1. บทนำ
เชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์ (Fossil Fuels) หมายถึง เชื้อเพลิงซึ่งเปลี่ยนสภาพมาจากซากของสิ่งมีชีวิต ทั้งพืชและสัตว์ในยุคต่าง ๆ โดยกระบวนการทางธรณีวิทยาและธรณีเคมี หมายรวมถึง
• ถ่านหิน (Coal)
• ก๊าซธรรมชาติ (Gases)
• น้ำมัน (Natural Oil)
• หินน้ำมันและทรายน้ำมัน (Oil Shale and Tar Sand)
ด้วยกระบวนการเกิดซึ่งต้องอาศัยระยะเวลายาวนาน และไม่สามารถเกิดทดแทนได้ในช่วงอายุขัยของมนุษย์ จึงจัดเป็นทรัพยากรธรรมชาติที่ไม่สามารถทดแทนได้ เชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์เป็นเชื้อเพลิงที่มนุษย์เรานำขึ้นมาใช้อย่างกว้างขวางและมากมาย (รูปที่ 1)
รูปที่ 1 เชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์ (Fossil Fuels) เป็นแหล่งพลังงานสำคัญของโลก
2. ถ่านหิน (Coal)
โดยธรรมชาติและกระบวนการเกิดแล้ว ถ่านหินจัดได้ว่าเป็นหินตะกอนและหินแปรชนิดหนึ่ง ซึ่งเกิดจากพืชที่อาศัยและเจริญเติบโตอยู่ในที่ลุ่มชื้นแฉะในอดีตกาล ในสภาพแวดล้อมที่เหมาะสม เราจะพบว่า ถ่านหินมักเกิดร่วมกับหินทรายและหินดินดาน ทั้งนี้ เพราะเมื่อซากพืชโบราณเหล่านี้ล้มตายลง ก็จะถูกฝังหรือกดทับโดยตะกอนอื่น ๆ ซึ่งโดยปกติก็จะได้แก่ ทรายและโคลนดังกล่าว และเปลี่ยนสภาพไปเป็นถ่านหินในที่สุด (รูปที่ 2) การสะสมตัวของถ่านหินจะเริ่มจากอินทรีย์วัตถุ ซึ่งประกอบด้วยคาร์บอน ออกซิเจน และไฮโดรเจนเป็นส่วนใหญ่ น้ำหนักซึ่งเกิดจากการกดทับของตัวถ่านหินเอง หรือตะกอนอื่น ๆ ก็ตาม จะทำให้อุณหภูมิและความดันเพิ่มขึ้น ไฮโดรเจนและออกซิเจนก็จะเริ่มลดน้อยลง และหนีหายออกไป คุณภาพของถ่านหินจะขึ้นอยู่กับเปอร์เซนต์ของคาร์บอนที่มีอยู่ ถ่านหินที่มีเปอร์เซนต์ของคาร์บอนต่ำที่สุด คือประมาณ 60% ให้ค่าความร้อนประมาณ 3,000 กิโลแคลอรี่ต่อกิโลกรัม และมีคุณภาพต่ำที่สุด ได้แก่ ลิกไนท์ (Lignite) ในขณะที่ซับบิทูมินัส (Sub-bituminous) มีคาร์บอนประมาณ 75% บิทูมินัส (Bituminous or Soft Coal) มีเปอร์เซนต์ของคาร์บอนประมาณ 85% และแอนทราไซท์ (Anthracite) มีเปอร์เซนต์คาร์บอนสูงถึง 90-95% ให้ค่าความร้อนประมาณ 7,000 กิโลแคลอรีต่อกิโลกรัม และมีคุณภาพสูงที่สุด
