中間厚，最厚可達(dá)數(shù)百米，向兩邊逐漸變?。▓D10-6）。五、聚煤盆地、煤田及我國(guó)主要成煤時(shí)代第一節(jié)煤礦床1．聚煤盆地（2）坳陷盆地：盆地的形成直接受控于地殼的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)引起基底逐漸沉降，沉降物不斷地補(bǔ)償過(guò)程中形成的聚煤盆地。這類盆地常形成波狀起伏的坳陷，盆地坳陷范圍大，沉降幅度中間大、邊部小，形成的煤系中間厚，最厚可達(dá)數(shù)百米，向兩邊逐漸變薄（圖10-6）。五、聚煤盆地、煤田及我國(guó)主要成煤時(shí)代第一節(jié)煤礦床1．聚煤盆地（2）坳陷盆地：我國(guó)華北石炭-二疊紀(jì)煤系就是在這類廣闊的坳陷盆地中形成的。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)也可形成斷陷聚煤盆地，其特點(diǎn)是盆地一側(cè)或兩側(cè)有斷裂分布，基底面不連續(xù)（圖10-7）。遼寧省阜新煤盆地屬斷陷盆地，為侏羅紀(jì)以后斷裂帶長(zhǎng)期活動(dòng)造成斷塊下陷造成。煤系由一套洪積、沖積和湖相陸源碎屑巖組成，巖性厚度變化都很大。五、聚煤盆地、煤田及我國(guó)主要成煤時(shí)代第一節(jié)煤礦床2．煤田（coalfield）指聚煤盆地經(jīng)后期構(gòu)造改造后保留下來(lái)的產(chǎn)煤區(qū)域。一個(gè)聚煤盆地被后期構(gòu)造改造后常分隔成若干個(gè)煤田。煤田面積變化大，從數(shù)平方公里至數(shù)百平方公里，最大可達(dá)上千平方公里。以下是2個(gè)煤田的實(shí)例：沁水煤田和阜新煤田。五、聚煤盆地、煤田及我國(guó)主要成煤時(shí)代第一節(jié)煤礦床2．煤田以下是2個(gè)煤田的實(shí)例：沁水煤田和阜新煤田。（1）沁水煤田：該煤田位于山西中部，北臨五臺(tái)山，南至太行山，呈一近南北向延伸的長(zhǎng)圓形盆地，為一暴露式煤田。煤的形成時(shí)代為石炭-二疊紀(jì)。聚煤盆地基底為太古界花崗質(zhì)片麻巖、震旦系、寒武系和奧陶系，含煤的石炭-二疊系平行不整合于奧陶系之上，上覆地層為晚二疊世的石千峰組，二疊系和第三系（圖10-8）。煤田構(gòu)造形態(tài)簡(jiǎn)單，為一平緩開(kāi)闊的向斜構(gòu)造，斷裂構(gòu)造多發(fā)育在煤田邊部，主要為張性正斷層。五、聚煤盆地、煤田及我國(guó)主要成煤時(shí)代第一節(jié)煤礦床2．煤田以下是2個(gè)煤田的實(shí)例：沁水煤田和阜新煤田。（1）沁水煤田：形成煤田的聚煤盆地屬波狀坳陷型，為華北石炭-二疊紀(jì)大型波狀聚煤坳陷的一部分，含煤巖系由一套在近海條件下形成的海陸交互相地層組成（圖10-9）。本溪組和太原組由海-陸交互相的泥巖、粉砂巖、砂巖及灰?guī)r組成；山西組由砂巖、泥巖等陸相、過(guò)渡相的碎屑巖組成；石盒子組為一套純陸相的碎屑巖。太原組和山西組為主要的含煤層位，其厚度較穩(wěn)定，沉積旋回清楚，主要可采煤層厚度較大，多為中厚煤層。本溪組和石盒子組一般不含可采煤層，多呈煤線出現(xiàn)。整個(gè)煤田的煤質(zhì)屬中等變質(zhì)到高級(jí)變質(zhì)的腐殖煤，自北向南呈現(xiàn)出帶狀分布特點(diǎn)，南北兩端以貧煤和無(wú)煙煤為主，煤田中段是肥煤和貧煤。五、聚煤盆地、煤田及我國(guó)主要成煤時(shí)代第一節(jié)煤礦床2．煤田（2）阜新煤田：該煤田位于遼寧省中部，沿南西延伸至義縣、錦州，呈一“S”型的狹長(zhǎng)盆地。成煤時(shí)代為晚侏羅-早白堊世（J3-K1），含煤巖系為晚侏羅-早白堊世一套碎屑巖系，與下伏前震旦系和震旦系基底呈不整合接觸，其上為白堊紀(jì)碎屑巖和第三紀(jì)玄武巖（圖10-10，10-11）。五、聚煤盆地、煤田及我國(guó)主要成煤時(shí)代第一節(jié)煤礦床2．煤田（2）阜新煤田：分布在煤田中部的含煤地層基本呈一單斜構(gòu)造，向南東平緩傾斜（傾角20°左右）；其上又發(fā)育新丘、海州、清河門等5個(gè)短軸背斜。煤田中斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，尤其是煤田東側(cè)，長(zhǎng)期活動(dòng)的大巴-錦州斷裂，控制著阜新聚煤盆地的形成和發(fā)展。聚煤盆地在成煤期為一典型斷陷盆地，而今煤田的構(gòu)造形態(tài)屬地塹型構(gòu)造。五、聚煤盆地、煤田及我國(guó)主要成煤時(shí)代第一節(jié)煤礦床2．煤田（2）阜新煤田：組成煤田的含煤巖系有阜新組、九佛堂組和義縣組，其中以阜新組最為重要。該組厚約450~1200m，由一套陸相碎屑巖組成。根據(jù)巖性、巖相和含煤的組合特點(diǎn)再分為5個(gè)旋回即5個(gè)層群（圖10-12），一般高德、水泉層群中煤層厚度較??；太平、中間和孫家灣層群中煤層厚度較大，多為厚層煤和巨厚層煤，但橫向上厚度變化較大，向盆緣斷裂一側(cè)，沖積相的砂礫巖增加，厚煤層逐漸分叉、變薄，最后完全被洪積相的砂礫巖所代替，煤層尖滅。九佛堂組厚800~1000m，一般分為三段；中段為含煤段，由一套以砂巖、泥巖為主的陸相碎屑巖組成，煤層為薄煤層和中厚煤層；上段為深湖相的泥巖和油頁(yè)巖層。