1、第十章第十章 地球的资源地球的资源 第一节第一节 矿产资源矿产资源 第二节第二节 能源能源 第三节第三节 土地资源土地资源 第四节第四节 水资源水资源 第五节第五节 生物资源生物资源自然资源自然资源 地球资源的总量是有限的，绝大多数资源不地球资源的总量是有限的，绝大多数资源不可再生。自人类出现以来，人类一直以各种方法可再生。自人类出现以来，人类一直以各种方法更多地利用取自于地球的物质，并以此促进社会更多地利用取自于地球的物质，并以此促进社会的发展。人类对有限的地球资源的严重依赖，使的发展。人类对有限的地球资源的严重依赖，使地球资源成为当前全世界普遍关注的问题。了解地球资源成为当前全世界普遍关注
2、的问题。了解地球资源的种类和特点，合理加以利用，是研究地球资源的种类和特点，合理加以利用，是研究资源的主要目的。资源的主要目的。地球资源的种类很多，其中最主要的是地球资源的种类很多，其中最主要的是矿产矿产资源资源、能源能源、土地资源土地资源、水资源水资源和和生物资源生物资源。第一节第一节 矿产资源矿产资源一、矿床的基本概念一、矿床的基本概念二、矿产资源的种类、分布与前景二、矿产资源的种类、分布与前景 它是提高人民生活水平和进行经济建设它是提高人民生活水平和进行经济建设的重要物质基础。的重要物质基础。自从现代化工业和农业出现以来，对矿产自从现代化工业和农业出现以来，对矿产的种类的种类和需求量日益
3、增长。矿产的丰富程度和需求量日益增长。矿产的丰富程度及开发利用程度是一个国家物质财富、经济及开发利用程度是一个国家物质财富、经济发展和科学技术水平的重要标志。发展和科学技术水平的重要标志。一、矿床的基本概念一、矿床的基本概念 矿床的概念包括矿床的概念包括地质地质和和经济技术条件经济技术条件两方面两方面的涵义。的涵义。就就地质上地质上而言，矿床是由特殊地质作用成而言，矿床是由特殊地质作用成矿作用形成的矿作用形成的地质体地质体；就；就经济技术条件经济技术条件而言，矿而言，矿床的范畴随经济技术条件的发展而改变，现在无床的范畴随经济技术条件的发展而改变，现在无法利用的矿物和岩石，随着经济的发展和技术的
4、法利用的矿物和岩石，随着经济的发展和技术的进步，将来有可能作为矿产加以利用。进步，将来有可能作为矿产加以利用。矿石矿石 是矿体的主要组成部分，是从中可提取是矿体的主要组成部分，是从中可提取有用组分有用组分(元素、化合物或矿物元素、化合物或矿物)的矿物集合体的矿物集合体。一般由。一般由矿石矿物矿石矿物和和脉石矿物脉石矿物两部分组成。两部分组成。矿石矿物矿石矿物是指可被利用的金属或非金属矿是指可被利用的金属或非金属矿物，如铜矿石中的黄铜矿、斑铜矿和孔雀石；物，如铜矿石中的黄铜矿、斑铜矿和孔雀石；脉石矿物脉石矿物是指现阶段不能利用的矿物，如铜矿是指现阶段不能利用的矿物，如铜矿石中的石英、绢云母、绿泥
5、石等。石中的石英、绢云母、绿泥石等。品位品位 矿石中有用组分的含量，是衡量矿石质矿石中有用组分的含量，是衡量矿石质量的主要指标。量的主要指标。大多数金属矿石以其中所含金属大多数金属矿石以其中所含金属元素或氧化物的质量百分数表示，大多数非金属矿元素或氧化物的质量百分数表示，大多数非金属矿石以其中有用矿物或化合物的质量百分数表示，而石以其中有用矿物或化合物的质量百分数表示，而贵金属以贵金属以“g gt t”表示，砂矿以表示，砂矿以“g gm m3 3”表示。表示。母岩母岩 指提供主要成矿物质的岩石。指提供主要成矿物质的岩石。如形成纯橄榄岩如形成纯橄榄岩和辉长岩过程中可分别结晶分异出铬铁矿和钒钛磁和
6、辉长岩过程中可分别结晶分异出铬铁矿和钒钛磁铁矿，这样形成的纯橄榄岩和辉长岩就分别是该铬铁矿，这样形成的纯橄榄岩和辉长岩就分别是该铬铁矿和钒钛磁铁矿矿体的母岩。铁矿和钒钛磁铁矿矿体的母岩。围岩围岩 指矿体周围的岩石。指矿体周围的岩石。矿体与围岩的界线通常是矿体与围岩的界线通常是清楚的，但有时逐渐过渡，这时只能依靠取样和化清楚的，但有时逐渐过渡，这时只能依靠取样和化学分析数据，按工业指标的要求来圈定矿体边界。学分析数据，按工业指标的要求来圈定矿体边界。成矿作用成矿作用 在地球演化过程中使分散在地壳和上地在地球演化过程中使分散在地壳和上地幔中的元素相对富集而形成矿床的作用。幔中的元素相对富集而形成矿
