这是昨天同事问我的一个有趣的问题,今天分享给大家。
有一点说的没错,成煤时期远远早于石油生成时期:全球90%以上的煤炭形成于石炭纪到二叠纪(~3.60-2.50亿年前)和侏罗纪到白垩纪(~2.00-0.65亿年前)。而商业性石油主要形成于中生代晚期-新生代(~1亿年以内)。但是生成日期和埋藏深度不是一个线性关系,沉积环境、成矿条件、构造运动和开采技术的差异才是主要因素。
沉积环境
煤是由陆生高等植物在沼泽湿地中堆积形成,通常位于盆地边缘、河流三角洲或滨海平原,本身就是地壳的浅部区域。植物死亡后直接在原地堆积成泥炭,被后续沉积物覆盖,通常就在几百米到一两千米。
石油则是由海洋/湖泊中的浮游生物(藻类、细菌等)形成。这些生物死亡后会沉降到深海/深湖底部(盆地中心),这里水流平缓、氧气匮乏,有机质才能被保存下来形成烃源岩。这些富含有机质的岩石(烃源岩)被深埋后,在~2000到4000米的深度达到生油高峰。之后,生成的油气因密度小,还会沿着岩石裂隙和孔隙向上运移。最终,是坚硬的盖层阻止了它们,才形成了我们如今在~3000到6000米深处开采的油田。
成矿条件
煤在几百米深度就能完成从泥炭到褐煤的转化,成为可开采的煤炭资源。同时,在变质成无烟煤后,若温度继续升高,它会进一步变成石墨或碳沥青,完全失去作为燃料的价值。这个极限深度通常在~3000到5000米。超过这个深度,煤就已经基本消失了,自然无矿可采。
石油必须埋到~1200米以上才能开始大量生成液态石油,在地质学中也叫生油门限。如果埋深太浅,有机质只能生成生物气。如果埋 深 太深,石油会全部裂解成天然气。
构造运动
煤系地层形成后,很多地区经历了强烈的造山运动和抬升作用,原本埋藏在几千米深处的煤层,被地壳运动抬到了浅部,甚至直接出露地表,形成露天煤矿。
上面也介绍到,石油生成后会发生向上运移,但只有被不透水的盖层挡住,如页岩、盐岩等,才能形成油田。如果运移到太浅的地方,石油会被氧化破坏或直接散失到大气中。因此,绝大多数商业性油田都被盖在盆地的中深部。
开采技术
埋藏较深的煤需要大规模的地下空间(巷道、开采面),还要解决通风、排水、瓦斯、冲击地压等一系列安全问题。深度每增加100米,开采成本和安全风险都会呈指数级上升。目前我国煤矿平均开采深度~500米,千米深井更少。
石油开采只需打一口直径几十厘米的钻井就能到达深部地层,不需要大规模地下空间。现代钻井技术可以轻松钻到几千米深,最深的油井甚至超过10000 米。
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