3.3.2　能源資源

3.3.2.1　煤炭

（1）煤的概念

煤是由植物殘骸經(jīng)成煤作用形成的一種固態(tài)可燃有機巖，主要由有機質(zhì)和無機質(zhì)構(gòu)成。有機質(zhì)包括C、H、O、N、S、P等元素，C和H是構(gòu)成可燃有機質(zhì)的主要成分；無機質(zhì)包括水分和礦物雜質(zhì)，為不可燃部分；煤經(jīng)燃燒殘留下來的礦物雜質(zhì)，稱為灰分。

（2）煤的形成

煤是各種地質(zhì)因素綜合作用的產(chǎn)物，要形成工業(yè)價值的煤層，須具備聚煤條件和成煤作用兩個基本條件。

聚煤條件：聚煤的首要條件是必須有充足的植物殘骸來源，以保證成煤物質(zhì)的供給；其次是植物殘骸應(yīng)與空氣隔絕，以免遭受完全氧化、分解和強烈微生物作用而被徹底破壞。一般認為，沼澤地區(qū)是最適宜的環(huán)境。

成煤作用：從植物遺體堆積到形成煤層的轉(zhuǎn)化過程稱為成煤作用，分為兩個階段：

①泥炭化作用或腐泥化作用階段：高等植物殘骸隨著不斷堆積和埋藏深度增加，逐漸與空氣隔絕，在厭氧菌作用下，形成多水和富含腐植酸的腐殖質(zhì)，這就是泥炭，從植物堆積到形成泥炭的作用為泥炭化作用。低等植物藻類和浮游生物死亡后，在厭氧細菌的作用下，轉(zhuǎn)變?yōu)楹芏嗟男鯛罡材z，腐植膠經(jīng)脫水、壓實形成富含瀝青質(zhì)的腐泥，從低等植物藻類和浮游生物沉積到形成腐泥的作用，稱為腐泥化作用。

②煤化作用階段：泥炭和腐泥形成后，隨著埋藏深度增加、溫度升高、壓力增大，其逐漸轉(zhuǎn)入成煤的第二個階段，包括成巖作用和變質(zhì)作用。泥炭或腐泥在上覆沉積物的靜壓力作用下，逐漸失水、壓實、固結(jié)，揮發(fā)分相對減少，含炭量相對增高，分別逐漸轉(zhuǎn)變成褐煤和腐泥褐煤，稱為煤的成巖作用階段。在溫度、壓力的進一步作用下，褐煤的分子結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)不斷發(fā)生變化，逐漸向煙煤、無煙煤轉(zhuǎn)化，這一變化過程即煤的變質(zhì)作用階段。

（3）煤炭資源的分布、開發(fā)與利用

地球上的煤炭資源豐富，地理分布廣泛，但又分布不均。總的來說，以兩條巨大的聚煤帶最為突出：一條橫亙歐亞大陸，西起英國，向東經(jīng)德國、波蘭、俄羅斯，直到我國的華北地區(qū)；另一條也呈東西向，綿延于北美洲的中部，包括美國和加拿大。南半球的煤炭資源也主要分布在溫帶，比較豐富的有澳大利亞、南非和博茨瓦納。北半球的煤炭資源總體多于南半球。

我國煤炭資源十分豐富，產(chǎn)、儲量均居世界前列。煤炭資源主要分布在山西、陜西、內(nèi)蒙古、新疆、貴州、寧夏、安徽、山東等省、自治區(qū)，以山西、陜西、內(nèi)蒙古、新疆居多。

煤炭的使用已有2 000多年的歷史。現(xiàn)如今，煤作為工業(yè)動力燃料，廣泛用于火力發(fā)電、交通運輸和冶金。同時，煤又是重要的化工原料，通過焦化、加工，可以得到煤氣、煤焦油、氮肥、農(nóng)藥、塑料、合成纖維等上百種產(chǎn)品；煤燃燒后的煤渣可制耐火磚或煤渣磚，還可作水泥的配料；有些煤層含有鎵、鍺、鈾等稀有或放射性元素，可供綜合利用。

煤炭作為能源，也有一些不利因素：①發(fā)熱量較石油低，運輸不便，對其他工業(yè)的滲透作用不如石油強；②煤的轉(zhuǎn)化技術(shù)雖已取得很大進展，但是大規(guī)模利用在經(jīng)濟上并不合算；③在煤炭的開采、利用和燃燒過程中，容易造成環(huán)境污染和破壞。

