第二节  能源

能源主要来自煤、石油、天然气和油页岩等不可再生的可燃有机矿产，也包括生物质能、水能、地热能、风能、潮汐能、太阳能以及核能等。目前人类所利用的能源90％以上是煤、石油和天然气，它们是在不同的地质年代里由动植物残骸等有机质转变形成的。

一、煤

（一）煤的概念

煤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。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复杂混合物。

煤由有机质和无机质两部分构成。有机质主要是C、H、O、N、S、P等元素，其中C和H构成可燃的有机质的主要成分，而S和P在工业利用上属于有害元素。无机质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，称为灰分。灰分超过45％时就不再称为煤，而称炭质页岩或油页岩。

（二）煤的形成

煤是在各种地质因素综合作用的情况下形成的。要形成具有工业价值的煤层，须具备聚煤条件和成煤作用两个基本条件。

1.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，以免遭受完全氧化、分解和强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，一般认为沼泽地区是最适宜的环境。因为沼泽地有充足的水分，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，这样就妨碍了喜氧细菌的生存，从而使植物遗体免遭分解破坏，得以不断堆积。

2.成煤作用

从植物遗体的堆积到形成煤层的转化过程称为成煤作用。这是一个漫长而复杂的变化过程，通常分为两个阶段。

（1）泥炭化和腐泥化作用阶段  高等植物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、氧和喜氧细菌的作用，会遭受一定的氧化和分解。但随着植物遗体的不断堆积和埋藏深度的增加，则逐渐与空气隔绝，氧化环境转变为还原环境。在厌氧细菌的作用下，使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，这就是泥炭。从植物堆积到形成泥炭的作用，叫泥炭化作用。低等植物藻类和浮游生物死亡后沉到水底，在与空气隔绝的还原环境中，在厌氧细菌的作用下，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。腐植胶再经脱水、压实即形成富含沥青质的腐泥。从低等植物及其他生物遗体沉积到形成腐泥的作用，称为腐泥化作用。

（2）煤化作用阶段  在泥炭和腐泥形成后，随着地壳不断下降，在温度升高、压力增大的影响下，逐渐转入成煤的第二个阶段，它包括成岩作用和变质作用两个亚阶段。

成岩作用阶段  当泥炭或腐泥被泥砂等沉积物覆盖后，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褐煤和腐泥褐煤。这一作用过程，称为煤的成岩阶段。

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、含炭量增高等，结果褐煤就逐渐转变为烟煤、无烟煤。这一变化过程就是煤的变质作用阶段。

（三）煤炭资源的分布、开发与利用

地球上的煤炭资源非常丰富，是能源宝库中十分可贵的物质财富。在80年代初期，据估计全世界煤炭资源量为136093亿t，其中已探明的可采储量超过8000亿t。在80年代初以前的200年间，全世界累计采煤约1500多亿t，这和庞大的可采储量相比，不过是只开采了极小的一部分。按照近十几年来世界煤炭的年产量估算，再考虑到今后陆续探明的新储量，估计全世界煤炭至少还可以开采二三百年。

世界煤炭资源的地理分布是很广泛的，遍及各大洲的许多地区，但又是不均衡的。总的来说，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。

北半球北纬30°～70°之间是世界上最主要的聚煤带，占有世界煤炭资源量的70％以上。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达86500多亿t，约占世界的56％以上；北美洲有40600多亿t，约占世界的26％以上；欧洲有15600多亿t，约占世界的10％以上。南半球各大洲的煤炭资源都比较少，其中大洋洲资源量有7800多亿t，约占世界的5.1％；非洲有2100多亿t，约占世界的1.4％；南美洲最少，还占不到世界的0.4％。另外，南极洲的维多利亚地区及其他地区也发现有煤炭资源，但是人们还难以估算出比较确切的资源量。各个国家相比，全世界约有80个国家和地区拥有煤炭资源。原苏联、美国和中国的煤炭资源最丰富，合计约占世界资源量的83％以上。

世界煤炭资源的地理分布，以两条巨大的聚煤带最为突出，一条横亘欧亚大陆，西起英国，向东经德国、波兰、原苏联，直到我国的华北地区；另一条呈东西向绵延于北美洲的中部，包括美国和加拿大的煤田。南半球的煤炭资源也主要分布在温带地区，比较丰富的有澳大利亚、南非和博茨瓦纳。

世界煤炭资源地理分布的特点，直接影响世界煤炭生产的地理分布。一般，煤炭资源比较丰富而经济又比较发达的地区，也是煤炭产量较高的地区。从各大洲来看，欧洲、亚洲和北美洲三洲的煤炭产量，约占世界总量的90％以上，其中仅欧洲就几乎占了一半。

煤炭的形成具有一定的时限性，并不是地质历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，但绝大部分只形成于几个地质年代中，其中古生代的石炭纪、二叠纪，中生代的侏罗纪，以及新生代的第三纪，是地史上最主要的聚煤期。

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石炭纪—二叠纪、侏罗纪和第三纪。截至1983年底，我国已探明的储量为7400多亿t，其中可采储量达1600多亿t。我国煤炭资源主要分布在山西、内蒙古、贵州、宁夏、安徽等省区，其中以山西和内蒙古最多，两者约占全国探明储量的60％。我国最著名的煤炭产地有开滦、大同、本溪、淮南、淮北、抚顺等地。

煤是人类最早使用的能源之一。人类知道使用煤炭，已有2000多年的历史。如今，煤作为工业动力燃料，广泛用于火力发电、交通运输和冶金等方面；在许多地区，煤是最重要的民用生活燃料；煤又是重要的化工原料，通过焦化、加工等过程，可以得到许多重要的化工原料及化工产品，如煤气、煤焦油、氮肥、农药、塑料、合成纤维等上百种产品；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。可见合理地开发利用煤炭资源是十分重要的。

煤炭作为能源也存在一些不利因素：①煤炭发热量较石油低，运输不便，对其他工业渗透作用不如石油强；②煤的转化技术虽已取得很大进展，但是大规模利用在经济上不合算；③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。

由此可见，极为丰富的煤炭资源是人类的宝贵财富。然而，煤也存在使用的局限性等不利因素。因此，人类正在不断地研究更有效、更合理地利用煤炭资源的方法。其中，解决对环境的破坏和污染等有关问题是一个重要的方面。
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