第10章 煤、石油和天然气矿床(54)

1、551第十章第十章 煤、石油和天然气矿床煤、石油和天然气矿床 第一节第一节 煤矿床煤矿床 第二节第二节 石油和天然气矿床石油和天然气矿床552第十章第十章 煤、石油和天然气矿床煤、石油和天然气矿床煤、石油、天然气和油页岩是目前主要能源煤、石油、天然气和油页岩是目前主要能源矿产。矿产。由于它们都是有机物成因的，又称之为可燃由于它们都是有机物成因的，又称之为可燃有机矿产。有机矿产。这类矿产在国民经济中占有十分重要的地位，这类矿产在国民经济中占有十分重要的地位，世界上每年开采的矿产，无论在产量上和产值世界上每年开采的矿产，无论在产量上和产值上，能源矿产占上，能源矿产占75%以上。以上。553第一节第

2、一节 煤矿床煤矿床一、煤岩类型和含煤岩系一、煤岩类型和含煤岩系1.煤的组成和煤岩类型煤的组成和煤岩类型煤的成分很复杂，物质组成不均一。在化学煤的成分很复杂，物质组成不均一。在化学组成上包括有机质和无机质两部分，以有机质组成上包括有机质和无机质两部分，以有机质为主，主要是为主，主要是C、H、O、N、S、P等元素，而等元素，而C和和H是构成有机质的最主要成分，是构成有机质的最主要成分，S和和P在工业在工业利用上属于有害元素，含量愈低愈好；利用上属于有害元素，含量愈低愈好；无机质主要是水分和矿物杂质，如粘土矿物、无机质主要是水分和矿物杂质，如粘土矿物、黄铁矿等。黄铁矿等。554煤的分类：煤的分类：1

3、.成因分类成因分类（成煤植物性质不同）：（成煤植物性质不同）：腐殖煤腐殖煤-由高等植物在沼泽盆地中形成，由高等植物在沼泽盆地中形成，包括褐煤、烟煤和无烟煤等；包括褐煤、烟煤和无烟煤等；腐泥煤腐泥煤-由低等植物在湖沼中形成，包括由低等植物在湖沼中形成，包括藻煤、石煤等。藻煤、石煤等。2.煤岩学分类煤岩学分类通过煤的物质成分、结构构造、物理化学性通过煤的物质成分、结构构造、物理化学性质等将煤分成以下质等将煤分成以下4类：类：镜煤镜煤、亮煤亮煤、暗煤暗煤、丝煤丝煤等。等。3.工业分类工业分类据工业用途将煤分为十大类，除据工业用途将煤分为十大类，除褐煤褐煤和和无烟无烟煤煤外，统称为外，统称为烟煤烟煤。

4、555在煤岩组成上，煤中的有机质主要为由植物残在煤岩组成上，煤中的有机质主要为由植物残体组成的形态分子和凝胶化物质构成的基质。形体组成的形态分子和凝胶化物质构成的基质。形态分子包括木质组织碎片、孢子、花粉、角质层态分子包括木质组织碎片、孢子、花粉、角质层和树脂等。和树脂等。根据煤中形态分子和基质比例和配合关系，可根据煤中形态分子和基质比例和配合关系，可将煤分为镜煤、丝炭、暗煤和亮煤将煤分为镜煤、丝炭、暗煤和亮煤4种煤岩类型。种煤岩类型。镜煤镜煤：黑到深黑色，强玻璃光泽，结构均一，：黑到深黑色，强玻璃光泽，结构均一，性脆，具贝壳状断口，有垂直内生裂隙；镜下透性脆，具贝壳状断口，有垂直内生裂隙；镜

5、下透明或半透明，颜色由橘红、橙红至褐色，呈均一明或半透明，颜色由橘红、橙红至褐色，呈均一体，凝胶化物质一般约占体，凝胶化物质一般约占95%以上。以上。第一节第一节 煤矿床煤矿床556镜煤的挥发分和氢含量均较高，灰分低，粘结镜煤的挥发分和氢含量均较高，灰分低，粘结性强；含镜煤成分较多的烟煤宜炼焦。性强；含镜煤成分较多的烟煤宜炼焦。镜煤是在沼泽含水丰富、湿度很大而且没有氧镜煤是在沼泽含水丰富、湿度很大而且没有氧气的还原环境中形成的。气的还原环境中形成的。丝炭丝炭：颜色暗黑，具明显的纤维状结构和弱的：颜色暗黑，具明显的纤维状结构和弱的丝绢光泽，外观像木炭，疏松多孔，硬度小而脆性丝绢光泽，外观像木炭，

6、疏松多孔，硬度小而脆性大，易成粉末染指；大，易成粉末染指；薄片中，丝炭的植物组织、细胞结构保存清楚，薄片中，丝炭的植物组织、细胞结构保存清楚，细胞壁呈黑色，细胞腔常为矿物填充。丝炭中挥发细胞壁呈黑色，细胞腔常为矿物填充。丝炭中挥发分和氢含量均较低，碳含量高，灰分高；丝炭无粘分和氢含量均较低，碳含量高，灰分高；丝炭无粘结性，不宜炼焦。结性，不宜炼焦。丝炭是在氧化环境下，积水较少湿度不够的泥丝炭是在氧化环境下，积水较少湿度不够的泥炭沼泽中形成的。炭沼泽中形成的。第一节第一节 煤矿床煤矿床557暗煤暗煤：一种复杂的煤岩类型，肉眼观察呈灰：一种复杂的煤岩类型，肉眼观察呈灰色或黑灰色，光泽暗淡，质地致密

7、，硬度和韧色或黑灰色，光泽暗淡，质地致密，硬度和韧性都很大，内生裂隙少，断口粗糙；在薄片中性都很大，内生裂隙少，断口粗糙；在薄片中形态分子多而复杂，凝胶化物质较少，矿物质形态分子多而复杂，凝胶化物质较少，矿物质含量较高。含量较高。亮煤亮煤：也是一种复杂的煤岩类型，它的一些：也是一种复杂的煤岩类型，它的一些性质介于镜煤和暗煤之间，光泽较强，较脆易性质介于镜煤和暗煤之间，光泽较强，较脆易碎，内生裂隙发育，粘结性较高；薄片下观察碎，内生裂隙发育，粘结性较高；薄片下观察主要由透明的凝胶化物质组成，形态分子较少主要由透明的凝胶化物质组成，形态分子较少（不超过（不超过50%）。）。第一节第一节 煤矿床煤矿