五、聚煤盆地、煤田及我國(guó)主要成煤時(shí)代第一節(jié)煤礦床3．我國(guó)主要的成煤時(shí)代我國(guó)主要的成煤時(shí)期為石炭紀(jì)、二疊紀(jì)、三疊紀(jì)、侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)和第三紀(jì)；其中以晚石炭-早二疊世、侏羅紀(jì)和第三紀(jì)最為重要，主要聚煤期、地理分布及主要特點(diǎn)如下（表10-1）。五、聚煤盆地、煤田及我國(guó)主要成煤時(shí)代第一節(jié)煤礦床泥炭（peat），又稱草炭，泥煤或草木炭，是煤炭的一種。泥炭是煤演化早期的產(chǎn)物（前已述及），隨著人們認(rèn)識(shí)程度的提高和可燃有機(jī)礦產(chǎn)資源日益枯竭形勢(shì)的加劇，其用途越來(lái)越廣泛，受到人們重視。我們將泥炭作為一種特殊的煤資源在本節(jié)中作一介紹。1．泥炭資源的分布我國(guó)泥炭資源比較豐富，分布廣泛。南起海南陵水-三亞市，北至黑龍江漠河附近；西從新疆博樂(lè)艾比湖，東到黑龍江三江平原的遼闊疆域內(nèi)，除少數(shù)干旱區(qū)外，都有泥炭的分布。由于地域遼闊及自然地理環(huán)境的獨(dú)特，我國(guó)泥炭成礦的區(qū)域性差異大，泥炭資源量的分布呈現(xiàn)明顯的西多東少；濕潤(rùn)氣候區(qū)多，干燥和寒冷區(qū)少的特點(diǎn)。六、泥炭第一節(jié)煤礦床1．泥炭資源的分布西部泥炭成礦帶，包括若爾蓋高原和云貴高原兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的泥炭成礦集中區(qū)。成炭的地質(zhì)地理環(huán)境十分優(yōu)越，按中國(guó)泥炭分區(qū)，屬于若爾蓋高原和云貴高原泥炭極豐富區(qū)，泥炭分布的面積分別為2829.45km2和1089.31km2，泥炭覆蓋度為1.57﹪和0.25﹪，厚層泥炭資源極其豐富，共有厚層泥炭礦85處，總儲(chǔ)量達(dá)187675.87萬(wàn)噸，占總儲(chǔ)量的95.7﹪。全國(guó)厚層泥炭礦床資源量大于1000萬(wàn)噸的泥炭礦床共有29處，其中26處分布在這里。在若爾蓋高原就有17處，如該地的唐克鄉(xiāng)喀哈爾喬泥炭礦，泥炭?jī)?chǔ)量達(dá)64489.55萬(wàn)噸，是我國(guó)罕見(jiàn)的超億噸特大型泥炭礦。西部成礦帶大多數(shù)泥炭為草本類型，部分埋藏型泥炭礦為草本-木本泥炭和木本-草本泥炭。六、泥炭第一節(jié)煤礦床1．泥炭資源的分布東部泥炭成礦帶，包括東北山區(qū)（長(zhǎng)白山區(qū)為主）和東南沿海（以雷州半島為主）相對(duì)獨(dú)立的泥炭成礦集中區(qū)。成炭環(huán)境比較優(yōu)越，屬于長(zhǎng)白山泥炭豐富區(qū)和瓊雷臺(tái)地泥炭較豐富區(qū)，泥炭分布面積分別為463.31km2和1454.83km2，泥炭覆蓋度為0.19﹪和0.051﹪，厚層泥炭主要分布在山間盆地和近海臺(tái)地及三角洲，共有厚層泥炭礦21處，總儲(chǔ)量8367.04萬(wàn)噸。大多數(shù)屬中型和小型（<1000萬(wàn)噸）的泥炭礦，該成礦帶東北地區(qū)為裸露型草本泥炭，少量草本-蘚類泥炭，東南沿海大多為木本泥炭、木本-草本泥炭。六、泥炭第一節(jié)煤礦床2．泥炭沼澤的演化——泥炭沼澤的演化比較復(fù)雜，大體可分為水域泥炭沼澤和陸地泥炭沼澤演化兩類。（1）水域泥炭沼澤的演化：水域泥炭沼澤廣泛分布于世界各地。它的泥炭層底部常存在由湖泊或深水沼澤形成的腐泥層，接著發(fā)育富營(yíng)養(yǎng)的草本沼澤泥炭，最后轉(zhuǎn)變?yōu)橐阅嗵繛橹?、貧營(yíng)養(yǎng)的蘚類沼澤泥炭。這一轉(zhuǎn)變過(guò)程中，水生植物逐漸轉(zhuǎn)化成濕生植物。這種成因的泥炭沼澤在瑞典、俄羅斯、加拿大、愛(ài)爾蘭、美國(guó)等國(guó)比較發(fā)育。（2）陸地泥炭沼澤的演化：包括森林泥炭沼澤演化和草甸泥炭沼澤演化兩類。森林泥炭沼澤的演化多數(shù)從富營(yíng)養(yǎng)森林泥炭沼澤開(kāi)始，經(jīng)過(guò)中等營(yíng)養(yǎng)泥炭沼澤，演化為貧營(yíng)養(yǎng)疏林泥炭沼澤或無(wú)林泥炭蘚泥炭沼澤。這類泥炭沼澤在東南亞的沙撈越、文萊和印尼常見(jiàn)。草甸泥炭沼澤的演化通常是從富營(yíng)養(yǎng)的草本泥炭沼澤發(fā)展至貧營(yíng)養(yǎng)的草本、泥炭蘚泥炭；湖北神農(nóng)架、日本北海道發(fā)育這類沼澤。六、泥炭第一節(jié)煤礦床3．泥炭的主要用途根據(jù)泥炭礦具有礦產(chǎn)資源和濕地資源的雙重性，將泥炭礦劃分為礦產(chǎn)型和保護(hù)型。礦產(chǎn)方面，泥炭用途廣泛；它是制作有機(jī)復(fù)合肥料必需的原料；也是一些化工、醫(yī)藥工業(yè)提取腐殖酸類物質(zhì)的重要原料；在能源資源緊缺地區(qū)，還被用作工業(yè)動(dòng)力（火力發(fā)電等）和民用燃料。環(huán)保方面，主要是為了保護(hù)濕地，如長(zhǎng)白山山地特有的哈尼蘚類泥炭地屬于典型的沼澤濕地，維持濕地生物多樣性，并且發(fā)揮泥炭蘚可吸收空氣中CO2和CH4等有害氣體的作用，凈化自然環(huán)境。