1绪论
1.1“双碳”是一次影响广泛深远的绿色工业革命
全球气候变化已经成为人类发展的最大挑战之一。2018年，政府间气候变化专门委员会(intergovernmental panel on climate change，IPCC)在《全球升温1.5℃特别报告》中称，如果气候变暖以目前的速度持续下去，那么预计全球气温在2030～2052年就会比工业化之前升高1.5℃［1］。气温升高将给人类和环境带来灾难性后果，不仅会对生态安全造成影响，如海平面上升、更强烈和更不稳定的风暴、荒漠化、极端的水压力和天气事件等，而且会严重威胁国家粮食安全、能源安全、水资源安全、基础设施安全以及人民生命财产安全。
二氧化碳的排放是造成全球气候变暖的主要原因。人类社会进入工业化进程以来，二氧化碳的排放呈现快速增长的势头。尤其是20世纪以来的百余年间，工业化国家贡献了全球的主要碳排放（图1.1）。
我国仍处在工业化和城镇化进程中，经济发展比较快，能源需求仍在上升，经济快速度增长的同时，CO2的排放量在近几十年来也有了明显的上升。从图1.1可以看出，1970年至今，中国CO2排放量保持持续增长趋势。至2018年，碳排放总量增至1257001.95万t，比2000年的414001.41万t碳排放总量增长了203.62%，尤其是在2005年之后，CO2排放量增长率明显加大，很快超过美国等发达国家，跃居全球首位。近几年，中国碳排放总量基本保持在全球碳排放量的30%左右，是世界碳排放大国，可以说中国CO2排放趋势影响着全球CO2排放趋势。
2016年，包括中国在内的178个缔约国共同签署了气候变化协定——《巴黎协定》，提出“将全球平均气温较前工业化时期上升幅度控制在2℃以内，并努力将温度上升幅度限制在1.5℃以内”的长期目标。当前，越来越多的国家政府正在将其转化为国家战略，提出了无碳未来的愿景。欧盟宣布到2050年，欧洲将成为世界第一个实现“碳中和”减排目标的地区。
2020年9月22日，习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上提出：中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。“双碳”目标的提出，显示了中国政府的大国风范和国际责任担当。2021年4月18日，在北京召开“碳中和科技创新路径选择”香山科学会议上，科技部部长王志刚指出，碳达峰、碳中和是中国生态文明建设和高质量发展的必然选择，中国碳达峰、碳中和承诺对国际社会绿色低碳发展起到促进作用，也体现中国对构建人类命运共同体的责任和担当。党的第十九届五中全会将“做好碳达峰、碳中和工作”列为“十四五”时期乃至今后更长时期的重点任务之一，开启了减污降碳协同治理的历史发展新阶段。
人们一致认为，“双碳”目标的提出将带来一场由科技革命引起的经济社会环境的重大变革，其意义不亚于第三次工业革命，会是一场极其广泛而深刻的绿色工业革命，必将对我国各个行业产生巨大而深远的影响，对能源产业的影响更将是革命性和颠覆性的。为了实现“双碳”目标，能源结构必须由以煤、石油、天然气为主的化石能源向低碳、清洁、可再生能源领域加速转型；相应带来的产业结构也必将从高能耗、高排放类型向低能耗、低碳排方向加速调整。
实现“双碳”目标，从理论上讲需要基于两大途径，其一就是减少二氧化碳排放，即“减排”；其二就是增加二氧化碳吸收，即“增汇”。二氧化碳的“减排”与“增汇”蕴藏着各个行业的一系列技术革命，这背后充满了挑战与机遇。其中，二氧化碳“减排”措施主要包括：常规化石能源的低碳清洁利用，如优质煤炭资源的分级分质梯级利用和地质条件复杂的煤炭资源原位转化利用；清洁能源对化石能源的替代，比如地热能、光伏、风电、核电等；二氧化碳的捕集、资源化利用与地质封存技术，尤其是二氧化碳驱替页岩油气、煤层气等非常规能源的同时实现地质封存；氢能、光储一体化等。
1.2煤炭是我国能源安全的稳定器和压舱石
党的十八大首次提出推动能源生产和消费革命，确保国家能源安全。2014年6月13日，习近平主持召开中央财经领导小组第六次会议正式提出能源革命的四个方面，即消费革命、供给革命、技术革命和体制革命。
我国化石能源资源的禀赋特征是贫油、少气、相对富煤。煤炭资源占到我国化石能源总量的94%，直接决定了煤炭在我国能源结构中的主体地位。因此能源革命的关键就是煤炭革命。煤炭曾经是共和国的能源担当，被称为工业的粮食。新中国成立以来，在我国的一次能源消费结构中煤炭所占的比重一直在70%以上，1957年甚至高达92.3%，1990年为76.2%，2000年降低到61.03%，此后又有所回升。据国家统计局的数据，2010～2020年的十年间，煤炭所占的比重由69.2%降至56.6%，降低了12.6%，但是石油的比重仅约为19%，天然气及其他新能源占到23%。煤的主体地位保持不变。
