動(dòng)態(tài)聚煤模式——兼論成煤植物在聚煤環(huán)境中的主導作用

第21卷增刊中國煤炭地質(zhì)Vo.21COAL GEOLOGY OF CHINA文章編號:1674-1803(2009)S1-0006-03動(dòng)態(tài)聚煤模式——兼論成煤植物在聚煤環(huán)境中的主導作用石彥強,邢立杰(中煤地質(zhì)工程總公司北京大地特勘分公司,北京100073)摘要:把泥炭沼澤附屬在其它碎屑環(huán)境上的聚煤模式存在很大的局限性,通過(guò)考查現代植被、泥炭沼澤發(fā)現植物不僅對基底碎屑具有很強的限制作用,而且對環(huán)境水文、氣候也具有很好的調節作用,推斷地質(zhì)歷史中的成煤植物在聚煤環(huán)境中具有主導作用,從而提出了游移于各種沉積環(huán)境之上的動(dòng)態(tài)聚煤模式。關(guān)鍵詞:動(dòng)態(tài)聚煤模式;成煤植物;聚煤環(huán)境;主導作用中圖分類(lèi)號:P618.110.1文獻標識碼:ADynamic Coal-accumulation ModelOn Leading Role of Coal-forming Plants in Coal-accumulating EnvironmentShi Yanqiang, Xing LijieBeijing Dadi Specific Exploration Branch, China Coal Geological Engineering Corporation, Beijing 100073)Abstract: A coal-accumulation model binding the peat bog into the"other clastic environment"has many limitations in fact. Throughmodem vegetation and peat bog investigations have found that plants not only have strong limitations to substrate debris, but also verygood regulatory role on environmental hydrology and climate. It is concluded that coal-forming plants in geologic history have leadingrole in coal-accumulating environment, it follows that the dynamic coal-accumulation model has put forward and it enables peat bogscan vagile over a variety of depositional environments.Keywords: dynamic coal-accumulation model; coal-forming plant; coal-accumulation environment:; leading role1問(wèn)題的提出③在海陸交互相煤系中,煤層直接頂板大多為早些時(shí)候的煤地質(zhì)工作者為了探尋煤層的成海相石灰巖。石灰巖中不僅含有豐富的動(dòng)物化石因,根據煤聚集前的形成環(huán)境,參照現代泥炭的成而且還含有較多炭質(zhì)。