六、泥炭第一節(jié)煤礦床石油（oil）又稱原油，是一種從地下開(kāi)采出的可燃液體礦產(chǎn)。石油經(jīng)分餾后可以得到石油醚、汽油、煤油、柴油、潤(rùn)滑油和瀝青殘留物。石油是重要的燃料，被稱為“工業(yè)的血液”，同時(shí)也是化工原料，是各種洗滌劑、合成纖維、合成橡膠、塑料以及農(nóng)藥、化肥、醫(yī)藥等方面的原料。天然氣（naturalgas）通常指油氣田氣或氣田氣（不包括煤層氣），其化學(xué)成分以甲烷為主，其次為乙烷、丙烷、丁烷及少量的CO2、CO、H2S、N2、He及其他氣體。天然氣由于其熱值高、燃燒充分、熱效率高、運(yùn)輸方便，在工業(yè)和民用燃料、動(dòng)力等方面得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，同時(shí)也是化工產(chǎn)品、人造蛋白質(zhì)及醫(yī)藥的原料。第二節(jié)石油和天然氣第二節(jié)石油和天然氣1．石油的化學(xué)成分石油是主要由烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴組成的混合物。烷烴是石油的重要成分，其分子通式是CnH2n+2，分子具直鏈結(jié)構(gòu)。烷烴中比較簡(jiǎn)單的化合物有甲烷、乙烷、丙烷，它們的分子結(jié)構(gòu)如下：烷烴中最復(fù)雜的分子有60多個(gè)碳原子。在常溫常壓下甲烷到丁烷是氣體，戊烷到15烷為液體，16烷以上為固體。一、石油的化學(xué)成分和物理性質(zhì)第二節(jié)石油和天然氣環(huán)烷烴的分子通式為CnH2n，分子具環(huán)狀結(jié)構(gòu)，例如環(huán)己烷（C6H12）的結(jié)構(gòu)是：環(huán)本身相當(dāng)穩(wěn)定，但環(huán)上的氫原子容易被甲基替換，例如生成甲基環(huán)戊烷，化學(xué)式為(CH2)4·CHCH3。環(huán)烷烴的物理及化學(xué)性質(zhì)和烷烴相似，也比較穩(wěn)定。環(huán)烷烴環(huán)內(nèi)的碳原子可以多到30多個(gè)。石油中最多的是環(huán)戊烷（C5H10）和環(huán)己烷（C6H12）。常溫常壓下環(huán)丙烷（C3H6）和甲基環(huán)丙烷（C4H8）為氣體，其他單環(huán)的環(huán)烷烴都是液體。一、石油的化學(xué)成分和物理性質(zhì)第二節(jié)石油和天然氣芳香烴也叫苯烴，其通式為CnH2n-6，例如苯(C6H6)，是石油芳香烴中最常見(jiàn)的物質(zhì)，結(jié)構(gòu)是：苯中的氫有時(shí)被甲基取代，生成甲苯或二甲苯。石油中除烴外，還含有數(shù)量不多的硫、氫、氧的非烴化合物。非烴化合物中重要的硫化物是硫化氫和有機(jī)硫化物。石油中以C、H、O、S、N等元素含量最多，此外還有Fe、Al、Mg、Cu、Pb、Zn等30多種元素。碳平均含量為82%~87%，氫平均含量為11%~14%，其余元素一般不超過(guò)1%。一、石油的化學(xué)成分和物理性質(zhì)第二節(jié)石油和天然氣2．石油的物理性質(zhì)——由于石油是有機(jī)化合物的混合物，所以不會(huì)有固定的物理常數(shù)。其一般的物理性質(zhì)如下：①顏色多為黑綠色、深褐色、黑色；②原油多具有明顯的氣味，輕質(zhì)石油有芳香味，濃而黑的石油有瀝青味，少數(shù)含硫和氮的多有臭味；③密度一般在0.75~1.00g/cm3之間，大多數(shù)比水輕；④粘度取決于石蠟的含量，變化較大；⑤發(fā)熱量大，燃燒時(shí)放熱量約為(4.2~5)×107J/kg；⑥為非導(dǎo)電體，電阻率為1011~1018Ω／cm。一、石油的化學(xué)成分和物理性質(zhì)第二節(jié)石油和天然氣1．石油和天然氣成因多年來(lái)關(guān)于石油和天然氣成因一直存在有機(jī)成因說(shuō)和無(wú)機(jī)成因說(shuō)2種觀點(diǎn)。隨著生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)研究的進(jìn)一步深入，目前有機(jī)成因說(shuō)得到了廣泛的承認(rèn)。主要依據(jù)是：①迄今已發(fā)現(xiàn)的油氣田絕大部分分布于沉積巖中，油氣中主要化學(xué)成分各種烴類與沉積巖中分散的烴類十分相似；②主要成油時(shí)代往往是地史中生物大量繁殖時(shí)期。但石油和天然氣究竟是由哪類有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化的，即生油原始物質(zhì)是什么？人們?cè)岢鍪秃吞烊粴庵苯悠鹪从诨畹挠袡C(jī)體，細(xì)菌是促使烴類化合物轉(zhuǎn)變?yōu)楦囝愂蜔N的主要營(yíng)力。海洋生物，特別是海洋中通過(guò)光合作用產(chǎn)生的大量藻類，被認(rèn)為是最佳的生油物質(zhì)。由于在20世紀(jì)60年代發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代沉積物中藻類合成烴類-正烷烴（C24-C34正烷烴）具有奇碳優(yōu)勢(shì)，而原油中無(wú)此種優(yōu)勢(shì)。因此認(rèn)為，現(xiàn)代沉積物不可能生成大規(guī)模的石油。