7、床的作用。成成矿作用是地质作用的一部分，按作用性质和能量来矿作用是地质作用的一部分，按作用性质和能量来源不同，可分为源不同，可分为内生成矿作用内生成矿作用、外生成矿作用外生成矿作用和和变变质成矿作用质成矿作用三大类，相应形成的矿床分别称为三大类，相应形成的矿床分别称为内生内生矿床矿床、外生矿床外生矿床和和变质矿床变质矿床。内生成矿作用内生成矿作用 主要由地球内部能源的影响而产生的各种主要由地球内部能源的影响而产生的各种形成矿床的作用。形成矿床的作用。由于地球内部热能形成的高温高压环境而由于地球内部热能形成的高温高压环境而引起岩浆活动，岩浆在活动过程中携带本身及引起岩浆活动，岩浆在活动过程中携带
8、本身及围岩中的成矿物质向地壳浅部运移侵入。随着围岩中的成矿物质向地壳浅部运移侵入。随着温度、压力逐渐降低，在地壳不同深度、不同温度、压力逐渐降低，在地壳不同深度、不同温度、不同压力和不同地质构造条件下，由岩温度、不同压力和不同地质构造条件下，由岩浆分异作用产生的或由岩浆分泌出来的气液物浆分异作用产生的或由岩浆分泌出来的气液物质逐渐冷凝沉淀，使有用元素富集而形成内生质逐渐冷凝沉淀，使有用元素富集而形成内生的各类矿床，即的各类矿床，即内生矿床内生矿床。图图101 内生矿床理想综合示意图内生矿床理想综合示意图1岩浆矿床；岩浆矿床；2伟晶岩矿床；伟晶岩矿床；3夕卡岩矿床；夕卡岩矿床；4热液矿床；热液矿
9、床；5次火山岩矿床次火山岩矿床内生矿床，包括内生矿床，包括岩浆矿床岩浆矿床、伟晶岩矿床伟晶岩矿床、夕卡夕卡岩矿床岩矿床、热液矿床热液矿床和和火山矿床火山矿床等。等。外生成矿作用外生成矿作用 主要由太阳能的影响，在岩石圈上部、主要由太阳能的影响，在岩石圈上部、水圈、大气圈和生物圈的相互作用过程中导水圈、大气圈和生物圈的相互作用过程中导致在地壳表层形成矿床的作用。致在地壳表层形成矿床的作用。外生矿床的成矿物质主要来源于地表的外生矿床的成矿物质主要来源于地表的矿物、岩石和矿床，其次是生物有机体和火矿物、岩石和矿床，其次是生物有机体和火山喷出物。在各种外营力作用下，地表的岩山喷出物。在各种外营力作用下
10、，地表的岩石或矿床发生物理、化学变化，结果有用物石或矿床发生物理、化学变化，结果有用物质或在原地聚集成矿或被介质搬运至适当环质或在原地聚集成矿或被介质搬运至适当环境富集成矿。境富集成矿。外生矿床包括外生矿床包括风化矿床风化矿床和和沉积矿床沉积矿床。变质成矿作用变质成矿作用 在变质作用条件下形成矿床的作用。在变质作用条件下形成矿床的作用。由于地质环境的改变，温度和压力的增由于地质环境的改变，温度和压力的增高，内生矿床、外生矿床以及某些岩石的矿高，内生矿床、外生矿床以及某些岩石的矿物成分、化学成分、物理性质、结构构造以物成分、化学成分、物理性质、结构构造以及矿体的形状和产状等发生一系列的变化，及矿
11、体的形状和产状等发生一系列的变化，最后使有用物质富集或进一步富集而形成各最后使有用物质富集或进一步富集而形成各种矿床，即变质矿床。种矿床，即变质矿床。变质矿床包括变质矿床包括接触变质矿床接触变质矿床、区域变质区域变质矿床矿床和和混合岩化矿床混合岩化矿床。二、矿产资源的种类、分布与前景二、矿产资源的种类、分布与前景(一一)矿产资源的种类及分布矿产资源的种类及分布 目前，世界上已知矿产目前，世界上已知矿产11501150多种。按矿产性质和工多种。按矿产性质和工业用途可分为业用途可分为金属矿产、非金属矿产和可燃有机矿产（金属矿产、非金属矿产和可燃有机矿产（划归能源类型）划归能源类型）。1.1.金属矿
12、产金属矿产 从中可提取某种金属元素的矿产资源。按工业用途分从中可提取某种金属元素的矿产资源。按工业用途分(1)(1)黑色金属矿产黑色金属矿产：铁、锰、铬、钒、钛等；：铁、锰、铬、钒、钛等；(2)(2)有色金属矿产有色金属矿产：铜、铅、锌、铝、镁、镍、钴、钨、：铜、铅、锌、铝、镁、镍、钴、钨、锡、钼、铋、锑、汞等；锡、钼、铋、锑、汞等；(3)(3)贵金属矿产贵金属矿产：金、银、铂、钯、锇、铱、钌、铑等；：金、银、铂、钯、锇、铱、钌、铑等；(4)(4)放射性金属矿产放射性金属矿产：铀、钍、镭等；：铀、钍、镭等；(5)(5)稀有、稀土和分散金属矿产稀有、稀土和分散金属矿产：钽、铌、锂、铍、锆、：钽、
13、铌、锂、铍、锆、铯、铷、锶、镧、钕、钐、钇、锗、镓、镉、硒、碲等铯、铷、锶、镧、钕、钐、钇、锗、镓、镉、硒、碲等 金属矿产金属矿产是现代工业的重要支柱。是现代工业的重要支柱。黑色金属黑色金属矿产中的铁矿矿产中的铁矿是钢铁工业最基本的原料；是钢铁工业最基本的原料；有色金有色金属属矿产中的矿产中的铜、铝、铅、锌铜、铝、铅、锌广泛用于电气工业、广泛用于电气工业、机器制造、化学工业及国防工业的各个方面；贵机器制造、化学工业及国防工业的各个方面；贵金属矿产中的金是货币的代表，在工业上也有广金属矿产中的金是货币的代表，在工业上也有广泛用途。泛用途。金属矿产提供工业使用的主要是金属矿产提供工业使用的主要是金