這些石灰巖和煤層雖然厚度因,采用將今論古的原理將聚煤環(huán)境作為被動(dòng)因子不是很大但橫向穩定性卻非常好,似乎二者具有互附屬在基底碎屑之上提出了各種各樣的聚煤模式利互惠共生關(guān)系。在以往的研究中常被解釋為快速如三角洲成煤、潮坪成煤、河流湖泊成煤,以至沖積海侵的結果,這樣就成了快速海進(jìn)、慢慢海退的“抽扇緣成煤、碳酸鹽臺地成煤,似乎任何一種環(huán)境都存風(fēng)”式旋回運動(dòng),令人難以置信。在聚煤的可能,隨著(zhù)研究的深入和區域對比發(fā)現以④在含煤旋回中,煤層位于旋回中水深變淺層下問(wèn)題序的頂部和下一次水深變淺層序的底部,似乎缺少①煤層特別是具有工業(yè)價(jià)值的煤層多可以大范另一半水深增加的旋回層序。圍追索,有的甚至可以遍布整個(gè)聚煤盆地。這遠遠⑤在層序地層中,煤層及根土巖常被解釋為低超出了任何一種碎屑沉積環(huán)境的規模,如山西乃至水位期的接近暴露標志可是在其上游卻很少發(fā)現整個(gè)華北地區的太原組及山西組之煤層等。低水位期特征的大面積風(fēng)化剝蝕、深切谷、低位扇等②同一煤層的形成基底,由反映不同水深及水痕跡。動(dòng)力條件的三角洲平原、三角洲前緣、前三角洲瀉湖⑥人們早就注意到了活躍期的碎屑沉積環(huán)境中灣甚至碳酸鹽臺地等多種環(huán)境有規律地組合而的泥炭沼澤,不可能形成具有工業(yè)意義的煤層(如P. Me中國煤化工CNMHG代 okefenokee“障作者簡(jiǎn)介:石強(96-),男山西太谷人,98年畢業(yè)于北京煤壁間海岸平原沼澤”發(fā)現泥炭形成于淡水凸起沼澤媒田地質(zhì)專(zhuān)業(yè),地質(zhì)工磁師,長(cháng)期從事媒炭地質(zhì)與查。中;泥炭層最底部泥炭的年齡比其直接下伏的潟潮貴任編輯:唐錦秀增刊1石彥強,等:動(dòng)態(tài)聚煤模式——兼論成煤植物在聚煤環(huán)境中的主導作用鹽沼沉積物和其外側緊鄰的障壁島砂脊年輕數萬(wàn)植物和微生物作用下形成的;張均(198)研究認為,當最早的綠色植物于35億年前出現時(shí)地殼才有碳⑧郭敏泰等(1992)在研究山西晚古生代沉積環(huán)酸鹽巖沉淀,說(shuō)明植物對碳酸鹽巖沉積具有關(guān)鍵性境與聚煤規律時(shí),提出了盆控型泥炭沼澤聚煤環(huán)境,的促進(jìn)作用。認為山西的下組煤(太原西山8、9號煤,晉東南1522植物對環(huán)境水文具有很好的調節作用號煤)、上組煤(太原西山2、3、4號煤,晉東南3號茂密的植被叢冠、網(wǎng)狀根系和縱橫交錯的植物煤)形成于盆控型泥炭沼澤,其余形成于附屬型泥炭殘骸相互交織在一起,不僅保護了基底碎屑免受侵沼澤;蝕,而且大大阻滯了大氣降水的排泄速度,使河水細⑨全球對比發(fā)現地質(zhì)歷史中的聚煤作用主要分流化緩流化,免除了洪水泛濫災害的發(fā)生。如近些布在幾個(gè)大的聚煤期,表現為明顯的廣泛性、周期年來(lái)長(cháng)江中下游的洪澇災害與上游植被的破壞有直性、階段性。接關(guān)系。植物形成的泥炭沼澤具有很強的持水能力基于以上認識,我們認為在聚煤過(guò)程中似乎還達300%400%,從而對河流起著(zhù)很好調節作用,使有一種無(wú)形的力量在起作用,那就是成煤植物在聚河流汛期洪峰減緩、延后。煤過(guò)程中的主導作用。