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如图5.5所示，20世纪见证了天然气在美国能源供应份额中的可观增长。在1900年以前，天然气约占全国能源供应的3%, 到1980年，天然气供应量已上升到30%，但是到2005年又下降到25%。世界其他地区的天然气供应量则呈相反的趋势。全球的天然气生产和消费在1973—1974年石油危机以后显著增加，在2005年增长了将近一倍，大约占全球能源消费的25%。
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大部分天然气直接用于工业和居民采暖。实际上，天然气作为室内取暖燃料，其用量已经超过煤和石油。而在美国，现在已经有超过一半的家庭利用天然气取暖。一部分天然气还用于发电厂。有些天然气生产品种多样的化工产品，例如汽车燃油、塑料、合成纤维和杀虫剂。
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早在1916年，得克萨斯州和路易斯安那州就已发现非常巨大的天然气田，而后又在堪萨斯-俄克拉何马-新墨西哥州地区发现了大天然气田。在那个时期，美国中南部人口稀少，以致未利用天然气。但无论怎样，当时在寻找的是石油，而不是天然气。许多只产出天然气的井被加盖封存。与石油共生而产出的天然气，被当作石油工业上不需要的副产物而从井口排放或者燃烧掉。这种情况直到20世纪30年代才发生改变，那时铺设了输送管道，将南方的天然气输送至芝加哥、明尼阿波利斯，以及其他北方城市消费。
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天然气同石油一样，很容易用管道输送而且价格低。但是与石油不同，在国际贸易中天然气不能自由地由海路输送（图5.11）。穿越海洋的船运涉及到将天然气冷却到-126℃、使其液化的昂贵装备，因为船只需要在适当的温度条件下装载这种液体，而在目的港要有再将其气化的装备，并将气体注入当地的管道系统。液化天然气（liquefied natural gas，LNG）危险性极大，因为甲烷和空气的混合物具有爆炸性。虽然美国主要从特立尼达和多巴哥进口一些液化天然气，但大部分天然气用管道输送。在美国，管道系统的长度在160万千米以上。
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图 5.11 天然气的世界贸易路线，2004年。俄罗斯向20多个欧洲国家出口天然气，占世界贸易量的30%。荷兰和挪威的出口量占另外的25%。大部分天然气经由管道输送，但是天然气在发达国家的供应量日渐减少。大储量天然气在遥远地区的发现和伴随着液化天然气贸易成本的降低使得液化天然气更有吸引力。在2004年，只有4个国家——日本、韩国、西班牙和美国进口大量的液化天然气，占世界燃料贸易的80%。但是这种格局在下一个10年将会变动。
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资料来源：Data from The BP Statistical Review of World Energy, June 2005.
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同其他化石燃料一样，天然气是不可再生的，它的供应量有限。天然气的储量难以估计，因为这取决于顾客愿意为这种燃料花多少钱，而随着天然气价格上升，对储量的估计也增加了。使天然气供应量的估计进一步复杂化的是，潜在的天然气资源在非常规地层类型中发育的不确定性。这包括致密的砂岩地层、盆地深层（埋深在6000米以下），以及页岩和煤层。
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全世界仅两个国家和地区就蕴藏了已证实天然气储量的2/3——俄罗斯（27%）和中东（41%），见图5.12。其余32%的储量大致平均地分布在北美、西欧、非洲、亚洲和拉丁美洲。其中每一处拥有总量的4%—8%。按现有的生产率，已证实储量的天然气大约可供开采65年以上。但是发展中国家，特别是南亚和东南亚国家很可能有尚未发现的天然气田，如果加以开发，可使世界天然气储量的预期寿命显著延长。
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图 5.12 已证实的天然气储量，2005年1月。俄罗斯在单个国家中拥有的天然气储量最大，约占世界总储量的27%（为美国储量的9倍以上）。大量的储量也分布于中东国家。
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资料来源：Data from The BP Statistical Review of World Energy, June 2005.