14、属元素金属元素。这些元素的克拉克值通常都比较低，它们必须通这些元素的克拉克值通常都比较低，它们必须通过成矿作用才能富集成具有工业开采价值的矿石过成矿作用才能富集成具有工业开采价值的矿石。许多矿物都含有金属元素，但只有其中的某些。许多矿物都含有金属元素，但只有其中的某些矿物才具有工业价值。如开采铁的矿物只有磁铁矿物才具有工业价值。如开采铁的矿物只有磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿矿、赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿4 4种，适合开采金种，适合开采金的矿物主要是自然金、银金矿、的矿物主要是自然金、银金矿、碲金矿碲金矿3 3种。种。目前世界上已探明的目前世界上已探明的金属矿产金属矿产5959种种，工业上应用最广
15、泛的有工业上应用最广泛的有铁、铜、铝、铅、铁、铜、铝、铅、锌、金、钨等锌、金、钨等。金属矿产资源在地理上的。金属矿产资源在地理上的分布是不均衡的。如分布是不均衡的。如铁矿铁矿主要分布在原苏主要分布在原苏联、巴西、加拿大、澳大利亚和美国，联、巴西、加拿大、澳大利亚和美国，铜铜矿矿主要分布在智利、美国、原苏联、赞比主要分布在智利、美国、原苏联、赞比亚和加拿大，亚和加拿大，金矿金矿主要分布在南非、原苏主要分布在南非、原苏联、美国和澳大利亚。联、美国和澳大利亚。我国已探明的我国已探明的金属矿产金属矿产5050多种多种，。我国金属矿产分布也不均衡。如我国金属矿产分布也不均衡。如铁矿铁矿主要主要分布在辽宁
16、、冀东、川西等地，分布在辽宁、冀东、川西等地，铜矿铜矿主要分布主要分布在川滇、西藏昌都、山西中条和长江中下游等在川滇、西藏昌都、山西中条和长江中下游等地区，地区，铅锌矿铅锌矿主要分布在南岭、川滇和秦岭主要分布在南岭、川滇和秦岭祁连山一线，祁连山一线，金矿金矿主要分布在山东、青海等地主要分布在山东、青海等地，钨矿钨矿主要分布在南岭地区。主要分布在南岭地区。2.2.非金属矿产非金属矿产 工业上除少数非金属矿产是用来提取某种工业上除少数非金属矿产是用来提取某种非金属元素非金属元素(如硫和磷等如硫和磷等)之外，大多数非金之外，大多数非金属矿产是属矿产是直接利用直接利用矿物或矿物集合体的某些矿物或矿物集
17、合体的某些物理、化学性质和工艺特性。如金刚石大多物理、化学性质和工艺特性。如金刚石大多数利用其硬度和光泽，云母利用其透明度和数利用其硬度和光泽，云母利用其透明度和绝缘性，水晶利用其光学和压电性能等。绝缘性，水晶利用其光学和压电性能等。非金属矿产按工业用途分非金属矿产按工业用途分(1)(1)冶金辅助原料：冶金辅助原料：萤石、菱镁矿、耐火粘土、白云岩和石灰岩等；萤石、菱镁矿、耐火粘土、白云岩和石灰岩等；(2)(2)化学工业及化肥工业原料：化学工业及化肥工业原料：磷灰石、磷块岩、黄铁矿磷灰石、磷块岩、黄铁矿、钾盐、岩盐、明矾石、石灰岩等；、钾盐、岩盐、明矾石、石灰岩等；(3)(3)工业制造业原料：工
18、业制造业原料：石墨、金刚石、云母、石棉、重晶石、刚玉等；石墨、金刚石、云母、石棉、重晶石、刚玉等；(4)(4)压电及光学原料：压电及光学原料：压电石英、光学石英、冰洲石和萤石等；压电石英、光学石英、冰洲石和萤石等；(5)(5)陶瓷及玻璃工业原料：陶瓷及玻璃工业原料：长石、石英砂、石英岩、高岭土和粘土等；长石、石英砂、石英岩、高岭土和粘土等；(6)(6)建筑材料及水泥原料：建筑材料及水泥原料：砂石、浮石、白垩、石灰岩、砂石、浮石、白垩、石灰岩、大理岩、石膏、花岗岩、珍珠岩等；大理岩、石膏、花岗岩、珍珠岩等；(7)(7)宝石及工艺美术材料：宝石及工艺美术材料：硬玉、软玉、刚玉、玛瑙、水硬玉、软玉、
19、刚玉、玛瑙、水晶、石榴子石、绿松石、琥珀、叶蜡石、蛇纹石、孔雀晶、石榴子石、绿松石、琥珀、叶蜡石、蛇纹石、孔雀石、电气石、绿柱石、橄榄石等。石、电气石、绿柱石、橄榄石等。非金属矿产是人类非金属矿产是人类最早利用的最早利用的一种矿产，石器时代一种矿产，石器时代的石刀石斧、新石器时代仰韶文化的彩陶等都充分说明这的石刀石斧、新石器时代仰韶文化的彩陶等都充分说明这一点。按分类可看出非金属矿产用途很广。实际上，现在一点。按分类可看出非金属矿产用途很广。实际上，现在人类对非金属矿产的需要量已远远超过同期对金属矿产的人类对非金属矿产的需要量已远远超过同期对金属矿产的需要量。需要量。非金属矿产具与金属矿产不同