二、石油和天然氣的形成作用第二節(jié)石油和天然氣1．石油和天然氣成因20世紀(jì)60年代曾認(rèn)為石油的生油母質(zhì)來(lái)源于脂肪酸。朱格爾和艾斯馬（1964）用二十二烷酸在膨潤(rùn)土參加下加熱到200℃獲得了一系列烷烴衍生物，衍生物以nC21烷烴為主，并含有少量高碳原子數(shù)的烷烴。但由于現(xiàn)代和古代巖石中有機(jī)質(zhì)的脂肪酸含量均極低，因此脂肪酸作為大量石油的生油母質(zhì)觀點(diǎn)與地質(zhì)事實(shí)不符。對(duì)沉積巖的研究表明，各種沉積物中均含有一定數(shù)量的有機(jī)質(zhì)。其中，泥質(zhì)巖平均為2.1%，碳酸鹽巖中為0.2%，砂巖中為0.05%。目前已能從沉積有機(jī)質(zhì)中提取氨基酸、類脂物、醣類物質(zhì)、烴類及瀝青組分，但它們只占有機(jī)質(zhì)中很少一部分，而絕大部分是高分子殘?jiān)?干酪根。干酪根系指存在于沉積巖和沉積物中不溶解于有機(jī)溶劑的有機(jī)質(zhì)。干酪根可以從脂肪、碳水化合物、蛋白質(zhì)以及腐殖酸的一部分產(chǎn)生出來(lái)。1962年享特首次在隔氧條件下加熱干酪根獲得了烴類化合物，爾后提出了“干酪根熱降解成油”觀點(diǎn)，根據(jù)很多沉積盆地中干酪根和烴類含量變化關(guān)系研究，干酪根熱降解成油觀點(diǎn)正在被廣泛的接受。從KazuoTaguchi（1988）圖解中（圖10-13）可以直觀地了解石油的形成過(guò)程。二、石油和天然氣的形成作用第二節(jié)石油和天然氣1．石油和天然氣成因從圖10-13可以看出，石油、天然氣烴類的形成可以來(lái)自3個(gè)方面：①通過(guò)生物合成作用形成的高分子烴類，由于不穩(wěn)定，大部分在沉積期間被分解，對(duì)石油形成意義較??；②沉積物中有機(jī)質(zhì)經(jīng)轉(zhuǎn)化形成中-高分子烴類，但數(shù)量少，在形成石油中只占百分之幾；③有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化成干酪根的烴類，是形成石油的主體。二、石油和天然氣的形成作用第二節(jié)石油和天然氣1．石油和天然氣成因近年來(lái)，隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的不斷提高，通過(guò)對(duì)干酪根的熱解實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步揭示了干酪根隨埋深的增加變化的規(guī)律，圖10-14表示了干酪根演化成烴模式。從0~1km屬于成巖作用干酪根未熟化階段，該階段從生物聚合隨埋深增大發(fā)生生物化學(xué)降解作用，形成部分甲烷及殘留瀝青；從1~3.5km屬于成巖期后的后生作用，由于地溫隨埋深一起增大，干酪根發(fā)生熱降解，干酪根分解為液態(tài)石油、氣態(tài)甲烷和“濕氣”；3.5km以下由于靜壓力較大，溫度較高，發(fā)生變質(zhì)作用，烴類完全成為氣態(tài)或石墨（非有機(jī)質(zhì)）。二、石油和天然氣的形成作用第二節(jié)石油和天然氣2．石油和天然氣形成的地質(zhì)條件（1）物源和保存條件：大量的有機(jī)質(zhì)來(lái)源和保存有機(jī)質(zhì)的還原環(huán)境，沉積物中的有機(jī)質(zhì)是生油的物質(zhì)基礎(chǔ)，其含量主要取決于沉積在水底的有機(jī)質(zhì)的數(shù)量和保存條件，淺海瀉湖及海灣湖盆以及三角洲地帶是有利環(huán)境，濱海區(qū)海浪作用強(qiáng)，不利于有機(jī)物堆積和保存，深海區(qū)水體深，有機(jī)物質(zhì)含量少。合適的深度和適宜的溫度的還原環(huán)境有利于有機(jī)質(zhì)發(fā)生生油化學(xué)變化。這種環(huán)境還要有穩(wěn)定性，因?yàn)樯突瘜W(xué)反應(yīng)需要足夠的時(shí)間。（2）構(gòu)造條件：長(zhǎng)期緩慢下降的深坳陷是形成石油的有利構(gòu)造條件，長(zhǎng)期緩慢下降的沉積盆地才能有大量有機(jī)質(zhì)的帶入，并和同時(shí)形成的沉積物一起埋藏起來(lái)。只有沉積物下降到相當(dāng)?shù)纳钐幉拍鼙ＷC溫度和壓力升高，使有機(jī)物質(zhì)熱解轉(zhuǎn)化成石油。含油盆地沉積厚度一般很少小于1~2km，我國(guó)東部含油盆地沉積厚度都在6~7km上。強(qiáng)烈的地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)石油的生成和保存都不利。但地殼長(zhǎng)期緩慢下沉過(guò)程中伴隨著周期性的振蕩運(yùn)動(dòng)可以造成有利于生油和儲(chǔ)層沉積層的交替，形成有利的生油層、儲(chǔ)油層和蓋層的組合。二、石油和天然氣的形成作用第二節(jié)石油和天然氣3．生油層能生成石油和天然氣的巖層為生油層(sourcebed)。在一定地質(zhì)時(shí)期內(nèi)，具相應(yīng)巖性-巖相特征的一系列生油層與其所夾的非生油層的組合稱為生油層系。如果在生油層系中有儲(chǔ)集層存在，那么生油層系就稱為含油層系。細(xì)粒沉積層是良好的生油層，主要是泥質(zhì)巖類和碳酸鹽巖類。