石油和煤是什么形成的

專家解說(shuō)：石油的原料是生物的尸體,生物的細(xì)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?xì)浠衔?我們已經(jīng)在地球上發(fā)現(xiàn)3000種以上的碳?xì)浠衔?石油是由其中350種左右的碳?xì)浠衔镄纬傻?比石油更輕的碳?xì)浠衔飫t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?xì)浠衔锏膸r石即稱為“石油源巖”.埋沒于地中的石油源巖受到地?zé)岷蛪毫Φ挠绊?再加上其他多種化學(xué)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(dòng)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(lái)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(dá)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(jiān)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(dòng)到“海溝”后就沉降于 另一板塊下方. 80年代后期,人們學(xué)會(huì)捕捉地震波傳遞到地球內(nèi)部時(shí)的立體圖,于是發(fā)現(xiàn)令人驚訝的地慢活動(dòng)狀況.高溫又巨型的上升流“超級(jí)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(duì)流是以冷卷流向超級(jí)卷注移動(dòng)的形態(tài)而形成的.此種運(yùn)動(dòng)不僅影響板塊運(yùn)動(dòng),似乎也對(duì)整個(gè)地球的地質(zhì)和環(huán)境的變化產(chǎn)生很大的影響.超級(jí)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(shí)期所形成的石油源巖,所形成的“黑色頁(yè)巖”則遍布世界各地.黑色頁(yè)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(dāng)時(shí)必須有可讓浮游植物繁殖又不會(huì)產(chǎn)生氧化的缺氧環(huán)境條件,大量的黑色頁(yè)巖才會(huì)形成.最近發(fā)現(xiàn),石油源巖在此時(shí)代的形成似乎與超級(jí)卷流運(yùn)動(dòng)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(dāng)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(xì)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(huì)改變深層海水的流動(dòng)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(huì)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(kuò)大,無(wú)法氧化的浮游植物便逐漸堆積,所留下的大量有機(jī)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(shí)期的生物演化過(guò)程和地球環(huán)境歷史.生命的演化大概有下述的過(guò)程.生命是于38億年前誕生,并逐漸地進(jìn)行演化,到了距今5億5000萬(wàn)年前的古生代寒武紀(jì)時(shí)期,爆發(fā)性的演化才開始,大約4億4500萬(wàn)年前,生命也登上了陸地.4億4000萬(wàn)年至4億年前時(shí)期,石油源巖的主要成分是當(dāng)時(shí)繁茂的浮游植物所形成的耐碳?xì)浠衔?