20、的特点，表现为：非金属矿产具与金属矿产不同的特点，表现为：尽管非金属矿产矿种多、分布广，但尽管非金属矿产矿种多、分布广，但对于某些开采生产技术要求较高、工艺对于某些开采生产技术要求较高、工艺性质特殊的矿种在世界上的分布也性质特殊的矿种在世界上的分布也有局有局限性限性，如硫、磷、钾盐、宝石等，再如，如硫、磷、钾盐、宝石等，再如金刚石金刚石主要分布在扎伊尔、博茨瓦纳、主要分布在扎伊尔、博茨瓦纳、澳大利亚，重晶石主要分布在美国、印澳大利亚，重晶石主要分布在美国、印度和加拿大。度和加拿大。我国是世界上非金属矿产种类比较齐全的我国是世界上非金属矿产种类比较齐全的少数国家之一。目前已探明储量的少数国家之一
21、。目前已探明储量的非金属矿非金属矿产约产约8080种，产地种，产地45004500多处多处，其中，其中沸石、珍珠岩、硅灰石、粘沸石、珍珠岩、硅灰石、粘土等几十种非金属矿产可望成为国际优势矿土等几十种非金属矿产可望成为国际优势矿产。金刚石、蓝宝石、天然碱和钾盐也有较产。金刚石、蓝宝石、天然碱和钾盐也有较好的发展前景。好的发展前景。(二二)矿产资源前景矿产资源前景 二次世界大战后矿产品种显著增加。二次世界大战后矿产品种显著增加。至至2020世纪世纪8080年代年代初期元素周期表中可提取利初期元素周期表中可提取利用的元素已由用的元素已由4040年代的年代的3030多个增加到多个增加到7070多个，多
22、个，工业上利用的矿物占已知工业上利用的矿物占已知25002500种矿物的种矿物的1515。1976 1976年世界开采的矿石量超过年世界开采的矿石量超过120120亿吨亿吨，连连废石在内总开采量达废石在内总开采量达10001000亿吨以上。亿吨以上。近近3030年来，世界矿产开采量的增长速度显年来，世界矿产开采量的增长速度显著加快著加快,1961,196119801980年间，铁矿石开采量占年间，铁矿石开采量占2020世世纪以来纪以来8080年中总产量的近年中总产量的近5555，钾盐占，钾盐占6767，铝土矿占近铝土矿占近8080。矿产资源与其它自然资源不同，总体上说矿产资源与其它自然资源不同
23、，总体上说是开采后是开采后不可再生的有限资源不可再生的有限资源，特别是那些优，特别是那些优质、易采的矿产，目前在世界上已经屈指可数质、易采的矿产，目前在世界上已经屈指可数；并且由于矿产资源分布极不均衡，即使是国；并且由于矿产资源分布极不均衡，即使是国土面积居世界前列的国家，也不可能在所有矿土面积居世界前列的国家，也不可能在所有矿产资源上完全自给自足。产资源上完全自给自足。在目前经济技术条件下可利用的矿产在目前经济技术条件下可利用的矿产资源量称为资源量称为储量储量。实际上，许多矿产都。实际上，许多矿产都有比储量大得多的有比储量大得多的资源量资源量。随着找矿工作的继续进行和科学技术随着找矿工作的继
24、续进行和科学技术的不断进步，一些潜力资源和未经发现的不断进步，一些潜力资源和未经发现资源将转化为储量，而且还会发现很多资源将转化为储量，而且还会发现很多新类型矿床与矿产新来源。新类型矿床与矿产新来源。当今世界对矿产品的当今世界对矿产品的需求量不断增长需求量不断增长，而，而地表或近地表富矿日益减少，这就必然要大量地表或近地表富矿日益减少，这就必然要大量利用利用贫矿、杂矿贫矿、杂矿，开采，开采深部矿、新类型矿床和深部矿、新类型矿床和边远地区矿床边远地区矿床。近年来世界很多矿产储量的增。近年来世界很多矿产储量的增长，在很大程度上是靠降低工业品位、扩大开长，在很大程度上是靠降低工业品位、扩大开采深度和
25、发现矿床新类型取得的。采深度和发现矿床新类型取得的。因此在未来的找矿工作中，人们将日益重视因此在未来的找矿工作中，人们将日益重视寻找寻找隐伏矿隐伏矿、深部矿深部矿及一些近地表的及一些近地表的大而贫的大而贫的矿床矿床。同时根据新的地质理论和找矿技术以及。同时根据新的地质理论和找矿技术以及开采、冶炼等方面成就重新评价已知矿床的储开采、冶炼等方面成就重新评价已知矿床的储量与研究老矿区潜力，也具重要意义。量与研究老矿区潜力，也具重要意义。综合开采利用矿床综合开采利用矿床的方法今后将日的方法今后将日益普及，目前有些国家伴生产品的增长益普及，目前有些国家伴生产品的增长速度已超过主要产品的增长速度。速度已超
