3.3.2　能源资源

3.3.2.1　煤炭

（1）煤的概念

煤是由植物残骸经成煤作用形成的一种固态可燃有机岩，主要由有机质和无机质构成。有机质包括C、H、O、N、S、P等元素，C和H是构成可燃有机质的主要成分；无机质包括水分和矿物杂质，为不可燃部分；煤经燃烧残留下来的矿物杂质，称为灰分。

（2）煤的形成

煤是各种地质因素综合作用的产物，要形成工业价值的煤层，须具备聚煤条件和成煤作用两个基本条件。

聚煤条件：聚煤的首要条件是必须有充足的植物残骸来源，以保证成煤物质的供给；其次是植物残骸应与空气隔绝，以免遭受完全氧化、分解和强烈微生物作用而被彻底破坏。一般认为，沼泽地区是最适宜的环境。

成煤作用：从植物遗体堆积到形成煤层的转化过程称为成煤作用，分为两个阶段：

①泥炭化作用或腐泥化作用阶段：高等植物残骸随着不断堆积和埋藏深度增加，逐渐与空气隔绝，在厌氧菌作用下，形成多水和富含腐植酸的腐殖质，这就是泥炭，从植物堆积到形成泥炭的作用为泥炭化作用。低等植物藻类和浮游生物死亡后，在厌氧细菌的作用下，转变为含水很多的絮状腐植胶，腐植胶经脱水、压实形成富含沥青质的腐泥，从低等植物藻类和浮游生物沉积到形成腐泥的作用，称为腐泥化作用。

②煤化作用阶段：泥炭和腐泥形成后，随着埋藏深度增加、温度升高、压力增大，其逐渐转入成煤的第二个阶段，包括成岩作用和变质作用。泥炭或腐泥在上覆沉积物的静压力作用下，逐渐失水、压实、固结，挥发分相对减少，含炭量相对增高，分别逐渐转变成褐煤和腐泥褐煤，称为煤的成岩作用阶段。在温度、压力的进一步作用下，褐煤的分子结构、物理性质、化学性质不断发生变化，逐渐向烟煤、无烟煤转化，这一变化过程即煤的变质作用阶段。

（3）煤炭资源的分布、开发与利用

地球上的煤炭资源丰富，地理分布广泛，但又分布不均。总的来说，以两条巨大的聚煤带最为突出：一条横亘欧亚大陆，西起英国，向东经德国、波兰、俄罗斯，直到我国的华北地区；另一条也呈东西向，绵延于北美洲的中部，包括美国和加拿大。南半球的煤炭资源也主要分布在温带，比较丰富的有澳大利亚、南非和博茨瓦纳。北半球的煤炭资源总体多于南半球。

我国煤炭资源十分丰富，产、储量均居世界前列。煤炭资源主要分布在山西、陕西、内蒙古、新疆、贵州、宁夏、安徽、山东等省、自治区，以山西、陕西、内蒙古、新疆居多。

煤炭的使用已有2 000多年的历史。现如今，煤作为工业动力燃料，广泛用于火力发电、交通运输和冶金。同时，煤又是重要的化工原料，通过焦化、加工，可以得到煤气、煤焦油、氮肥、农药、塑料、合成纤维等上百种产品；煤燃烧后的煤渣可制耐火砖或煤渣砖，还可作水泥的配料；有些煤层含有镓、锗、铀等稀有或放射性元素，可供综合利用。

煤炭作为能源，也有一些不利因素：①发热量较石油低，运输不便，对其他工业的渗透作用不如石油强；②煤的转化技术虽已取得很大进展，但是大规模利用在经济上并不合算；③在煤炭的开采、利用和燃烧过程中，容易造成环境污染和破坏。

