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1《能源地质学》讲义绪论一、能源与环境地球变暖：大量的使用一次能源，大致大气中CO2不断增加（包括CH4），在过去的年中，大气中CO2浓度ppm/a，由于浓度增加，大气向外太空的能量释放减少。另一方面，森林面积以17万km2/a减少，使CO2的被固定量减少，地球变暖，导致气候失常，如厄尔米诺现象。19世纪末以后，地球的平均气温上升了0.3～.6℃，海平面也上升了10～5cm（岩佐茂，2000）。2010年全球CO2产量预测（单位：百万吨）（国际能源了望，）北美欧洲东欧中国世界合计石油8906353901713531天然气424288484251546煤炭60936538410413017合计19231288125812378095注：年：百万吨。臭氧层破坏：臭氧层存在于地球高空~30km的同温层中。氯氟烃对影响，其代表是CFC，逸散大高空，可存在10年，受紫外线影响，分解出Cl2，一个Cl2可以分解个O3。我国北方O3约.29mm，南方仅.69mm。酸雨：酸雨主要有SO2和NO2造成，它们与云反应形成酸离子。正常雨的PH值：5.6，小于5.6，即为酸雨。主要影响植物和生物以及土壤。4土地荒漠化：由于资源开发，植被破坏，土地荒漠化（土地退化与沙质荒漠化）。我国现有荒漠化土地2.641×106km2（蒋焕洲，），占国土陆地面积的27.3%，相当于个广东省的幅员，涉及个省（区、市）的471个县（旗），主要分布在我国北方的个省（区、市）。目前，荒漠化仍呈快速发展之势，每年荒漠化净增面积已超过6670km2，仅沙化土地每年就净增2461.23km2，按目前的速度发展。当然，不全是资源开发造成的，其中约7.9%（崔书红，），其次还有不当农业活动，过渡放牧，开路，植被破坏等等。二、能源现状：能源是社会经济发展中具有战略意义的资源。随着人类社会对能源需求2的不断增加，促使能源消费构成发生了变化。目前，能源消费中：原油：38%；天然气%；煤：%，其它：%。化石能源是不可再生能源，系太阳能经地史时间埋藏才得以产生的。地球经历500Ma生产堆积而现存的碳及碳氢化合物资源，其石油天然气消费时间跨度~2100年，煤如有节制使用可再使用年。化石能源可采年限（马润田，2000）品种天然气石油煤炭使用时间6345219在全球石油工业史上，全球年新增储量（发现量加油田扩大）超过年生产量。1962年全球原油发现量已达高峰，从年起，全球年生产量超过年发现量，油田扩大储量大于年发现量。1997年石油生产量高达亿桶。二种观点：夕阳产业与未必。吨煤=3.5桶石油，1桶油=170m3天然气；桶油=115.4kg。1、煤炭工业：世界煤炭总资源量约14.3万亿吨，其中探明储量为.7万多亿吨。经详查的可采储量约为.04万亿吨。足够全球几百年之需。中国煤炭储量5.06万亿吨，其中米浅为亿吨，仅次于俄罗斯，大于美国，位住第二。1952年～年中国能源消费结构（单位：%）（邵培玉等，）1952年1970年1980年1990年1995年1997年煤炭95.080.972.276.275.073.5石油3.3714.720.716.617.318.6天然气0.020.93.12.11.82.2水电1.612.54.05.15.95.7总计1001001001001001002、石油工业：目前，全球探明石油储量约1370亿吨，比年增加亿吨，按目前.7亿吨/年开采，大约还可以开采年左右，据地质学家预测，地球深层大约还有700亿吨未被发现的石油。也即亿吨。储量还算丰富，但分布极不均匀，在1370亿吨中，少数石油输出国占有大约亿吨，约占%，以目前开采水平达90年，而经济合作的工业发达国家仅占%，约亿吨，仅够开采15年（刘敏，）。图年至年世界基本能源供应量的发展趋势（赵洪滨等，2000）截至年月日，世界石油剩余探明储量前10位国家和地区分别是沙特阿拉3伯亿吨、伊拉克亿吨、阿联酋亿吨、科威特亿吨，伊朗亿吨、委内瑞拉亿吨、独联体78亿吨、墨西哥亿吨、利比亚亿吨、中国亿吨。