8、床5582.煤层与含煤岩系煤层与含煤岩系煤层，指泥炭层经过煤化作用，由有机质和矿煤层，指泥炭层经过煤化作用，由有机质和矿物质转变而形成的层状、似层状地质体。物质转变而形成的层状、似层状地质体。直接伏于煤层下面的沉积岩层，称为煤层底板，直接伏于煤层下面的沉积岩层，称为煤层底板，岩性多为沼泽相的粘土岩、泥质岩和粉砂岩；岩性多为沼泽相的粘土岩、泥质岩和粉砂岩；直接上覆煤层的沉积岩，称为煤层顶板，岩石直接上覆煤层的沉积岩，称为煤层顶板，岩石类型多种多样，以细碎屑岩和石灰岩为主。类型多种多样，以细碎屑岩和石灰岩为主。煤层分不含夹石层的简单结构煤层和含夹石层煤层分不含夹石层的简单结构煤层和含夹石层的复杂结

9、构煤层。的复杂结构煤层。第一节第一节 煤矿床煤矿床559夹（矸）石层少则几层，多则几十层到几百层，夹（矸）石层少则几层，多则几十层到几百层，层厚层厚0.10.5m，夹矸岩性主要有炭质泥岩、泥质，夹矸岩性主要有炭质泥岩、泥质岩和粉砂岩，其次为高岭石泥质岩、石灰岩和砂岩，岩和粉砂岩，其次为高岭石泥质岩、石灰岩和砂岩，有时还可见到油页岩、菱铁矿层、火山碎屑岩等类有时还可见到油页岩、菱铁矿层、火山碎屑岩等类型的夹矸。型的夹矸。含煤岩系或称煤系（亦称含煤建造），是指一含煤岩系或称煤系（亦称含煤建造），是指一套含有煤层的沉积岩系。套含有煤层的沉积岩系。含煤岩系在岩性组成上，主要为一套黑色、灰含煤岩系在岩性

10、组成上，主要为一套黑色、灰黑色为主的沉积岩，包括砾岩、砂岩、泥质岩和煤黑色为主的沉积岩，包括砾岩、砂岩、泥质岩和煤层，有时也见灰岩、粘土岩、火山碎屑岩，常伴有层，有时也见灰岩、粘土岩、火山碎屑岩，常伴有油页岩、菱铁矿、铝土矿、耐火粘土等沉积矿产；油页岩、菱铁矿、铝土矿、耐火粘土等沉积矿产；第一节第一节 煤矿床煤矿床5510在岩相组成方面，陆相、过渡相和海相都有，在岩相组成方面，陆相、过渡相和海相都有，尤以沼泽相和泥炭沼泽相的存在是其重要特征；尤以沼泽相和泥炭沼泽相的存在是其重要特征；含有丰富的植物化石，且多集中于煤层附近；含有丰富的植物化石，且多集中于煤层附近；具明显的旋回结构，岩性和岩相旋回

11、都非常清楚。具明显的旋回结构，岩性和岩相旋回都非常清楚。海陆交替相含煤岩系形成于滨海沿岸平原环境，海陆交替相含煤岩系形成于滨海沿岸平原环境，岩性和岩相在横向上比较稳定，垂向变化比较频繁，岩性和岩相在横向上比较稳定，垂向变化比较频繁，旋回结构清楚；岩性和岩相组合简单，除灰岩外，旋回结构清楚；岩性和岩相组合简单，除灰岩外，碎屑岩颗粒较细，碎屑成分比较单一；煤层层位稳碎屑岩颗粒较细，碎屑成分比较单一；煤层层位稳定，厚度较小，结构简单，易于对比。定，厚度较小，结构简单，易于对比。第一节第一节 煤矿床煤矿床5511陆相含煤岩系形成于内陆盆地，其特点是陆相含煤岩系形成于内陆盆地，其特点是分布范围小，由一套

12、山麓相、河流相、湖泊相、分布范围小，由一套山麓相、河流相、湖泊相、沼泽相和泥炭沼泽相组成，岩性以碎屑岩为主，沼泽相和泥炭沼泽相组成，岩性以碎屑岩为主，其中粗碎屑岩占很大比例；其中粗碎屑岩占很大比例；陆相煤层稳定性较差，结构较复杂；以中陆相煤层稳定性较差，结构较复杂；以中厚煤层为主，有时是巨厚煤层，但变化大，常厚煤层为主，有时是巨厚煤层，但变化大，常出现分叉、尖灭，形态复杂。出现分叉、尖灭，形态复杂。第一节第一节 煤矿床煤矿床5512二、成煤作用二、成煤作用1.成煤的原始物质和堆积环境成煤的原始物质和堆积环境大量的野外地质观察和煤岩薄片显微镜下鉴定大量的野外地质观察和煤岩薄片显微镜下鉴定证实，煤

13、是由植物遗体和极少部分的动物遗体堆积证实，煤是由植物遗体和极少部分的动物遗体堆积而形成的。而形成的。植物分为高等植物和低等植物，高等植物包括植物分为高等植物和低等植物，高等植物包括苔藓植物、蕨类植物、裸子植物和被子植物，主要苔藓植物、蕨类植物、裸子植物和被子植物，主要组成成分是纤维素及木质素；低等植物主要是藻类组成成分是纤维素及木质素；低等植物主要是藻类和菌类，主要由蛋白质和脂肪组成。和菌类，主要由蛋白质和脂肪组成。由低等植物至高等植物都可参与成煤作用，由由低等植物至高等植物都可参与成煤作用，由高等植物形成的煤称为腐殖煤；由低等植物形成的高等植物形成的煤称为腐殖煤；由低等植物形成的煤称为腐泥煤