泥質(zhì)巖類包括泥巖、頁(yè)巖、泥質(zhì)粉砂巖等，它們是在安靜缺氧環(huán)境下一定深度的穩(wěn)定水體中形成的。浮游生物和陸源有機(jī)膠體與泥質(zhì)沉積物一起大量堆積，并向油氣轉(zhuǎn)化，這類巖石因富含有機(jī)質(zhì)及低鐵化合物而顏色發(fā)暗。我國(guó)酒泉、柴達(dá)木和準(zhǔn)噶爾各油氣盆地主要生油層多半是灰黑、深灰、褐色和灰綠色的泥質(zhì)巖類。碳酸鹽巖類生油層以富含有機(jī)物質(zhì)的石灰?guī)r、生物灰?guī)r和泥灰?guī)r為主，多呈黑色、深灰色和灰色，隱晶至粉晶結(jié)構(gòu)，厚層至塊狀，含黃鐵礦、菱鐵礦和生物化石。我國(guó)四川盆地在二疊紀(jì)和三疊紀(jì)的石灰?guī)r中形成。生油層主要特征見(jiàn)表10-2。二、石油和天然氣的形成作用第二節(jié)石油和天然氣二、石油和天然氣的形成作用第二節(jié)石油和天然氣三、石油和天然氣的運(yùn)移和儲(chǔ)集第二節(jié)石油和天然氣1．石油和天然氣的運(yùn)移

石油生成后，呈分散狀態(tài)存在于生油層內(nèi)，要形成油礦（油藏），還需要通過(guò)各種外力作用，首先將生油巖中分散的石油小液珠運(yùn)移到一定石油圈閉（油捕）中聚集并保存形成油藏。使石油運(yùn)移的主要作用是壓力、浮力、毛細(xì)管作用、水的流動(dòng)及細(xì)菌活動(dòng)等。壓力包括靜壓力和擠壓應(yīng)力，靜壓力是造成油氣運(yùn)移的主要因素，生油巖層被上覆靜壓力慢慢地壓實(shí)，巖石孔隙度隨之降低，使其中的流體被擠出，流到壓力較小的有孔隙的地方。有人作過(guò)估算，泥質(zhì)沉積物埋深350m時(shí)能擠出50％的水，埋深1200m時(shí)能擠出85％的水。當(dāng)生油巖層受到擠壓應(yīng)力作用時(shí)，巖石褶皺變形也可以擠出一部分流體。浮力也有助于流體運(yùn)移，因?yàn)橛蜌獗人p，由于重力分異而浮于水面，多孔傾斜巖層最易造成油氣沿傾斜巖層上升，發(fā)生富集。三、石油和天然氣的運(yùn)移和儲(chǔ)集第二節(jié)石油和天然氣1．石油和天然氣的運(yùn)移

毛細(xì)管的作用是由于油、氣、水與巖石之間具有不同的表面張力和潤(rùn)濕程度。當(dāng)流體與巖石接觸時(shí)，界面上的毛細(xì)管力總是指向潤(rùn)濕性小的流體；由于水比石油更易潤(rùn)濕巖石，所以在油、水相接觸時(shí)界面向水突出，并產(chǎn)生指向石油的毛細(xì)管力。巖層中小孔隙內(nèi)的毛細(xì)管力比大孔隙的大，于是在大小孔隙間形成了毛細(xì)管壓力差，而壓力差指向大孔隙，這樣對(duì)巖石潤(rùn)濕性較強(qiáng)的水就把石油從小孔隙中驅(qū)趕到大孔隙中去。泥質(zhì)巖的孔隙比砂巖小，而毛細(xì)管將砂巖中的水吸出來(lái)，同時(shí)將油氣擠入到砂巖中去。這種運(yùn)移作用在油氣運(yùn)移初期起了很大作用。水流動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力，帶動(dòng)油氣一起流動(dòng)，加速石油的運(yùn)移，這樣的水流可由擠壓或自流產(chǎn)生。細(xì)菌活動(dòng)產(chǎn)生有機(jī)酸和碳酸，能使碳酸鹽巖溶解，其中的油氣分離出來(lái)；碳酸鹽巖的溶解擴(kuò)大空間使石油易于流動(dòng)；溶解過(guò)程中放出CO2產(chǎn)生壓力驅(qū)趕石油運(yùn)移。三、石油和天然氣的運(yùn)移和儲(chǔ)集第二節(jié)石油和天然氣2．石油和天然氣的儲(chǔ)集石油和天然氣在具有儲(chǔ)集層特性的表面特定部位聚集。凡是具備良好孔隙性和滲透性，能夠儲(chǔ)集油氣的表面都可作為儲(chǔ)集層（reservoir）?？紫缎院蜐B透性的好壞直接影響油氣的富集程度和產(chǎn)量，所以儲(chǔ)集層是形成油氣的必要條件之一。儲(chǔ)集層主要有二類：（1）陸源碎屑巖類儲(chǔ)集層：包括礫巖、砂巖和粉砂巖等。世界上約59％的較大油、氣田儲(chǔ)集在此類巖層中，其孔隙度高，砂巖平均超過(guò)25％，其他的在12%~25%之間，貫通性強(qiáng)，是理想的儲(chǔ)油層。這類巖層在我國(guó)中生代陸相含油、氣盆地中廣泛分布。三、石油和天然氣的運(yùn)移和儲(chǔ)集第二節(jié)石油和天然氣2．石油和天然氣的儲(chǔ)集（2）碳酸鹽巖儲(chǔ)集層：包括石灰?guī)r、白云巖、礁灰?guī)r和生物碎屑灰?guī)r等，其儲(chǔ)集空間主要是溶洞及次生裂隙。世界上較大的油、氣田的儲(chǔ)量約4％產(chǎn)在這類巖層中，如中東地區(qū)一些特大型油田。我國(guó)碳酸鹽巖地層分布廣泛，應(yīng)加強(qiáng)油氣地質(zhì)研究。另外還有其他類型的儲(chǔ)集層，如火成巖、變質(zhì)巖和泥巖等，當(dāng)這類巖石裂隙、片理及破碎帶發(fā)育時(shí)，也可成為儲(chǔ)油層。儲(chǔ)集層上面必須有不透水的蓋層。最常見(jiàn)的蓋層是泥巖和頁(yè)巖，致密的石灰?guī)r、白云巖和石膏也可作為蓋層，甚至膠結(jié)很好的細(xì)粒砂巖也可作為蓋層。三、石油和天然氣的運(yùn)移和儲(chǔ)集第二節(jié)石油和天然氣3．