泥炭沼澤深部泥炭化作用形成大量膠質(zhì)體,可2成煤植物的主導作用視為很好的隔水層,阻止了沼澤水的下滲,減緩了其橫向流速,使沼澤水體能長(cháng)期保持較高的水位;同煤的形成是古植物、古地理、古構造和古氣候聯(lián)樣,植物也可以通過(guò)蒸騰作用把多余的水分很快蒸合作用的結果成煤植物是內因,是成煤泥炭沼澤發(fā)發(fā)掉。展變化的主要原因,這種決定因素不僅表現在自身23規?；l(fā)育的植被系統對區域氣候具有調節作的發(fā)育過(guò)程,而且還表現在對各種外界影響因素的用調節作用。通過(guò)考査現代植被、泥炭沼澤發(fā)現以下規森林、濕地、泥炭沼澤形成的植被系統對暖濕氣流具有一定的吸附作用,調節氣候,增加降雨量,減2.1植物對基底碎屑具有很強的限制作用少暴雨災害的發(fā)生。近些年來(lái),人們都非常關(guān)心植被現代研究表明植被對大氣降水和地表徑流侵蝕破壞對氣候的影響, Henderson- Sellers等對南美巴能量具有很大的減弱或消除作用。它可以改變植株西亞馬孫熱帶雨林變成草原的數值模擬表明,地面底部的土壤性質(zhì)、改善其結構、進(jìn)而降低土壤可蝕粗糙度、土壤含水量以及地面反照率的改變使降水性,增加地表水的入滲能力,從而減輕土壤侵蝕程減少0.5-07mmld,蒸發(fā)和天空云量也明顯減少造度。成地面熱量通量和動(dòng)量通量的異常,直接引起了氣同樣植被對河流沖刷和海浪沖蝕也具有有效的候的變化; Dickinson等對熱帶森林砍伐研究表明,阻礙作用如海南島紅樹(shù)林發(fā)達的根系、茂密的叢冠熱帶雨林被砍伐后對氣候將造成極為嚴重的影響,等對海浪具有壓服作用緩解了海水對岸堤的沖蝕;地面空氣溫度和土壤溫度的異常會(huì )達到4℃-5℃,密密麻麻的網(wǎng)狀根系限制了河流對岸坡的沖刷能降水量的異常達到05-1.0mm/d,這不只發(fā)生在森林力減小了河道決口側向遷移的可能使河流及其砍伐區,在離森林砍伐區比較遠的中高緯度地區也沉積物只能在窄的河道內垂向發(fā)育有明顯的異常;近幾十年來(lái)華北地區的干旱和揚塵、水生植物和微生物及其營(yíng)養的海洋動(dòng)物生成的沙塵暴天氣與早些時(shí)候西北、東北地區過(guò)度放牧燒碳酸鹽沉淀快速形成鈣質(zhì)硬底",可保護基底免受荒墾植導致植被破壞有直接關(guān)系海浪海流的長(cháng)期侵蝕。首先表現為水生植物和微生近來(lái)關(guān)注的北極冰蓋消融和全球海平面上升,物光合利用水體中HCO3和CO2中的C,提高水溶使我們越來(lái)越認識到二氧化碳溫室效應對全球氣候液中的pH值而導致碳酸鹽沉淀;其次為生物通過(guò)影響的重要性。二氧化碳等溫室氣體濃度上升,溫室自身的生理生態(tài)過(guò)程引起的碳酸鹽巖沉積如顆石效應增強,大氣溫度升高引起冰川消融、全球海平藻在藻細胞內的液泡中形成碳酸鹽顆石粒;再則就面上化磁竺沮氣濃度降低,溫室效是生物鈣化作用,在生物細胞內生物通過(guò) Ca+ATP應減中國煤化工高山上的溫度降至酶促使NaC交換和H-Ca交換析出鈣形成生冰點(diǎn)CNMHG全球海平面下降物鈣質(zhì)骨架。( Kirschvink,1992; Hoffman,1998)我們知道,引起另有研究表明即使溶洞中的石鐘乳也是在綠色氧化碳減少的原因主要有兩個(gè):一個(gè)是植物的光中國煤炭地質(zhì)第21卷作用將二氧化碳轉化為有機物(或礦物有機物)并放臨,水體向泥炭沼澤侵人。