煤、石油及天然氣是怎樣產(chǎn)生 ?

【專家解說】：煤炭被人們譽為黑色的金子，工業(yè)的食糧，它是十八世紀以來人類世界使用的主要能源之一。雖然它的重要位置已被石油所代替，但在今后相當長的一段時間內(nèi)，由于石油的日漸枯竭，必然走向衰敗，而煤炭因為儲量巨大，加之科學技術(shù)的飛速發(fā)展，煤炭汽化等新技術(shù)日趨成熟，并得到廣泛應(yīng)用，煤炭必將成為人類生產(chǎn)生活中的無法替代的能源之一。 煤炭是千百萬年來植物的枝葉和根莖，在地面上堆積而成的一層極厚的黑色的腐植質(zhì)，由于地殼的變動不斷地埋入地下，長期與空氣隔絕，并在高溫高壓下，經(jīng)過一系列復雜的物理化學變化等因素，形成的黑色可然化石，這就是煤炭的形成過程。 一座煤礦的煤層厚薄與這地區(qū)的地殼下降速度及植物遺骸堆積的多少有關(guān)。地殼下降的速度快，植物遺骸堆積得厚，這座煤礦的煤層就厚，反之，地殼下降的速度緩慢，植物遺骸堆積的薄，這座煤礦的煤層就薄。又由于地殼的構(gòu)造運動使原來水平的煤層發(fā)生褶皺和斷裂，有一些煤層埋到地下更深的地方，有的又被排擠到地表，甚至露出地面，比較容易被人們發(fā)現(xiàn)。還有一些煤層相對比較薄，而且面積也不大，所以沒有開采價值，有關(guān)煤炭的形成至今尚未找到更新的說法。 煤炭是這樣形成的嗎？有些論述是否應(yīng)當進一步加以研究和探討。一座大的煤礦，煤層很厚，煤質(zhì)很優(yōu)，但總的來說它的面積并不算很大。如果是千百萬年植物的枝葉和根莖自然椎積而成的，它的面積應(yīng)當是很大的。因為在遠古時期地球上到處都是森林和草原，因此，地下也應(yīng)當?shù)教幱袃Υ婷禾康暮圹E；煤層也不一定很厚，因為植物的枝葉、根莖腐爛變成腐植質(zhì)，又會被植物吸收，如此反復，最終被埋入地下時也不會那么集中，土層與煤層的界限也不會劃分得那么清楚。 但是，無可否認的事實和依據(jù)，煤炭千真萬確是植物的殘骸經(jīng)過一系統(tǒng)的演變形成的，這是顛簸不破的真理，只要仔細觀察一下煤塊，就可以看到有植物的葉和根莖的痕跡；如果把煤切成薄片放到顯微鏡下觀察，就能發(fā)現(xiàn)非常清楚的植物組織和構(gòu)造，而且有時在煤層里還保存著像樹干一類的東西，有的煤層里還包裹著完整的昆蟲化石。值得探討的是它為何形成得如此集中，而且又是那么如此的優(yōu)質(zhì)呢？ 記得上小學的時候，我家住在離城不遠的鄉(xiāng)村，每當盛夏雨季來臨時，一場暴雨過后，村子中央就會出現(xiàn)一條湍急的“小溪流”，我們許多小朋友就會跑到那里面去嬉戲，那小溪流也會因暴雨停止時間的延長，而變得越來越小，最后干涸。但在沒有斷流之前你會發(fā)現(xiàn)，很多水流處卻被沖下來的木棍兒、雜草等漂浮物堵塞，形成一個個小的水坎兒。為了能讓水流通暢，我們不時地把那些小水坎扒開，有的時候也會借此筑起一道小溪上的“堤壩”。既便是現(xiàn)在居住在城里，一場暴雨過后，街道上很多地方也會出現(xiàn)各種各樣的漂浮物截住了水流，堵塞了下水道口，而且很多漂浮物又被集中地滯留在一個地方的現(xiàn)象。 小巫見大巫，由此我們便可以推斷出煤炭的形成可能與洪水有直接關(guān)系。如果沒有洪水那樣強大的力量和搬運的功能，煤炭的形成絕對不會那么集中，也不會那么優(yōu)質(zhì)。 