煤相研究

煤中某些微量元素及其比值(Sr/Ba、F/Cl和 B/Ge ）可以反映其形
成环境中介质的盐度。此外，一些有机地球化学特征（如煤的氯仿 抽提物及族组分）也是判断煤层形成环境的重要标志之一。源自文库
早在上世纪40年代，前苏联学者维达夫斯基在编制顿巴斯煤化学 地质图时提出“灰分指数”的概念，认为此指数可以反映泥炭沼泽介 质的“还原程度”。我国学者曾引用此参数探讨华北太原组与山西组 煤层的沉积环境（赵师庆，1991）。 维达夫斯基提出的“煤灰指数”的含义是：
3）贫养分沼泽
一、煤相的划分依据
按照研究手段的不同，可以把煤层的成因标志划分为煤岩学标 志、古植物学标志、地球化学标志及沉积学标志等四大类（高青海， 2006）。
煤岩学成因标志
煤的岩石成份及其组合取决于形成泥炭的成煤植物种类及其构 成，泥炭堆积环境的Eh值、PH值、盐度和水文特征，泥炭聚积时期
的古气候、古构造运动及古地理环境等诸多因素。
根据煤岩成份及其组合特征可以恢复成煤沼泽的古地理、古气 候、古环境、古植物及古构造运动特征。 煤岩学的标志包括：宏观煤岩类型；显微煤岩组分、显微煤岩 类型及其组合；煤中的同生矿物；煤层的宏观和显微结构.构造标志。
陆地的
浅沼的
微丝煤、微暗煤、 贫孢子体
微镜煤、微亮煤、富孢 子体
湖-浅沼的
湖沼的
微亮煤、微三合煤、富 孢子体
煤层的岩石 类型剖面 岩石成分和 地球化学参 数的演化， 三个向上变
暗的旋回，
S4a到 S4c。
Zk402孔
准东煤田西黑山 矿区西山窑组 Zk401孔
准东煤田西黑山矿区西山窑组
Zk402孔
地球化学标志 煤层及其夹矸的无机地球化学特征是反映煤层成因的良好标志， 如煤与其夹矸中黄铁矿及其形态特征是反映煤层形成于还原环境的 可靠标志之一；煤灰中的Ca/Mg和 CaO/Fe2O3可以较好地反映煤层的 形成环境：受海水影响的煤中Ca/Mg比值较小,CaO/Fe2O3系数则较大；
被广泛的应用于确定沉积环境和煤相的煤岩学研究。 凝胶化指数(GI)是指已经历凝胶化的镜质组和惰性组显微组分与
未经历凝胶化的显微组分的比值，凝胶化指数被认为代表了泥炭形
成早期古泥炭沼泽的水位变化特征和植物遗体遭受凝胶化作用的程 度，高值表明相对高的水位，低值表明相对低的水位。 GI=（镜质组+粗粒体）/（丝质体+半丝质体+碎屑惰性体） 结构保存指数（ TPI）是具有原始植物细胞结构的镜质组和惰性 组显微组分与没有可见细胞结构的显微组分的比值， 结构保存指数 被认为不仅反映了先存物质（木质高于草本），而且描写了降解的 程度。 TPI=（结构镜质体+均质镜质体+丝质体+半丝质体）/（基质 镜质体+碎屑镜质体+粗粒体+碎屑惰性体）
4 陆地
F干燥森林沼泽
1）T（镜质体）＝结构镜质体+均质镜质体； 2）F（丝质体）＝丝质体+半丝质体； 3）D＝（分散组分）＝藻类体+孢子体+碎屑惰性体（Diessel， 1986）；Marchioni和Kalkreuth，1991）
显微组分相图
显微煤岩类型相图
A-微镜煤+微亮煤；B-微中间煤；C-微暗煤+微惰煤 +微矿化煤；D-分流河道；E-半咸水；F-上三角洲； G-下三角洲；H-湖泊
煤的孢粉学研究
例如：Scott 通过对英国北部石炭纪煤系植物群的生态研究，认 为植物群落的分布受沉积环境的控制。他认为当时形成泥炭沼泽的植
物群以石松类为主，在河漫滩以种子蕨为主，并有一些蕨类、楔叶类
