矿物燃料是怎样形成的？

在碳循环中，已经说明了形成煤、原油和天然气等燃料的方式（见图67.4），它们都是矿物燃料。矿物（化石）一词表明这些燃料是由曾经有生命的材料所形成的。

煤在沉积的岩层之间形成薄层。石油和天然气也是在沉积的岩石中发现的，但和煤不同的是它们并不停留在自身形成的地方，而是通过岩石颗粒之间的空间向上移动。

实验1  渗透性岩石和非渗透性岩石

采用图68.1所示的装置，其中岩石为脆性（易碎的）沙岩。用滴管将管子中充满水。·水需要多长时间才能下降到看不见的位置？

使用其它沉积的岩石如石灰石和油页岩，也可使用板岩，将该实验再重复一遍。

·水在哪种岩石中渗入得快些？

·水在哪种岩石中渗入得很慢，如果能够渗透的话。

某些岩石的颗粒之间有足够的空间，因此用手指即能很容易地捻碎。只要这些空间能联合成为网络，石油和天然气就能很容易地通过。这种岩石称为渗透性岩石。

对原油和天然气来说，那些空间未能联合成为网络的岩石往往是非渗透性岩石。只有当这些岩石被较大的裂纹所分裂，并且能使石油和天然气通过其裂纹时，它们才变成渗透性岩石。有些石灰石即属于这种类型的岩石，例如在图62.6中就能看到裂纹。

如果从地球表面往下穿过岩层钻孔，则我们就会发现有些岩层属于渗透性岩层，而其它岩层属于非渗透性岩层。这将由原油或天然气是否能向地球表面上升来决定。

实验2  岩层对流动液体的影响

把一小块脆性沙岩置于盛有颜色水的陪替氏培养皿中。然后将另一块同样的沙岩放在第一块沙岩的上面（见图68.2）。当水向上渗透时，注意对它进行观察。

·当水到达两块岩石的“连接线”时，有什么现象发生？

按图68.3放置岩石：在另外两块沙岩之间夹入一页岩或板岩薄片。

·当水到达页岩或板岩时，有何现象发生？

石油和天然气向地球表面的上升运动可能受到非渗透性岩层的阻碍。当然，液体也可能在页岩或板岩之下向一侧运动。

假定渗透性岩石被夹在倾斜的非渗透性岩层之间（见图68.4）。石油或天然气即使不能进入上面的非渗透性岩层，也能穿过渗透性岩层

保持向上运动。但如果这种“夹心岩层”被交迭成一个岩层“小山”（见图68.5），那么，石油或天然气就会被限制在某一地方，而不能向上或向一侧运动。如果渗透性岩石被非渗透性岩石障碍层所隔断，原油或天然气也会受到限制（见图68.6）。

地下岩石“小山”称为背斜层，而岩石中的意外裂缝（见图68.6）称为断层，这是石油和天然气最常见的两种类型的油（气）阱，但也有其它类型的储油（气）构造。

石油和天然气的勘探

对矿物燃料的研究遍及全世界，无论它们是位于陆地下面还是位于海底下面。早期的开发的石油和天然气矿场都是位于陆地下面的，但近年来随着技术的进步，发展了许多海底油田，如英国北海下面的油田。

石油勘探者的首项任务是探测可以构成油或气阱（图68.5和68.6所示）的岩层的确切分布。其方法之一就是进行地震勘测。

在陆地或海表面进行小型爆炸，由此引起的冲击波会穿过岩石传播。有一种波类似于在空气中传播的声波，它是一种能穿越岩石的“脉冲波”。这种波经某些岩石反射后又回到地表面，被探测器“接收”。图68.7所示的方法可用来判断地下岩石的构成。

一旦发现了某些有勘探价值的岩层构造，下一步任务就是用一端装有金刚石核头或钻头的10米长管子进行钻孔。当10米长的管子全部进入岩石之后，将另一根10米长的管子拧接上去（见图68.8），然后继续钻探。金刚石核头或钻头的温度很高，所以必须将特制的“泥浆”向下打入钻管中，从而使核头或钻头得到冷却。

如果钻井用的是钻头，“泥浆”就会将凿碎的岩层带到地表面，并对其进行检验。如果用的是核头，整个岩心就会被吊到地表面。无论使用哪种方法，科学家的目的都是为了发现钻孔中的岩石构成以及判断其中是否含有矿物燃料或其它有用的燃料。

石油或天然气的钻孔可达数千米之深。如果在海上勘探，最主要的问题是在风浪中保持钻井塔完全稳定。

大多数钻孔根本得不到石油或天然气。但如果意外成功地发现了石油或天然气，那么下一步就是要在该钻孔的周围再钻几个孔，从而确定油田的大小。另外，还要判断出挖掘石油或天然气的难易程度，这一点也是非常重要的。最后，做出是否投入全面开发的有关决定。

目前，寻找三类矿物燃料是一项非常大的生意。进行地震测量和钻孔需要大量开支，但勘探成功后获得的利润将更大。

习题

1.原油在易碎沙岩中存在的可能性要比在坚韧的、结合牢固的沙岩中存在的可能性大得多，而根本不可能在花岗岩中存在。试用岩石的渗透性理论解释这些事实。

2.“石油、天然气等燃料和我们的食品中贮存有太阳能，而当我们在空气中点燃这些燃料或在我们的体内氧化这些食品时，上述能量又被释放出来”。

试写一短文阐述这一论点。

3.（a）若你的国家有煤、原油或天然气储备，试借助于参考书并按所列项目完成下表。

（b）如果你的国家进口矿物燃料，说明哪些国家是主要出口国。