26、过主要产品的增长速度。综合利用是钴、银、铋、铼、镉、综合利用是钴、银、铋、铼、镉、硒、碲、锗等矿产的主要来源。如硒、碲、锗等矿产的主要来源。如在我在我国攀枝花铁矿，钒、钛伴生矿产已开始国攀枝花铁矿，钒、钛伴生矿产已开始被利用。被利用。未来人类所需矿产资源相当一部分可能取自海未来人类所需矿产资源相当一部分可能取自海洋。浩瀚的大洋蕴藏着极其丰富的矿产资源。洋。浩瀚的大洋蕴藏着极其丰富的矿产资源。滨海砂矿是独居石、钛铁矿、磁铁矿、锆石滨海砂矿是独居石、钛铁矿、磁铁矿、锆石、磷钇矿等的重要来源，也是优质硅砂的基地。、磷钇矿等的重要来源，也是优质硅砂的基地。海底含海底含金属软泥、锰结核金属软泥、锰结核与
27、大洋中脊上的与大洋中脊上的块状块状硫化物硫化物矿床都可能成为开采对象。矿床都可能成为开采对象。海底锰结核海底锰结核含锰约含锰约3535、铁、铁18.518.5、镍和铜各、镍和铜各1 1左右、钴左右、钴0.50.5，还含有可供利用的钛、钒、，还含有可供利用的钛、钒、铅、锌等元素，具很高的开采价值。估计海底锰铅、锌等元素，具很高的开采价值。估计海底锰结核总量达结核总量达3 3万亿吨万亿吨，所含锰、镍、铜、钴四种金所含锰、镍、铜、钴四种金属总量分别是陆地储量的属总量分别是陆地储量的200200、320320、4040和和10001000余余倍，而且现在还以每年增加倍，而且现在还以每年增加100010
28、00万吨结核的速度万吨结核的速度继续堆积。继续堆积。另外，另外，海底海底还有大量磷酸盐、重晶石、还有大量磷酸盐、重晶石、沸石、海绿石、红色粘土沸石、海绿石、红色粘土(可提供锰、镍、可提供锰、镍、铜、钼、钴等资源，可能还有铀铜、钼、钴等资源，可能还有铀)等，总量等，总量也相当可观。也相当可观。海水中的海水中的矿物含量也相当丰富，含量较矿物含量也相当丰富，含量较高的元素近高的元素近6060种。目前种。目前 1/3 1/3的商品盐、的商品盐、1/51/5的的镁、大量的溴来自海水。镁、大量的溴来自海水。减少矿床开采时的损耗，降低开减少矿床开采时的损耗，降低开采利用成本，回收利用各种金属或其采利用成本，
29、回收利用各种金属或其它材料，也是解决矿产资源不足的重它材料，也是解决矿产资源不足的重要途径。要途径。总之，一方面尽可能总之，一方面尽可能开源节流开源节流，另一方面也另一方面也不必要不必要持矿产资源很快就持矿产资源很快就要枯竭的要枯竭的悲观态度悲观态度。实际上，随着新。实际上，随着新的科学理论和技术方法的问世并付诸的科学理论和技术方法的问世并付诸应用，矿产资源还是大有潜力的。应用，矿产资源还是大有潜力的。第二节第二节 能能 源源 一、煤一、煤 二、石油和天然气二、石油和天然气 三、其他能源三、其他能源 能源能源主要来自煤、石油、天然主要来自煤、石油、天然气和油页岩等气和油页岩等不可再生不可再生的
30、的可燃有可燃有机矿产机矿产，也包括，也包括生物能、水能、生物能、水能、地热能、风能、潮汐能、太阳能地热能、风能、潮汐能、太阳能以及核能以及核能等。等。目前人类利用的能源目前人类利用的能源9090以以上是煤、石油和天然气，它们是上是煤、石油和天然气，它们是在不同的地质年代里由动植物残在不同的地质年代里由动植物残骸等有机质转变形成的。骸等有机质转变形成的。一、煤一、煤(一一)煤的概念煤的概念 煤煤是一种固态的可燃有机岩，是由植物残骸经过复是一种固态的可燃有机岩，是由植物残骸经过复杂的生物化学、物理化学以及地球化学变化而形成的。杂的生物化学、物理化学以及地球化学变化而形成的。煤不是一种矿物，而是主要
31、由碳、氢、氧、氮等元煤不是一种矿物，而是主要由碳、氢、氧、氮等元素组成的有机成分和少量矿物杂质一起构成的素组成的有机成分和少量矿物杂质一起构成的复杂混合复杂混合物物。煤由煤由有机质有机质和和无机质无机质两部分构成。两部分构成。有机质有机质主要是主要是C C、H H、O O、N N、S S、P P等元素，其中等元素，其中C C和和H H构成可燃的有机质的主要成分，而构成可燃的有机质的主要成分，而S S和和P P在工业利用上属在工业利用上属于有害元素。于有害元素。无机质无机质包括水分和矿物杂质，它们构成煤的不可燃包括水分和矿物杂质，它们构成煤的不可燃部分，其中矿物杂质经燃烧残留下来，称为部分，其中
