（一）煤
煤是由古代植物遗体堆积在湖盆、海湾、浅海等地方，经过复杂的生物化学和物理化学作用转化而成的一种可燃性沉积岩。煤的化学成分主要为碳、氢、氧、氮、硫等元素组成。在显微镜下可发现煤中有植物细胞组织和孢子、花粉等，在煤层中还可发现有植物化石，所有这些足以证明煤是由植物遗体堆积而成。
在地质时代，曾经有过气候潮湿、植物茂盛的时代。如石炭纪、二叠纪、侏罗纪时，大量繁生的植物在封闭的湖沼或海湾等地堆积下来，并迅速被泥砂覆盖，植物变成了煤，泥砂变成了砂、页岩。由于有节奏的地壳运动和反复堆积，在同一地区往往具有很多煤层，而每层煤都是被砂页岩分开的。煤层的上下岩层分别称为顶板和底板。顶板和底板之间的垂直距离代表煤层的厚度，可由几十厘米到数十米，甚至百米以上。夹有煤层的一套连续沉积的沉积岩层，通称为煤系，或含煤建造，如门头沟煤系。煤系主要为碎屑沉积物组成，如砂岩、粉砂岩、页岩、砾岩等，其中夹有若干煤层。煤系中有丰富的植物化石。在含煤地层分布的地区，其中可采煤层占有较大的面积，称为煤田，如山西大同煤田，河北开滦煤田等。
由植物转变为煤的过程（统称成煤作用），可分三个阶段：
1.菌解阶段，即泥炭化阶段 当植物堆积在水下被泥砂覆盖时便逐渐与氧气隔绝，由嫌气细菌参与作用，促使有机质腐烂分解，使植物遗体中氢、氧成分逐渐减少，而碳的成分逐渐增加，生成泥炭。植物被细菌分解腐烂的作用，叫菌解作用。这一阶段也可以说是生物化学作用阶段，其式如下：
泥炭质地疏松，颜色和条痕皆为褐色，无光泽，比重小（0.701.06），可看出有机物质的残体。用火柴可以引燃，烟浓灰多。
2.煤化阶段，即褐煤阶段 泥炭被沉积物覆盖形成顶板后，便处于完全封闭的环境，细菌作用逐渐停止。泥炭被压缩、脱水和胶结，碳的含量进一步增加，过渡成为褐煤。以上这种作用称煤化作用。
褐煤是泥炭进一步变化也就是成岩作用的产物，颜色和条痕皆为褐色或近于黑色，光泽暗淡，比重0.81.3，基本上不见有机物的残体，质地较泥炭致密。用火柴可以引燃，有烟。
3.变质阶段,即烟煤及无烟煤阶段 褐煤是在低温和低压下形成的。如果褐煤埋藏在地下较深位置时，就会受到高温高压的作用，致使褐煤在化学成分上发生变化，主要是水分和挥发成分减少和碳的含量相对增加；在物理性质上也发生改变，主要是密度比重、光泽和硬度等增加，而成为烟煤。这种作用就是煤的变质作用。
烟煤的颜色和条痕皆为黑色，有光泽，致密状，比重1.151.5，用蜡烛可以引燃，火焰明亮，有烟。
无烟煤是烟媒进一步变质而成。质地坚硬，颜色、条痕为黑色，有光泽，贝壳状断口，比重1.41.7。蜡烛不能引燃，燃之无烟。
如果进一步变质，无烟煤可以变为性质完全不同的石墨和天然焦。
在植物变煤的过程中，碳的成分逐渐增加，而氮、氢、氧的成分则逐渐减少，如表4-4。
表4-4 从植物到煤化学元素的含量（％）
煤在世界矿产资源中，不论按开采重量或按产值计算，都居重要地位。煤的用途非常广泛，称为工业的粮食，是冶金、化工、交通运输和电气工业等部门的重要原料和动力资源。另外，从煤炭中还能提取稀有元素，如锗、镓等。
我国是储煤量极丰富的国家之一，已探明储量达六千多亿吨。近年来，在过去缺煤的南方各省以至西藏高原上都陆续找到了许多新煤田。从地史看，我国主要的成煤期有：
（1）晚石炭世早二叠世：这是我国主要的成煤期。多分布在北方，煤质优良，煤层较厚。例如，辽宁本溪，吉林通化，山西太原、大同、阳泉，河北开栾、井陉、峰峰，河南鹤壁、焦作、平顶山，山东淄博、枣庄，安徽淮南，江苏贾汪，陕西渭北，云南宜良等煤田。