和石松植物群生长；曲流河的天然提岸，以各种种子蕨植物为主；芦 木生长在湖泊周围和河流的边滩上；鳞木、芦木生长在滨湖及三角洲。 因此，根据煤层中成煤植物的组成，反演了其形成环境的变化。
虽然 Wynn 煤 层由于高的镜质组 含量而相对光亮， 但是直接在BB3岩 层底部层序边界之 下，惰性组占优势 （大部分为碎屑惰 性体）。 由于新的基准 面上升新的泥炭沼 泽在遭受暴露和侵 蚀的老的泥炭的顶 部重新形成。 零星的硅质颗 粒沿接触面分布，
海侵和海退煤层的岩石学、化学和孢粉学记录
灰分
挥发份
沼泽的发育演化过程。

滨岸沉积 环境，与 岸之间常 有湖湾相 隔

砂岩与浅水泥岩互层，滩砂层数多但薄，坝砂层少 但厚，一般大于几米。 正、反韵律均有，但多以向上变粗的进积序列为主。

河漫沼泽
曲流河的垂向沉积序列
辫状河
辫状河的垂向层序
准东煤田西黑山 矿区西山窑组 Zk401孔
准东煤田西黑山矿区西山窑组
浅沼相（A）＝镜质体A（有结构的）+半丝质体+丝质体；
湖沼-浅沼相（B）＝镜质体B（无结构的）+粗粒体； 湖沼相（C）＝粘土+石英+藻类体+碎屑壳质体+碎屑惰性体+矿物质含
沥青质基质。
D 开阔沼泽
湖沼
75％
湖沼－浅沼 50％
1 （T+F）/D
15％ 浅沼 5％ 潮湿森林沼泽T 4 1 T/F 1/4
5.0 水进 口坝 1.0 水退 0.5 C 陆地
D-1
山麓冲积平原 D-2
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
TPI
Calder等（1991）提出的植被指数（VI）和地下水影响指数
（GWI）指数公式：
VI 结构镜质体 均质镜质体 半丝质体 丝质体 树脂体 木栓体 团块镜质体 基质镜质体 孢子体 角质体 碎屑惰质体 碎屑镜质体 碎屑壳质体
煤的灰分指数＝(SiO2+Al2O3)/Fe2O3+CaO+MgO)。
如果煤灰中SiO2+Al2O3占优势时，反映泥炭沉积时介质的还原性 弱；反之，如果煤灰中Fe2O3+CaO+MgO占优势时，反映泥炭沉积时介质
的还原性强；即煤灰指数越低，还原性越强，煤灰指数越高，还原性
越低。
古植物标志 煤中可辨认的植物残体及煤核植物群的面貌不仅可以反映泥炭沼 泽中成煤植物群属种的组成特征，而且它们生态学的也可以反映成煤 沼泽的一些其它特征（如气候的干湿、覆水的深浅及水介质的盐度等 等）。
煤相平面分布分析
编制煤的灰分含量、硫含量、TPI、GI等参数平面分布图
煤相分析意义
煤层形成机理 煤层对比 煤质分带预测 煤层气研究 层序地层研究
煤层中的层序边界
层序边界位于20 cm 厚的泻湖相页岩到粉砂岩层之下。这一岩层相当于 Archerfield 障壁滩砂岩的向陆沉积。因此，这一岩层代表了海侵体系域的向岸显示。
岩类型的岩石学特征，展示了如何用矿物资料分析煤的形成环境。确定 了3个显微组分组合，分别为浅沼相、湖沼-浅沼相、湖沼相。其中：
浅沼相（A）＝镜质体A（有结构的）+半丝质体+丝质体；
湖沼-浅沼相（B）＝镜质体B（无结构的）+粗粒体； 湖沼相（C）＝粘土+石英+藻类体+碎屑壳质体+碎屑惰性体+矿物质 含沥青质基质。
微量元素 有机标志化合物
矿物
镜/惰
碎镜+碎惰
TPI
GI
Ro%
