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关于石油的成因，目前大多数人主张有机生成说。古代低等动植物(其中以繁殖量最大的浮游生物为主)，同泥沙一起在低洼的浅海、海湾或湖泊中沉积下来，首先形成有机淤泥。这种有机淤泥被新的沉积物所覆盖，造成与空气隔绝的环境。随着低洼地区泥沙的不断沉降，沉积物不断加厚，有机淤泥承受的压力和温度也不断加大，在嫌气细菌、温度、压力等因素的作用下。逐渐变成分散的油滴，这些油滴在压力作用下逐渐移到多孔隙的储油岩层(沙岩和砾岩)中，并聚集在一定的地质构造(如穹隆构造)之中，这就形成了油田。
天然气是储存于地下多孔岩石或石油中的可燃气体，它的成因与石油的成因相似。由于它比石油轻，所以常位于石油的上部。
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