石油和天然氣的地質(zhì)圈閉進(jìn)入到儲(chǔ)集層中的油氣，在運(yùn)移過(guò)程中遇到了遮擋，使其不能繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)而聚集成油、氣藏，這種聚集油氣的場(chǎng)所稱為圈閉（oiltrap）。圈閉的形成必須同時(shí)滿足3個(gè)條件：①良好的儲(chǔ)油層；②不透水的蓋層；③遮擋物，遮擋物的形成是使油氣最終聚集、定位成油、氣藏的關(guān)鍵。遮擋物可以由蓋層本身的拱形彎曲形成，如背斜遮擋，也可以是斷層、地層不整合面、不透水巖層等。通常將油氣圈閉分為構(gòu)造圈閉、地層圈閉和巖性圈閉3類，以下介紹幾種常見(jiàn)的圈閉。三、石油和天然氣的運(yùn)移和儲(chǔ)集第二節(jié)石油和天然氣3．石油和天然氣的地質(zhì)圈閉（1）背斜圈閉：是世界上已知油、氣田中最重要的一種圈閉類型（圖10-15）。油氣在儲(chǔ)集層內(nèi)進(jìn)行運(yùn)移過(guò)程中，當(dāng)遇到傾斜反向的地方，油氣將趨向于在背斜頂部聚集，然后向其翼部漫延。背斜越寬緩，聚油面積也越大?？仆夭紶柛捎吞铩⑽覈?guó)大慶油田、酒泉老君廟油田都屬于背斜圈閉油田。三、石油和天然氣的運(yùn)移和儲(chǔ)集第二節(jié)石油和天然氣3．石油和天然氣的地質(zhì)圈閉（2）斷層圈閉：由于斷層可造成地層的相對(duì)位移和巖石破碎，并可與地層中透水層相通，另一方面斷層的錯(cuò)位又可使儲(chǔ)集層與不透水層相接觸而造成遮擋，同時(shí)斷層泥也是很好的遮擋物（圖10-16）。我國(guó)酒泉白楊河油田和準(zhǔn)噶爾盆地的克拉瑪依油田都屬于斷層圈閉油田。三、石油和天然氣的運(yùn)移和儲(chǔ)集第二節(jié)石油和天然氣3．石油和天然氣的地質(zhì)圈閉（3）巖丘圈閉：埋于地下較深處的鹽類巖層具較強(qiáng)的可塑性，經(jīng)褶皺作用造成底劈或刺穿構(gòu)造，并向上覆巖層運(yùn)動(dòng)形成鹽丘（圖10-17）。巖體向上運(yùn)動(dòng)時(shí)?？蓻_破上覆巖層，然后在地殼緩慢下降過(guò)程中與周圍地層一起接受沉積。不透水的巖體成為較理想的遮擋物，主要在巖丘兩側(cè)儲(chǔ)集層形成封閉的單斜圈閉。中東和羅馬尼亞常見(jiàn)這種圈閉油田。三、石油和天然氣的運(yùn)移和儲(chǔ)集第二節(jié)石油和天然氣3．石油和天然氣的地質(zhì)圈閉（4）不整合面圈閉：不整合是一種常見(jiàn)的圈閉，下面傾斜的地層被上面的地層覆蓋，使油氣在不整合面之下聚集（圖10-18）。三、石油和天然氣的運(yùn)移和儲(chǔ)集第二節(jié)石油和天然氣3．石油和天然氣的地質(zhì)圈閉（5）礁灰?guī)r圈閉：礁灰?guī)r中含有大量孔隙和極好的滲透率，為良好的儲(chǔ)油層，當(dāng)它們被頁(yè)巖等封閉時(shí)成為很好的圈閉構(gòu)造。在墨西哥、美國(guó)、中東等地區(qū)均發(fā)現(xiàn)了與礁灰?guī)r有關(guān)的大油田。（6）砂體圈閉：主要是河流沖積扇、三角洲、河床、濱海砂丘、砂壩等形成的砂體，它們具有很高的孔隙率和很好的滲透性，在被其他的不透水巖層超覆時(shí)，形成砂體圈閉，是油氣良好的儲(chǔ)集場(chǎng)所。四、油氣盆地時(shí)、空分布規(guī)律第二節(jié)石油和天然氣1．油氣盆地空間分布規(guī)律——目前全世界已發(fā)現(xiàn)工業(yè)油、氣盆地約160個(gè)，其中25個(gè)盆地集中了已知石油總量的86％，按照其形成的動(dòng)力學(xué)背景，可分為以下幾種類型：（1）復(fù)合型盆地：位于克拉通內(nèi)部，平面呈線狀或橢圓形，剖面形態(tài)不對(duì)稱，具有多旋回沉積特征，盆地形成經(jīng)歷了多期拉伸和擠壓作用，多以拉伸作用為主。如美洲、澳大利亞及西伯利亞地區(qū)的油氣盆地，這類盆地約含有世界油氣儲(chǔ)量的25％。（2）坳陷型盆地：位于開(kāi)闊海洋至內(nèi)海或海灣，形態(tài)為不對(duì)稱大型線狀盆地。此類盆地含油、氣豐富，油氣儲(chǔ)量分別占世界油氣總儲(chǔ)量的54％和38％，主要有中東、委內(nèi)瑞拉、墨西哥灣、加勒比海等大油、氣盆地及中國(guó)南海油、氣盆地。四、油氣盆地時(shí)、空分布規(guī)律第二節(jié)石油和天然氣1．油氣盆地空間分布規(guī)律（3）裂谷型盆地：位于靠近克拉通或其內(nèi)的盆地，包括地塹和半地塹型盆地，如利比亞的錫爾特油盆。這類盆地雖不多，但卻含有世界已知石油儲(chǔ)量的12％。（4）走滑拉分型盆地：大型走滑斷裂活動(dòng)引起地塊沉降，形成拉分型盆地，為窄的菱形狀盆地，盆地邊界為走滑斷裂及其次級(jí)斷裂，沉積中心由走滑斷裂旁側(cè)向外遷移，形成疊瓦狀沉積組合，柴達(dá)木油氣盆地為典型的拉分型盆地，其形成受阿爾金北東向左行走滑及其次級(jí)的柴達(dá)木周邊右行走滑斷裂控制。目前在郯-廬斷裂分布區(qū)發(fā)現(xiàn)了一些受中生代郯-廬斷裂左行走滑控制的拉分型含油、氣盆地，研究有待進(jìn)一步深入，拉分型油、氣盆地近幾年才受到關(guān)注，其儲(chǔ)量難以評(píng)估。（5）弧前和弧后型盆地：分布在弧型會(huì)聚板塊邊緣，常形成盆地群，盆地中一般堆積有第三系的碎屑沉積，也是很重要的生油盆地。