成煤沉積環境

地殼上有泥炭沼澤發育的地貌單元。煤由堆積在沼澤中的植物遺體轉變而成。適於植物遺體堆積並轉變為泥炭的場所是沼澤。沼澤是被水飽和著的土壤區﹐長年或季節性地被水所覆蓋﹐表面和周圍有植物生長﹐當沼澤中堆積了一定厚度的泥炭層時稱為泥炭沼澤。適於泥炭沼澤發育的沉積環境﹐如海濱或湖泊沿岸﹑三角洲平原﹑沖積平原﹑沖積扇前緣等。

基本介紹

• 中文名：成煤沉積環境
• 外文名：Coal forming environment
• 實例：海濱或湖泊沿岸
• 特點：沼澤發育
• 學科：煤炭地質學
• 定義：有泥炭沼澤發育的地貌單元

沼澤類型

根據水源補給條件﹐沼澤可分為低位沼澤和高位沼澤。由地下水補給的低位沼澤﹐含豐富的礦物質﹐有3種基本類型﹕樹沼或森林沼澤﹐一般為淡水﹐覆水淺﹐有高大喬木和灌木共生﹐因植物生長繁茂﹐遺體大量堆積﹐易形成厚的泥炭層。草沼﹐覆水略深﹐有水生植物和草類生長﹐一般為低位沼澤﹐分布在海岸附近的為鹹水至半鹹水﹐內陸環境的為淡水。漂浮沼澤﹐分布於湖泊或沼澤中的開闊水域﹐是低位沼澤深覆水區頂部的特殊沼澤類型。漂浮沼澤的表面幾乎全被沉水植物﹑特別是菅茅和草類覆蓋﹐有薄泥炭層形成並浮於水面﹐植物根可穿透泥炭層﹐又稱沼澤湖或顫沼。此外﹐某些低位沼澤以占優勢的植物群落命名﹐如分布在海岸潮間帶半鹹水的紅樹林沼澤﹔淡水﹑酸性土壤﹑有泥炭蘚\和菅茅生長的泥炭蘚沼澤﹔淡水﹑鹼性土壤﹑以蘆葦為主的蘆葦沼澤等。

高位沼澤的地貌景觀不同於低位沼澤﹐中心凸起呈圓盤狀﹐周緣地勢較低﹐常由低位沼澤演化而成。沼澤地區地下水面略低於這類沼澤的表面﹐由大氣降水補給﹐缺乏礦物質補充﹐因此沼澤發育後期植物矮化﹑屬種單調。如潛水面不發生變化﹐沼澤環境難以長期持續。

當氣候或構造等因素引起沼澤水面或地下水潛水面發生變化時﹐上述不同沼澤類型可以發生互相轉化﹐尤其是低位沼澤發育到晚期﹐常演化成高位沼澤。不同沼澤類型形成不同煤岩類型的煤。

成煤沉積環境模式

發育在濱海平原﹑三角洲平原﹑沖積平原等不同沉積環境中的沼澤﹐其空間分布﹑水介質條件﹑植被類型和泥炭堆積持續時間等不同﹐所形成的泥炭層轉變成煤後﹐無論在煤層厚度﹑含夾矸情況﹑煤體空間分布形態和煤的礦物質含量﹑煤岩類型等均有差異。

20世紀10～30年代﹐J.A.厄登(1912)﹑J.M.威勒爾(1930)和H.R.旺勒斯與威勒爾(1932)﹐先後在美國伊利諾伊盆地賓夕法尼亞系的海陸交替相煤系中﹐辨認出向上變粗和向上變細兩種不同的岩石垂向層序﹐並將其在剖面中的重複出現稱為旋迴結構﹐認為由海水進退和地殼振湯運動引起(見含煤岩系)。成煤沉積環境主要有以下幾種。

三角洲海岸成煤沉積環境

60年代以來﹐隨著密西 西比河現代三角洲沉積作用研究的進展﹐J.C.弗姆和E.G.威廉士(1963)用三角洲沉積作用的過程解釋上述煤系旋迴結構的成因。弗姆(1974﹑1975)﹑J.C.霍恩和弗姆(1978)以現代密西西比河的沉積作用和海岸沼澤的分布與美國東部石炭紀煤系的沉積環境進行模擬對比﹐發現許多煤層的參數﹐如厚度﹑橫向穩定性﹑頂底板岩性﹑硫和痕量元素含量﹑灰分等﹐都與泥炭堆積時的沉積環境及同生構造的控制有關﹐總結出了從障壁島-下三角洲平原-上三角洲平原-沖積平原的成煤沉積環境模式。其中﹐障壁島後沼澤形成的煤層薄﹐含硫高﹐煤層沿障壁沙壩走向延伸﹔下三角洲平原的成煤沼澤順分流河道兩側的天然堤發育﹐形成的煤層沿沉積傾向連續﹐走向不連續﹐煤層薄﹐常見泥質夾層﹔上三角洲平原至河流沖積平原的泥炭堆積在河道兩側的氾濫盆地中﹐煤層呈透鏡體狀﹐橫向連續性差﹐常為低硫煤﹔上﹑下三角洲平原過渡帶泥炭層發育在分流間灣被決口沉積物充填而成的廣闊平台上﹐煤層厚度穩定﹐橫向連續性也好。此外﹐沉積速度快的阿巴拉契亞南部﹐煤層穩定性差﹐含硫低﹔北部沉降速度慢﹐煤系厚度小﹐煤層分布穩定﹐含硫高。弗姆和G.A.懷森弗魯(1989)指出﹐向上變粗垂直層序厚度的差異主要是由於盆地深部同沉積斷裂活動引起。基底沉降幅度較大的一側(下降盤)在地表造成負地形﹐易形成疊置的河流沙體﹔而相對沉降較緩的一側(上升盤)則易形成較厚的煤層﹐厚煤層向疊置的河流砂體的方向分叉﹑變薄以至尖滅。