3.3.2.2　石油和天然气

（1）石油和天然气的概念

石油是一种存在于地下岩石孔隙中，密度为0.75～0.98kg/m3，不溶于水，但溶于有机溶剂，具有荧光性的可燃有机矿产。石油的化学成分复杂，主要由碳氢化合物混合组成，纯粹由碳和氢两种元素组成的化合物简称为烃。天然气通常是指储集在地下岩石孔隙中的以烃类为主的可燃气体，其基本组分是甲烷，其次是乙烷、丙烷、丁烷等，还有少量的液态烃类及微量的非烃类组分。天然气易溶于石油，从而降低石油黏度，减小毛细管力，使石油容易在地层中流动。

（2）石油及天然气的成因

对于石油和天然气的形成，目前倾向于有机成因，是有机质在一定的物理、化学因素和地质作用下转化形成的。其形成的地质条件主要包括：①具有大量的有机物质来源；②有利的还原环境；③促使有机质向油气转化的因素（主要有温度、压力以及细菌作用等，当温度、压力升高到一定程度时，有机质就会形成烃类物质）。油气的形成实际上是去氧、加氢、富碳的一种化学过程，长期稳定下沉的深坳陷是形成油气的主要有利条件。

（3）油气藏的形成

油气藏是油气聚集的最基本单位，是油气勘探的对象。分散的石油和天然气只有经过聚集并被保存下来，才能形成油气藏。油气藏的形成条件包括以下几个方面：

①生油气层：一般是指富含有机质、具备生烃的温压条件并能生成烃类物质的岩层。生油气层因富含有机质，故颜色较深。海相和陆相沉积均可形成生油气层。

②储油气层：储油气层是既能储存油气，又能输出油气，具有良好孔隙度和渗透率的岩层，通常由砂岩、石灰岩、白云岩及裂隙发育的页岩、火山岩、变质岩构成储油气层。

③盖层：盖层是指覆盖于储油气层之上、渗透性差、油气不易穿过的岩层，起着遮挡油气运移、防止油气逸散的作用。页岩、泥岩和蒸发岩等是常见的盖层。

④圈闭：储集层中的油气因遇到遮挡物不能继续运动而在局部地区聚集起来，这种聚集油气的场所称为圈闭（如背斜圈闭、穹窿圈闭等）。

⑤运移：促使油气运移的作用主要包括压力作用、毛细管作用、扩散作用等，分散形成的油气只有经过运移并在合适的位置聚集才能形成油气藏。

⑥保存：已形成的油气藏只有在适宜的条件下保存至今才能被发现、开发、利用。构造运动频繁、张性断裂发育、地震活动、岩浆活动等是油气保存的不利因素。

（4）油气资源的分布和前景

油气是重要的战略能源，深刻影响着世界的经济和政治局势。世界油气资源分布极不均匀，石油最丰富的是沙特阿拉伯、科威特、伊朗、伊拉克等海湾国家，天然气最丰富的是俄罗斯、伊朗和美国。目前，世界上已有70多个国家生产油气。

我国是世界上油气资源较丰富的国家之一，油田、气田主要分布在华北、鄂尔多斯、松辽平原及四川、新疆等地。我国油气资源对外依存度较高，超过一半以上需要依赖进口，随着我国大陆区优质油气藏的不断开发、利用，油气资源紧张的形势得以缓解：近年来，东海、南海等海域以及我国西部的塔里木盆地区的油气勘探取得了良好效果，在技术进步的推动作用下，煤层气、页岩气、可燃冰等非常规油气资源勘探开发方面也取得了重大进展。

3.3.2.3　其他能源

其他能源主要包括核能、地热能、生物质能、水能、风能、潮汐能和太阳能等。目前，世界各国的主体能源主要为煤炭、石油和天然气，在一些经济、技术比较发达的国家，核能在能源保障中也发挥着重要作用，地热能、风能、潮汐能等能源虽然具有环保的显著特点，但利用比例很低，远未构成主体能源。

综上所述，人类目前所利用的能源主要是煤炭、石油、天然气等不可再生的可燃有机矿产。长远来看，这些矿产资源终将枯竭，人类必须要依赖科学技术的进步，不断开发利用核能、太阳能等清洁可再生能源来弥补、取代不可再生能源。