（2）晚二叠世：是南方各省重要的成煤期。例如，湖北黄石，浙江长兴，福建永安，贵州北部，四川中梁山等煤田。
（3）侏罗纪：这一时期的煤系，分布很广泛。如黑龙江鹤岗、双鸭山、鸡西，吉林蛟河，辽宁阜新、北票，山西大同，北京京西，内蒙古大青山，甘肃窑街、阿干镇，青海柴达木，新疆天山南北两侧，江西萍乡，湖南资兴等煤田。
（4）第三纪：早第三纪煤田主要分布于辽宁抚顺，黑龙江大兴安岭北部等，晚第三纪煤田主要分布在南方。
（二）油页岩
是在还原条件下（闭塞的湖沼或浅海等），由富含有机质的腐泥所形成的岩石。油页岩为棕黑色或黑色，风化后颜色变浅，质地细密，比页岩轻，坚韧不易破碎。取薄片加热，有黄色浓烟及沥青臭味。从油页岩中可以提炼石油和化工原料。我国辽宁抚顺、广东茂名等皆为有名产地。
（三）石油和天然气
石油和天然气是产于地层中的可燃性油质液体和气体。它们不能形成独立的地层，而存在于岩石空隙之中。
1.石油和天然气的成分和性质 石油主要是由碳和氢构成的有机化合物的混合物。这种有机化合物占石油成分的9799%，此外含有少量的氧、硫、氮及微量的多种金属和半金属元素。其中碳氢化合物主要有烷属烃CnH2n+2、环烷属烃CnH2n、芳香属烃CnH2n-6等，种类繁多。
石油在化学上不是纯一物质，所以它的物理性变化范围很大。颜色是棕黑、深褐、棕黄等，比重0.751.0，带特有臭味，沸点和凝固点不固定，可点燃，热量比煤还要高出近1倍。不同地方或不同层的石油，其成分和性质都有差异。
天然气是储存于地下多孔岩石或石油中的可燃气体。由于它比石油轻，所以常位于石油的上部，称为气顶。我国四川等省也有单独的天然气矿藏。四川的天然气是以气态碳氢化合物为主的混合物，以甲烷CH4最多，占气体成分的8090％。另外，还有少量的乙烷、丙烷和丁烷等。天然气一般无色无味，可以燃烧，是重要能源之一。用天然气制成的炭黑，是橡胶工业的重要原料。
2.石油和天然气的成因 目前大多数人主张有机生成说，认为石油和天然气是有机物质在适当环境下生成的。
（l）生成油、气的原始物质：世界上的油、气田几乎全部都分布在沉积岩中，根据实验室分析，发现沉积岩中的有机物质和石油的化学成分具有相似性（表4-5），说明石油同有机质在成因上有密切关系。同时，近来在许多活着的有机体中发现石油烃类及有关化合物；而且有机化学实验表明，动、植物中的主要有机质，如蛋白质、碳水化合物、脂肪等，可以变成类似石油的液态烃。因此，目前认为生成油、气的原始物质既有动物，也有植物，但以低等微生物为主表4-5也说明石油同有机质的差异性，这种差异性恰恰反映了有机质向石油转化是一个碳、氢不断增加而氧不断减少的过程。
表4-5 沉积岩中有机构质和石油的元素含量对比
（2）生油环境：从有机质到石油既然是一个去氧加氢富集碳的过程，说明油、气生成必须在还原环境中进行。在地质历史中，无论是浅海、海湾、泻湖、三角洲等海相环境，还是深水内陆湖泊等陆相环境，都是生油的有利地区。还必须有年平均温度高，日照时间长，空气湿度大的气候条件，以利于生物（特别是微生物）的繁殖。最后还需要从陆地经常输入大量泥砂等物质，这些泥砂和生物遗体一同堆积下来，形成有机淤泥。有机淤泥被新沉积物所覆盖，造成与空气隔绝的还原环境。随着沉积盆地的不断下沉，沉积物不断加厚。有机淤泥所承受的温度和压力也不断加大，在嫌气细菌、温度、压力以及其他因素作用下，逐渐变成石油和天然气。这是一个漫长的复杂的变化过程，从有机质变成石油并聚集成油气藏所需的时间，最快约为100万年。