另一方面,羊齒類植物在此時(shí)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(wàn)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(wàn)年前時(shí)期,被子植物和針葉樹林開始逐漸擴(kuò)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(zhǎng)足的進(jìn)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(guò)程等的詳細(xì)資料.由此種資料即能進(jìn)一步了解原料生物遺骸逐漸堆積時(shí)的環(huán)境狀況.大約1億7000萬(wàn)年到200萬(wàn)年前所發(fā)生的全球性規(guī)?！鞍柋八乖焐竭\(yùn)動(dòng)期”也造出了巨油田,在此時(shí)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.現(xiàn)有的石油和天然氣有大約3分之2就是此時(shí)期形成的. 石油的成分石油中碳?xì)鋬煞N元素所組成的化合物,成分很復(fù)雜,并且隨產(chǎn)地不同而異.按其結(jié)構(gòu)又分為烷烴（包括直鏈和支鏈烷烴）、環(huán)烷烴（多數(shù)是烷基環(huán)戊烷、烷基環(huán)己烷）和芳香烴（多數(shù)是烷基苯）,一般石油中不含有烯烴.石油中含硫化合物主要有硫醇（RSH）、硫醚（RSR）、二硫化物（RSSR）和噻吩等.在石油的某些加工產(chǎn)物中還含有硫化氫（H2S）.石油中含氧化合物主要有環(huán)烷酸和酚類（以苯酚為主）,此外還含有少量脂肪酸.環(huán)烷酸是指含有11～30個(gè)碳原子的羧酸,分子中含有一個(gè)或多個(gè)駢合脂環(huán),羧基可以在脂環(huán)上或在側(cè)鏈上.如：在煉油生產(chǎn)中常把環(huán)烷酸和酚叫做石油酸.石油中含氮化合物主要有吡啶、吡咯、喹啉和胺類（RNH2）等.因吡咯在空氣中易氧化,顏色逐漸變深,這踉汽油久存顏色變深有關(guān).石油的化學(xué)組成是沒有一定的,隨產(chǎn)地不同而異.根據(jù)含烴的成分不同一般將石油分為烷烴基石油、環(huán)烷基石油、混合基石油和芳烴基石油等幾大類.但許多產(chǎn)油國(guó)家常根據(jù)本國(guó)的資源情況而有不同的分類.●煤的成分通常說(shuō)煤炭,有的地方習(xí)慣叫石炭.但煤不是碳.煤是由古代植物遺體埋在地層下或在地殼中經(jīng)過(guò)一系列非常復(fù)雜的變化而形成的.是由有機(jī)物和無(wú)機(jī)物所組成的復(fù)雜的混合物,主要含有碳元素,此外還含有少量的氫、氮、硫、氧等元素以及無(wú)機(jī)礦物質(zhì)（主要含硅、鋁、鈣、鐵等元素）.煤的結(jié)構(gòu)復(fù)雜.視頻（煤的組成和分類）無(wú)煙煤（含碳量95%左右）煤的主要成分煤的組成以有機(jī)質(zhì)為主體,構(gòu)成有機(jī)高分子的主要是碳、氫、氧、氮等元素.煤中存在的元素有數(shù)十種之多,但通常所指的煤的元素組成主要是五種元素、即碳、氫、氧、氮和硫.在煤中含量很少,種類繁多的其他元素,一般不作為煤的元素組成,而只當(dāng)作煤中伴生元素或微量元素.一、煤中的碳一般認(rèn)為,煤是由帶脂肪側(cè)鏈的大芳環(huán)和稠環(huán)所組成的.這些稠環(huán)的骨架是由碳元素構(gòu)成的.因此,碳元素是組成煤的有機(jī)高分子的最主要元素.同時(shí),煤中還存在著少量的無(wú)機(jī)碳,主要來(lái)自碳酸鹽類礦物,如石灰?guī)r和方解石等.碳含量隨煤化度的升高而增加.在我國(guó)泥炭中干燥無(wú)灰基碳含量為55～62％；成為褐煤以后碳含量就增加到60～76.5％；煙煤的碳含量為77～92.7％；一直到高變質(zhì)的無(wú)煙煤,碳含量為88.98％.個(gè)別煤化度更高的無(wú)煙煤,其碳含量多在90％以上,如北京、四望峰等地的無(wú)煙煤,碳含量高達(dá)95～98％.