นอกเหนือจากคาร์บอน ออกซิเจน และไฮโดรเจนแล้ว ถ่านหินยังประกอบด้วยธาตุอื่น ๆ อีกหลายตัว ในอัตราส่วนที่มากน้อยแตกต่างกัน ธาตุที่สำคัญได้แก่ ซัลเฟอร์ ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดสภาพมลภาวะที่ค่อนข้างร้ายแรงต่อบรรยากาศและน้ำ ซัลเฟอร์สามารถที่จะปะปนเข้าไปในบรรยากาศ ในรูปของก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (รูปที่ 3) ซึ่งอาจจะมีอันตรายต่อมวลชีวิต ถ้าอยู่ในปริมาณที่สูงพอ ทางน้ำที่ไหลผ่านเหมืองที่ทำการขุดเจาะถ่านหิน อาจจะเกิดสภาพของมลภาวะได้จากซัลเฟอร์ที่อยู่ในรูปของกรดซัลฟูริค นอกจากนี้ ถ่านหินยังมีปัญหาเรื่องปริมาณของมีเธน (Methane) และคาร์บอนไดออกไซด์ที่ปล่อยออกมาเมื่อเผาไหม้ และเป็นปัญหาต่อสภาพแวดล้อมได้
ความรู้ทางธรณีวิทยาเกี่ยวกับต้นกำเนิดและแหล่งกำเนิดของถ่านหิน จะช่วยให้การสำรวจและค้นหาแหล่งถ่านหินเป็นไปได้โดยง่ายขึ้น โดยปกติถ่านหินจะเกิดในบริเวณหินตะกอนที่วางตัวอยู่ในลักษณะของบริเวณที่ค่อนข้างเรียบ สำหรับในประเทศไทย ส่วนใหญ่จะพบในแอ่งตะกอนเทอร์เชียรี่ โดยพบร่วมกับหินชั้นยุคเทอร์เชียรี่
3. ปิโตรเลียม (Petroleum)
ปิโตรเลียม มาจากคำในภาษาละติน 2 คำ คือ เพตรา แปลว่า หิน และ โอเลียม ซึ่งแปลว่า น้ำมัน รวมความแล้ว หมายถึง น้ำมันที่ได้จากหิน
ตามนิยาม ปิโตรเลียม หมายถึง สารไฮโดรคาร์บอน (CH) ที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ มีธาตุที่เป็นองค์ประกอบหลัก 2 ชนิด คือ คาร์บอน (C) และ ไฮโดรเจน (H) โดยอาจมีธาตุอโลหะชนิดอื่น เช่น กำมะถัน ออกซิเจน ไนโตรเจน ฯลฯ ปนอยู่ด้วย ปิโตรเลียมเป็นได้ทั้ง ของแข็ง ของเหลว หรือ ก๊าซ ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของปิโตรเลียมเองเป็นสำคัญ นอกจากนี้ความร้อน และความกดดันของสภาพแวดล้อมที่ปิโตรเลียมนั้นถูกกักเก็บ ก็มีส่วนในการกำหนดสถานะของปิโตรเลียม
ปิโตรเลียม แบ่งตามสถานะที่สำคัญได้ 2 ชนิด คือ น้ำมันดิบ (Oil) และ ก๊าซธรรมชาติ ( Natural Gases) สถานะตามธรรมชาติ น้ำมันดิบเป็น ของเหลว ประกอบด้วยสารไฮโดรคาร์บอนชนิดระเหยง่ายเป็นส่วนใหญ่ ที่เหลือเป็นสารกำมะถัน ไนโตรเจน และสารประกอบออกไซด์อื่น
