经典地质图集，搞明白可燃有机岩矿床！

可燃有机岩矿床
是指在一定地质环境下，
通过沉积—成岩作用所形成的
可供工业开采和利用的
地下可燃有机物质
自然聚集体。
（图源@cpr.org）

按其存在状态可分为三大类：

固体燃料矿床，如煤、油页岩等;

液态燃料矿床，如石油等；

气体燃料矿床，如天然气等。

（图源@API/youtube）
（图源@Paweł Czerwiński/Unsplash）
这些重要的燃料矿床
是如何形成？
又具有什么特征？
一起来看看吧！
（图源@API/youtube）
01

煤(coal)是指

在沼泽盆地中堆积的

大量植物的遗体残骸，

经过沉积成岩作用形成的

固体可燃性矿产。

煤

形成有经济价值的

煤矿床需具备

植物条件、气候条件、

地理条件和构造条件等。

（图源@Treehugger）

丰富的有机物质来源是
形成煤矿床的物质基础。
潮湿的气候有利于
植物生长繁殖，
又可以加快植物腐烂。
煤的形成（图源@Kentucky Geological Survey）
宽缓的低洼地区构成了
发生大面积沼泽化的
自然地理条件，
如滨海平原、内陆大湖泊、
宽广河谷等。
（图源@USGS）
地壳保持长期
平稳缓慢下降是
形成较厚煤层的
重要构造条件，
地壳下降速度与
植物埋藏聚积速度
大致平衡最为理想。
煤分布
根据成煤植物性质及其
形成的地质环境
分为两大类型:
腐植煤， 由高等植物在
沼泽盆地中形成；
腐泥煤，由低等植物在
湖沼中形成 。
（图源@Student Energy）
自然界中分布最广、
蕴藏量最大的是腐植煤。
腐植煤根据煤化程度
可分为泥炭、 褐煤、
烟煤和无烟煤。
褐煤（图源@Luis Miguel Bugallo Sánchez）
从植物遗体
转化为煤的过程
主要包括
泥炭-腐泥化作用
和煤化作用。
烟煤（图源@Fisher Scientific）
泥炭化作用是指
高等植物遗体在泥炭沼泽中
经受复杂的物理、化学变化，
使碳含量增加，
氧和氢含量减少，
逐渐转变成泥炭的作用。
无烟煤（图源@Jakec）
而有些低等植物，
如藻类等机体以
脂肪和蛋白质为主，
繁殖在湖泊或较深沼泽中，
死后下沉水底，
经分解形成腐泥。
腐泥中沥青质多，
泥炭中腐殖质多。
泥炭堆（苏格兰）（图源@MacIomhair）
煤化作用是指泥炭转变为
褐煤、烟煤、无烟煤，
或腐泥煤转变为腐泥褐煤、
腐泥烟煤、腐泥无烟煤的过程，
是成煤作用的第二阶段。
煤的形成（图源@blendspace.com）
煤的化学组成包括
有机质和无机质两类。
有机质主要为
碳、氢、氧等元素
组成的化合物，
是煤的主体部分；
无机质为水分和矿物，
是影响煤质量的有害组分。
煤化学结构示例（图源@Karol Głąb）
自然界中植物遗体聚集层
经过成煤作用后，
形成的可燃有机岩层
被称为煤层(coal bed)，
由煤与混入的矿物质
或夹石组成。
煤层（图源@AAPG）
同一构造单元内为
含煤岩系
（含有煤层的沉积岩系）
提供沉积场所的盆地
称聚煤盆地
(coal concentrating basin)。
（图源@GWPF）
聚煤盆地经
后期构造改造后
保留下来的产煤区域
即煤田(coal field)，
其面积变化大，
小至数平方公里，
大至上千平方公里。
（图源@Quora）
我国是世界煤矿蕴藏量
最丰富的国家之一，
主要的聚煤时期为
石炭纪、 二叠纪、
侏罗纪和古近纪等。
（图源@REUT）
02
石油(petroleum/oil)是一种从地下
开采出的可燃液体矿产。
主要由烷烃、环烷和
芳香烃组成，
是一种多组分的
浅绿色、棕色或黄黑色的
油脂状液体。
石油样品（图源@Nefronus）
天然气（natural gas）
主要包括
油气田气或气田气等。
其化学成分以甲烷为主，
其次为乙烷、丙烷、丁烷
及少量的
CO2、CO、H2S等。
天然气燃烧（图源@Naplee12）
随着沉积物的堆积
而被埋藏的大量有机质,
在成岩过程中经历
复杂的生物化学过程
转化成石油和天然气。
石油和天然气形成（图源@Rethink Enterprises）
能产生足够数量
石油的岩层称为生油层。
从岩性上看主要是
泥质岩类岩和碳酸盐岩类。
烃源岩（生油岩）（图源@club.6parkbbs.com）
油气生成之后，
可能在多种
动力推动下进行运移，
并在具有储集层特性的
特定部位聚集。
储集层最主要类型为
陆源碎屑岩类储集层和
碳酸盐岩储集层。
源岩层，储层的形成
陆源碎屑岩类储集层
包括砾岩、砂岩和粉砂岩等；
碳酸盐岩储集层包括
石灰岩、白云岩、礁灰岩和
生物碎屑灰岩等。
储集层（reservoir）（图源@e-smartonline.net）
进人到储集层中的油气，
在运移过程中遇到了遮挡，
使其不能继续向前运动
而聚集成油、气藏，
这种聚集油气的场所
称为圈闭(oil trap)。
圈闭（图源@MagentaGreen）
油气圈闭通常包括
构造圈闭、地层圈闭和
岩性圈闭几类。
常见的有背斜圈闭、
断层圈闭、岩丘圈闭和
不整和圈闭等。
背斜圈闭/油气藏
目前全世界已发现的
工业油气盆地按照其形成的
动力学背景可分为
复合型盆地、裂谷型盆地、
走滑拉分盆地等。
复合型盆地位于
克拉通内部，
形成经历了
多期拉伸和挤压作用，
多以拉伸作用为主，
如美洲、澳大利亚及
西伯利亚地区的油气盆地。
澳大利亚油气田（图源@reddit.com）
裂谷型盆地位于
靠近克拉通或其内的盆地，
包括地堑和半地堑型盆地，
如利比亚的锡尔特油盆。
利比亚锡尔特油盆（图源@ScienceDirect.com）
大型走滑断裂活动
引起地块沉降，
从而形成走滑拉分盆地。
盆地为窄的菱形状，
边界为走滑断裂
及其次级断裂。
拉分盆地（图源@）
03