在中国的能源禀赋背景下，要实现“双碳”目标，能源结构必须优化，清洁和可再生能源要加快发展，同时化石能源本身的绿色低碳开发利用力度要持续加大。作为国家能源稳定器，煤炭低碳化发展是必由之路。
作为高碳化石资源，燃煤会增加碳排放引发温室效应，不但如此，煤燃烧产生的废气、烟尘等会严重污染环境，煤在燃烧过程中产生的SO2、NO2可形成酸雨，影响农业和生态环境。“双碳”目标一经提出，煤炭作为最大的碳排放源一度为“千夫所指”。煤炭产业发展压力倍增。所有这些对于煤的指控，几乎把煤炭产业推到“去煤化”的境地。然而尴尬的是，一边是对煤炭的“声讨”，国家出台政策压量限产，一边却是对煤炭的需求有增无减，煤炭产量持续增长。2021年全国煤炭产量41.3亿t，同比增长5.7%，创历史新高，而这一年却经历了史上最大的一次“煤荒”。进入夏季，全国“停电潮”一度席卷中国大地，煤炭价格经历了一波史诗级的大涨。9月底，秦皇岛动力煤市场价较上年底涨幅超过113%，价格绝对水平也已突破1500元/t（2007～2020年这十几年间，动力煤的价格很少突破1000元/t）。被称为“煤中贵族”的焦煤，价格更是一度突破3500元/t，涨幅超过200%。10月后，在政策强力调控下煤炭价格快速回调，供需矛盾得以缓解。
刚刚过去的这段煤炭历史，最主要的原因是各地在碳中和的大背景和“双控”政策下，一味追求不切实际的“去煤化”。很多中小煤矿都被关停，陕西榆林300多家煤场一度停产了三分之一，同样的事在山西、四川、云南、甘肃、贵州、河南等地都不同程度地出现。
作为世界上最大的发展中国家，中国要完成全球最高的碳排放强度降幅，用世界历史上最短的时间实现从碳达峰到碳中和，其难度可想而知。因此，国内有些地方难免降碳步子急了些，步子大了些。近年来，煤炭产业就在这种窘境中起起伏伏，艰难前行。国人对于煤炭的感情，似乎是“拿不起、放不下”，颇有点“端起碗吃饭，丢下碗骂娘”的意味。
这种情况很容易使笔者想到美国的巴巴拉 弗里兹（Barbara Freese）在《煤的历史》［3］一书中所说的：“煤毫不起眼，肮脏丑陋，缺少石油带来的一夜暴富和一掷千金，却身系人类的繁荣与衰落、自然的祝福与诅咒。整个社会围绕着能量创造的物质财富所进行的博弈和抗衡，使得煤的故事如此引人注目。如果没有煤铺就的这条黑色之路，我们的命运将不得而知。但可以肯定的是，世界将与现在完全不同。”
现实引起了决策层的高度重视和全社会对于煤炭的理性再认识：煤炭何去何从？怎样对待煤和煤炭产业？怎样调整我国的能源结构？怎样规划我国的“双碳”实现路径？

目录
序
前言
1绪论1
1.1“双碳”是一次影响广泛深远的绿色工业革命1
1.2煤炭是我国能源安全的稳定器和压舱石2
1.3陕西能源降碳保供的挑战与机遇5
1.4本章小结8
2富油煤与煤基油9
2.1从石油忧患谈起9
2.2煤炭：破解石油短缺的一把钥匙12
2.3富油煤与煤焦油14
2.4煤基油19
2.5本章小结23
3陕西煤田地质及煤炭资源开发利用24
3.1煤田地质特征24
3.2煤质特征30
3.3煤炭资源储量35
3.4煤炭资源勘查程度37
3.5煤炭资源开发利用38
3.6本章小结47
4陕西富油煤资源分布48
4.1陕北侏罗纪煤田50
4.2黄陇侏罗纪煤田61
4.3陕北三叠纪煤田69
4.4陕北石炭-二叠纪煤田74
4.5渭北石炭-二叠纪煤田83
4.6本章小结85
5陕西富油煤资源量86
5.1富油煤资源量估算方法86
5.2富油煤资源量88
5.3焦油资源量114
5.4本章小结118
6富油煤影响因素及成因机理119
6.1关键物质结构119
6.2煤的显微组分121
6.3变质程度125
6.4煤中化学元素组成131
6.5沉积环境139
6.6煤层赋存条件146
6.7关键地质科学问题148
6.8本章小结152
7富油煤判识154
7.1煤类的测井响应154
7.2富油煤测井参数相关性157
7.3焦油产率测井预测模型163
7.4富油煤多源判识研究166
7.5本章小结168
8陕西富油煤的利用170
8.1富油煤的主要特点171
8.2陕西富油煤热解技术174
8.3陕西煤热解的工艺升级184
8.4本章小结185
9富油煤地下原位热解：绿色低碳开发新思路186
9.1矿产资源原位开发现状186
9.2富油煤地下原位热解采油（UCTT）190
9.3富油煤地下原位热解及热能利用202
9.4富油煤与西部新能源协同开发208
9.5本章小结210
10展望211
参考文献213