น้ำมันดิบแบ่งออกเป็น 3 ประเภท ตามคุณสมบัติและชนิดของไฮโดรคาร์บอนที่เป็นองค์ประกอบ คือ น้ำมันดิบฐานพาราฟิน น้ำมันดิบฐานแอสฟัลท์ และ น้ำมันดิบฐานผสม น้ำมันดิบทั้ง 3 ประเภท เมื่อนำไปกลั่น จะให้ผลิตภัณฑ์น้ำมันในสัดส่วนที่แตกต่างกัน
ส่วนก๊าซธรรมชาติเป็นปิโตรเลียมที่อยู่ในรูปของ ก๊าซ ณ อุณหภูมิ และความกดดันที่ผิวโลก ก๊าซธรรมชาติประกอบด้วยสารไฮโดรคาร์บอนเป็นหลัก อาจมีสัดส่วนสูงถึงร้อยละ 95 ส่วนที่เหลือ ได้แก่ ไนโตรเจน และคาร์บอนไดออกไซด์ บางครั้งจะพบไฮโดรเจนซัลไฟด์ปะปนอยู่ด้วย
ไฮโดรคาร์บอนในก๊าซธรรมชาติ จัดอยู่ในอนุกรมพาราฟิน มีสภาพอิ่มตัวในบรรยากาศ และไม่เปลี่ยนแปลงทางเคมีใดๆ ในสภาวะปกติ ไฮโดรคาร์บอนในกลุ่มนี้ มีเทน มีน้ำหนักเบาที่สุด และจุดเดือดต่ำที่สุด มีอยู่ในก๊าซธรรมชาติมากที่สุด ถึงร้อยละ 70 ขี้นไป
ก๊าซธรรมชาติ ในที่นี้ หมายรวมถึง ก๊าซธรรมชาติเหลว ซึ่งประกอบด้วยไฮโดรคาร์บอนในกลุ่มเดียวกันกับก๊าซธรรมชาติ แต่มีปริมาณคาร์บอนอะตอมในโครงสร้างโมเลกุลมากกว่าก๊าซธรรมชาติ เมื่ออยู่ในแหล่งกักเก็บใต้ผิวโลกซึ่งมีอุณหภูมิและความดันสูงจะมีสภาพเป็นก๊าซ และจะกลายสภาพเป็นของเหลวเมื่อขึ้นมาสู่พื้นผิว จึงเรียกว่า ก๊าซธรรมชาติเหลว
3.1 การเกิด
น้ำมันดิบและก๊าซธรรมชาติ จะพบเกิดร่วมกับหินตะกอนที่เกิดในทะเลเสมอ ส่วนประกอบที่สำคัญได้แก่ สารประกอบไฮโดรคาร์บอนเป็นส่วนใหญ่ และมีซัลเฟอร์ ไนโตรเจน และออกซิเจนเป็นส่วนน้อย ปัจจุบันนักธรณีวิทยามีความเชื่อว่า น้ำมันและก๊าซธรรมชาติมีต้นกำเนิดมาจากอินทรียวัตถุที่เป็นพืชและสัตว์
อย่างไรก็ตาม สารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่พบในน้ำมันและก๊าซธรรมชาติ จะแตกต่างไปจากที่เราพบในสิ่งที่มีชีวิตอยู่บ้าง ดังนั้น จะต้องมีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นระหว่างที่เป็นซากของอินทรียวัตถุและผลที่ได้รับภายหลัง ขั้นตอนแรกก็คือ การสะสมตัวของตะกอนในทะเล ซึ่งมีซากพืชและสัตว์เป็นจำนวนมาก วิธีการดังกล่าว ต้องอาศัยสภาวะแวดล้อมที่เหมาะสม ทั้งนี้เพราะว่า โดยปกติแล้ว สภาวะแวดล้อมในทะเล มักประกอบด้วยออกซิเจนเป็นจำนวนมาก และเป็นการเปิดโอกาสให้ซากอินทรียวัตถุถูกทำลายลงก่อนที่มันจะถูกทับถมโดยตะกอน ในกรณีดังกล่าว