A.C.唐納森(1974)根據淺水三角洲與深水三角洲沙體幾何形態的不同﹐將美國西維吉尼亞晚石炭世煤系的沉積環境與現代河流作用占優勢﹑淺\水的瓜達羅普三角洲對比﹐認為在廢棄的淺水三角洲朵體的沙質平台上成煤環境頗佳。與深水三角洲不同﹐淺\水三角洲的前三角洲泥質沉積相和三角洲前緣沙質﹑粉沙質沉積相厚度一般不大﹐而以三角洲平原相占優勢﹐成煤的泥炭沼澤相是三角洲平原沿積的組成部分﹐因此﹐淺水三角洲模式與成煤作用關係更為密切。中國華北南部晚古生代石盒子群的成煤環境屬此類型。

非三角洲碎屑海岸成煤沉積環境

非三角洲環境的濱海平原也是沼澤發育的有利場所。障壁島後潟湖潮坪上發育的泥炭層薄﹐含硫高的情況僅限於小潮海岸(潮差小於2米)﹐因障壁島連續性好﹐潟湖水體深﹐水域面積大﹐環境比較閉塞。中潮海岸(潮差介於2～4米之間)障壁島往往被入潮口切割而不連續﹐潟湖水域小而淺﹐封閉性差﹐潮道﹑潮坪大面積發育﹐在潮坪沙泥互層沉積物上發育的成煤沼澤面積廣﹐障壁沙壩阻擋了海水的侵襲﹐因而可以形成厚的低硫煤。華北南部山西組的主要煤層即形成於中潮海岸障壁後潮坪﹑潮道沉積物形成的濱海平原上。

碳酸鹽海岸成煤沉積環境

碳酸鹽海岸也有成煤作用發生﹐典型實例為廣西合山上二疊統的煤系﹐碳酸鹽岩在煤系中占絕對優勢﹐僅煤層底板有含植物根系的泥岩存在﹐泥岩中甚至含腕足類等淺海動物化石碎片。煤層厚度不大﹐橫向穩定﹐煤質含硫高。

河流成煤沉積環境

一般認為河流沉積物有 3種相模式﹕辮狀河模式﹐河道淺而寬﹐橫向擺動頻繁﹐保存下來的常是洪水期粗碎屑沉積物﹐不利於成煤沼澤的發育﹔曲流河模式﹐河道彎度大﹐兩側的漫灘沼澤﹑牛軛湖是有利的成煤場所﹐但形成的煤層橫向連續性差﹐網結河模式﹐河道被分支河道間富泥質的植被島所限﹐不易發生橫向擺動﹐泥炭得以在植物島內持續堆積﹐但橫向被砂質河道充填物所截切﹐成煤環境多與中部凸起的高位沼澤有關。與河流環境有關的煤均為低硫煤。

沖積扇﹑扇三角洲成煤沉積環境 與沖積扇和扇三角洲有關的成煤沼澤常見於斷陷盆地近邊部﹐沿扇前地下水溢出帶發育。由於盆緣同沉積斷裂的活動﹐厚煤層自盆內向盆緣同沉積斷裂方向分叉變薄﹐煤質含硫也低﹐但灰分相對偏高。

湖泊－湖三角洲成煤沉積環境

與大型湖泊－湖三角洲環境有關的煤﹐形成於湖三角洲被廢棄的朵體或湖灣被決口沉積物充填的淺水平台上。與陸表海相似的大型湖泊常分布在波狀坳陷的構造背景下﹐水域面積可以相當大﹐但一般不深﹐容易被多源河流帶來的沉積物充填淤淺\而沼澤化成煤﹐因淡水介質﹐形成的煤含硫低﹐如鄂爾多斯中侏羅世早期湖三角洲平原和湖濱平原﹐形成低灰﹑低硫﹑低磷﹑高發熱量﹑儲量巨大的優質煤﹐向深水區過渡煤層變薄﹐尖滅﹐煤質灰分和硫分也相應增加。

斷陷成因的湖泊經常為窄長形﹐沿斷裂走向發育﹐水深可達數十至數百米﹐當被沖積扇碎屑物充填淤淺後﹐在扇三角洲朵體之間或廢棄的扇三角洲朵體之上始有成煤作用發生。中國東北晚中生代以阜新﹑霍林河等為代表的煤盆地屬這種類型﹐經常有厚和巨厚煤層發育﹐但橫向穩定性較差﹐煤質含硫低﹐灰分一般偏高。中國南方一些第三紀煤盆地如昭通﹑百色等多屬這種類型。

侵蝕成因的小型湖泊被沉積物充填﹐容易整體淤淺成煤﹐形成的煤層範圍一般不大﹐如中國南方某些晚第三紀煤盆地。