因此,整個(gè)成煤過(guò)程,也可以說(shuō)是增碳過(guò)程.二、煤中的氫氫是煤中第二個(gè)重要的組成元素.除有機(jī)氫外,在煤的礦物質(zhì)中也含有少量的無(wú)機(jī)氫.它主要存在于礦物質(zhì)的結(jié)晶水中,如高嶺土(Al203·2Si02·2H2O)、石膏(CaS04·2H20 )等都含有結(jié)晶水.在煤的整個(gè)變質(zhì)過(guò)程中,隨著煤化度的加深,氫含量逐漸減少,煤化度低的煤,氫含量大；煤化度高的煤,氫含量小.總的規(guī)律是氫含量隨碳含量的增加而降低.尤其在無(wú)煙煤階段就尤為明顯.當(dāng)碳含量由92%增至98％時(shí),氫含量則由2.1%降到1%以下.通常是碳含量在80～86％之間時(shí),氫含量最高.即在煙煤的氣煤、氣肥煤段,氫含量能高達(dá)6.5％.在碳含量為65～80％的褐煤和長(zhǎng)焰煤段,氫含量多數(shù)小于6％.但變化趨勢(shì)仍是隨著碳含量的增大而氫含量減小.三、煤中的氧氧是煤中第三個(gè)重要的組成元素.它以有機(jī)和無(wú)機(jī)兩種狀態(tài)存在.有機(jī)氧主要存在于含氧官能團(tuán),如羧基(--COOH),羥基(--OH)和甲氧基（--OCH3)等中；無(wú)機(jī)氧主要存在于煤中水分、硅酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽和氧化物中等.煤中有機(jī)氧隨煤化度的加深而減少,甚至趨于消失.褐煤在干燥無(wú)灰基碳含量小于70％時(shí),其氧含量可高達(dá)20％以上.煙煤碳含量在85％附近時(shí),氧含量幾乎都小于10％.當(dāng)無(wú)煙煤碳含量在92％以上時(shí),其氧含量都降至5%以下.四、煤中的氮煤中的氮含量比較少,一般約為0.5～3.0％.氮是煤中唯一的完全以有機(jī)狀態(tài)存在的元素.煤中有機(jī)氯化物被認(rèn)為是比較穩(wěn)定的雜環(huán)和復(fù)雜的非環(huán)結(jié)構(gòu)的化合物,其原生物可能是動(dòng)、植物脂肪.植物中的植物堿、葉綠素和其他組織的環(huán)狀結(jié)構(gòu)中都含有氮,而且相當(dāng)穩(wěn)定,在煤化過(guò)程中不發(fā)生變化,成為煤中保留的氮化物.以蛋白質(zhì)形態(tài)存在的氮,僅在泥炭和褐煤中發(fā)現(xiàn),在煙煤很少,幾乎沒有發(fā)現(xiàn).煤中氮含量隨煤的變質(zhì)程度的加深而減少.它與氫含量的關(guān)系是,隨氫含量的增高而增大.五、煤中的硫煤中的硫分是有害雜質(zhì),它能使鋼鐵熱脆、設(shè)備腐蝕、燃燒時(shí)生成的二氧化硫(SO2)污染大氣,危害動(dòng)、植物生長(zhǎng)及人類健康.所以,硫分含量是評(píng)價(jià)煤質(zhì)的重要指標(biāo)之一.煤中含硫量的多少,似與煤化度的深淺沒有明顯的關(guān)系,無(wú)論是變質(zhì)程度高的煤或變質(zhì)程度低的煤,都存在著有機(jī)硫或多或少的煤.煤中硫分的多少與成煤時(shí)的古地理環(huán)境有密切的關(guān)系.在內(nèi)陸環(huán)境或?yàn)I海三角訓(xùn)平原環(huán)境下形成的和在海陸相交替沉積的煤層或淺海相沉積的煤層,煤中的硫含量就比較高,且大部分為有機(jī)硫.根據(jù)煤中硫的賦存形態(tài),一般分為有機(jī)硫和無(wú)機(jī)硫兩大類.各種形態(tài)的硫分的總和稱為全硫分.所謂有機(jī)硫,是指與煤的有機(jī)結(jié)構(gòu)相結(jié)合的硫.有機(jī)硫主要來(lái)自成煤植物中的蛋白質(zhì)和微生物的蛋白質(zhì).煤中無(wú)機(jī)硫主要來(lái)自礦物質(zhì)中各種含硫化合物,一般又分為硫化物硫和硫酸鹽硫兩種,有時(shí)也有微量的單質(zhì)硫.硫化物硫主要以黃鐵礦為主,其次為白鐵礦、磁鐵礦((Fe3O4)、閃鋅礦(ZnS)、方鉛礦(PbS)等.硫酸鹽硫主要以石膏(CaSO4·2H20)為主,也有少量的綠礬 (FeSO4·7H 20 )等.