32、矿物杂质经燃烧残留下来，称为灰分灰分。灰分。灰分超过超过4545时就不再称为煤，而称时就不再称为煤，而称炭质页岩炭质页岩或或油页岩油页岩。(二二)煤的形成煤的形成 煤是在各种地质因素综合作用下形成的。要形成煤是在各种地质因素综合作用下形成的。要形成具有工业价值的煤层，须具备具有工业价值的煤层，须具备聚煤条件聚煤条件和和成煤作用成煤作用两两个基本条件。个基本条件。1.1.聚煤条件聚煤条件 植物遗体堆积成煤的首要条件是必须有茂盛的植植物遗体堆积成煤的首要条件是必须有茂盛的植物，保证成煤物质的充分供给；另一个条件是已死亡物，保证成煤物质的充分供给；另一个条件是已死亡的植物应与空气隔绝，以免遭受完全氧
33、化、分解和强的植物应与空气隔绝，以免遭受完全氧化、分解和强烈的微生物作用而被彻底破坏。烈的微生物作用而被彻底破坏。显然，不是任何地方都具备这样的条件，一般认显然，不是任何地方都具备这样的条件，一般认为为沼泽地区沼泽地区是最适宜的环境。因为沼泽地有充足水分是最适宜的环境。因为沼泽地有充足水分，不仅有利于植物生长，而且为植物遗体的保存创造，不仅有利于植物生长，而且为植物遗体的保存创造了条件。水体使植物遗体与空气隔绝，这就妨碍了喜了条件。水体使植物遗体与空气隔绝，这就妨碍了喜氧细菌的生存，从而使植物遗体免遭分解破坏，得以氧细菌的生存，从而使植物遗体免遭分解破坏，得以不断堆积。不断堆积。2.2.成煤作
34、用成煤作用 从植物遗体的堆积到形成煤层的转化过程。从植物遗体的堆积到形成煤层的转化过程。通常分为两个阶段通常分为两个阶段:(1)(1)泥炭化和腐泥化作用阶段泥炭化和腐泥化作用阶段 高等植物高等植物的遗体暴露在空气中或堆积在沼泽浅部的多的遗体暴露在空气中或堆积在沼泽浅部的多氧条件下，由于大气、氧和喜氧细菌作用，遭受一定的氧氧条件下，由于大气、氧和喜氧细菌作用，遭受一定的氧化和分解。但随着植物遗体不断堆积和埋藏深度增加，逐化和分解。但随着植物遗体不断堆积和埋藏深度增加，逐渐与空气隔绝，氧化环境转变为还原环境。在厌氧细菌作渐与空气隔绝，氧化环境转变为还原环境。在厌氧细菌作用下氧化分解产物之间及分解产
35、物与植物残体之间发生复用下氧化分解产物之间及分解产物与植物残体之间发生复杂的生物化学变化，形成多水和富含腐植酸的腐植质，即杂的生物化学变化，形成多水和富含腐植酸的腐植质，即泥炭泥炭。从植物堆积到形成泥炭的作用叫。从植物堆积到形成泥炭的作用叫泥炭化作用泥炭化作用。低等低等植物藻类和浮游生物植物藻类和浮游生物死亡后沉到水底，在与空气隔绝的还死亡后沉到水底，在与空气隔绝的还原环境中在厌氧细菌作用下，富含脂肪和蛋白质的生物遗原环境中在厌氧细菌作用下，富含脂肪和蛋白质的生物遗体分解，最后转变为含水很多的絮状胶体物质腐植胶。体分解，最后转变为含水很多的絮状胶体物质腐植胶。腐植胶再经脱水压实即形成富含沥青质
36、的腐植胶再经脱水压实即形成富含沥青质的腐泥腐泥。从低等植。从低等植物及其它生物遗体沉积到形成腐泥的作用称物及其它生物遗体沉积到形成腐泥的作用称腐泥化作用腐泥化作用。图图102 成煤作用示意图成煤作用示意图(2)(2)煤化作用阶段煤化作用阶段 在泥炭和腐泥形成后，随着地壳不断下降，在温度升在泥炭和腐泥形成后，随着地壳不断下降，在温度升高、压力增大的影响下，逐渐转入成煤的第二个阶段，包高、压力增大的影响下，逐渐转入成煤的第二个阶段，包括括成岩作用和变质作用两个亚阶段成岩作用和变质作用两个亚阶段。成岩作用阶段成岩作用阶段:当当泥炭或腐泥泥炭或腐泥被泥砂等沉积物覆盖后，在上覆沉积物被泥砂等沉积物覆盖后
37、，在上覆沉积物的静压力作用下，泥炭、腐泥逐渐失水、压实、固结，挥的静压力作用下，泥炭、腐泥逐渐失水、压实、固结，挥发分相对减少，含炭量相对增高，泥炭和腐泥分别逐渐转发分相对减少，含炭量相对增高，泥炭和腐泥分别逐渐转变成变成褐煤和腐泥褐煤褐煤和腐泥褐煤。这一作用过程称为煤的成岩阶段。这一作用过程称为煤的成岩阶段。变质作用阶段变质作用阶段:当褐煤层沉降到更深处时，受到继续升高的温度和不当褐煤层沉降到更深处时，受到继续升高的温度和不断增大的压力的作用，褐煤的内部分子结构、物理性质和断增大的压力的作用，褐煤的内部分子结构、物理性质和化学性质发生变化，如颜色加深、光泽增强、挥发分减少化学性质发生变化，如