14、。煤称为腐泥煤。第一节第一节 煤矿床煤矿床5513植物遗体堆积并转变为煤需要的基本条件是：植物遗体堆积并转变为煤需要的基本条件是：已死亡的植物遗体必须与空气隔绝，以免因已死亡的植物遗体必须与空气隔绝，以免因氧气的进入使其经受十分强烈的微生物作用而彻底氧气的进入使其经受十分强烈的微生物作用而彻底破坏分解；破坏分解；该地区植物生长必须十分茂盛，并持续繁殖。该地区植物生长必须十分茂盛，并持续繁殖。这样的条件并不是任何地方都具备，而沼泽环这样的条件并不是任何地方都具备，而沼泽环境最符合上述两个条件。因为沼泽中有充足的水，境最符合上述两个条件。因为沼泽中有充足的水，不仅为植物繁殖创造了有利的条件，而且还

15、能使植不仅为植物繁殖创造了有利的条件，而且还能使植物遗体与大气隔绝，妨碍喜氧细菌的繁殖，从而减物遗体与大气隔绝，妨碍喜氧细菌的繁殖，从而减弱植物遗体分解的速度和强度，使植物遗体得以不弱植物遗体分解的速度和强度，使植物遗体得以不断地堆积下来。断地堆积下来。第一节第一节 煤矿床煤矿床55142.煤的形成作用煤的形成作用由植物转化成为煤，一般需经过泥炭化由植物转化成为煤，一般需经过泥炭化/腐泥化腐泥化和煤化两大作用阶段。和煤化两大作用阶段。在泥炭化过程中，生物化学作用十分重要，首在泥炭化过程中，生物化学作用十分重要，首先是植物遗体中的有机化合物经过氧化分解和水解先是植物遗体中的有机化合物经过氧化分解

16、和水解作用转化为简单的、化学性质活泼的化合物；接着，作用转化为简单的、化学性质活泼的化合物；接着，分解产物进一步合成为新的较为稳定的有机化合物，分解产物进一步合成为新的较为稳定的有机化合物，如腐殖酸、沥青质等；这种由植物转变为泥炭的作如腐殖酸、沥青质等；这种由植物转变为泥炭的作用即泥炭化作用。用即泥炭化作用。腐殖酸、沥青质是泥炭的最主要成分，此外，腐殖酸、沥青质是泥炭的最主要成分，此外，泥炭中还有未分解或未完全分解的纤维素、半纤维泥炭中还有未分解或未完全分解的纤维素、半纤维素、果胶质和木质素以及角质层、树脂和孢粉等稳素、果胶质和木质素以及角质层、树脂和孢粉等稳定组分。定组分。第一节第一节 煤矿

17、床煤矿床5515腐泥化作用是指浮游生物和菌类死亡后沉向水腐泥化作用是指浮游生物和菌类死亡后沉向水底，在停滞水体，即一种缺氧的还原环境下通过细底，在停滞水体，即一种缺氧的还原环境下通过细菌，特别是厌氧细菌的作用，植物中的脂肪和蛋白菌，特别是厌氧细菌的作用，植物中的脂肪和蛋白质遭到分解，经过聚合作用转化为腐泥的过程。质遭到分解，经过聚合作用转化为腐泥的过程。在腐泥化过程中形成大量的沥青，因此腐泥化在腐泥化过程中形成大量的沥青，因此腐泥化作用又称为沥青化作用。腐泥就是腐泥煤的前身。作用又称为沥青化作用。腐泥就是腐泥煤的前身。若腐泥中矿物质超过一定数量，就是油页岩的前身。若腐泥中矿物质超过一定数量，就

18、是油页岩的前身。煤化作用是由泥炭向褐煤、烟煤和无烟煤的转煤化作用是由泥炭向褐煤、烟煤和无烟煤的转变的过程。包括成岩作用和变质作用两大阶段。变的过程。包括成岩作用和变质作用两大阶段。第一节第一节 煤矿床煤矿床5516从泥炭转变为褐煤是成岩作用过程，而从褐煤从泥炭转变为褐煤是成岩作用过程，而从褐煤转变为烟煤、无烟煤直至石墨是变质作用的过程。转变为烟煤、无烟煤直至石墨是变质作用的过程。煤的成岩作用是在（约煤的成岩作用是在（约70以下）较低温度和较小以下）较低温度和较小压力下进行的，这种作用使泥炭逐渐压实，大量脱压力下进行的，这种作用使泥炭逐渐压实，大量脱水，孔隙度减小并逐渐固结，还发生还原性化学变水

19、，孔隙度减小并逐渐固结，还发生还原性化学变化，结果使有机体中的碳含量逐渐增加，氧和腐殖化，结果使有机体中的碳含量逐渐增加，氧和腐殖酸含量逐渐减少。酸含量逐渐减少。煤的变质作用是煤在地壳内受相对高温和高压煤的变质作用是煤在地壳内受相对高温和高压影响，使其化学成分、物理性质和工艺性质等均发影响，使其化学成分、物理性质和工艺性质等均发生显著变化的物理化学过程；生显著变化的物理化学过程；第一节第一节 煤矿床煤矿床5517在化学成分上，碳的含量增加，氢和氧的含量在化学成分上，碳的含量增加，氢和氧的含量减少，腐殖酸急剧减少，到烟煤阶段完全消失；减少，腐殖酸急剧减少，到烟煤阶段完全消失；在物理性质方面，随着

20、变质程度的加深，煤的在物理性质方面，随着变质程度的加深，煤的颜色由褐色、黑色变为黑灰色，光泽变强，由褐颜色由褐色、黑色变为黑灰色，光泽变强，由褐煤不具光泽至无烟煤具有似金属光泽，结构更紧煤不具光泽至无烟煤具有似金属光泽，结构更紧密，比重增加；密，比重增加；在工艺性质上，挥发分和水分减少，热容量增在工艺性质上，挥发分和水分减少，热容量增大（至无烟煤阶段又略下降），而粘结性则以烟大（至无烟煤阶段又略下降），而粘结性则以烟煤为最强。煤为最强。第一节第一节 煤矿床煤矿床5518三、煤的分布和聚煤盆地三、煤的分布和聚煤盆地煤在地理上的分布很不均匀。从各大洲煤炭资煤在地理上的分布很不均匀。从各大洲煤炭资源