我們可以設(shè)想一下，在千百萬年前的地質(zhì)歷史期間，由于氣候條件非常適宜，地面上生長著繁茂高大的植物，在海濱和內(nèi)陸沼澤地帶，也生長著大量的植物，那時的雨量又是相當?shù)某渑?，當百年一遇的洪水或海嘯等自然災(zāi)害降臨時，就會淹沒了草原、淹沒了大片森林，那里的大小植物就會被連根撥起，漂浮在水面上，植物根須上的泥土也會隨之被沖刷得干干凈凈，這些帶著須根和枝杈的大小樹木及草類植物也會相互攀纏在一起，順流漂浮而下，一旦被沖到淺灘、灣叉就會擱淺，它們就會在那里安家落戶，并且象篩子一樣把所有的漂浮物篩選在那里，很快這里就會形成一道屏障，并且這個地方還會是下次洪水堆積植物殘?。ㄒ矔性S多動物的殘?。┑牡胤健．敽樗撕?，這里就會形成一道逶迤的堆積植物殘骸的丘嶺，再經(jīng)過長期的地質(zhì)變化，這座植物殘骸的丘嶺就會逐漸地埋入地下，最后演變成今天的煤礦。 那么也許有人會問，1998年中國遭受的一場罕見的水災(zāi)，為何沒有出現(xiàn)這樣的情況呢？我認為，那是因為中國目前的森林覆蓋率很低，而且有森林的地方多在高海拔地區(qū)，在平原到處是糧田，幾乎到了沒有什么森林可淹的境地，只不過是淹沒了一些農(nóng)田的防護林，并且農(nóng)田防護林的樹木很稀少，而且樹木的根須又十分的發(fā)達，抓地抓得十分牢固，短時間的浸泡、沖擊不會造成多大危害。而森林中的樹木就不同了，很多樹木都擠在一起生活，它們?yōu)榱宋程柕哪芰?，拼命地往上長，根須并不發(fā)達，一旦一處樹木被洪水連根撥起，就會連帶成片的樹木被洪水毀掉，就如同放木排一樣，順流漂浮而下，勢不可擋，最后全部堆積在一個地方。 另外，由于人類對大自然認識的增強，抵御突發(fā)性自然災(zāi)害的能力不斷提高，興修水利，筑起堅固的堤壩，加固江堤、河堤，大大地減緩了兇猛洪水的沖擊力，泛濫的現(xiàn)象少了，甚至乖乖地聽從人類的召喚，并把兇猛的洪水變成了電能、動能、熱能，造福于人類，服務(wù)于人類社會。 不僅洪水有搬運動植物這樣的能力，而且潮汐、臺風、海嘯也具備這樣的能力。由于地震、火山噴發(fā)等因素引起的海嘯，可以使海浪掀起三、四十米還高，并且在頃刻之間把一個島嶼上的動植物掃蕩一空；把海岸線附近的一切生物全部洗劫。 再者，地球表面上的物質(zhì)不可能永久的一成不變地等待著地球進行沉降運動的，而且地球表面上的物質(zhì)是在不斷地循環(huán)流動著的。因此，“水災(zāi)說”是使煤炭形成得如此集中、優(yōu)質(zhì)，還是有一定的道理的，是有說服力的，也是能夠令人信服的。 地球表面上的物質(zhì)不可能永久的一成不變地等待著地球進行沉降運動的，而且地球表面上的物質(zhì)是在不斷地循環(huán)流動著的。因此，“水災(zāi)說”是使煤炭形成得如此集中、優(yōu)質(zhì)，還是有一定的道理的，是有說服力的，也是能夠令人信服的。 煤炭千真萬確是植物的殘骸經(jīng)過一系統(tǒng)的演變形成的，這是顛簸不破的真理，只要仔細觀察一下煤塊，就可以看到有植物的葉和根莖的痕跡；如果把煤切成薄片放到顯微鏡下觀察，就能發(fā)現(xiàn)非常清楚的植物組織和構(gòu)造，而且有時在煤層里還保存著像樹干一類的東西，有的煤層里還包裹著完整的昆蟲化石。值得探討的是它為何形成得如此集中，而且又是那么如此的優(yōu)質(zhì)呢？ 由于古代的在植物大量沉積,被深深的埋在地層下,受到高壓和高溫,經(jīng)過幾億年的時間,變成煤炭 煤礦和其它礦一樣，是層狀的，且不是到處都有，如果是地表植物積聚而成，則不會那么集中，應(yīng)該到處都有，所以我認為，書上所說的不對。