不同成煤環境下生成煤的地球化學特征

■　吳夏婷

（長江大學地球環境與水資源學院湖北武漢434000）

不同成煤環境下生成煤的地球化學特征

■吳夏婷

（長江大學地球環境與水資源學院湖北武漢434000）

煤的成因環境可以分為海相和陸相，隨著煤的生成環境，其對于的地化化學特征明顯不同。因此，本文從兩個環境分析，強調了Pr/Ph對環境的指示作用。

煤環境地球化學

1　海相與陸相腐殖煤地球化學特征

海相煤具有如下識別標志:煤巖組成以鏡質組為主,殼質組相對豐富,惰質組貧乏;鏡質組以基質鏡質體和團塊鏡質體豐富為特征,不僅基質鏡質體富氫,部分結構鏡質體和均質鏡質體也顯著富氫;殼質體以角質體、根皮體、藻類體、瀝青質體相對豐富,孢子體稀少為特征;惰質體以半絲質體、粗粒體豐富為特征,貧絲質體。礦物質以富高嶺石、黃鐵礦為特征,灰成分指數與較強-中還原型煤相當。煤的揮發份產率和氫碳原子比偏高,有機碳相對偏低,氧、硫相對偏高。煤的硫分較高,一般為高硫煤,黃鐵礦為硫的主要賦存形態。無機地球化學特征為富Ca、Mg、Na、Fe、Mn、Zn、B、S r、P、Cl等親海元素;有機地球化學以可溶物飽和烴主峰碳數低、OEP值小、C21-/C22+值接近、(C21+C22)/(C28+C29)值極高為特征。煤層層位區域穩定,但厚度變化大,分岔、變薄、尖滅現象明顯;煤層結構復雜。

陸相腐植煤具有如下識別標志:煤巖組成以鏡質組為主,惰質組相對豐富并常獨立成層,殼質組一般貧乏;鏡質組以結構鏡質體豐富為特征,貧富氫鏡質體;殼質體以孢子體、角質體為多,樹脂體常見;惰質體以火焚絲質體、碎屑絲質體豐富為特征。礦物質以富高嶺石、菱鐵礦為特征,灰成分指數與弱還原型煤相當。煤的揮發份產率和氫碳原子比較低,有機碳相對偏高,氧、硫相對偏低。煤的硫分較低,一般為低-特低硫煤,有機硫為硫的主要賦存形態。無機地球化學特征為富Al、V、Cr、Y、Cu、Pb、Ba、T h、La、Ce等親陸元素;有機地球化學以可溶物飽和烴主峰碳數高、OEP值大、C21-/C22+值大、(C21+C22)/(C28+C29)值低為特征。煤層層位區域上多有明顯變化,厚度常因沖刷而突變,小范圍內煤層出現分岔、變薄、尖滅現象;煤層結構簡單或較簡單。

2　姥鮫烷和植烷在煤中的分布

類異戊二烯烴廣泛存在于煤和石油中,其中姥鮫烷和植烷的豐度最高,在煤中分布更為普遍。在所分析測試的樣品中均可檢出Pr 和Ph,從泥煤到無煙煤無一例外。從不同煤化程度煤的飽和烴氣相色譜圖中可以清楚地看到Pr和Ph的分布情況及其相對豐度。一般認為,葉綠素是Pr和Ph的母質來源,它們在以植物為母質的煤中廣泛分布就是理所當然的了。在上述成煤環境下可以生成不同地球化學特征的煤，其中姥鮫烷和植烷的比值有明顯差異，一種是高姥植比腐殖煤，另一種是低姥植比腐殖煤。然而一般情況下陸相生成的煤都是高姥植比的，但是通過實際研究某些地區存在低姥植比的腐殖煤。

3　Pr/Ph(姥植比)的地球化學意義

姥植比（Pr/Ph）是有機地化研究中常用來判識有機質古環境的氧化還原程度有意義的參數。由于姥鮫烷是氧化環境產物，而植烷則是還原環境產物，因而Pr/Ph＞1.0，且該值越高其成烴古環境氧化程度越高，同時表明古環境水體越淺（沼澤、濕地、海陸交互相等），常稱之為姥鮫烷優勢。我國侏羅系的成烴古環境，尤其是侏羅紀煤系地層的古環境形成的有機質中有異常高的姥鮫烷優勢。Pr/Ph＜1.0，且該值越低其成烴古環境還原程度越強，同時表明古環境水體深（淡水、咸水湖相和海相），稱之為植烷優勢。

4　Pr/Ph值與煤化程度的關系

通過不同煤化程度煤樣的分析測試證實,煤中Pr和Ph的豐度以及Pr/Ph值的變化與煤的煤化程度關系密切。表1資料表明,煤Pr/Ph值的大小主要受煤化程度的控制,即隨變質程度的增高,Pr/ Ph值呈現出由小到大,再由大變小的變化規律。泥煤的Pr/Ph值最小,全國21個省市自治區近100個樣品的分析數據均在0.5以下;褐煤的Pr/Ph值介于0.5一1之間;長焰煤和氣煤階段Pr/Ph值急劇增加,一般為4一6,最高可達7以上;與氣煤變質程度接近的弱粘煤和不粘煤,其Pr/Ph值亦較高,可達2.5一4;肥煤階段Pr/Ph值有所下降,一般在2左右;焦煤的Pr/Ph值一般大于1,為1一1.5之間,亦有小于1者;瘦煤、貧煤的Pr/Ph值都小于1,一般為0.5一1之間;無煙煤的Pr/Ph值多數在0.5左右。煤的鏡質組反射率R。是反映煤化程度的最主要參數。

5　不同沉積環境對煤的Pr/Ph的影響

如前所述,由于Pr/Ph值主要受煤化程度的影響,因而在討論環境對Pr/Ph的影響時,必須在煤化程度相近的煤之間進行才有可比性。在相同煤化程度條件下,環境對Pr/Ph值的影響是明顯的。研究認為,Pr和Ph是由葉綠素的植醇側鏈經過一系列的生物化學作用衍生而來。在相對還原的條件下,植醇發生還原加氫作用,后經脫水形成植烷;而在相對氧化條件下,植醇發生氧化,再經脫羧基而轉化為姥鮫烷。因此,在還原條件下,植烷豐度較高,而在氧化環境下,姥鮫烷的豐度較高。例如在強還原的鹽湖相沉積的原油中,具有明顯的植烷優勢,Pr/Ph值遠遠小于1。與成油環境相比,成煤環境具有弱氧化條件,因而具有姥鮫烷優勢,達到一定的演化階段后Pr/ Ph值常可遠遠大于1。就成煤環境而言,亦有相對還原與相對氧化之分。含煤巖系沉積環境為海陸交互相時,具相對還原條件;而含煤巖系沉積環境為陸相時,具有相對氧化條件,其Pr/Ph值亦有差別。例如華北石炭二疊紀煤田,太原組為海陸交互相,山西組為陸相,在煤級相同的情況下,山西組煤的Pr/Ph值比太原組煤的Pr/Ph值高。

[1]孟仟祥生物標志化合物在有機地球化學中的應用.地球化學.2010.9

[2]孟仟祥,徐永昌,沈平.柴達木盆地石炭系烴源巖和煤巖生物標志物特征及其地球化學意義.2004,12:22-4

P183[文獻碼]B

1000-405X（2016）-3-367-1