21、储量看，亚洲居首位，占世界总储量的源储量看，亚洲居首位，占世界总储量的58%；北；北美次之，占美次之，占30%；其余；其余12%的煤炭储量中欧洲占了的煤炭储量中欧洲占了8%，非洲小于，非洲小于1%。世界各国煤炭储量最丰富的是独联体国家，依世界各国煤炭储量最丰富的是独联体国家，依次是美国、中国、德国、澳大利亚、英国、印度、次是美国、中国、德国、澳大利亚、英国、印度、波兰和加拿大，其他国家和地区分布少。波兰和加拿大，其他国家和地区分布少。聚煤盆地是指地质历史上接受沉积时属同一构聚煤盆地是指地质历史上接受沉积时属同一构造单位并形成含煤岩系的盆地。盆地大小、形状、造单位并形成含煤岩系的盆地。盆地大小、

22、形状、沉降幅度和速度以及盆地之间组合规律，直接决定沉降幅度和速度以及盆地之间组合规律，直接决定含煤岩系形成原始分布、厚度、类型和其他特点。含煤岩系形成原始分布、厚度、类型和其他特点。第一节第一节 煤矿床煤矿床5519聚煤盆地可按成因分为聚煤盆地可按成因分为侵蚀盆地侵蚀盆地和和坳陷盆地坳陷盆地两两类。类。侵蚀盆地是指地表受侵蚀作用形成的盆地，属侵蚀盆地是指地表受侵蚀作用形成的盆地，属于非构造成因；其中形成的煤系厚度小，岩性变化于非构造成因；其中形成的煤系厚度小，岩性变化大，分布零星；我国云南第三纪的一些煤田属于这大，分布零星；我国云南第三纪的一些煤田属于这种类型种类型（图（图10-1）。第一节第

23、一节 煤矿床煤矿床5520坳陷盆地是由于构造运动引起的基底逐渐沉降坳陷盆地是由于构造运动引起的基底逐渐沉降形成的，当构造运动表现为坳陷时，形成波状坳陷形成的，当构造运动表现为坳陷时，形成波状坳陷（图（图10-2），此类坳陷范围较大，沉积基底比较连续，此类坳陷范围较大，沉积基底比较连续，形成的含煤岩系沿走向和倾向的变化比较有规律。形成的含煤岩系沿走向和倾向的变化比较有规律。我国华北石炭二叠纪含煤岩系就是在这类广阔的坳我国华北石炭二叠纪含煤岩系就是在这类广阔的坳陷盆地中形成的；当地壳运动主要表现为断裂时，陷盆地中形成的；当地壳运动主要表现为断裂时，由下陷的断块造成断裂坳陷，盆地的一侧或两侧有由下陷

24、的断块造成断裂坳陷，盆地的一侧或两侧有控制性断裂，沉积基底面也不连续，沉积层在平面控制性断裂，沉积基底面也不连续，沉积层在平面上呈长条状上呈长条状（图（图10-3），我国辽宁阜新聚煤盆地就是，我国辽宁阜新聚煤盆地就是由于断裂带长期活动所造成的断块下陷形成的。由于断裂带长期活动所造成的断块下陷形成的。第一节第一节 煤矿床煤矿床55215522煤田是指聚煤盆地中同一地质时期形成的煤田是指聚煤盆地中同一地质时期形成的含煤岩系，并经后期构造改造保留下来的地区。含煤岩系，并经后期构造改造保留下来的地区。因此，一个聚煤盆地常被后期构造运动分隔成因此，一个聚煤盆地常被后期构造运动分隔成若干个煤田，煤田面积一

25、般为数十到数百平方若干个煤田，煤田面积一般为数十到数百平方千米。千米。煤在地质历史上集中形成于几个时期，煤在地质历史上集中形成于几个时期，早早古生代古生代，植物的演化还处于低级阶段，这一时，植物的演化还处于低级阶段，这一时期一般仅形成高灰分、低热值的可燃有机岩期一般仅形成高灰分、低热值的可燃有机岩（石煤），还有一些油页岩；（石煤），还有一些油页岩；泥盆纪泥盆纪开始有真开始有真正的腐殖煤形成，但储量甚少。正的腐殖煤形成，但储量甚少。第一节第一节 煤矿床煤矿床5523重要聚煤期出现在泥盆纪以后，即石炭纪、二重要聚煤期出现在泥盆纪以后，即石炭纪、二叠纪、侏罗纪、白垩纪和第三纪。叠纪、侏罗纪、白垩纪和

26、第三纪。全球可划分出全球可划分出5个聚煤期，它们是阿尔卑斯期个聚煤期，它们是阿尔卑斯期的晚白垩世的晚白垩世早第三纪、晚侏罗世早第三纪、晚侏罗世早白垩世、早白垩世、早早中侏罗世和海西期的早二叠世、中中侏罗世和海西期的早二叠世、中晚石炭晚石炭世。我国的聚煤时期与世界一般情况相似，但亦世。我国的聚煤时期与世界一般情况相似，但亦有特殊性，主要的聚煤期是晚石炭世、二叠纪、有特殊性，主要的聚煤期是晚石炭世、二叠纪、早早中侏罗世、晚侏罗世中侏罗世、晚侏罗世早白垩纪和第三纪；早白垩纪和第三纪；还有两个次要聚煤期，即早石炭世和晚三叠世。还有两个次要聚煤期，即早石炭世和晚三叠世。第一节第一节 煤矿床煤矿床5524

