成煤沼澤即古代泥炭沼澤的沉積環境。它可通過煤相分析來恢復。煤體形態、延伸方向、煤的成因類型和煤岩類型以及灰分、硫分的變化等，主要取決於沼澤的範圍、覆水深度、與周圍水系的連通情況和介質酸度、氧化還原電位等。用比較沉積學的思路和方法，通過對現代泥炭沼澤的實際調查，來模擬古代煤層沉積環境，是研究煤體形態和煤相、預測煤質空間變化的途徑。
基本介紹
- 中文名：煤層沉積環境
- 外文名：coal depositional environment
- 學科：煤地質學
- 定義：古代泥炭沼澤的沉積環境
- 研究方法：煤相分析
- 類型：高位、低位泥炭堆積環境
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介紹
J. R. 斯托布(J. R. Staub)、J. S. 埃斯特麗 (J. S. Esterle) 和A. D. 柯漢 (A. D. Cohen)等，在研究不同類型現代泥炭沼澤的分布範圍、水源補給、植物群落、介質酸度、還原條件和泥炭特徵、形成年代、厚度變化的基礎上，模擬了美國阿巴拉契亞煤田石炭紀賓夕法尼亞系某些煤層的沉積環境，發現該煤田煤層垂向煤岩類型的變化，反映了一個泥炭沼澤形成演化的全過程。同一煤層內煤岩組分和灰分、硫含量的變化，不亞於不同煤層之間的變化。某煤層的分布範圍代表成煤沼澤的大致範圍。煤體形態呈透鏡體狀，煤層中央厚，向周緣變薄，由於覆水加深，出現暗淡煤和燭煤。煤體表層5～10cm內，煤的灰分增高到15%，而煤體中部光亮煤的灰分僅2%～5%。這是由於該沼澤在泥炭堆積後期被含氧的水所淹沒，表層的泥炭被氧化分解，孢粉體相對集中所致。原煤灰分和有機質中的惰性組分，均有隨煤層厚度變薄而增加的趨勢。其煤層沉積環境，與現代馬來西亞東部沙撈越(Sarawak)海岸地區的高位沼澤 (raised bog) 相似。
高位沼澤泥炭堆積環境
沼澤表面高於地下水潛水面，其泥炭層的厚度及灰分的分布很有規律。沙撈越高位沼澤地處現代赤道炎熱潮濕氣候帶，雨量豐沛，以棕櫚樹為主的植物群落的遺體傾倒堆積，形成凸于海平面以上的高位沼澤(圖1)。泥炭層的厚度在沼澤中部達30m，沼澤中水介質酸度大，pH值為4。泥炭的灰分向沼澤邊緣增高。惰性組分也有相似的變化規律。表明自沼澤中心向沼澤邊緣深覆水區，泥炭層厚度逐漸變薄，泥炭的灰分增加，出現粘土夾層。沼澤邊緣有時有活動的三角洲分流河道通過，由於高位沼澤水主要由大氣降水補給，沼澤水面高于海平面和河流水面，因而碎屑物不易被帶入沼澤，泥炭的灰分僅為0.5%～6.5%，硫分也較低。砂質沉積物僅充填於水道內，剖面上形成疊置砂體，橫向與越岸細碎屑物和低灰泥炭相過渡。
低位沼澤泥炭堆積環境
沼澤表面低於地下水潛水面，沼澤水由地下水補給為主，沉積環境比較複雜。美國喬治亞州東南大西洋海岸平原上的奧基凡諾基沼澤 (Okefenokee swamp) 即為低位沼澤。該沼澤位於更新世古障壁砂脊之西側，東距大西洋現代海岸約100km。沼澤南北長約140km，東西寬90餘公里，堆積的泥炭層厚達5.9m(據Cohen)，一般厚2～4m(據Staub)，底部最老的泥炭年齡距今約7000年。樹沼分布區海拔28m，以喬木植物為主，包括柏樹(Cypress，Taxodium distichum)、月桂樹(Persea borbonia等)、桉樹(Nyssa ssp.)等。樹木高大(30～40m)，具板狀根;灌木十分發育; 草沼以漂浮的水生植物為主，包括睡蓮、苔草、泥炭蘚、食昆蟲草等。沼澤覆水程度西淺東深，喬木類多分布在西側，深水部位還有魚類(Bleegillfish)。沼澤地形十分平坦，介質的酸度大，(pH值)為4～7。
奧基凡諾基沼澤的底部普遍分布著一層富含惰性組和海綿骨針的泥炭層，說明早期富氧水對泥炭有所分解破壞，向上為均質的睡蓮泥炭、落羽杉泥炭。前者植物組織保存較好，後者分解程度高，富惰質組。這類沼澤中，泥炭的灰分和硫分變化均無一定規律。沼澤內有小的溪流，基本不攜帶泥砂，水流速度慢，僅為2km/h。1960年，該沼澤失火後局部下陷成小湖，其內泥炭基本未保存。
美國南部的狄斯莫沼澤(Dismal swamp)，與奧基凡諾基沼澤相似，均發育在砂質沉積物之上，而美國佛羅里達州的埃佛格拉德斯沼澤(Everglades)，則發育在碳酸鹽沉積物之上 (圖2)，均屬低位沼澤。
美國東部南卡羅來納州的斯納格迪 (Snuggedy)沼澤，形成於距現代障壁島有一定距離的河口灣內，潮道雖帶入半鹹水，但以喬木類(Cypress)為主的森林沼澤高於潮道的水面，泥炭堆積情況介於高位沼澤和低位沼澤之間，可以認為是中位沼澤的典型實例。其泥炭的灰分和有機質中的惰性組分，均有隨煤層厚度變薄而增加的變化規律。
沼澤的深水部位，往往還能形成一種漂浮沼澤(floating battery)，是深水部位已埋藏泥炭分解出的甲烷氣體向泥炭表層集聚，並將表層泥炭逐漸頂起，終至脫離已形成的泥炭層而漂浮移動。漂浮泥炭難形成有工業價值的煤層，不能與低位沼澤和高位沼澤相提並論，只是沼澤中的一種特殊情況。
泥炭沼澤環境演化的控制因素
煤層與下伏沉積物之間可以是連續沉積的，也可以存在間斷。下伏沉積物，為泥炭沼澤的形成提供了底盤格架。古地形對泥炭層的形態和厚度的原生變化甚至初始煤相也都會有一定的影響。
沼澤中泥炭堆積的厚度，受控於構造沉降、水位和植物殘體供給速度。①當植物堆積速度與沼澤底盤沉降速度或水位上升速度能長期保持一致時，泥炭層便不斷增厚。②當水位下降時，已沉積的泥炭會發生降解，受到破壞，甚至無法保存。③如果水位上升速度超過了植物堆積速度，沼澤即被淹沒，泥炭堆積作用也就停止。地史上得以保存下來的煤層，大都是成煤沼澤因水位上升或構造沉降被水淹沒的結果。常見的煤層頂板往往是含動物化石的海相灰岩、泥質岩或含植物化石的湖相泥岩等。
沼澤類型在空間上是逐漸過渡的，隨沼澤覆水程度不同而變化。沼澤覆水程度又受氣候、海平面變化和海水進退的控制。泥炭類型的垂向變化反映了沼澤類型的演化。