จำเป็นต้องอาศัยแอ่งของการตกตะกอนและการหมุนเวียนของกระแสน้ำต้องช้ามาก ซึ่งเป็นสาเหตุให้ออกซิเจนในน้ำส่วนที่อยู่ลึก ๆ และเปิดโอกาสให้ซากอินทรียวัตถุได้สะสมตัว อย่างไรก็ตาม ในสภาพแวดล้อมที่ขาดออกซิเจนเช่นนี้ อาจจะไม่เพียงพอและจะป้องกันไม่ให้ซากอินทรียวัตถุถูกทำลายลง ก่อนที่แบคทีเรียสามารถใช้ซัลเฟตจากน้ำทะเล เพื่อจะออกซิไดซ์อินทรียวัตถุ ดังนั้น สภาวะที่เหมาะสมสำหรับการเกิดน้ำมันและก๊าซธรรมชาติ จะต้องประกอบด้วยแอ่งสะสมตะกอนที่เหมาะสม ที่สามารถสะสมพวกสารอินทรียวัตถุเป็นจำนวนมาก และจะต้องเป็นสภาวะแวดล้อมที่ปราศจากออกซิเจนและซัลเฟต
เมื่อซากอินทรียวัตถุพวกนี้ได้เกิดการสะสมตัวขึ้นแล้ว จะต้องถูกปิดทับโดยตะกอนอีกทอดหนึ่ง จากน้ำหนักของตะกอนที่ปิดทับอุณหภูมิและความดันจะเพิ่มขึ้น เมื่อความลึกถึงประมาณ 2.5 กิโลเมตร จะเกิดการเปลี่ยนแปลงในส่วนของอินทรียวัตถุ โมเลกุลเดิมจะถูกทำลายลงและเปลี่ยนไปเป็นโมเลกุลใหม่ ซึ่งให้ไฮโดรคาร์บอนในรูปของเหลวและก๊าซในช่องว่างของหิน ไฮโดรคาร์บอนดังกล่าวสามารถเคลื่อนย้ายไปตามช่องว่างและรอยแตกในหินข้างเคียง ส่วนการที่จะมารวมตัวเกิดเป็นแหล่งของน้ำมันและก๊าซธรรมชาติที่มีคุณค่าทางเศรษฐกิจหรือไม่ ขึ้นอยู่กับปัจจัยอื่น ๆ อีกหลายประการ (รูปที่ 4)
3.2 การสะสมตัว
ตามที่ได้กล่าวมาแล้วข้างต้น จะเห็นได้ว่าเราต้องการชุดของตะกอน ซึ่งมีอินทรียวัตถุเป็นจำนวนมาก และถูกปิดสะสมตัวอยู่ที่ความลึกอย่างน้อยประมาณ 2.5 กิโลเมตร ก่อนที่จะเกิดน้ำมันและก๊าซธรรมชาติ ชุดของหินตะกอนนี้เรียกว่า หินต้นกำเนิด (Source Rock) ของน้ำมันและก๊าซธรรมชาติ น้ำมันและก๊าซธรรมชาตินี้ ปกติจะเกิดการเคลื่อนที่จากตำแหน่งที่มันเกิด ทั้งนี้ก็เนื่องจากน้ำหนักของหินที่ปิดทับอยู่จะเป็นตัวบีบอัดให้น้ำมันและก๊าซเคลื่อนตัวไปตามช่องว่าง และรอยแตกในหิน นอกจากนี้แล้ว เนื่องจากในหินต้นกำเนิดมักจะมีน้ำแทรกตัวอยู่ รวมทั้งหินที่อยู่ข้างเคียงด้วย และถ้าหากช่องว่างนั้นโตเพียงพอ น้ำมันและก๊าซก็มักจะเคลื่อนที่ขึ้นข้างบนไปสู่ชั้นหินที่อิ่มตัวด้วยน้ำ ในที่สุด น้ำมันและก๊าซธรรมชาติอาจจะเคลื่อนที่ขึ้นไปอยู่ที่ผิวดิน และสูญเสียไปหมด ถ้าหากว่าไม่มีสิ่งที่เหมาะสมที่จะมาให้มันสะสมตัวและกักเก็บไว้ใต้ผิวดิน