27、第二节第二节 石油和天然气矿床石油和天然气矿床由于石油和天然气具有燃烧充分、发热量高、由于石油和天然气具有燃烧充分、发热量高、比重小、流动性、易于开采、运输方便和成本低比重小、流动性、易于开采、运输方便和成本低廉等优点，近年来的开采量和需求量迅猛增长。廉等优点，近年来的开采量和需求量迅猛增长。据统计，在工业较发达国家的能源消费结构中，据统计，在工业较发达国家的能源消费结构中，煤炭的地位由煤炭的地位由90%跌至跌至30%左右，而石油、天然左右，而石油、天然气则上升到气则上升到65%75%。石油和天然气还是合成纤维、塑料、合成橡胶、石油和天然气还是合成纤维、塑料、合成橡胶、化肥、农药等化学工业最主

28、要的原料。石油和天化肥、农药等化学工业最主要的原料。石油和天然气的化工产品，目前约有然气的化工产品，目前约有50余种。从石油和天余种。从石油和天然气中尚可提取大量的硫，有些还可提取氦、氩、然气中尚可提取大量的硫，有些还可提取氦、氩、汞。因此，人称它们为汞。因此，人称它们为“工业的血液工业的血液”。5525一、石油的基本特征和成因一、石油的基本特征和成因1.石油的组成和性质石油的组成和性质石油主要是由多种碳氢化合物构成的混合物。石油主要是由多种碳氢化合物构成的混合物。纯粹由碳和氢两种元素组成的化合物，称为碳氢纯粹由碳和氢两种元素组成的化合物，称为碳氢化合物（烃）。化合物（烃）。烃可以分成几个族。

29、石油主要是烷烃烃可以分成几个族。石油主要是烷烃（CnH2n+2）、环烷烃（）、环烷烃（CnH2n）、芳香烃）、芳香烃（CnH2n-6）所组成。）所组成。石油中还含有少量的非烃类，如硫、氮、氧等，石油中还含有少量的非烃类，如硫、氮、氧等，但含量很低（表但含量很低（表10-1）。）。第二节第二节 石油和天然气矿床石油和天然气矿床5526非烃组成对石油的质量影响很大。原油中含硫非烃组成对石油的质量影响很大。原油中含硫0.5%为高硫原油。为高硫原油。在石油灰分中还含有在石油灰分中还含有30多种微量元素，其中以多种微量元素，其中以钒和镍含量最高。钒和镍含量最高。第二节第二节 石油和天然气矿床石油和天然气

30、矿床5527第二节第二节 石油和天然气矿床石油和天然气矿床石油是有机化合物的混合物，没有固定的物理石油是有机化合物的混合物，没有固定的物理常数，多为墨绿色、深褐色至黑色，具明显的气常数，多为墨绿色、深褐色至黑色，具明显的气味，轻质石油有芳香味，浓而黑的石油有沥青味，味，轻质石油有芳香味，浓而黑的石油有沥青味，少数含硫、氮多的有恶臭味，密度一般在少数含硫、氮多的有恶臭味，密度一般在0.751.00g/cm3之间；之间；石油的粘度主要取决于其化学组成，烷烃和溶石油的粘度主要取决于其化学组成，烷烃和溶解气的含量高则粘度小，环烷烃含量高则粘度大；解气的含量高则粘度小，环烷烃含量高则粘度大；石油难溶于水

31、，却易溶于许多有机溶剂；在紫外石油难溶于水，却易溶于许多有机溶剂；在紫外光照射下显出荧光，这可作为确定岩石是否含油光照射下显出荧光，这可作为确定岩石是否含油的标志。的标志。石油的导电性差，是电阻率测井中用来寻找油石油的导电性差，是电阻率测井中用来寻找油藏确定油层的依据。藏确定油层的依据。5528第二节第二节 石油和天然气矿床石油和天然气矿床2.石油的形成石油的形成石油的成因，曾有无机说与有机说的争论，石油的成因，曾有无机说与有机说的争论，现在已普遍承认石油是有机成因的。现在已普遍承认石油是有机成因的。那么生油的原始物质是什么那么生油的原始物质是什么?人们曾指出石人们曾指出石油直接起源于活的有机

32、体，并认为细菌是促使油直接起源于活的有机体，并认为细菌是促使烃类化合物转变为更多类石油烃的主要营力。烃类化合物转变为更多类石油烃的主要营力。海洋生物，特别是藻类被认为是最佳的生油海洋生物，特别是藻类被认为是最佳的生油物质。物质。5529第二节第二节 石油和天然气矿床石油和天然气矿床对沉积岩研究表明，各种沉积物中均不同程对沉积岩研究表明，各种沉积物中均不同程度的含有机质：泥质岩平均为度的含有机质：泥质岩平均为2.1%，碳酸盐岩，碳酸盐岩中为中为0.2%，砂岩中为，砂岩中为0.05%。目前，已能从沉积有机质中提取氨基酸、类目前，已能从沉积有机质中提取氨基酸、类脂物、糖类物质以及烃类和沥青组分，但它

33、们脂物、糖类物质以及烃类和沥青组分，但它们只占有机质中很少的一部分，而绝大部分是高只占有机质中很少的一部分，而绝大部分是高分子残渣分子残渣干洛根。干洛根。干洛根指存在于沉积岩和沉积物中不溶解于干洛根指存在于沉积岩和沉积物中不溶解于有机溶剂的有机质，可从脂肪、碳水化合物、有机溶剂的有机质，可从脂肪、碳水化合物、蛋白质及腐殖酸中产生。蛋白质及腐殖酸中产生。5530第二节第二节 石油和天然气矿床石油和天然气矿床1962年亨特首次在隔氧条件下加热干洛根获得年亨特首次在隔氧条件下加热干洛根获得烃类化合物。尔后提出了干洛根热降解成油的观烃类化合物。尔后提出了干洛根热降解成油的观点，这一认识得到广泛的重视和

34、认同。点，这一认识得到广泛的重视和认同。石油的生成取决于以下几种因素：石油的生成取决于以下几种因素：大量的有机物质来源；大量的有机物质来源；有利于有机质保存的还原环境；有利于有机质保存的还原环境；促使有机质向石油转化所需要的合适温度、促使有机质向石油转化所需要的合适温度、压力以及细菌、放射性作用等。压力以及细菌、放射性作用等。5531第二节第二节 石油和天然气矿床石油和天然气矿床当有机质在埋深过程中由于温度的升高当有机质在埋深过程中由于温度的升高达到一定程度时，就会有大量烃类产生；达到一定程度时，就会有大量烃类产生；因此，长期稳定下沉的深坳陷是形成石油因此，长期稳定下沉的深坳陷是形成石油的最主

