煤层形成机理浅析
摘要：煤资源在我国一次能源结构中占主导地位，同时煤又是制约我国环境的主要污染源，满足社会对煤能源需求与保护人类生存环境的协调发展，将成为我国含煤沉积学关注的热点。对煤成因的充分了解是合理开发利用煤资源的基础。笔者在大量阅读前人文献的基础上，从成煤条件、环境及成煤作用几个方面分析了煤层的形成机理。
关键词：煤层煤成因成煤环境
0 引言
煤在我国一次能源结构中占主导地位，对我国能源安全致关重要，预计这种格局在新世纪前半叶不会发生根本性变化：虽然被誉为新世纪高效洁净可替代化石能源—煤层气，在我国资源量极为丰富，但其商业性工业开发长期未能获得突破性进展[1]。故煤资源的主导地位极大地影响我国能源与环境的可持续发展进程。深入了解煤的成因，才能够更好的掌握煤的组成、性质和变化规律。
1成煤条件
1.1 成煤的内在因素
煤的种类繁多，各有不同的性质和用途。但是，形成煤的原始物质都是植物，它在自然界同地壳发展史相适应，有漫长的发展过程。从低等菌藻到高级被子植物显示出五个阶段：菌藻植物、苔藓植物、蕨类植物、裸子植物、被子植物。不论是高等植物还是低等植物，主要由以下四类有机化合物组成：碳水化合物，木植素，蛋白质，脂类化合物。植物的各有机组分都在不同的条件下参与了不同的成煤作用，因此，植物是形成煤的原始物质，即成煤的内在因素。
1.2 成煤的外在条件
有了形成煤的内在因素—植物，还需具备一定的外在条件，植物才能够变成煤。首先是要有温暖湿润的气候，适宜的自然地理环境，以保证植物大量繁茂生长；第二是植物遗体堆积的条件，即植物死亡后，必须使遗体保存和聚集起来；第三要有地质作用的配合，主要是地壳的升降运动，不仅创造了植物的生成条件，还使得遗体适时地淹入水中埋于地下，在地球内部压力与温度的作用下转变成煤。
2 成煤环境
泥炭沼泽是沼泽演化的成炭阶段，是现代泥炭和地质历史时期煤层的主要形成环境。前苏联学者在研究顿涅茨煤田时，依据沼泽水动力条件与沉积特点将沼泽划分为充水沼泽、闭流沼泽和泥炭沼泽。MeCabe[2]依据沼泽覆水的补给来源
将沼泽区分为低伏沼泽和凸起沼泽。我国学者对成煤环境类型及成煤环境多样性进行了卓有成效的研究工作，取得了丰硕成果。桑树勋等[3]依据沼泽共生环境，将陆相淡水成煤环境划分为岸后泥炭沼泽、湖滨泥炭沼泽、扇缘泥炭沼泽、三角洲平原泥炭沼泽等微环境。后来刘焕杰等、桑树勋等、陈世悦等又提出了泥炭坪成煤环境类型[4]。泥炭沼泽与泥炭坪是两大基本成煤环境，在海陆过渡古地理格局条件下，泥炭沼泽与泥炭坪在空间上相邻过渡、垂向上共生交替，进一步丰富了成煤环境的多样性[4]。
3 成煤作用理论
1）水退（或海退）成煤
这是传统的成煤作用理论，即“水退成煤模式” 或者“陆相成煤模式”，认为成煤作用发生在一个水进水退旋回中的水退期。比如，沁水盆地山西组煤多为水退成因的煤层。这一理论的关键点是：在陆相或盆地水域退却的条件下，泥炭沼泽发育而成煤。对于“泥炭沼泽”的定位是：既不是水域也不是陆地，沼泽是水域与陆地的过渡环境。在成煤作用过程中，这样的过渡环境是非常关键的。有学者认为，这个过渡的环境在成煤作用发生和盆地演化过程中到底能持续多长时间，这关系到成煤作用的最后结果，那么水域体制将是制约泥炭沼泽发育程度和最终成煤的最关键因素[5]。
2）海侵成煤
水退成煤是成煤的重要作用，但不是唯一的。大量研究表明，地质历史时期有许多重要煤矿床不是在水退时期形成，而是在海侵时期形成[6]，成煤物质从堆积到变质演化，物质发生的交换、化学键的断开、元素的丢失与重组等，不同成煤作用形成的煤其过程和结果都是不同的。对于含煤层序来说，用事件或者灾变的观点分析含煤沉积旋回和成煤作用，可以解释泥炭堆积作用过程中由于水域体制的突发性变化或者非均衡性变化而导致其终止的原因。不过，由于至今对于煤层与深水沉积之间的成因关系没有得到圆满的解释，所以地质历史中深水沉积或者海相沉积直接与煤层接触的现象至今存在争议，没有从成煤作用机制上进行科学的解释。[5]
3）事件性成煤
在不少地区发现海侵组合与煤层具有密切关系，而不少海侵沉积被认为是事件海侵沉积因此，有学者提出了海侵事件成煤作用的观点[5]。基本内容是：海相沉积与煤层的组合受海平面变化周期的控制。海侵开始之初，可能导致在原有暴露的土壤基础上发育泥炭沼泽；这种泥炭沼泽是在陆表海盆地海水退出一个时期后，由于暴露土壤化，或者海水退出不是十分彻底，而是使盆地处于一个浅水但不是一种典型水域的环境，这实际上是一种沼泽环境；由于这种环境持续相当长的时间，植物茁生蔓延，泥炭沼泽又时常受到海水的侵扰，因此泥炭在后来大规模的海侵发生后被保存下来。
参考文献：
[1]叶建平，秦勇，林大杨等.中国煤层气资源[M].江苏徐州：中国矿业大学出版社. 1998. 1 ～229
[2]MeCabe P J. Depositional environments of coal-bearing strata [A].In：Rahmani R A. Flores F R，eds. Sedimentology of coal and coal-Bearing Sequences[C].Internat Associ Sedimentologists Special Paper，1984，7：12～32
[3]桑树勋，陈世悦，刘焕杰.华北晚古生代成煤环境与成煤模式多样性研究[J].地质科学，2001，36（2）：212～221
[4]刘焕杰，桑树勋等. 我国含煤沉积学若干问题及展望[J].沉积学报，2003，21（1）.
[5]李增学，王明镇等.成煤作用与煤岩生气特点分析[J].山东科技大学学报，2005，24（3）.
[6]Diessel C F K. Coal-bearing depositional systems-coalfacies and depositional environrmentals [M]. Springer-Verlag，1992. 461～514.
[7]何起祥，业治铮，张明书，等.受限陆表海的海侵模式[J].沉积学报，1991，9（1）：1～10.