ชั้นหินเนื้อแน่นจะเป็นตัวที่ช่วยปิดกั้นหรือเปลี่ยนทิศทางของการเคลื่อนที่ของน้ำมันและก๊าซได้ ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของชั้นหินเนื้อแน่นนั้นว่า วางตัวอยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสมหรือไม่ ถ้าเหมาะสม ชั้นหินดังกล่าวอาจจะหยุดไฮโดรคาร์บอนเหล่านี้ในระหว่างที่มันเคลื่อนตัวสู่ผิวดิน และกักเก็บมันไว้ใต้ผิวดินต่อไป ในลักษณะดังกล่าว จำเป็นที่จะต้องมีชั้นหินเนื้อพรุนวางตัวอยู่ข้างล่างชั้นหินเนื้อแน่น ทั้งนี้ เพื่อที่จะให้ไฮโดรคาร์บอนเหล่านี้กักเก็บสะสมตัวอยู่ เราเรียกชั้นหินเนื้อพรุนนี้ว่า ชั้นหินกักเก็บ (Reservoir Rock) ทั้งนี้ เพราะจะเป็นชั้นหินที่คอยกักเก็บและสะสมพวกไฮโดรคาร์บอนไว้ ทั้งชั้นหินเนื้อแน่นและชั้นหินเนื้อพรุนที่จะประกอบกัน เรียกว่า แหล่งกักเก็บ (Trap) ซึ่งอาจจะมีหลาย ๆ รูปแบบได้ ดังแสดงในรูปที่ 5 ซึ่งเป็นโครงสร้างในลักษณะของประทุนคว่ำ (Antincline)
เมื่อส่วนของชั้นหินที่ปิดทับถูกเปิดออกโดยหลุมเจาะ น้ำมันและก๊าซธรรมชาติจะเคลื่อนที่จากช่องว่างของชั้นหินกักเก็บเข้าไปยังหลุมเจาะ และสามารถนำน้ำมันขึ้นมาสู่ผิวดิน เพื่อนำมาใช้ประโยชน์ต่อไป แหล่งกักเก็บนี้อาจจะถูกเปิดออกโดยกรรมวิธีทางธรรมชาติได้เช่นกัน เป็นต้นว่าการเคลื่อนที่ของเปลือกโลกหลังจากการเกิดแหล่งกักเก็บแล้ว ทำให้เกิดรอยแตกขึ้น ซึ่งจะทำให้น้ำมันและก๊าซธรรมชาติเกิดการเคลื่อนที่ไปสู่แหล่งกักเก็บใหม่ หรือขึ้นมาสู่ผิวดินแล้วแต่กรณี กรรมวิธีของการกัดเซาะที่เกิดขึ้นบนเปลือกโลก อาจจะเป็นอีกสาเหตุหนึ่งที่ทำให้แหล่งกักเก็บนั้นถูกทำลายลง ถ้าอัตราการกัดเซาะนั้นลึกลงไปถึงแหล่งกักเก็บ ดังนั้น โดยทั่วไปหินที่มีอายุอ่อน กล่าวคือ ประมาณ Cenozoic จะพบปิโตรเลียมมากที่สุด และตามด้วยหินที่มีอายุ Mesozoic และ Paleozoic ตามลำดับ ยังไม่เคยมีการค้นพบน้ำมันและก๊าซธรรมชาติในหินที่มีอายุ Precambrian เลย
3.3 การสำรวจหาแหล่งปิโตรเลียม