（3）油、气藏的形成：石油和天然气生成后，呈分散状态存在于生油（气）层中，还必须经过由分散向集中的转化过程，才能使油、气聚集在储集层中，形成油、气藏。这个转化过程包括油、气的运移和圈闭。
油、气所以能够运移，除因油、气本身是流体，具有流动性外，还须有造成油、气运移的外部动力。
①压力首先是岩层的静压力，在一个盆地内沉积了巨厚的岩层后，下部岩层就受到上覆岩层的压力，使岩层的孔隙缩小，孔隙中的流体被挤出。但这种压力对于泥质岩石和砂质岩石具有不同的效应。生油（气）层主要是颗粒细小的泥质岩石。这种岩石孔隙度大，含水分多，易被压缩；砂质岩石，颗粒较粗，粒间彼此支撑，难于压缩。因此，岩石受同样静压力作用时，油、气就由细粒的生油层向粗粒的储集层运移。同时，一般由于盆地中心岩层厚度大于边缘，由此产生的静压力也是中心大于边缘，造成油、气从中心向边缘移动。还有一种定向压力，它是由构造运动引起的。岩层在构造运动的作用下，进一步压缩变形，促使油、气由高压区向低压区流动。同时构造运动所产生的断裂为油、气的运移提供了通道。
②水、油、气的分异油、气进入含水的储集层后，由于三者比重的差异而产生浮力，促使它们产生分异，气在最上部，油居中，水在下部。同时，地下水在流动过程中能带动油、气运移。
③毛管力水沿毛管上升的力，称毛管力。毛管力的大小与液体的表面张力成正比，与毛管的半径成反比。岩层中包含大小不一的孔隙，形成复杂交错的毛管网。由于小孔隙内的毛管力比大孔隙内的毛管力大，在大小孔隙之间形成了毛管压力差。又因水的表面张力比石油大，水可以把石油从小孔隙的泥质岩层（生油层）中驱赶到大孔隙的砂岩层（储集层）中。这种毛管力在促使油、气从生油层向储集层运移过程中起了积极的作用。
油、气运移到储集层以后，并不一定形成油、气藏，因为只有在运移的道路上遇到阻挡，不能继续前进，于是集中起来形成油、气藏。这种由于阻挡而造成的适于油、气聚集的场所，称为圈闭。圈闭的形成首先要具有储集油、气空间的岩层，即储集层，例如砂岩、砾岩、碳酸盐岩层等；其次要有阻止油、气向上逸散的不渗透岩层，即盖层，例如页岩、粘土层等；另外还需具备从备方面阻止油、气逸散的封闭条件，即遮挡物，如构造遮挡、岩性遮挡等。这三方面在一定条件下结合起来，就组成了圈闭。一种圈闭形式是构造圈闭，因构造运动使地层拱起，形成背斜构造或穹窿构造，把油、气封闭起来，称为背斜圈闭。这是最好的构造圈闭。如果由于储集层岩性变化发生尖灭而形戌的圈闭，称岩性圈闭。此外，如果含油、气的倾斜岩层上面被水平的或产状不同的不渗透岩层所覆盖而形成的圈闭，称地层圈闭。各种圈闭说明具备聚集油、气的能力，但并不是所有圈闭都是有效的，这还要看圈闭的形成时间、空间位置、有效容积、保存情况等因素。
石油占世界矿产产量的第一位。石油在现代工业、交通和国防等方面都是极为重要的能源。同时用石油制成的产品已达五千种以上，广泛地应用于国民经济各个部门，深入到现代生活的一切领域。
我国劳动人民很早就发现并利用石油。远在三千多年前，在古书《易经》上，就有了关于石油的文字记载。我国是世界上石油蕴藏量最丰富的国家之一。但在解放前，靠洋油度日，石油工业处于极其落后的状态。解放后，我国的石油工业获得了空前的发展，多个大油田已经建成或正在兴建。
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