38、颜色加深、光泽增强、挥发分减少、含炭量增高等，结果褐煤逐渐转变为、含炭量增高等，结果褐煤逐渐转变为烟煤、无烟煤烟煤、无烟煤。这。这一变化过程就是煤的变质作用阶段。一变化过程就是煤的变质作用阶段。(三三)煤炭资源的分布、开发与利用煤炭资源的分布、开发与利用 世界煤炭资源的地理分布很广泛，遍及各大洲许世界煤炭资源的地理分布很广泛，遍及各大洲许多地区，但又不均衡。总的来说，多地区，但又不均衡。总的来说，北半球多于南半球北半球多于南半球，尤其集中在北半球的中温带和亚寒带地区，尤其集中在北半球的中温带和亚寒带地区。北半球北纬北半球北纬30307070之间之间是世界上最主要的聚是世界上最主要的聚煤带，占世
39、界煤炭资源量煤带，占世界煤炭资源量7070以上。以上。各大洲相比，北半球的三大洲都比较丰富，其中各大洲相比，北半球的三大洲都比较丰富，其中亚洲煤炭资源量高亚洲煤炭资源量高达达8650086500多亿吨多亿吨，约占世界约占世界5656以以上；上；北美洲北美洲有有4060040600多亿吨多亿吨，约占约占2626以上；以上；欧洲欧洲有有1560015600多亿吨多亿吨，约占约占1010以上。以上。南半球南半球各大洲煤炭资源都较少，其中大洋洲资源各大洲煤炭资源都较少，其中大洋洲资源量量78007800多亿吨多亿吨，约占约占5.15.1；非洲有；非洲有21002100多亿吨多亿吨，约约占占1.41.4
40、；南美洲最少，不到；南美洲最少，不到0.40.4。另外，另外，南极洲南极洲的维多利亚地区及其它地区也发现的维多利亚地区及其它地区也发现有煤炭资源，但难以估算出较确切的资源量。有煤炭资源，但难以估算出较确切的资源量。各个国家相比，全世界约有各个国家相比，全世界约有8080个国家和地区拥个国家和地区拥有煤炭资源。有煤炭资源。原苏联、美国和中国原苏联、美国和中国的煤炭资源最丰富的煤炭资源最丰富，合计约占世界资源量，合计约占世界资源量8383以上。以上。世界煤炭资源的地理分布以世界煤炭资源的地理分布以两条巨两条巨大的聚煤带大的聚煤带最为突出，一条横亘欧亚大最为突出，一条横亘欧亚大陆，西起英国，向东经德
41、国、波兰、原陆，西起英国，向东经德国、波兰、原苏联，直到我国华北地区；另一条呈东苏联，直到我国华北地区；另一条呈东西向绵延于北美洲中部，包括美国和加西向绵延于北美洲中部，包括美国和加拿大的煤田。南半球的煤炭资源也主要拿大的煤田。南半球的煤炭资源也主要分布在温带地区，较丰富的有澳大利亚分布在温带地区，较丰富的有澳大利亚、南非和博茨瓦纳。、南非和博茨瓦纳。煤炭的形成具有一定的煤炭的形成具有一定的时限性时限性，并非，并非地史的任何时期都有煤炭形成。地史的任何时期都有煤炭形成。地球上的煤田虽然分布普遍、储量丰富地球上的煤田虽然分布普遍、储量丰富，但绝大部分只形成于几个地质年代中，但绝大部分只形成于几个
42、地质年代中，其中古生代的其中古生代的石炭纪、二叠纪石炭纪、二叠纪，中生代的，中生代的侏罗纪侏罗纪，以及新生代的，以及新生代的古近纪古近纪，是地史上，是地史上最主要的聚煤期。最主要的聚煤期。我国煤炭资源十分丰富，产、储量均居世界我国煤炭资源十分丰富，产、储量均居世界前列。我国主要成煤期也是前列。我国主要成煤期也是石炭纪石炭纪二叠纪二叠纪、侏侏罗纪罗纪和和古近纪古近纪。截至。截至19831983年底，我国已探明储量年底，我国已探明储量为为74007400多亿吨多亿吨，其中可采储量达其中可采储量达16001600多亿吨多亿吨。我国煤炭资源主要分布在我国煤炭资源主要分布在山西、内蒙古、新山西、内蒙古、
43、新疆、安徽、山东、河南、河北、贵州、辽宁、宁疆、安徽、山东、河南、河北、贵州、辽宁、宁夏夏等省区，其中以等省区，其中以山西、内蒙古和新疆山西、内蒙古和新疆最多，约最多，约占全国探明储量的占全国探明储量的6060以上。以上。我国最著名的煤炭产地有我国最著名的煤炭产地有阳泉、大同、东胜、阳泉、大同、东胜、乌鲁木齐、平顶山、开滦、兖州、淮南、淮北、乌鲁木齐、平顶山、开滦、兖州、淮南、淮北、六盘水六盘水等地。等地。煤煤是人类最早使用的能源之一。人类使用是人类最早使用的能源之一。人类使用煤炭已有煤炭已有20002000多年历史。多年历史。如今，煤作为工业动力燃料，广泛用于如今，煤作为工业动力燃料，广泛用
44、于火火力发电力发电、交通运输交通运输和和冶金冶金等方面；在许多地区等方面；在许多地区，煤是最重要的民用，煤是最重要的民用生活燃料生活燃料；煤又是重要的；煤又是重要的化工原料化工原料，通过焦化、加工等过程，可得到许，通过焦化、加工等过程，可得到许多重要的化工原料及化工产品，如多重要的化工原料及化工产品，如煤气、煤焦煤气、煤焦油、氮肥、农药、塑料、合成纤维油、氮肥、农药、塑料、合成纤维等上百种产等上百种产品；氧化煤、褐煤和泥炭可以制造腐植酸类肥品；氧化煤、褐煤和泥炭可以制造腐植酸类肥料；煤燃烧后的煤渣可制耐火砖或煤渣砖，还料；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、