四、油氣盆地時(shí)、空分布規(guī)律第二節(jié)石油和天然氣2．油、氣盆地時(shí)間分布規(guī)律——從世界范圍看，主要的成油時(shí)代集中在古生代、中生代和第三紀(jì)。（1）古生代約占世界石油儲(chǔ)量的14％和天然氣的29％；石油主要蘊(yùn)藏在泥盆-石炭紀(jì)地層中，天然氣集中于二疊紀(jì)地層中。油、氣區(qū)主要集中在歐洲，北美、中東和北非，是在穩(wěn)定克拉通中的海盆環(huán)境形成的。（2）中生代約占世界石油儲(chǔ)量的54％和天然氣的44％，以白堊系油、氣儲(chǔ)量最大，主要分布在：①凹陷盆地，具世界性特點(diǎn)；②造山前緣地區(qū)（整個(gè)美洲西部）；③被動(dòng)大陸邊緣（澳洲、非洲及南美洲）。（3）第三紀(jì)約占世界石油儲(chǔ)量的32％和天然氣的27％，主要集中在中東海灣地區(qū)（世界70％以上特大型油田產(chǎn)于本區(qū)），美洲加勒比海、歐洲、西亞及澳洲會(huì)聚板塊前緣地帶。我國(guó)油、氣形成時(shí)代主要為中生代和和第三紀(jì)，少數(shù)為古生代，盆地類型包括復(fù)合型、裂谷型、拉分型及坳陷型等，以陸相油、氣盆地為主。著名的油田有大慶、勝利、遼河、大港、中原、克拉瑪依等。第三節(jié)油頁(yè)巖第三節(jié)油頁(yè)巖油頁(yè)巖（oilshale）和煤一樣也是一種固態(tài)可燃有機(jī)礦產(chǎn)。將油頁(yè)巖進(jìn)行低溫干餾，可以獲得汽油、柴油、煤油、潤(rùn)滑油、石蠟、瀝青以及氨水、硫化瀝青等一系列化工原料；將油頁(yè)巖進(jìn)行高溫干餾，可獲得焦油等。所以油頁(yè)巖是石油和天然氣的補(bǔ)充或后備資源。1．油頁(yè)巖的基本特征第三節(jié)油頁(yè)巖油頁(yè)巖的物質(zhì)組成分為有機(jī)質(zhì)和無(wú)機(jī)質(zhì)兩部分。有機(jī)質(zhì)主要是油母（不溶于CCl4），也有一些瀝青（溶于CCl4）。無(wú)機(jī)質(zhì)主要是很細(xì)的石英、粘土礦物和碳酸鹽礦物。油頁(yè)巖顏色為淺褐、綠、暗褐至黑色，通常顏色愈深含油率愈高。油頁(yè)巖無(wú)光澤，但指甲刻畫(huà)會(huì)留下具光澤的油跡；富韌性和彈性。油頁(yè)巖薄片可直接點(diǎn)燃，火焰高，發(fā)出瀝青臭味。油頁(yè)巖比重較一般泥頁(yè)巖小（約1.71~2.13），含油率愈高的油頁(yè)巖比重愈小。2．油頁(yè)巖的形成作用第三節(jié)油頁(yè)巖形成油頁(yè)巖的有機(jī)質(zhì)來(lái)源，主要是來(lái)自湖海中的藻類、菌類、動(dòng)物類（如放射蟲(chóng)、軟體及節(jié)肢動(dòng)物、魚(yú)類及腕足類）及高等植物的部分遺體。成因上，油頁(yè)巖與腐泥煤基本相同，沉入水底的生物遺體首先發(fā)生生物化學(xué)分解作用。在成巖作用期間，發(fā)生生物化學(xué)降解作用，隨著溫度和壓力的逐漸增加有機(jī)質(zhì)最后形成干酪根（油母與瀝青）。油頁(yè)巖主要形成于亞熱帶的淺海、瀉湖及湖泊環(huán)境，大部分油頁(yè)巖呈薄層狀或厚約幾毫米的紋層狀產(chǎn)出，由細(xì)碎屑和有機(jī)質(zhì)交互組成。浮游藻類等生物的季節(jié)性或年度性大繁殖是形成有機(jī)紋理層的重要原因。富含氧的表層水使浮游生物等得以生長(zhǎng)，缺氧的底層水使有機(jī)質(zhì)能夠被保存。第四節(jié)煤層氣煤層氣（coalbedgas）又稱煤層甲烷（coalbedmethane），是一種由煤生成，以CH4為主的非常規(guī)氣。煤礦在開(kāi)采過(guò)程中不時(shí)涌出或爆炸的“瓦斯”就是煤層氣。通過(guò)對(duì)大量煤層氣體的研究和測(cè)定可知，煤層氣是包括無(wú)機(jī)氣體成分、C1~C6正構(gòu)烷烴、異構(gòu)烷烴、環(huán)烷烴和芳烴氣體成分在內(nèi)的一種混合氣體，但以甲烷為主，一般占?xì)怏w組成的80％~90％以上，乙烷以上重?zé)N氣體含量較低，一般小于5％。N2和CO2往往是含量?jī)H次于CH4的氣體成分，分別可達(dá)20％~5％和5％以下。煤層氣是一種潔凈能源，勘查開(kāi)發(fā)利用煤層氣有助于改善能源結(jié)構(gòu)和生態(tài)環(huán)境。煤層氣作為一種新能源開(kāi)發(fā)利用，具有極大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益。第四節(jié)煤層氣迄今為止，世界上開(kāi)展煤層氣勘查、開(kāi)發(fā)和研究的國(guó)家和地區(qū)已達(dá)30余個(gè)，但只有美國(guó)進(jìn)入了商業(yè)性工業(yè)生產(chǎn)，成功地建立了煤層氣工業(yè)體系，加拿大和澳大利亞也有所突破。截止2001年，美國(guó)圣胡安、黑勇士皮申斯、粉河等盆地煤層氣生產(chǎn)井有14000余口，年產(chǎn)量已達(dá)480億m3，超過(guò)全國(guó)天然氣年總產(chǎn)量的5%。我國(guó)是世界第一產(chǎn)煤大國(guó)，煤層多，分布面積廣。