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在美国，得克萨斯-路易斯安那州和堪萨斯-俄克拉何马-新墨西哥州地区大约占有国内天然气产量的90%。但是，据说几乎所有州的地下都蕴藏有天然气。此外，许多岸外浅海区已知发育有天然气。阿拉斯加的潜在储量很大，估计至少两倍于美国其他地区现今已证实的储量，其所蕴藏的天然气足够美国全部房屋取暖10年。如果能够开发非传统资源区生产天然气所必需的技术，天然气储量可能足够另一个世纪之需。当然，这些不易取得的供应开发成本较高，因此费用昂贵。
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地理学与生活（插图第11版） [:1705395368]
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油页岩和沥青砂
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相似的情况影响着用油页岩（oil shale）提炼石油的前景，油页岩就是富含被称为干酪根（kerogen）② 的有机物的细粒岩石，这是一种潜力异常巨大的碳氢化合物储藏。所包括的岩石不只是页岩，还有更像石灰岩而不像页岩的以碳酸钙和碳酸镁为主要成分的岩石。而且干酪根这种碳氢化合物不是石油而是一种蜡，一种沥青状物粘附在碳酸盐颗粒上。把岩石碾碎加热到足够高的温度（480℃以上）以分解干酪根，释放出液态石油产物——页岩油（shale oil）。
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全世界油页岩储量非常巨大。美国、巴西、俄罗斯、中国和澳大利亚均已发现估计储量数十亿桶页岩油含量的矿藏（图5.13）。美国最大的矿藏是科罗拉多州、犹他州和怀俄明州接壤处的绿河组（Green River Formation）。这几个州拥有的石油足以供应美国另一个世纪的需求，且在20世纪70年代被认为是国家能源自给的答案。美国在科罗拉多州大章克申（Grand Junction）附近的皮申斯盆地（Piceance Basin）投资了几十亿美元进行油页岩的研发工作，但是到了20世纪80年代，由于油价下跌，对该项目的兴趣也消失了。1991年位于科罗拉多州帕拉楚特溪（Parachute Creek）的最后一家炼油厂也被废弃了。
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图 5.13 油页岩矿床。美国最丰富的油页岩矿床蕴藏于绿河组，拥有世界已知油页岩储量的大约2/3。在找到经济地进行加工、解决废弃物处理和修复采矿点土地的方法之前，油页岩不大可能成为主要的资源。
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另一种潜在的石油液体资源是沥青砂（tar sand），被一种叫作沥青（bitumen）的黏稠的、高碳石油饱和的砂岩。人们认为全球沥青砂的储量比常规的石油储量大许多倍——含有几万亿桶沥青，大部分在加拿大。据估计，艾伯塔省4处大矿床就拥有相当于1.6万亿桶的石油。阿萨巴斯卡（Athabasca）矿床是其中最大的，供应加拿大每年石油需求量的约10%（图5.14）。委内瑞拉、特立尼达岛、俄罗斯和美国犹他州也发现了沥青砂矿床。
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图 5.14 （a）加拿大艾伯塔省的沥青砂矿床。（b）从沥青砂生产合成油有4个步骤：（1）去除覆盖层；（2）开采和运送沥青砂到提炼单位；（3）注入蒸汽和热水把沥青和尾矿残渣分离；（4）沥青提纯为焦炭和各种馏分。大约要用两吨沥青砂生产一桶油。（Courtesy of Suncor Energy, Inc）
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无论从油页岩还是从沥青砂中生产石油都需要高额资本支出和承担重大的环境代价。要破坏大面积的土地并产生极大量的废弃物。虽然如此，由于油页岩和沥青砂储量巨大，此类物质有可能是丰富的气态和液态燃料资源。这些矿物不同于核能或大多数可再生能源（如太阳能或水电），它们可以提供工业社会所依赖的汽油、喷气机用油和其他燃料。20世纪80年代油气价格下降，加上政府支持力度减弱，使替代燃料在经济上与石油竞争的努力暂告一段落。然而，随着油气储量渐趋耗竭，总有一天其价格必然上升。出现这种情况的时候，各国就很可能转向这些非常规的燃料资源。与此同时，采用核能作为非燃料动力的技术将被开发。
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