海退背景 镜质组含量总体 向上减少， 碎屑显微组分占 优势， TPI 非常低， GI 向上减少， Ro向上增加， 矿物质含量向上 减少。 海侵背景
煤岩类型
煤岩成分
镜/惰
Ro%
碎镜+碎惰
TPI
S (WT. %)
氢指数
硫含量和氢指数在 煤层顶部和底部增 高（海水影响）， TPI范围 0.5 -2.8， 向顶部变低； GI、镜质组含量 顶底高； Ro顶底低；
VI表明森林木本亲缘显微组分与草本和水生亲缘显微组分之比率，
GW I
团块镜质体 胶质镜质体 碎屑镜质体原煤灰分或 矿物质 结构镜质体 均质镜质体 基质镜质体
该参数反映沼泽覆水程度，地下水位越高，GWI值越大。 为了便于分析沼泽水体水动力条件， Calder等（ 1991）采用搬运 指数以判别水体活动强度。该项参数反映泥炭沼泽水动力活动强弱，比 值大则水动力活动强。
第三章 煤相分析
“煤相”这一术语是指煤的原始成因类型，它取决于泥炭形成时的环 境。煤相是通过煤的显微组分和矿物含量，通过与煤级无关的某些化学 参数，如硫、氮的含量和镜质组的碳氢比，同时也通过某些结构特征来 表现的。 煤相的因素影响：
1）泥炭的堆积方式（原地堆积的，异地堆积的）；
2）形成泥炭的植物群落； 3）沉积环境（浅沼的、湖沼的、微咸水-咸水的、富含钙质的）； 4）养分供给（富营养的、贫营养的）； 5）pH值、细菌活动性、硫的供给； 6）泥炭的温度 7）氧化还原电位（需氧的、厌氧的）
搬运指数(TI ) 碎屑惰质体 碎屑镜质体 碎屑壳质体 团块镜质体 树脂体 角质体 孢子体 结构镜质体 均质镜质体 基质镜质体 半丝质体 丝质体 粗粒体
Diessel煤相图
Karkreuth等（1991）讨论了加拿大Stellarton盆地McLeod煤层煤
微三合煤、微碳矿质岩、富 孢子体和/或藻类体
浅沼的
湖-浅沼的
湖沼的
微镜煤
微亮煤
微三合煤 富孢子体
微镜煤
微三合煤、微碳矿质岩、富孢 子体和/或藻类体
巴西Santa Rita-Charqucadas 煤田SR1、SR2和SR3煤层形成时期的主要沉积环境
由Diessel (1986)提出的结构保存指数(TPI)和凝胶化指数(GI)已
沼泽类型：
按植物群落划分，可分为： 1）有水生植物的开阔水域； 2）开阔的芦苇沼泽，常常含有苔草； 3）森林沼泽； 4）苔藓沼泽。 按水分的补给来源，可分为：
1）高位沼泽
2）中位沼泽 3）低位沼泽
按水介质的含盐度，可分为： 1）淡水的沼泽 2）半咸水沼泽 3）咸水沼泽 根据养分供给，可分为： 1）富养分沼泽 2）中养分沼泽
树的密度
100 50
湖沼－浅沼
浅沼
下三角洲平原 草沼
10 5.0
湖 泊 海侵 障壁岛后
上三角洲平原
GI
潮湿森林沼泽
树的密度
100 湖沼－浅沼 浅沼
1.0 0.5
海退 干旱森林沼泽 陆地
山麓冲积平原
50
A 下三角洲平原
B-1
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
10
湖泊
上三角洲平原 B-2
TPI GI
沉积学标志 通过煤系地层沉积学的研究，可以提供煤层形成的背景环境并反映 成煤沼泽的演化趋势。特别是煤层顶底板的沉积学特征更是反映煤层形
成前后的古地理、古环境、古气候及古构造等控制聚煤作用发生的一系
列影响因素。煤层中夹矸的沉积学特征则不仅可以反映夹矸独特的成因， 还可以推断聚煤作用过程中所发生的一系列特殊事件，有利于恢复泥炭