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海底的石油和天然气是海洋中的有机物质在合适的环境下演变所产生的。这些有机物质包括陆生和水生的低等植物，死亡后从陆地搬运下来，或被江河冲积下来，同泥砂和其他矿物质一起，在低洼的浅海或陆地上的湖泊中沉积，逐渐使此处淤泥的中形成有机质含量。这种有机淤泥又被新的沉积物覆盖、埋藏起来，造成一种不含氧或含极微量游离氧的还原环境。随着低洼地区的不断下沉、沉积物不断堆积，有机淤泥所承受的压力和温度不断增大，处在还原环境中的有机物质经过复杂的物理、化学变化，慢慢地转化成对人类影响甚大的石油和天然气。经过数百万年漫长时间的万物更迭的交替变化，有机淤泥经过压实和固结作用后，变成沉积岩，并进一步生油岩层。沉积盆地是指沉积物的堆积速率明显大于其周围区域，。
在一定特定时期，沉积岩沉积在像盆一样的海洋或湖泊等低洼地区，并具有较厚沉积物的构造单元，称为沉积盆地。沉积盆地在漫长的地质演变过程中，随着地壳运动抬升，海洋变成陆地，湖盆变成高山，一层层水平状的沉积岩层也跟着发生规模不等的挠曲、褶皱和断裂等形变，从而使掺杂在泥砂之中具有流动性的点滴油气离开它们的原生地带（生油层），经“油气搬家”再集中起来，储集到储油构造当中，形成可供开采的油气矿藏，所以说，这一个个沉积盆地就像是一个个聚宝盆。
在储油构造里，由于油、气、水所占比重不同，因此各自的分布也有不同：气在上部，水在下部，而石油层在中间。储油构造包括油气居住的岩层——储集层；覆盖在储集层之上避免油气向上逸散的保护层——盖层；以及遮挡油气进入后不再跑掉的“墙”——封闭条件。只要能找到储油构造，就不难找到油气藏。油气藏通常是多种类型的油气藏复合出现，我们将多个油气藏的组合称为油气田。
世界上，海洋油气同陆地油气资源一样，分布极为不均。在四大洋及多个近海海域中，波斯湾海域的石油、天然气含量最为丰富，约占总贮量的50%左右；第二位是委内瑞拉的马拉开波湖海域；第三位是北海海域；第四位是墨西哥湾海域；其次是亚太、西非等海域。据中国南海油气资源也有巨大的发展远景，是世界海洋油气主要聚集中心之一。石油和天然气是人们向海洋索取资源的一大重要成果。
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