由于此時(shí)的海岸帶聚集生出氧氣;另一個(gè)原因是二氧化碳形成碳酸鹽巖而沉長(cháng)著(zhù)大量藻類(lèi)等水生植物、漂浮著(zhù)大量植物殘骸,對淀,植物光合作用,吸收大量的二氧化碳,使pH升海浪和潮汐流具有壓制作用,再加上泥炭表層(類(lèi)似高,造成大量二氧化碳以碳酸鹽巖的形式沉淀。于現代海岸紅樹(shù)林)植被的網(wǎng)狀結構對泥炭本身具廖永巖(2007)研究認為,植物廣泛發(fā)育和演化有很好的保護作用,同時(shí)因為植被限制了物源碎屑引起了冰川周期性形成和消融;周期性的冰川形成注入,使很淺的水體也非常清澈,沼澤水體營(yíng)養豐和消融,造成固體地球周期性的膨脹和收縮;固體地富,有利于海洋生物快速大量繁殖,形成碳酸鹽巖沉球的膨脹和收縮,導致地球周期性的構造運動(dòng),以及積在被淹沒(méi)的泥炭層表面能快速形成鈣質(zhì)硬底",地磁場(chǎng)形成和反轉、生物大滅絕、礦床形成、火山噴進(jìn)一步發(fā)育形成橫向穩定的石灰巖頂板,保護下覆發(fā)和地震等地質(zhì)現象周期性地發(fā)生。這充分證明了泥炭層免受后來(lái)海水及突變事件的長(cháng)期侵蝕;同樣植物在地質(zhì)歷史中的主導作用。泥炭表層稠密的植被叢冠阻止了海水的進(jìn)一步深以上事實(shí)均表明,植物及其形成的植被、泥炭沼入,上升的海水對沼澤淡水具有頂托作用,使泥炭沼澤無(wú)論對自身發(fā)育還是對周?chē)h(huán)境都具有一定的主澤能夠持續向上發(fā)育。隨著(zhù)海水(或湖水)進(jìn)一步侵導作用地質(zhì)歷史上曾發(fā)生過(guò)多次聚煤作用。當時(shí)的人,泥炭沼澤逐漸向上游遷移,占據了河流沖積平固碳量比現在高的多的多,可見(jiàn)當時(shí)的植物要比現原、間湖以至沖積扇前緣的廣大區域生成泥炭堆積。在繁盛很多,由此可見(jiàn)地質(zhì)歷史中的成煤植物在聚沼澤河流和潮汐海流攜帶的植物殘體、泥炭碎煤環(huán)境中的主導作用更強,它能夠引導周?chē)h(huán)境因屑,與偶然性風(fēng)暴潮災變事件沖蝕、撕裂的濱海植被素向有利于自身發(fā)育的方向發(fā)展,形成規模宏大的及泥炭層,甚至尚未固結好的石灰巖硬底,運移到盆動(dòng)態(tài)聚煤模式。地更遠的地方沉積下來(lái)(包括分選性沉降沉積)形成3動(dòng)態(tài)聚煤模式評述異地煤,部分沉積于泥炭沼澤附近形成微異地煤。當進(jìn)一步海退事件來(lái)臨,水位下降,上游部分植辯證唯物主義認為事物是在發(fā)展變化的,當發(fā)被泥炭沼澤環(huán)境遭到破壞,物源碎屑再次活躍沖刷展到一定階段就會(huì )發(fā)生質(zhì)的飛躍。并攜帶植物碎屑及盆緣泥炭向盆地內部輸入,由于在構造穩定、適宜的聚煤氣候條件下,成煤植物水動(dòng)力強度有限及盆地內泥炭沼澤植被的限制作首先在平坦的海岸(或湖岸)三角洲平原上、潮汐泥用,碎屑輸入不遠即被中止,由下一期水進(jìn)泥炭沼澤坪上等接近水位的有利地段開(kāi)始發(fā)育形成泥炭沼所覆蓋,形成向陸分岔變薄的煤層組合,如晉東南3澤,然后逐漸擴展橫向連片、縱向延伸進(jìn)一步控制基號煤層向太原西山分叉為2、3、4號煤到大同以北底碎屑發(fā)育調節改善水文及氣候條件使降雨量更(盆地邊緣方向)逐漸變薄尖滅,其間碎屑沉積物中加充沛提高了地下水位泥炭沼澤得以在良性循環(huán)含豐富的植物化石碎片、炭屑及煤紋。