据年结束的全国第二轮油气资源的评价结果，全国石油的总资源量940×108t，其中陆上为694×108t，占.8%，海域为46×108t，.2%（翟光明，2000）。中国最终可采储量约为×108t计算，估计其东部约占×108t，西部约×108t（其中塔里木盆地约占32×108t，准噶尔盆地约7×108t，柴达木盆地约×108t，吐—哈盆地约4×108t），中部、南部、西藏和大陆架海域约29×108t。若按年年产量.66×108t，年.85×108t，达到×108t的峰值，稳产，最终缓慢递减。如此，若年产2×108t计算，可产约年（翟光明，2000）。3、天然气工业：（翟光明，2000）世界上已探明天然气储量：012m3（刘敏，）。中国拥有丰富的天然气资源量，天然气的总资源量为38.14×1012m3，中陆上为.9×1012m3，.1%（翟光明，）。海域为8.14×1012m3，占.5%。据估计，最终资源量达21.66×1012m3。截止年累计采出量仅为3148×108m3。年天然气年产量为255×108m3，05年约达363×108m3，年×108m3。若按天然气年产量×108m3计算，开采年才为7×1012。所以，中国丰富的天然气资源，为中国21世纪的天然气开采提供了雄厚的物质基础。4、煤层气方面：煤层气本身是我国世纪可靠的重要接替洁净能源之一。煤层气与煤共伴生并储存于煤层中，甲烷（ＣＨ４）含量%以上，热值高于卡／m3，是一种比常规天然气更洁净的高效气体能源。我国煤层气资源量十分丰富，埋深2000ｍ以浅的煤层气资源量约为～万亿m3，约占世界煤层气资源量的%（孙茂远，）。二、未来的能源发展趋势1、常规油、气、煤未来年一次性能源仍占统治地位（任新华，1998），石油仍将是最重要的能源：2010年石油消耗为亿吨SKE（给文缩写．代表油当量或煤当量），但其比重将由现在的.2％减少到.2％。特别是OECD国家采用一系列节能技术和代油措施．并不再兴建以石油为燃料的热电厂，石油用耗相对值将下4降，但由于交通．特别是航空业的发展，石油消耗绝对值仍上升。为了满足世界石油消耗增长绍求，中东和委内瑞拉的石油产量需比现在增加一倍。国际能源机构预测，世界将不会发现像上述地区那样规模和经济的新油田。但上述地区如要增加产量目前却缺乏足够的投资，且其中有些国家还不允许他国分享它们的石油财富，所有这些因素将导致今后石油供不应求和涨价。2）天然气应用前自光明：未来的15年中，天然气消耗增长最快。到年，其消耗比例达到23.5％，比1991年增长.5％，即15亿吨SKE，年增长率.4％，在所有一次性能源消耗中，其增长率最高。人们将天然气誉为—世纪能源：天然气的优点是清洁、高热值、低成本、符合环境保护的时代要求，因而被称为最理想的城市能源。表1煤、石油、天然气废气排放水平的比较SIO2NO2CO2煤100100100石油687180天然气020~3757煤炭的利用前景令人鼓舞：煤的消耗增长和其他能源同步，到2010年将比年增长％，即增长亿吨。年煤总消耗量达到48亿吨SKE，占总能源消耗量的％，主要用于发电，电力工业主要建立在煤炭工业上，在焦炭和热能市场的比例逐步减少。第三世界煤炭消耗增长大于世界平均水平，年增长率为3.8％，年消耗量将比年增加一倍。2、中国的“西气东输”战略：（苗承武，）西气东输是实施西部大开发战略的标志性工程，1996年就开始规划设计，年开展可行性研究，年立项，2001年开始管道建设，年底实现管道全线贯通，其管道线路起自塔里木轮南，经库尔勒、哈密、柳园、武威、静边、郑州、南京到上海，全长4200km，一期工程总投资1200亿元，其仅次于三峡的工程。2004年将塔里木盆地的天然气输送到长江三角洲地区，年供气1120亿m3、稳定供气达年。据测算，需天然气可采储量3600亿m3（地质储量亿m3）。目前，在库车地区已探明克拉２大气田和４个中型气田，探明天然气地质储量3110亿m3左右。