20世紀(jì)80年代以來(lái)，煤炭、石油和地礦系統(tǒng)以及有關(guān)高校和研究單位進(jìn)行了一系列煤層氣重大研究和勘探開(kāi)發(fā)工作，在近30個(gè)礦區(qū)施工煤層氣參數(shù)井或開(kāi)發(fā)試驗(yàn)井約210口，先后在山西柳林、三交、石樓、鄉(xiāng)寧、晉城、壽陽(yáng)，遼寧鐵法、阜新，淮南新集，陜西韓城等地區(qū)獲得工業(yè)氣流，提交了約1000億m3的工業(yè)儲(chǔ)量，同時(shí)取得了一批理論研究成果，概略地查明了我國(guó)煤層氣資源的分布賦存格局。煤炭源于陸生高等植物，煤的原始有機(jī)物質(zhì)主要是碳水化合物、木質(zhì)素，成煤作用由泥炭化和煤化作用2個(gè)階段完成。由植物-泥炭-褐煤-煙煤-無(wú)煙煤，是經(jīng)過(guò)未成巖-成巖-變質(zhì)作用-泥炭化-煤化的全過(guò)程。泥炭化階段（成巖期前），有機(jī)質(zhì)在低溫(<50℃)和近地表氧化環(huán)境中，由于細(xì)菌的作用，生成少量甲烷及二氧化碳，呈水溶狀態(tài)或游離狀態(tài)而散失。褐煤階段已經(jīng)進(jìn)入成巖階段，屬煤化作用的未變質(zhì)階段。此期是干酪根的未成熟期，地溫在50℃左右，鏡質(zhì)體反射率Ro≈0.5％，有機(jī)質(zhì)熱降解作用已經(jīng)開(kāi)始并且逐步加深，生物化學(xué)作用逐步減弱，主要生成甲烷及其他揮發(fā)物。第四節(jié)煤層氣一、煤層氣的形成作用煙煤階段的長(zhǎng)焰煤、氣煤、肥煤、焦煤、瘦煤屬煤化作用的低-中變質(zhì)階段，Ro為0.5％～2.0％。此期是干酪根的成熟期，已經(jīng)進(jìn)入生油門限，沉積物埋深達(dá)到1000～4500m，地溫達(dá)50～150℃，有機(jī)質(zhì)經(jīng)過(guò)熱降解，有重?zé)N、輕烴、甲烷及其他揮發(fā)物產(chǎn)出。煤化作用的后期是高變質(zhì)階段，一般將貧煤與無(wú)煙煤劃在這一階段，Ro>2.0％，此期是干酪根過(guò)成熟期，地溫>150℃，埋深>4500m，熱降解產(chǎn)物主要是甲烷。第四節(jié)煤層氣一、煤層氣的形成作用煤巖是煤層氣的氣源巖，又是儲(chǔ)集巖。因?yàn)槊簬r基質(zhì)是由微細(xì)顆粒聯(lián)結(jié)在一起的，顆粒間有無(wú)數(shù)成巖作用中形成的細(xì)微孔隙。同時(shí)，煤巖在成巖過(guò)程中形成層理時(shí)，也形成垂直于層面的面割理和端割理，可將煤巖基質(zhì)分割成大小不等的三維網(wǎng)格狀裂隙，相互連通構(gòu)成一體。由于沉積或構(gòu)造變動(dòng)的影響，煤巖層又可形成更為復(fù)雜的各向相異的節(jié)理，有些形成穿層的大的裂隙通道，使煤巖自身形成一定的孔隙空間和滲濾通道，作為煤層氣藏（田）的儲(chǔ)集巖層。當(dāng)然，由于煤巖類型的差別，同一含煤盆地不同的構(gòu)造部位，或不同層位的儲(chǔ)集巖性能各不相同。第四節(jié)煤層氣二、煤層氣的運(yùn)移與儲(chǔ)集煤化作用是沉積有機(jī)質(zhì)腐殖型干酪根的熱降解過(guò)程。熱降解作用分離出來(lái)的CH4等揮發(fā)物一部分游離在煤巖的微孔隙及裂隙之中，一部分溶解在孔隙或裂隙的水中，還有一部分通過(guò)分子滲濾或微粒滲透，運(yùn)移到煤層的頂、底板巖層或穿透頂、底板擴(kuò)散到其他巖層之中。在烴類初次運(yùn)移過(guò)程中，當(dāng)滲濾通道有利，其他巖層又有良好的儲(chǔ)集空間的圈閉條件時(shí)，CH4

或其他揮發(fā)物質(zhì)就會(huì)聚集儲(chǔ)存下來(lái)，形成氣藏（田），這就是一般意義的煤層氣藏（田）。煤層氣藏(田)產(chǎn)出的CH4絕大部分是煤巖層中的吸附氣，它的儲(chǔ)集量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于儲(chǔ)存在孔隙、裂隙中的游離氣和溶解氣。它的氣源巖是腐殖型的煤巖層，但它的儲(chǔ)集條件具有常規(guī)天然氣藏（田）的基本特征。第四節(jié)煤層氣二、煤層氣的運(yùn)移與儲(chǔ)集并不是所有含煤區(qū)都可找到豐富的煤成氣田，煤成氣的形成必須滿足以下基本條件：（1）構(gòu)造條件：是決定含煤盆地中形成煤氣田的首要因素。邊緣坳陷、褶皺帶中的多旋回盆地及長(zhǎng)期緩慢下降的坳陷盆地對(duì)煤成氣的形成和保存非常有利。由于地殼抬升而造成強(qiáng)烈剝蝕的煤盆地煤埋藏很淺或直接出露地表，不利于形成煤成氣田。（2）沉積條件：與石油及油成氣類似，形成煤層氣需具備生氣巖、儲(chǔ)集巖和覆蓋巖的成氣、儲(chǔ)氣和封閉的配套體系。生氣巖是產(chǎn)生煤層氣的巖層，包括煤層和含煤建造，其厚度越大，有機(jī)質(zhì)越豐富越有利于成氣作用。儲(chǔ)集巖是容納和儲(chǔ)集煤層氣巖石，其孔隙度高，滲透率大時(shí)，儲(chǔ)集煤層氣性能越好，如砂礫巖、細(xì)礫巖等。蓋層巖封閉儲(chǔ)集巖層，使煤層氣得以保存，理想的蓋層有①膏鹽類，其滲透率極低，具良好的可塑性能；②泥巖類，孔隙度雖高，但滲透率低；③致密砂巖，孔隙率和滲透率均較低。（3）熱力條件：由于煤層氣是在煤的成巖和變質(zhì)作用過(guò)程中形成的，溫度條件至關(guān)重要。煤在埋藏到一定的深度后溫度升高，從成巖到變質(zhì)，在這個(gè)過(guò)