在靠近陸源中可持續發(fā)展以至占據整個(gè)盆地沖積平原植被向區顯正粒序,表現為河流體系沉積向盆地方向轉為物源區漫延進(jìn)一步限制碎屑的輸入量,使盆地水體逆粒序全粒序,表現為三角洲體系沉積。只有大的細流化、緩流化、清澈化,碎屑河流只能在很窄的條海(水)退事件才能將碎屑輸入到盆地內更遠的地帶內垂向發(fā)育,形成滋養盆地泥炭沼澤發(fā)育的重要方,以致中止整個(gè)動(dòng)態(tài)泥炭沼澤的發(fā)育。水源。根據程保洲等(1992)研究,這種河流次級環(huán)境如此,在植物的限制作用下,成煤泥炭沼澤隨著(zhù)分化很差河道的側向遷移能力很低,泛濫作用也比海水(或湖水)進(jìn)退而往返運移,形成游移于各種沉較微弱,河道砂體為夾在煤層中的極少分支的窄厚積環(huán)境之上的動(dòng)態(tài)聚煤模式。線(xiàn)狀砂體,寬度一般在1~4km,長(cháng)達16-30km。此時(shí)的泥炭沼澤已基本脫離了物源碎屑侵入的影響,可4新認識形成灰分較低具有工業(yè)價(jià)值的煤層。動(dòng)態(tài)聚煤模式的提出為我們在煤地質(zhì)學(xué)研究中由于物源碎屑得到有效控制,海岸碎屑輸入貧打開(kāi)了一個(gè)新的窗口,提出了一些新的見(jiàn)解和認識乏,海流及潮汐能夠將有限碎屑進(jìn)行充分運移,形成對以往研究中出現的各種問(wèn)題能夠給予更加合理的廣闊平坦的海岸平原。隨著(zhù)海退(或湖退)作用發(fā)生解釋iYH中國煤化工基底環(huán)境廢棄,植被泥炭沼澤逐漸由三角洲平原向古構造、古地理三角洲前緣前三角洲瀉湖海灣推進(jìn)進(jìn)一步占據廢上,由CNMH態(tài)發(fā)育而成;棄的碳酸鹽臺地之上發(fā)育。下一次海侵(或湖泛)來(lái)(下轉第39頁(yè))增刊1劉永彬:大口徑瓦斯排放井套管抗擠強度計算分析大口徑套管延伸應用,為實(shí)際施工提供了一定依據。參考文獻通過(guò)準南礦業(yè)集團顧橋礦、潘三礦、邢臺礦業(yè)集團東李子豐油氣井桿管柱力學(xué)及應用北京:石油工業(yè)出版社龐礦等瓦斯排放井下管作業(yè)實(shí)際運用,驗證了大口2008徑套管抗擠強度計算方法的可行性,這對今后施工凹2李志明殷有泉油水井套管外擠力計算及其力學(xué)基礎M北京:大口徑瓦斯井下管作業(yè)有一定指導性。隨著(zhù)管材加石油工業(yè)出版社,2006工精度的提高和瓦斯排放井下管作業(yè)經(jīng)驗的不斷積因申,李東風(fēng)楊鵬,等套管執強度統計分析研究西安石累,大口徑套管抗擠強度計算方法將得到進(jìn)一步的{杜曉瑞,王桂文鉆井工具手刪北京:石油工業(yè)出版社,20完善和修正。(上接第8頁(yè))②地質(zhì)歷史聚煤期中的植物及其組成的植被系太原組K2石灰巖等。這一發(fā)現使我們對海陸交互相統,對環(huán)境的主控能力要比現在強很多,超越了我們旋回有了一個(gè)更加客觀(guān)的成因解釋。的想像極限,因此用“將今論古”的方法可能不太適⑦煤層主要形成于淡水泥炭沼澤,煤中的黃鐵礦硫形成于前期泥炭沼澤發(fā)育的海岸環(huán)境和后來(lái)海③成煤泥炭沼澤可能局部首先于碎屑環(huán)境之上侵下滲。