碳元素是地球故有的，地表的碳大部分以化合物形式存在，地心的碳以單質(zhì)形式存在，地心的碳向地表噴出時，一部分為鉆石，一部分為石墨，大部分為煤（不同條件下形成不同的物質(zhì)），和其它大部分礦的成因一樣。 植物當被壓在地下，在長時間的缺氧高壓的條件下便會形成煤。 石炭紀地球植物大繁盛，為煤的形成形成的強大的物質(zhì)基礎(chǔ)，后來的造山運動為煤的形成提供了外部條件。經(jīng)過常年累月，便有了煤 石油的原料是生物的尸體，生物的細胞含有脂肪和油脂，脂肪和油脂則是由碳、氫、氧等3種元素組成的。生物遺體沉降于海底或湖底并被淤泥覆蓋之后，氧元素分離，碳和氫則組成碳氫化合物。 我們已經(jīng)在地球上發(fā)現(xiàn)3000種以上的碳氫化合物，石油是由其中350種左右的碳氫化合物形成的，比石油更輕的碳氫化合物則成為天然氣。煤礦與石油的成因很類似，但煤是植物的化石，又是固態(tài)。 大量產(chǎn)生碳氫化合物的巖石即稱為“石油源巖”。埋沒于地中的石油源巖受到地熱和壓力的影響，再加上其他多種化學反應(yīng)之后就產(chǎn)生石油，而石油積存于巖石間隙之間便形成油田。 地殼變動而石油生成 我們最近逐漸了解地球內(nèi)部的變化與石油的生成有十分密切的關(guān)系，在描述此種關(guān)系之前,讓我們先來了解一下地球內(nèi)部的狀況。 地球的半徑大約是6400公里，覆蓋地球表面的地殼下方是由巖石形成厚達2900公里的“地慢”，其下方則是由金屬形成的“地核”，并以大約5100公里深處分界，分為“外核”與“內(nèi)核”。外核主要是由液態(tài)金屬鐵組成，內(nèi)核則主要是固態(tài)鐵。 地球表面鋪滿堅硬的“板 塊”，厚度約有100公里，是由向上噴出的“洋脊”產(chǎn)生的，’在 緩緩移動到“海溝”后就沉降于 另一板塊下方。 80年代后期，人們學會捕捉地震波傳遞到地球內(nèi)部時的立體圖，于是發(fā)現(xiàn)令人驚訝的地慢活動狀況。高溫又巨型的上升流“超級卷流”由地底涌上后，以蘑菇形態(tài)分別存在于夏威夷和非洲大陸正下方。此外，低溫的巨型下降流“冷卷流”則以水滴形態(tài)占據(jù)亞洲大陸及南美洲大陸正下方的冷卷流似乎是沉降到地函底部。 我們現(xiàn)在的知道的是，地幔內(nèi)部落熱對流是以冷卷流向超級卷注移動的形態(tài)而形成的。此種運動不僅影響板塊運動，似乎也對整個地球的地質(zhì)和環(huán)境的變化產(chǎn)生很大的影響。 超級卷流是石油制造者？ 現(xiàn)在全球生產(chǎn)的石沒之中，有60%是產(chǎn)生了恐龍稱霸地球時期所形成的石油源巖，所形成的“黑色頁巖”則遍布世界各地。黑色頁巖主要是由未經(jīng)氧化的藻類等浮游植物遺骸堆積而成。由此可知當時必須有可讓浮游植物繁殖又不會產(chǎn)生氧化的缺氧環(huán)境條件，大量的黑色頁巖才會形成。 最近發(fā)現(xiàn)，石油源巖在此時代的形成似乎與超級卷流運動的活化可以促使由地下涌出的地幔物質(zhì)所形成的洋脊體積增大，海面因而上升，使得較低的陸地變成淺海，而淺海則具有可當石油原料的藻類等浮游植物極易繁殖的環(huán)境。 淺海地區(qū)的藻類等浮游植物因而出現(xiàn)大幅增加和大量死亡的現(xiàn)象，周圍的細菌為分解其殘骸而消耗氧氣，于是出現(xiàn)了缺氧環(huán)境。 