โดยทั่ว ๆ ไป การสำรวจหาแหล่งปิโตรเลียม จะเป็นวิธีการทางอ้อม ทั้งนี้ เพราะว่าแหล่งกักเก็บน้ำมัน ซึ่งมีสิ่งบ่งชี้ให้เห็นบนผิวดินว่ามีน้ำมันกักเก็บอยู่ ปัจจุบันนี้มักจะถูกพัฒนานำขึ้นมาใช้เกือบทั้งนั้น ด้วยเหตุนี้ จำเป็นที่จะต้องอาศัยกรรมวิธีการสำรวจหาแหล่งปิโตรเลียมอื่น ๆ ในบริเวณที่นอกเหนือไปจากบริเวณดังกล่าวข้างต้น และที่อาจจะเป็นแหล่งกักเก็บของปิโตรเลียมในบริเวณที่ถูกฝังลึกอยู่ในชั้นหินนับเป็นหลาย ๆ กิโลเมตร
ในการสำรวจหาแหล่งปิโตรเลียมดังกล่าว นักธรณีวิทยาจะใช้วิธีการสำรวจอยู่หลาย ๆ วิธี ดังนี้
1. การขุดเจาะหลุมเพื่อเก็บตัวอย่างหิน (Core Drilling)
2. การสำรวจโดยคลื่นสั่นสะเทือน (Seismic Prospecting)
3. การสำรวจโดยความโน้มถ่วง (Gravity Prospecting)
วิธีการดังกล่าวข้างต้น สามารถช่วยเป็นเครื่องชี้ให้เราทราบว่า ข้างล่างเปลือกโลกจะมีโครงสร้างที่เหมาะสมเป็นแหล่งกักเก็บน้ำมันมากน้อยเพียงใด แต่ไม่สามารถบ่งชี้ให้เด่นชัดว่าจะมีชั้นหินกักเก็บน้ำมันหรือไม่
1. การขุดเจาะหลุมเพื่อเก็บตัวอย่างหิน (Core Drilling) วิธีการนี้อาศัยการขุดเจาะหลุมและเก็บตัวอย่างของหินข้างล่างขึ้นมาจากหลุมเจาะหลาย ๆ หลุม ในบริเวณที่ทำการศึกษา จากการศึกษาหาตัวอย่างของหินจากหลุมเจาะ และการทราบระดับที่แน่นอนของตัวอย่างหิน สามารถที่จะเปรียบเทียบชนิดของชั้นหิน และตัวชั้นหินเองจากหลายหลุมเจาะ ซึ่งทำให้สามารถเขียนโครงสร้างในบริเวณที่ศึกษาได้
2. การสำรวจโดยคลื่นสั่นสะเทือน (Seismic Prospecting) อาศัยความรู้และหลักการของคลื่นแผ่นดินไหว การสำรวจก็โดยการขุดเจาะหลุมตื้นประมาณ 50 เมตร เพื่อใช้เป็นจุดระเบิดโดยใช้วัตถุระเบิด เมื่อจุดระเบิดขึ้น ก็จะก่อให้เกิดคลื่นสั่นสะเทือนวิ่งผ่านชั้นหินและเกิดการสะท้อนกลับขึ้นมาสู่ผิวดินในที่สุด ซึ่งสามารถตรวจวัดระยะเวลาเดินทางของคลื่นสั่นสะเทือนนี้ได้ เมื่อสามารถทราบระยะเวลาเดินทาง ก็สามารถที่จะคำนวณหาระยะทางหรือความลึกที่มันเดินทางได้ จากการวัดระยะเวลาเดินทางนี้ สามารถที่จะทราบโครงสร้างทางธรณีข้างล่างได้ในที่สุด
3. การสำรวจโดยความโน้มถ่วง (Gravity Prospecting) อาศัยค่าความถ่วงจำเพาะที่แตกต่างกันของหินชนิดต่าง ๆ ภายใต้เปลือกโลก ถ้าชั้นหินวางตัวอยู่ในแนวระนาบ เครื่องมือที่ใช้วัดความโน้มถ่วงที่ละเอียด จะให้ค่าความโน้มถ่วงที่คงที่ ในขณะที่ชั้นหินมีการเอียงตัวขึ้นหรือลง ค่าของความโน้มถ่วงที่วัดได้ จะแปรผันไปกับการวางตัวของชั้นหินหรือโครงสร้างในบริเวณนั้น ถ้าผลการสำรวจบ่งชี้ว่า ลักษณะโครงสร้างในบริเวณนั้นน่าจะเป็นโครงสร้างที่อาจจะเป็นแหล่งกักเก็บปิโตรเลียม ก็จะมีการขุดเจาะหลุมสำรวจเพื่อตรวจสอบหาชั้นหินกักเก็บต่อไป