如沁水煤田西緣沁源、安澤附近太原組9+的有利地段開(kāi)始發(fā)育,而具有工業(yè)價(jià)值的煤層是泥10號煤為K2石灰巖直接下覆,煤層全硫含量為炭沼澤進(jìn)一步發(fā)育延展、限制物源碎屑輸人,自身發(fā)1.65%-7.90%,平均397%;而其下部11號煤層全育而成的。具有可觀(guān)工業(yè)價(jià)值的煤層,多形成于動(dòng)態(tài)硫含量卻很低。其底板為瀉湖相泥巖,頂板為三角洲聚煤模式中的有利地段。前緣相砂質(zhì)泥巖、砂巖,煤層厚0-4.36m,在唐城附④聚煤作用的強度主要取決于動(dòng)態(tài)泥炭沼澤所近有一同生河流沖刷帶,在河流沖刷變薄帶附近,由在盆地部位和海水(湖水)進(jìn)退強度。一般形成于碎于受到海水倒灌影響煤中硫含量明顯增高,最高達屑潮坪之上,終止于三角洲平原之下的動(dòng)態(tài)泥炭沼905%,遠離河道煤層厚度逐漸增加,硫分逐漸降澤,是受海(湖)水和陸源碎屑侵入影響最少的地段,低,距河道3-~5km降到1%以下,最低為046%。煤層發(fā)育最好、遭受破壞最小,是尋找區域富煤帶的總之,這種大規模泥炭沼澤的發(fā)育,是某些地質(zhì)有利部位。如晉東南3號煤層厚5-8m,向河南、江蘇歷史時(shí)期的自然現象,動(dòng)態(tài)聚煤模式的提出可以幫一帶(盆地中心方向)變?yōu)?~2m的二;煤;向太原西助我們正確認識成煤環(huán)境。山分又為2m的2、34號煤,到大同以北(盆地邊緣參考文獻:方向)逐漸變薄尖滅⑤煤層厚度的變化主要是自身發(fā)育的結果局1柴泥炭地學(xué)北京:地質(zhì)出版社190部遭受同生碎屑河流沖刷分叉變薄;有時(shí)與基底環(huán)術(shù)出版社,922]程保洲山西晚古生代沉積環(huán)境與聚煤規律M山西:山西科學(xué)技境關(guān)系不是太大,主要是繼承其遺留的地形(地貌)(3]楊起煤地質(zhì)學(xué)進(jìn)展M北京:科學(xué)出版杜,1987垂向發(fā)育;后期環(huán)境的影響可能會(huì )更大一些,主要表4曹宗異吳相鈺植物生理學(xué)M北京:高等教育出版社1979⑥由于限制了物源碎屑的輸入,海進(jìn)過(guò)程主要張均生物進(jìn)化M北京:北京大學(xué)出版杜聊現在對成煤泥炭層的下切沖刷作用。5]廖永巖地球科學(xué)原理M北京:海洋出版社,2表現為生物碎屑灰巖的垂向加積,形成海陸交互相何學(xué)兆1982-199年我國北方農牧交錯帶植被NDⅥ的變化特征及其與氣候因素的關(guān)系D北京:北京師范大學(xué)資源學(xué)院2004煤系中煤層(或泥炭層)直接頂板石灰巖組合層序?！?曹建華,袁道先,潘根興林玉石,巖溶動(dòng)力系統中的生物作用機其范圍可侵入盆地內部甚至接近盆地邊緣,如山西理初探U地學(xué)前緣2001,1(上接第18頁(yè))3結論參考文獻褐煤加入添加劑后,經(jīng)過(guò)高壓成型炭化可制取]衰三畏中國媒質(zhì)論壇圍]北京:媒數工業(yè)出版社,199型焦,另外褐煤臘的萃取、制煤酸等方法也都已成2武型,有些產(chǎn)品已廣泛用于生產(chǎn)實(shí)踐效果良好?？傊?[張H中國煤化工北京:地質(zhì)出版社CNMHG特征與勘查開(kāi)發(fā)利用褐煤不僅適用于動(dòng)力煤經(jīng)過(guò)成熟的加工工藝,褐煤前景分析門(mén)中國煤田地質(zhì)200719(00的利用前景將會(huì )更廣闊