35、要地质构造条件。的最主要地质构造条件。只有当沉积物下沉到相当大的深度，才只有当沉积物下沉到相当大的深度，才能保证温度和压力升高到足以使有机物热能保证温度和压力升高到足以使有机物热解转化成为石油。解转化成为石油。5532第二节第二节 石油和天然气矿床石油和天然气矿床二、天然气的基本特征和成因二、天然气的基本特征和成因广义的天然气泛指存在于自然界中的一切广义的天然气泛指存在于自然界中的一切气体。气体。狭义的天然气则指分布于沉积圈中或地壳狭义的天然气则指分布于沉积圈中或地壳上部的各种天然气，其主体是聚集成气藏的上部的各种天然气，其主体是聚集成气藏的烃气。烃气。人们一般所指的天然气，即是那些与石油人们

36、一般所指的天然气，即是那些与石油有成因联系的烃类为主的气藏中的天然气。有成因联系的烃类为主的气藏中的天然气。5533第二节第二节 石油和天然气矿床石油和天然气矿床1.天然气的化学组成天然气的化学组成气藏中天然气的主要成分是烃类（表气藏中天然气的主要成分是烃类（表10-1），），通常甲烷为主，次为重烃气，其中以通常甲烷为主，次为重烃气，其中以C2H6、C3H8最常见。最常见。非烃气在大多数气藏中都为次要组分，常见为非烃气在大多数气藏中都为次要组分，常见为N2、CO2、H2S、CO、SO2、H2、Hg以及微量或以及微量或痕量的惰性气体等。有时这些非烃气也可以成为痕量的惰性气体等。有时这些非烃气也可

37、以成为天然气的主要组成，并形成非烃气藏，如我国广天然气的主要组成，并形成非烃气藏，如我国广东三水盆地的东三水盆地的CO2气田，气田，CO2高达高达99.53%。5534第二节第二节 石油和天然气矿床石油和天然气矿床2.天然气的成因类型天然气的成因类型（1）生物成因气：亦称菌解气，是指在浅层）生物成因气：亦称菌解气，是指在浅层低温的还原条件下的生物化学作用带内，由厌氧低温的还原条件下的生物化学作用带内，由厌氧细菌等微生物分解有机质而形成的天然气（甲烷细菌等微生物分解有机质而形成的天然气（甲烷气）。气）。通过现代海洋沉积物中的微生物对有机质的矿通过现代海洋沉积物中的微生物对有机质的矿化作用研究表明

38、，有机质形成甲烷是细菌的代谢化作用研究表明，有机质形成甲烷是细菌的代谢作用过程。作用过程。在喜氧细菌代谢作用中，游离氧很快被消耗，在喜氧细菌代谢作用中，游离氧很快被消耗，形成缺氧环境。在厌氧细菌生活的环境中，细菌形成缺氧环境。在厌氧细菌生活的环境中，细菌的发酵作用明显加强，生成甲烷的速率加大。的发酵作用明显加强，生成甲烷的速率加大。5535第二节第二节 石油和天然气矿床石油和天然气矿床因此，富含腐殖型和混合型有机质的浅海和海因此，富含腐殖型和混合型有机质的浅海和海陆交替带的硫酸盐还原作用带以下深度，是生物陆交替带的硫酸盐还原作用带以下深度，是生物气大量生成的有利环境。气大量生成的有利环境。生物

39、气在天然气工业中具有重要地位，占世界生物气在天然气工业中具有重要地位，占世界天然气总探明储量的天然气总探明储量的20%以上。以上。（2）与成油作用有关的天然气：指分散的有）与成油作用有关的天然气：指分散的有机质（干洛根）在热降解成油过程中，与石油一机质（干洛根）在热降解成油过程中，与石油一起形成的甲烷为主的天然气，也包括液态烃在过起形成的甲烷为主的天然气，也包括液态烃在过成熟阶段热裂解形成的甲烷气。成熟阶段热裂解形成的甲烷气。由于这种天然气在成因上和分布上与石油关系由于这种天然气在成因上和分布上与石油关系密切，又称为油型气。密切，又称为油型气。5536第二节第二节 石油和天然气矿床石油和天然气

40、矿床油型气通常有三类：油型气通常有三类：油田气，指溶解于原油中的气体和从原油中油田气，指溶解于原油中的气体和从原油中析出呈游离状态的气体；析出呈游离状态的气体；气田气，是一种与石油没有伴生关系的甲烷气田气，是一种与石油没有伴生关系的甲烷气，产于与石油大体相同的构造中；气，产于与石油大体相同的构造中；凝析气，是一种含有凝析物（油）的气体，凝析气，是一种含有凝析物（油）的气体，这种气体冒出地面后，由于温度和压力的下降，这种气体冒出地面后，由于温度和压力的下降，会析出液态凝析物，它是一种轻质的、淡黄色液会析出液态凝析物，它是一种轻质的、淡黄色液态烃，称为凝析油。态烃，称为凝析油。5537第二节第二节

41、 石油和天然气矿床石油和天然气矿床（3）煤层气：也称煤型气，是指煤在煤化过）煤层气：也称煤型气，是指煤在煤化过程中变质作用阶段所形成的天然气，是赋存于煤程中变质作用阶段所形成的天然气，是赋存于煤层中的自生自储式非常规天然气。层中的自生自储式非常规天然气。煤矿开采过程中不时涌出或爆炸的瓦斯，就是煤矿开采过程中不时涌出或爆炸的瓦斯，就是煤层气。在实际应用中，有人也称之为煤成气。煤层气。在实际应用中，有人也称之为煤成气。从真正意义上讲，煤成气是指煤或煤系有机质从真正意义上讲，煤成气是指煤或煤系有机质在天然热力作用下生成的热解气，多聚集于煤层在天然热力作用下生成的热解气，多聚集于煤层之外其他储层中。之