此外，塔里木盆地其他地区还探明地质储量1006亿m3（共探明天然气地质储量亿m3，占%）。另外，鄂尔多斯地区近年发现大型气田。煤层气—天然气的补充：5“西气东输”工程经过多个大型煤层气田，总资源量近10万亿m3,相当于塔里木盆地的天然气资源量。“西气东输”工程经过多个大型煤层气田,总资源量近万亿m3，从西到东依次为塔北、淮南、鄂尔多斯西部、渭北、鄂尔多斯东（吴建光等，2000）。3、天然气水合物—二十一世纪的新能源：天然气水合物是甲烷等气体和水分子组成的类似冰状的固态物质，其分子式为ＭｎＨＯ，其中Ｍ是以甲烷气体为主的气体分子数，ｎ为水分子数。形成水包气的笼形物，其中的水结晶成等轴晶系，而不是象冰那样的六方晶系，从结晶化学上说，天然气水合物就是甲烷与水的笼形结构物，其所含的甲烷受结构中甲烷分子与水分子关系的控制，理论上一个饱和的天然气水合物分子结构内，甲烷与水的克分子比为1：，换算为标准温压下的体积比是：，也就是说在标准温压下1m3气水合物可含m3甲烷气和0.8m3的水。可见其蕴藏的甲烷气资源量十分巨大。天然气水合物赋存于水深100～50ｍ（两极地区）和400～ｍ（赤道海域）的深海海底以下数百米至1000多米的沉积层内，这里的压力和温度条件能使天然气水合物处于稳定的固态。据估计海洋沉积层天然气水合物中甲烷的资源量为3×1015～.6×1018m3之间，可满足人类需求多年。而美国东南部布莱克海岭天然气水合物中的甲烷量可满足美国目前消费水平105年的消耗量。目前估算的全球化石燃料矿物（石油、天然气和煤）储量的含碳量为5万亿吨，而天然气水合物中甲烷的含碳量为其两倍，,达10万吨。4、非化石能源1）核能未来核能发电量只略有增加，其相对比例将从目前118％下降到％。IEA认为核能发电未能迅速增加原因主要是：切尔诺贝利核事故后，对安全的严格要求大大增加了核电投资和运营费用；核电建设准备期长和审批手续极为繁杂；核废料最终安全存放以及民众反对兴建核电站等原因。从长远来看，核能将是继石油、煤和天然气之后的主要能源，人类将从“石油文明”走向“核能文明”。世界上的每一种物质都处于不稳定状态，有时会分裂或合成，变成另外的物质。物质无论是分裂或合成，都会产生能量。由两个氢原子合为一个氦原子，就叫核聚变，太阳就是依此而释放出巨大的能量。大家熟悉的原子弹则是用裂变原理造成的，目前的核电站也是利用核裂变而发电。核裂变虽然能产生巨大的能量，但远远比不上核聚变，裂变堆的核燃料蕴藏极为有限，不仅产生强大的辐射，伤害人体，而且遗害千年的废料也很难处理，核聚变的辐射则少得6多，核聚变的燃料可以说是取之不尽，用之不竭。2）其它能源诸如太阳能、水能、风能、潮汐能、地热等能源也将又有一定的增加，但至少在2050年前无法占据主导地位。JohnD.Edwards（1997）在AAPG，BULLETIN指出，世纪下半叶，可更新能源（太阳能、热能、光电能、风能、地热、水电、核能）可满足一半以上的需求，21世纪是石油天然气彻底枯竭的时代。我们必须投资新型能源的开发。最可能的依赖能源是太阳能、煤和核能。5中国世纪能源战略（周凤起，，国家发展计划委员会能源研究所原所长）由于世纪能源资源与需求矛盾；能源利用与环境保护的矛盾。节能优先战略：能源效率低，年中国能源效率为%，约比国际先进水平低10个百分点，终端利用效率也低个百分点以上。优化能源结构：1950年煤炭世界一次能源结构中占.7%,1970年下降到.5%，年为.9%，而年世界能源结构中石油占9.5%，天然气占23.5%，二者共占%。而中国呢？发展清洁煤技术：减少煤炭在终端的直接利用，提高煤炭转换为电力和气体、液体燃料的比例，必须发展清洁煤燃烧技术。保证能源供应安全：A．多元化、多边化和多途径：多元化——进口多种油、气产品；多边化——从多国或多地区进口油、气；多途径——进口方式的多样化。B．建立储备制度：建立国家和地区的石油储备体系。C．石油的替代：水煤浆代油，此技术应积极推广