油页岩(oil shale)属于

非常规油气资源。

将其进行低温干馏，

可获得汽油、柴油、煤油、

润滑油等一系列化工原料；

高温干馏则可获得焦油等。

（图源@Assignment Point）

油页岩物质组成分为

有机质和无机质两类。

有机质主要是

油母及部分沥青。

无机质主要为很细的

石英、粘土矿物和

碳酸盐矿物。

油页岩露头（图源@Wilson44691）

油页岩颜色为

褐、绿、黑色，

一般颜色愈深含油率愈高。

无光泽，富韧性和弹性，

薄片可直接点燃，

火焰高，带有沥青臭味。

油页岩（图源@Energy Education）

油页岩原始有机物质

主要来源于水藻等

低等浮游生物，

其中以蓝藻、绿藻、

黄藻最为重要。

成因上与腐泥煤基本相似。

油页岩中的化石（图源@Mark A. Wilso）

油页岩主要形成于

亚热带浅海、潟湖及

内陆湖泊环境。

大部分油页岩呈薄层状或

厚约几毫米的纹层状产出，

由细碎屑和

有机质交互组成。

油页岩开采（图源@Kaupo Kikkas）

煤层气(Coalbed methane/CBM /

coal-bed methane)

是与煤伴生、共生的

气体资源。

是一种以甲烷为主要成分的

非常规天然气。

典型的煤层气井（图源@Ecos Consulting）

并非所有含煤区

都可找到丰富煤成气田。

煤成气的形成必须满足

构造、沉积和热力等

基本条件。

煤层气对外联系（图源@clarke-energy.com）

构造条件是决定含煤盆地中

形成煤气田的首要因素。

边缘坳陷、褶皱带中的

多旋回盆地及

长期缓慢下降的坳陷盆地

对煤成气的形成和

保存非常有利。

煤层图解（黄色球表示甲烷；红色箭头表示甲烷运移方向）（图源@onlinelibrary.wiley.com）

沉积条件方面，

与石油及油成气相似，

形成煤层气同样需具备

生气岩、储集岩和覆盖岩的

生储盖配套体系。

（图源@Vajiram IAS）

煤层气是在煤的成岩和

变质作用过程中形成的，

热力条件至关重要。

埋藏一定深度的煤

受温度影响，

在发生各种反应的过程中

使有机质转化成了

煤层气或液烃类。

（图源@Britannica）
参考资料：

[1] 姚凤良, 孙丰月. 矿床学教程[M]. 地质出版社, 2006.

[2] 付秀清, 王正东. 石油地质学[M]. 石油工业出版社, 2009.

[3] 张厚福. 石油地质学新进展[J]. 石油与天然气地质, 1992, 013(003):351-354.

[4] 中国煤田地质总局. 中国煤层气资源[M]. 中国矿业大学出版社, 1998.

[5] Knudsen, Tatjana, Solevic, et al. Organic geochemistry of crude oils from the Intisar oil field (East Sirte Basin, Libya)[J]. Journal of Petroleum Science & Engineering, 2016.

GEOLOGY、YouTube、维基百科、搜狐、百度百科等

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