--------------------------------------------------------------------------------
4. หินน้ำมันและทรายน้ำมัน (Oil Shale and Tar Sand)
4.1 หินน้ำมัน
หินน้ำมัน คือ หินตะกอนชนิดหนึ่งที่ประกอบด้วยอินทรียวัตถุในรูปของสารที่เรียกว่า คีโรเจน (Kerogen) และคีโรเจนนี้เอง เมื่อถูกทำให้ร้อนด้วยวิธีใดวิธีหนึ่ง ประมาณ 500 องศาเซลเซียส จะให้น้ำมันและก๊าซไฮโดรคาร์บอนออกมา สำหรับการเกิดของหินน้ำมันนั้น เกิดจากพวกพืชและสัตว์ที่ตายแล้ว ซึ่งได้สะสมรวมกันกับเศษหินดินทรายต่าง ๆ อยู่ในที่ที่เคยเป็นแหล่งน้ำขนาดใหญ่ทั่วไปมาก่อน เมื่อเวลาได้ผ่านไปนานนับล้านปี พวกอินทรียวัตถุอันได้แก่ ซากพืชและสัตว์ต่าง ๆ ดังกล่าวนั้น ก็จะแปรสภาพเป็นสารคล้ายยางเหนียว ๆ หรือที่เรียกว่า คีโรเจน ส่วนเศษหินดินทรายต่าง ๆ ซึ่งมีสารคีโรเจนอยู่ด้วยนี้ ก็แปรสภาพเป็นหินตะกอนออกสีเข้ม เรียกว่า หินน้ำมัน
กรรมวิธีของการสกัดหรือผลิตน้ำมันจากหินน้ำมัน เริ่มต้นด้วยการเปิดผิวดิน เพื่อขุดตักเอาหินน้ำมันออกมาบดให้ได้ขนาด แล้วป้อนไปยังโรงงาน ผ่านกรรมวิธีต่าง ๆ เพื่อเปลี่ยนรูปของสารคีโรเจนให้กลายเป็นไอของไฮโดร์คาร์บอน ไอของไฮโดรคาร์บอนนี้ก็จะถูกแยกออกไป ทำให้กลายเป็นของเหลว และนำเอาของเหลวที่ได้นำไปทำการกลั่น ณ โรงกลั่นต่อไป จากกรรมวิธีดังกล่าว จะเห็นได้ว่า อุตสาหกรรมการสกัดน้ำมันจากหินน้ำมัน จะก่อให้เกิดปัญหาสภาพมลภาวะตามมา โดยเฉพาะอย่างยิ่งในส่วนของฝุ่นละอองที่ปลิวขึ้นไปสู่บรรยากาศ และการทิ้งกากหินน้ำมันที่ผ่านกรรมวิธีแล้ว
แหล่งหินน้ำมันที่พบในโลกปัจจุบัน และอาจสามารถสกัดและผลิตน้ำมันได้คุ้มค่า ได้แก่ แหล่งหินน้ำมันในสหรัฐอเมริกา ซึ่งครอบคลุมบริเวณของมลรัฐโคโรลาโด ไวโอมิ่ง ยูท่าห์ โดยสามารถให้น้ำมันถึง 240 ลิตรต่อเมตริกตัน แหล่งที่สำคัญอีกแหล่งหนึ่ง และนับว่าเป็นประเทศที่สามารถผลิตและสกัดน้ำมันจากหินน้ำมันเป็นอุตสาหกรรมที่ใหญ่ที่สุดในโลก ได้แก่ แหล่งในประเทศจีน โดยหินน้ำมันสามารถให้น้ำมันได้ถึง 320 ลิตรต่อเมตริกตัน
