煤的形成演化及主要聚煤期

煤的形成演化及主要聚煤期

系统的介绍了煤形成的过程、阶段划分，各阶段中所发生的作用的异同及其主控的因素。分析了地质历史上三个主要成煤期，对我国主要聚煤期和聚煤盆地的分布进行了归纳总结。

标签：成煤阶段成煤期分布特征

1引言

煤，一种重要的能源矿产，也是冶金、化工工业的重要原料，与我们的生活密切相关。成书于约2600年前的《山海经》中已经出现了关于煤（石涅）的记载[1]，《天工开物》中更是详细记录了安全采煤的方法（图1）[2]。时至今日，煤依然是我国能源矿产最重要的组成，2012年我国原煤消费量为37.4亿吨，占我国一次性能源消费的68.5%[3]。虽然，采煤和用煤的历史已经有上千年，但是人们一直不清楚煤炭是怎么形成的。随着科技的进步，特别是显微镜的出现，人们终于揭开了这个千古之谜：煤是由植物转变而来的[4]。由低等植物形成的煤称为腐泥煤，在我国俗称“石煤”；由高等植物形成的煤称为腐植煤，因其含有大量的腐植酸而得名。在自然界，腐植煤占绝大多数，目前开采的也主要是腐植煤。

2煤的形成过程

在间冰期，气候温暖湿润非常适合植物生长，形成了大量的泥炭。进入冰期，气候变得干冷，两极冰川融化使海平面上升，泥炭沼泽被沉积物覆盖。随着时间的推移，沉积物越来越多，泥炭被掩埋的越来越深。泥炭上覆该层产生的热量和压力是泥炭中的水逐渐的排出，一些挥发性的气体也逐渐生成，首先产生褐煤，然后逐渐变质成烟煤和无烟煤[5-6]。从植物转变为煤经历了漫长的地质历史，成煤过程可以分成三个的阶段：泥炭化阶段、煤化阶段和变质阶段，期间经历了复杂的生物化学和物理化学作用[7-8]。

2.1 泥炭化阶段

泥炭化阶段：成煤地质时期，由于气候条件适宜，植物种类繁多，生长迅速，它们死后即便有一部分很快腐烂，但仍有许多枝干倒伏后避免了风化作用和细菌、微生物的破坏（图2）。当时森林中不少林地是被水浸泡着的沼泽地，死亡后的植物枝干很快会下沉到稀泥中，那里实际上是一种封闭的还原环境，在这种环境中植物枝干避免了外界的破坏，并在压实作用和其它作用下缓慢地演变成泥炭。通常认为，泥炭化过程的生物化学变化大致可以分为两个阶段：第一阶段，植物残骸中的有机化合物经过氧化分解、水解，转化成简单的化合物；第二阶段，分解产物相互作用，进一步合成新的较稳定的有机化合物[8]。

2.2煤化作用阶段

煤化作用（亦称成岩作用）指的是当泥炭被沉积物覆盖形成顶板后，便成了完全封闭的环境，细菌作用逐渐停止，泥炭开始压缩、脱水而胶结，碳的含量进一步增加，过渡成为褐煤。褐煤颜色为褐色或近于黑色，光泽暗淡，基本上不见有机物残体，质地较泥炭致密，用火柴可以引燃，有烟。在此过程中，化学作用和物理作用控制了整个进程。化学煤化作用主要使泥炭化作用产物的分子侧链上的亲水官能团和环氧数目不断的减少，形成各种挥发性的产物，碳含量增加，氧和水含量减少[10]；物理煤化作用主要使泥炭化过程中未分解的木质纤维组织变成腐殖酸、腐殖质，使已形成的腐殖酸和腐殖质变成凝胶化组分[7]。

2.3变质阶段

褐煤是在低温和低压下形成的。如果褐煤埋藏在地下较深位置时，就会受到高温高压的作用，使褐煤的化学成分发生变化，主要是水分和挥发成分减少，含碳量相对增加；在物理性质上也发生改变，主要是密度、比重、光泽和硬度增加，而成为烟煤。这种作用是煤的变质作用。烟煤颜色为黑色，有光泽，致密状，用蜡烛可以引燃，火焰明亮，有烟。烟煤进一步变质，成为无烟煤。无烟煤颜色为黑色，质地坚硬，有光泽，用蜡烛不能引燃，燃烧无烟[7-8，11]。

3 主要成煤期

从理论上说，几乎所有的植物遗体只要具备成煤的条件，都可以转化成煤。但是，纵观整个地质历史仅有几次大的造煤时期，这是由于当时特定的古地理、古气候、古植物条件决定的。全球范围内有三个大的成煤期：

（1）古生代的石炭纪和二叠纪：距今约3.6-2.5亿年，成煤植物主要是孢子植物，煤种多为烟煤和无烟煤。在我国的石炭-二叠纪是最早和最重要的聚煤时期，在我国的华北和华南地区分布着广泛的聚煤盆地和含煤地层，地层分布稳定，煤层煤质好，形成了我国重要的煤炭开发基地，我国著名的鄂尔多斯盆地、华北盆地、华南盆地等（图4）[7，13]。

（2）中生代的侏罗纪和白垩纪，距今约2.0亿-6600万年成煤植物主要是裸子植物，主要煤种为褐煤和烟煤。在我国，侏罗纪是最为重要的聚煤时期，特别是我国西部地区，侏罗系煤炭储量占我国煤炭总储量的60%左右（图4）[7，13]。

（3）新生代的古近纪和新近纪：距今约6600-260万年成煤植物主要是被子植物。主要煤种为褐煤，其次为泥炭，也有部分年轻烟煤。在我国东北的抚顺、云南东北部都发育着巨厚层的煤层（如图4）[7，13]。

*国家重点基础研究发展计划（2014CB238902），教育部创新团队发展计划（IRT13099）

参考文献

[1]http：///showsec.asp？News_Id=71

[2]宋应星，天工开物[M]，1627.

[4 Stach，E.，Mackowsky，M-Th.，Teichmuller，M.，Taylor，G.H.，Chandra，D.，Teichmuller，R.，（Eds.）. Coal Petrology [M]. Gebruder Borntraeger （Berlin-Stuttgart），1982.

[3]BP. BP Statistical Review of World Energy June 2013 [M]. http：///en/global/corporate/about-bp/statistical-review-of-world-energy-2013. html，2013.

[5]http：//.au/education/fact_sheets/coal.html

[6]http：///coal/what-is-coal/

[7]韓德馨，杨起主编. 中国煤田地质学（下册）[M].北京：煤炭工业出版社，1980.

[8]李增学，魏久传，刘莹编著. 煤地质学[M]. 北京，地质出版社，2005.

[19]http：///kepu/show-4613-1.html

[10]http：///KGS/coal/coalform.htm

[11]http：///2010/04/ coal -formation.html

[12]Teichmüller，M.，Teichmüller，R.. Diagenesis of Coal （Coalification）[M]. Developments in Sedimentology，25：207-246，1979.

[13]中国煤田地质总局. 中国含煤盆地演化和聚煤规律[M]. 北京：煤炭工业出版社，1997.

[14]DAI，S.，REN， D.，CHOU， C.-L.，FINKELMAN，R.B.，SEREDIN，V.V.，ZHOU，Y. Geochemistry of trace elements in Chinese coals：a review of abundances，genetic types，impacts on human health，and industrial utilization[J]. International Journal of Coal Geology，2012，94：3-21.