地球溫暖化也會改變深層海水的流動狀況，由于高緯度地區(qū)與低緯度地區(qū)海水的溫度高低不同，較低溫但含有豐富氧氣的高緯度地區(qū)深層海水會流向低緯度地區(qū)海洋。但地球溫暖化的現(xiàn)象減少。氧氣較少的海域因而擴大，無法氧化的浮游植物便逐漸堆積，所留下的大量有機物則形成石油源巖。 生物的演化改變了石油的性質(zhì) 由于石油的原料是生物的遺骸，因此調(diào)查石油的性質(zhì)便可以得知古老時期的生物演化過程和地球環(huán)境歷史。 生命的演化大概有下述的過程。生命是于38億年前誕生，并逐漸地進行演化，到了距今5億5000萬年前的古生代寒武紀時期，爆發(fā)性的演化才開始，大約4億4500萬年前，生命也登上了陸地。 4億4000萬年至4億年前時期，石油源巖的主要成分是當時繁茂的浮游植物所形成的耐碳氫化合物。另一方面，羊齒類植物在此時期繁瑣盛于海岸近處，因此以陸上植物為原料的石油源巖也出現(xiàn)了。 2億9000萬年前，廣大的陸地普遍出現(xiàn)由裸子植物組成的森林，并到處形成被沼澤地包圍的湖沼，藻類便在湖沼中開始繁殖。由此也產(chǎn)生了以藻類為原料的新種石油源巖，這也是陸上植物的繁盛促使新性質(zhì)石油源巖誕生的一例。 9000萬年前時期，被子植物和針葉樹林開始逐漸擴張到高緯度地區(qū)和高地，因而出現(xiàn)以陸地木材為原料的石油源巖。另一方面，樹木的樹脂成為輕質(zhì)原油的原料，形成新的石油源巖。針葉樹林的增加竟使得木材取代了藻類，成為石油源巖的主要原料。 最近石油性質(zhì)的分析技術(shù)有長足的進步，我們已逐漸可以取得有關(guān)石油原料性質(zhì)，以及由熱能引起的變化過程等的詳細資料。由此種資料即能進一步了解原料生物遺骸逐漸堆積時的環(huán)境狀況。 大約1億7000萬年到200萬年前所發(fā)生的全球性規(guī)?！鞍柋八乖焐竭\動期”也造出了巨油田，在此時期，分布于廣大范圍的1億年前前后形成的石油源巖都沒入地中?，F(xiàn)有的石油和天然氣有大約3分之2就是此時期形成的。 石油是怎樣形成的 2 石油是當今世界極其重要的工業(yè)能源，被稱作“工業(yè)的血液”，素有黑色金子之稱。石油這種黑棕色的，粘稠的液體，以前面滲透到人類生活的許多領(lǐng)域。那么，石油是如何形成的呢？ 經(jīng)過長期的研究，以證明石油是由古代有機物變來的/在古老的地質(zhì)年代里，古代海洋或大型湖泊里的大量生物、動植物死亡后，遺體被埋在泥沙下，在缺氧的條件下逐漸分解變化。隨著地殼的升降運動，它們又被送到海底，被埋在沉積巖層里，承受高壓和地熱的烘烤，經(jīng)過漫長的轉(zhuǎn)化，最后形成了石油這種液態(tài)的碳氫化合物。 據(jù)估計，全世界海底石油的總儲量在3250億噸，占整個地球石油儲量的三分之一。而且這些石油多分布在中國近海、中東、波斯灣、墨西哥灣、西非幾內(nèi)亞灣和北海等淺海海底。 石油和天然氣的化學成分，暴露了它們的來源，它們都是有機物，應(yīng) 當與古代生物有關(guān)系。一部分科學家認為，油氣（石油和天然氣）是伴隨著沉積 巖的形成而產(chǎn)生的。遠古時期繁盛的生物制造了大量的有機物，在流水的搬運下， 大量的有機物被帶到了地勢低洼的湖盆或海盆里。在自然界這些巨大的水盆中， 有機物與無機的碎屑混合，并沉積在盆底。