42、外其他储层中。煤层气作为一种新兴、洁净、高效的能源，已煤层气作为一种新兴、洁净、高效的能源，已被世界上许多国家开发利用。被世界上许多国家开发利用。5538第二节第二节 石油和天然气矿床石油和天然气矿床世界煤炭资源非常丰富，煤层气潜量巨大。世界煤炭资源非常丰富，煤层气潜量巨大。就目前所知，在世界发现的就目前所知，在世界发现的26个最大气田中，个最大气田中，有有16个是煤层气气田，其最终探明储量占个是煤层气气田，其最终探明储量占26个最个最大气田总探明储量的大气田总探明储量的72.2%。煤层气将成为今后。煤层气将成为今后世界上开发的最主要能源矿产之一。世界上开发的最主要能源矿产之一。近年来，随着洁

43、净煤技术热潮在全球范围内兴近年来，随着洁净煤技术热潮在全球范围内兴起，煤炭地下气化技术得到了迅猛发展。起，煤炭地下气化技术得到了迅猛发展。煤炭地下气化就是将处于地下的煤炭进行有控煤炭地下气化就是将处于地下的煤炭进行有控制的燃烧，通过对煤的热化学作用而产生可燃气制的燃烧，通过对煤的热化学作用而产生可燃气体的过程。这种人为的使煤产生的可燃气不属于体的过程。这种人为的使煤产生的可燃气不属于天然气范畴，但对煤的洁净和充分利用以及替代天然气范畴，但对煤的洁净和充分利用以及替代天然气资源具有变革性意义。天然气资源具有变革性意义。5539第二节第二节 石油和天然气矿床石油和天然气矿床（4）天然气水合物：天然

44、气水合物是近年来）天然气水合物：天然气水合物是近年来发现的一种新能源，预计发现的一种新能源，预计40年或年或50年后将大部分年后将大部分替代行将枯竭的石油和天然气。替代行将枯竭的石油和天然气。天然气水合物是由碳氢气体（主要是甲烷气）天然气水合物是由碳氢气体（主要是甲烷气）与水分子组成的一种冰状固体物质，在低温与水分子组成的一种冰状固体物质，在低温（10MPa）下由有机质形成并）下由有机质形成并储存于深海底之下的浅层沉积物孔隙内，大陆上储存于深海底之下的浅层沉积物孔隙内，大陆上永久冻土带也有大量天然气水合物。永久冻土带也有大量天然气水合物。5540第二节第二节 石油和天然气矿床石油和天然气矿床据

45、估算，其资源量为（据估算，其资源量为（1.82.1）1016m3，相当于全球石油、天然气和煤总，相当于全球石油、天然气和煤总资源量的两倍，其总量之大足以成为未来相资源量的两倍，其总量之大足以成为未来相当长时期内世界开发利用的潜在能源。当长时期内世界开发利用的潜在能源。（5）无机成因气：泛指在沉积作用过程）无机成因气：泛指在沉积作用过程中捕获的气体、岩石受热分解以及遭受变质中捕获的气体、岩石受热分解以及遭受变质后的脱气、岩浆析出气等各种无机成因的天后的脱气、岩浆析出气等各种无机成因的天然气。形成气藏的主要是然气。形成气藏的主要是CO2气。气。5541第二节第二节 石油和天然气矿床石油和天然气矿床

46、三、油气藏和油气显示三、油气藏和油气显示1.油气藏的形成油气藏的形成油气藏是油气聚集的最基本单位。它的形油气藏是油气聚集的最基本单位。它的形成首先要有产生大量油气的生油（气）岩成首先要有产生大量油气的生油（气）岩（烃源岩）；其次要有具渗透性的储集岩，（烃源岩）；其次要有具渗透性的储集岩，以容纳从生油岩中运移出来的油气；第三要以容纳从生油岩中运移出来的油气；第三要有储集岩与非渗透性盖层或其他遮挡因素所有储集岩与非渗透性盖层或其他遮挡因素所组成的圈闭，以捕捉和聚集油气。组成的圈闭，以捕捉和聚集油气。5542第二节第二节 石油和天然气矿床石油和天然气矿床（1）生油（气）岩：指可能产生或已产生石）生油

47、（气）岩：指可能产生或已产生石油（气）的岩石。由生油（气）岩组成的地层叫油（气）的岩石。由生油（气）岩组成的地层叫生油（气）层。生油（气）层。在一定地质时期内所形成的生油（气）岩与非在一定地质时期内所形成的生油（气）岩与非生油（气）岩的岩性组合，叫生油（气）岩系。生油（气）岩的岩性组合，叫生油（气）岩系。生油（气）岩都是富含有机质的细粒沉积岩，以生油（气）岩都是富含有机质的细粒沉积岩，以暗色的泥质岩和泥晶碳酸盐岩类为主。暗色的泥质岩和泥晶碳酸盐岩类为主。世界上所有大型油气田差不多都和泥岩、泥灰世界上所有大型油气田差不多都和泥岩、泥灰岩密切相关。在实际工作中，要准确地鉴定或定岩密切相关。在实际工

48、作中，要准确地鉴定或定量地评价生油（气）岩，通常要进行有机质丰度、量地评价生油（气）岩，通常要进行有机质丰度、有机质类型、有机质成熟度指标及有机质转化指有机质类型、有机质成熟度指标及有机质转化指标等方面的测试和研究。标等方面的测试和研究。5543第二节第二节 石油和天然气矿床石油和天然气矿床（2）储集岩：指能够储存石油和天然气，又）储集岩：指能够储存石油和天然气，又能输出油气的岩石。由储集岩构成的地层，称储能输出油气的岩石。由储集岩构成的地层，称储集层或储层。集层或储层。储集岩必须同时具备良好的孔隙性和渗透性。储集岩必须同时具备良好的孔隙性和渗透性。砂岩的孔隙度高，并且渗透性能好，因而是良好砂