45、铀等可作水泥的配料；有些煤层含有镓、锗、铀等稀有或放射性元素，可供综合利用。稀有或放射性元素，可供综合利用。可见可见合理地开发利用煤炭资源合理地开发利用煤炭资源是十分重要的。是十分重要的。煤炭作为能源存在的不利因素：煤炭作为能源存在的不利因素：煤炭发热量较石油低，运输不便，对其它煤炭发热量较石油低，运输不便，对其它工业渗透作用不如石油强；工业渗透作用不如石油强；煤的转化技术虽已取得很大进展，但大规煤的转化技术虽已取得很大进展，但大规模利用在经济上不合算；模利用在经济上不合算；在煤炭的开采、利用和燃烧过程中，容易在煤炭的开采、利用和燃烧过程中，容易造成对环境的破坏与污染。造成对环境的破坏与污染。
46、极为丰富的煤炭资源是人类的宝贵财富极为丰富的煤炭资源是人类的宝贵财富。但也存在使用的局限性等不利因素。人类。但也存在使用的局限性等不利因素。人类正在不断地研究更有效、更合理地利用煤炭正在不断地研究更有效、更合理地利用煤炭资源的方法，而解决对环境的破坏和污染等资源的方法，而解决对环境的破坏和污染等有关问题是一个重要的方面。有关问题是一个重要的方面。二、石油和天然气二、石油和天然气(一)石油和天然气的概念 石油和天然气是极为重要的能源资源，具燃烧完全、石油和天然气是极为重要的能源资源，具燃烧完全、发热量高、运输方便等优点。发热量高、运输方便等优点。石油:石油的相对密度介于石油的相对密度介于0.75
47、0.750.98 0.98 之间。颜色愈深相之间。颜色愈深相对密度愈大，相对密度大于对密度愈大，相对密度大于0.90.9的称为的称为重质油；反之，颜；反之，颜色色浅、相对密度小于浅、相对密度小于0.9的称为的称为轻质油。石油粘度较大，不溶于水，但溶于有机溶石油粘度较大，不溶于水，但溶于有机溶液。石油具荧光性，即在紫外光照射下产生荧液。石油具荧光性，即在紫外光照射下产生荧光，可作为鉴定岩石是否含油的标志。石油电光，可作为鉴定岩石是否含油的标志。石油电阻率极高，在电测井工作中用作寻找油藏和确阻率极高，在电测井工作中用作寻找油藏和确定生油层的依据。定生油层的依据。石油化学成分复杂，主要由多种碳氢化石
48、油化学成分复杂，主要由多种碳氢化合物混合组成。纯粹由碳和氢两种元素组成的合物混合组成。纯粹由碳和氢两种元素组成的化合物，叫化合物，叫碳氢化合物碳氢化合物，简称为，简称为烃烃。石油除烃类组成外还有硫、氯、氧等非烃石油除烃类组成外还有硫、氯、氧等非烃类物质，它们对石油的质量影响很大。硫在石类物质，它们对石油的质量影响很大。硫在石油中是一种有害成分，会腐蚀炼油设备，降低油中是一种有害成分，会腐蚀炼油设备，降低石油产品质量。原油中含硫量小于石油产品质量。原油中含硫量小于0.50.5者为者为低硫原油低硫原油，大于，大于0.50.5者为者为高硫原油高硫原油。天然气 天然气无色无味，但含一定量的天然气无色无
49、味，但含一定量的H H2 2S S时会时会有臭味，相对密度在有臭味，相对密度在0.60.61.51.5之间。发热量之间。发热量一般在一般在33.4933.4910106 654.3354.3310106 6J/mJ/m3 3之间。天之间。天然气易溶于石油中然气易溶于石油中(高温高压下一吨石油可溶高温高压下一吨石油可溶解数十至数百立方米天然气解数十至数百立方米天然气)，从而降低石油，从而降低石油粘度，减小毛细管力，使石油容易在地层中粘度，减小毛细管力，使石油容易在地层中流动。流动。(二二)石油及天然气的成因石油及天然气的成因 石油和天然气的形成有无机成因说和有石油和天然气的形成有无机成因说和有机
50、成因说，过去虽有一些争论机成因说，过去虽有一些争论,但目前有机但目前有机成因说已被广泛承认，即认为石油和天然气成因说已被广泛承认，即认为石油和天然气是由大量有机质转化而来的是由大量有机质转化而来的。一切有机质一切有机质包括高等植物在内均可作为石油的原始物质包括高等植物在内均可作为石油的原始物质。有机质中蛋白质、脂肪和碳水化合物等都。有机质中蛋白质、脂肪和碳水化合物等都可转化为石油的物质成分。这些生物遗体和可转化为石油的物质成分。这些生物遗体和泥砂一起沉积在海、湖底部，逐渐形成有机泥砂一起沉积在海、湖底部，逐渐形成有机质淤泥。沉积物中的有机质在一定的物理化质淤泥。沉积物中的有机质在一定的物理化学