寧靜的深層水體是缺乏氧氣的還原環(huán) 境，有機物中的氧逐漸散失了，而碳和氫保留下來，形成了新的碳氫化合物，并 與無機碎屑共同形成了石油源巖。 在石油源巖中，油氣是零散地分布的，還沒有形成可以開采的油田。此時， 水盆底部的沉積物，在重力的作用下，開始下沉。在地下的壓力和高溫的影響下， 沉積物逐漸被壓實，最終變成沉積巖。而液體的石油油滴們拒絕變成巖石，在沉 積物體積縮小的過程中，它們被擠了出來，并聚集在一處，由于密度比水還輕， 所以石油開始向上遷移。幸運的話，在巖石裂隙中穿行的石油，最終會遭遇一層 致密的巖石，比如頁巖、泥巖、鹽巖等，這些巖石缺少讓石油通過的裂隙，拒絕 給石油發(fā)通行證，石油于是停留在致密巖層的下面，逐漸富集，形成了油田。含 有石油的巖層，叫做儲集層，拒絕讓石油通過的巖石，叫做蓋層。如果沒有蓋層， 石油會上升回到地表，最終消失在地球歷史的塵煙中，保留不到人類出現(xiàn)的時候。 內(nèi)容：石油和天然氣的化學成分，暴露了它們的來源，它們都是有機物，應(yīng) 當與古代生物有關(guān)系。一部分科學家認為，油氣（石油和天然氣）是伴隨著沉積 巖的形成而產(chǎn)生的。遠古時期繁盛的生物制造了大量的有機物，在流水的搬運下， 大量的有機物被帶到了地勢低洼的湖盆或海盆里。在自然界這些巨大的水盆中， 有機物與無機的碎屑混合，并沉積在盆底。寧靜的深層水體是缺乏氧氣的還原環(huán) 境，有機物中的氧逐漸散失了，而碳和氫保留下來，形成了新的碳氫化合物，并 與無機碎屑共同形成了石油源巖。 在石油源巖中，油氣是零散地分布的，還沒有形成可以開采的油田。此時， 水盆底部的沉積物，在重力的作用下，開始下沉。在地下的壓力和高溫的影響下， 沉積物逐漸被壓實，最終變成沉積巖。而液體的石油油滴們拒絕變成巖石，在沉 積物體積縮小的過程中，它們被擠了出來，并聚集在一處，由于密度比水還輕， 所以石油開始向上遷移。幸運的話，在巖石裂隙中穿行的石油，最終會遭遇一層 致密的巖石，比如頁巖、泥巖、鹽巖等，這些巖石缺少讓石油通過的裂隙，拒絕 給石油發(fā)通行證，石油于是停留在致密巖層的下面，逐漸富集，形成了油田。含 有石油的巖層，叫做儲集層，拒絕讓石油通過的巖石，叫做蓋層。如果沒有蓋層， 石油會上升回到地表，最終消失在地球歷史的塵煙中，保留不到人類出現(xiàn)的時候。 海底石油和天然氣是一對“孿生兄弟”，它們多棲身在海洋中的“大陸架”和“大陸坡”底下。 在幾千萬年甚至上億年以前，有的時期氣候比現(xiàn)在溫暖濕潤，在海灣和河口地區(qū)，海水中氧氣和陽光充足，加之江河帶入大量的營養(yǎng)物和有機質(zhì)，為生物的生長、繁殖提供了豐富的“食糧”，使許多海洋生物(如魚類以及其它浮游生物、軟體動物)迅速大量地繁殖。據(jù)計算，全世界海洋海平面以下100米厚的水層中的浮游生物，其遺體一年便可產(chǎn)生600億噸的有機碳，這些有機碳就是生成海底石油和天然氣的“原料”。 但是，僅有這些生物遺體還不能形成石油和天然氣，還需要一定的條件和過程。海洋每年接受1604億噸沉積物，特別是在河口區(qū)，每年帶入海洋的泥沙比其他地區(qū)更多。這樣，年復一年地把大量生物遺體一層一層掩埋起來。如果這個地區(qū)處在不斷下沉之中，堆積的沉積物和掩埋的生物遺體便越來越厚。被埋藏的生物遺體與空氣隔絕，處在缺氧的環(huán)境中，再加上厚厚巖層的壓力、溫度的升高和細菌的作用，便開始慢慢分解，經(jīng)過漫長的地質(zhì)時期，這些生物遺體就逐漸變成了分散的石油和天然氣。