49、岩的孔隙度高，并且渗透性能好，因而是良好的储集层。其次为石灰岩和白云岩。的储集层。其次为石灰岩和白云岩。裂隙发育的页岩、变质岩和火山岩也可以作为裂隙发育的页岩、变质岩和火山岩也可以作为储集层。储集层。目前世界上已发现的油气，目前世界上已发现的油气，99%以上储集在沉以上储集在沉积岩储层中，其中又以碎屑岩和碳酸盐岩储集层积岩储层中，其中又以碎屑岩和碳酸盐岩储集层为主。为主。5544第二节第二节 石油和天然气矿床石油和天然气矿床碎屑岩储集层包括砂砾岩、砂岩、粉砂岩碎屑岩储集层包括砂砾岩、砂岩、粉砂岩及未胶结或胶结松散的砂层；碳酸盐岩储集层及未胶结或胶结松散的砂层；碳酸盐岩储集层的岩石类型主要为粒屑

50、灰岩、生物骨架灰岩等。的岩石类型主要为粒屑灰岩、生物骨架灰岩等。（3）盖层：指位于储集层之上，能对储集）盖层：指位于储集层之上，能对储集层起封隔作用、阻止油气向上逸散的岩层。组层起封隔作用、阻止油气向上逸散的岩层。组成盖层的岩石为不具渗透性的岩石，如泥岩、成盖层的岩石为不具渗透性的岩石，如泥岩、页岩、蒸发岩。其中，泥岩和页岩盖层常与碎页岩、蒸发岩。其中，泥岩和页岩盖层常与碎屑岩储集层伴生，而蒸发岩盖层则多与碳酸盐屑岩储集层伴生，而蒸发岩盖层则多与碳酸盐岩储集层并存。岩储集层并存。5545第二节第二节 石油和天然气矿床石油和天然气矿床（4）油气的运移：有机物质转变成油气只是）油气的运移：有机物质

51、转变成油气只是提供了形成油气藏的物质来源，只有使分散状态提供了形成油气藏的物质来源，只有使分散状态的油气经过运移而大量聚集后才能形成油气藏。的油气经过运移而大量聚集后才能形成油气藏。油气的运移就是油气在地壳中因自然因素引起的油气的运移就是油气在地壳中因自然因素引起的移动。移动。引起油气运移的动力因素有：引起油气运移的动力因素有：上覆沉积负荷不断增加，导致压实作用而形成上覆沉积负荷不断增加，导致压实作用而形成流体运动；流体运动；由于埋藏深度增加，在温度升高的热力作用下，由于埋藏深度增加，在温度升高的热力作用下，流体膨胀造成流体运动；流体膨胀造成流体运动；其他动力因素，如粘土矿物脱水作用、毛细管其

52、他动力因素，如粘土矿物脱水作用、毛细管作用、水动力作用等。作用、水动力作用等。5546第二节第二节 石油和天然气矿床石油和天然气矿床油气从生油（气）岩中向外运移的过油气从生油（气）岩中向外运移的过程，称为初次运移。油气脱离生油（气）程，称为初次运移。油气脱离生油（气）岩后在储集层内运移，称二次运移。岩后在储集层内运移，称二次运移。只有当储集层具有一定的倾角以及构只有当储集层具有一定的倾角以及构造运动形成圈闭时，储集层中的油气和水造运动形成圈闭时，储集层中的油气和水才能在动压力、重力及水力等因素作用下才能在动压力、重力及水力等因素作用下继续向岩层上倾方向运动，直至遇到能捕继续向岩层上倾方向运动，

53、直至遇到能捕获油气的圈闭，油气聚集起来形成油气藏。获油气的圈闭，油气聚集起来形成油气藏。5547第二节第二节 石油和天然气矿床石油和天然气矿床（5）圈闭和油气藏：圈闭亦称油（气）捕，）圈闭和油气藏：圈闭亦称油（气）捕，指能阻止油气在储集层中继续运移并将其聚集起指能阻止油气在储集层中继续运移并将其聚集起来的空间场所。来的空间场所。圈闭必须具备储集层、盖层和一定的遮挡（或圈闭必须具备储集层、盖层和一定的遮挡（或封闭）条件。封闭）条件。根据控制圈闭形成的地质因素，圈闭可分为根据控制圈闭形成的地质因素，圈闭可分为3种基本类型（图种基本类型（图10-4）：）：类为构造圈闭，为储集层在褶皱和断层作用类为构

54、造圈闭，为储集层在褶皱和断层作用下形成的圈闭，包括背斜圈闭、断层圈闭、裂缝下形成的圈闭，包括背斜圈闭、断层圈闭、裂缝性圈闭、刺穿构造圈闭；性圈闭、刺穿构造圈闭；5548第二节第二节 石油和天然气矿床石油和天然气矿床类为岩性圈闭，为储集层岩性横向变化类为岩性圈闭，为储集层岩性横向变化造成的圈闭，包括透镜体圈闭、岩性倾向尖造成的圈闭，包括透镜体圈闭、岩性倾向尖灭圈闭、生物礁圈闭；灭圈闭、生物礁圈闭；类为地层圈闭，是一组不渗透性岩层，类为地层圈闭，是一组不渗透性岩层，不整合覆盖在具有储集性岩石上面造成的圈不整合覆盖在具有储集性岩石上面造成的圈闭，包括不整合圈闭、潜伏剥蚀突起圈闭。闭，包括不整合圈闭、潜伏剥蚀突起圈闭。通常最重要的圈闭是背斜构造，油气常聚通常最重要的圈闭是背斜构造，油气常聚集在背斜的顶部。集在背斜的顶部。5549构造圈闭构造圈闭岩性圈闭岩性圈闭地层圈闭地层圈闭5550聚集了一定数量油和气的圈闭，称油气藏。聚集了一定数量油和气的圈闭，称油气藏。如果圈闭中仅聚集了石油，称油藏；只聚集了如果圈闭中仅聚集了石油，称油藏；只聚集了天然气，称为气藏。天然气，称为气藏。储量可供工业开采的油气藏，称为工业油气储量可供工业开采的油气藏，称为工业油气藏。藏。一个地区，只有具备生油层、储油层、盖层、一