3.3.2.2　石油和天然氣

（1）石油和天然氣的概念

石油是一種存在于地下巖石孔隙中，密度為0.75～0.98kg/m3，不溶于水，但溶于有機溶劑，具有熒光性的可燃有機礦產(chǎn)。石油的化學(xué)成分復(fù)雜，主要由碳氫化合物混合組成，純粹由碳和氫兩種元素組成的化合物簡稱為烴。天然氣通常是指儲集在地下巖石孔隙中的以烴類為主的可燃氣體，其基本組分是甲烷，其次是乙烷、丙烷、丁烷等，還有少量的液態(tài)烴類及微量的非烴類組分。天然氣易溶于石油，從而降低石油黏度，減小毛細管力，使石油容易在地層中流動。

（2）石油及天然氣的成因

對于石油和天然氣的形成，目前傾向于有機成因，是有機質(zhì)在一定的物理、化學(xué)因素和地質(zhì)作用下轉(zhuǎn)化形成的。其形成的地質(zhì)條件主要包括：①具有大量的有機物質(zhì)來源；②有利的還原環(huán)境；③促使有機質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化的因素（主要有溫度、壓力以及細菌作用等，當溫度、壓力升高到一定程度時，有機質(zhì)就會形成烴類物質(zhì)）。油氣的形成實際上是去氧、加氫、富碳的一種化學(xué)過程，長期穩(wěn)定下沉的深坳陷是形成油氣的主要有利條件。

（3）油氣藏的形成

油氣藏是油氣聚集的最基本單位，是油氣勘探的對象。分散的石油和天然氣只有經(jīng)過聚集并被保存下來，才能形成油氣藏。油氣藏的形成條件包括以下幾個方面：

①生油氣層：一般是指富含有機質(zhì)、具備生烴的溫壓條件并能生成烴類物質(zhì)的巖層。生油氣層因富含有機質(zhì)，故顏色較深。海相和陸相沉積均可形成生油氣層。

②儲油氣層：儲油氣層是既能儲存油氣，又能輸出油氣，具有良好孔隙度和滲透率的巖層，通常由砂巖、石灰?guī)r、白云巖及裂隙發(fā)育的頁巖、火山巖、變質(zhì)巖構(gòu)成儲油氣層。

③蓋層：蓋層是指覆蓋于儲油氣層之上、滲透性差、油氣不易穿過的巖層，起著遮擋油氣運移、防止油氣逸散的作用。頁巖、泥巖和蒸發(fā)巖等是常見的蓋層。

④圈閉：儲集層中的油氣因遇到遮擋物不能繼續(xù)運動而在局部地區(qū)聚集起來，這種聚集油氣的場所稱為圈閉（如背斜圈閉、穹窿圈閉等）。

⑤運移：促使油氣運移的作用主要包括壓力作用、毛細管作用、擴散作用等，分散形成的油氣只有經(jīng)過運移并在合適的位置聚集才能形成油氣藏。

⑥保存：已形成的油氣藏只有在適宜的條件下保存至今才能被發(fā)現(xiàn)、開發(fā)、利用。構(gòu)造運動頻繁、張性斷裂發(fā)育、地震活動、巖漿活動等是油氣保存的不利因素。

（4）油氣資源的分布和前景

油氣是重要的戰(zhàn)略能源，深刻影響著世界的經(jīng)濟和政治局勢。世界油氣資源分布極不均勻，石油最豐富的是沙特阿拉伯、科威特、伊朗、伊拉克等海灣國家，天然氣最豐富的是俄羅斯、伊朗和美國。目前，世界上已有70多個國家生產(chǎn)油氣。

我國是世界上油氣資源較豐富的國家之一，油田、氣田主要分布在華北、鄂爾多斯、松遼平原及四川、新疆等地。我國油氣資源對外依存度較高，超過一半以上需要依賴進口，隨著我國大陸區(qū)優(yōu)質(zhì)油氣藏的不斷開發(fā)、利用，油氣資源緊張的形勢得以緩解：近年來，東海、南海等海域以及我國西部的塔里木盆地區(qū)的油氣勘探取得了良好效果，在技術(shù)進步的推動作用下，煤層氣、頁巖氣、可燃冰等非常規(guī)油氣資源勘探開發(fā)方面也取得了重大進展。

3.3.2.3　其他能源

其他能源主要包括核能、地?zé)崮堋⑸镔|(zhì)能、水能、風(fēng)能、潮汐能和太陽能等。目前，世界各國的主體能源主要為煤炭、石油和天然氣，在一些經(jīng)濟、技術(shù)比較發(fā)達的國家，核能在能源保障中也發(fā)揮著重要作用，地?zé)崮堋L(fēng)能、潮汐能等能源雖然具有環(huán)保的顯著特點，但利用比例很低，遠未構(gòu)成主體能源。

綜上所述，人類目前所利用的能源主要是煤炭、石油、天然氣等不可再生的可燃有機礦產(chǎn)。長遠來看，這些礦產(chǎn)資源終將枯竭，人類必須要依賴科學(xué)技術(shù)的進步，不斷開發(fā)利用核能、太陽能等清潔可再生能源來彌補、取代不可再生能源。