สำหรับในประเทศไทย ได้มีการค้นพบแหล่งหินน้ำมันที่ อำเภอแม่สอด จังหวัดตาก และจากการศึกษาวิเคราะห์สกัดหินน้ำมัน พบว่า ให้ปริมาณน้ำมันเฉลี่ยโดยประมาณ 5% โดยน้ำหนัก หรือประมาณ 52 ลิตรต่อหินน้ำมัน 1 เมตริกตัน
4.2 ทรายน้ำมัน
ทรายน้ำมัน หมายถึง ทรายที่ประกอบไปด้วยไฮโดรคาร์บอนและอินทรีย์สารอื่น ๆ รวมตัวกันอยู่ในลักษณะของน้ำมันหนัก (Heavy Crude Oil) แทรกอยู่ตามช่องว่าง และทำหน้าที่คล้ายสารเชื่อมประสานเม็ดทรายเข้าด้วยกัน นอกจากนี้ ยังมีส่วนประกอบเจือปนของอนินทรีย์สารอื่น เช่น วานาเดียม เหล็ก ทองแดง และอื่น ๆ บ้างเล็กน้อย และยังมีน้ำซึ่งมักจะเป็นส่วนประกอบอยู่ด้วยเสมอ ทั้งนี้ ขึ้นอยู่กับแอ่งต้นกำเนิดของทรายน้ำมันในที่ที่มีสภาวะแวดล้อมแตกต่างกันไป ทรายน้ำมันมีชื่อเรียกกันหลายอย่าง เช่น Tar Sand, Bituminous Sand, Oil Sand และน้ำมันที่สะกัดออกมาได้ จะเรียกว่า Tar Oil, Sand Oil, Bituminous Oil หรือ Asphaltic Oil เป็นต้น
ในส่วนของเหลวหรือน้ำมันหนัก จะประกอบด้วยน้ำมัน 50-60% ยางเหนียว (Gum content) ประมาณ 60-75% และยางมะตอย (Asphalts) ประมาณ 15-25% ซึ่งจะทำให้น้ำมันมีสภาพครึ่งแข็งครึ่งเหลว มีความเหนียวและสีดำ และไม่สามารถที่จะเคลื่อนที่ไปมาได้ เช่นเดียวกับน้ำมันดิบทั่ว ๆ ไป แต่สามารถนำไปปรับสภาพดัดแปลงด้วยกรรมวิธีทางเคมี เพื่อที่จะทำให้ได้เป็นน้ำมันดิบคุณภาพดี ที่เรียกว่า Synthetic Crude Oil หรือ Syn-crude เป็นวัตถุดิบเพื่อการผลิตเชื้อเพลิงที่ดีเช่นเดียวกับน้ำมันปิโตรเลียม
แหล่งทรายน้ำมันที่สำคัญของโลก ได้แก่ แหล่งในอัลเบอร์ต้า ประเทศแคนาดา ซึ่งเป็นแหล่งผลิตน้ำมันทรายที่ใหญ่ที่สุด ทรายน้ำมันจะคลุมบริเวณกว่า 75,000 ตารางกิโลเมตร ส่วนที่หนาที่สุด หนาถึง 60 เมตร ในปัจจุบันทำการเปิดเหมืองและขุดลอกขึ้นมาประมาณ 1,000,000 ตันต่อวัน สกัดน้ำมันดิบได้ประมาณ 6,500 เมตริกตันต่อวัน นอกจากนี้ ก็พบที่ประเทศเวเนซูเอล่า ประเทศรัสเซีย เป็นต้น สำหรับแหล่งทรายน้ำมันในประเทศไทยที่พบที่อำเภอฝาง จังหวัดเชียงใหม่ ในบริเวณที่ไม่ห่างจากตำแหน่งที่พบน้ำมันปิโตรเลียมมากนัก
