地面下較深處的煤，在正常地溫和上覆岩系靜壓力的影響下發生的變質作用。煤深成變質作用在各種煤變質類型中對煤影響範圍最廣，具有普遍性，又稱煤區域變質作用。由於它主要是以地溫為熱源，因而亦稱煤地熱變質作用或煤正常變質作用。
基本介紹
- 中文名：煤深成變質作用
- 外文名：deep burial metamorphism of coal
- 學科：煤地質學
- 別稱：煤區域變質作用
- 熱源：地溫
地溫來源,深成變質煤的分帶,上覆岩系厚度對煤深成變質作用的影響,煤深成變質與褶皺的關係,
地溫來源
煤深成變質作用的地溫來源於原始地球殘餘熱、化學反應熱、重物質位移熱以及放射性元素蛻變熱等。地殼各處的地溫是不同的，洋脊、裂谷帶、島弧、中新生代造山帶以及現代火山區等，是地殼上可能的高地溫區;板塊俯衝帶的地溫較低;不同構造單元之間的地溫有差異，同一構造單元上的地溫也有變化，隆起區的地溫高於坳陷區。各地區的地溫梯度不同，中國開灤的地溫梯度為1～2℃/100m，淮北為2.1～2.6℃/100m，撫順為3.6～4.57℃/100m。這就必然導致各地區煤變質梯度的差異。可以推斷，地史上也必然有類似的情況，而且隨著時間的演變，同一地點的地溫梯度和變質梯度也不會一成不變。
深成變質煤的分帶
由於含煤岩系下部煤層或煤組經受的溫度和壓力大於上部，因而下部煤的變質程度也高於上部。這種煤變質依沉降深度而呈現的規律性變化，即煤變質的垂直分帶是希爾特規律的體現。圖1為單煤層的變質分帶示意圖，圖2為多層煤的變質分帶示意圖。
德國魯爾煤田石炭紀含煤岩系厚度超過5000m，煤層多達100餘層，煤的揮發分隨深度的加大而遞減，大致是每深100m降低2.3%，在垂直剖面中，由上而下煤變質程度分帶依次為長焰煤—氣煤帶、氣煤帶、肥煤帶、焦煤—無煙煤帶。中國黑龍江省雞西煤田中生代含煤岩系厚1000餘米，含煤10餘層，煤質由上而下分為低變質、低中變質和中變質三個帶。即使含煤岩系厚度僅幾百米，仍能顯示出煤質垂直分帶。中國河南某晚古生代煤田，其上部石盒子組煤的平均揮發分Vdaf為29.4%，屬肥煤;中部和下部的山西組煤的平均揮發分Vdaf分別為23.7%與21.8%，均屬焦煤。不僅含煤岩系及其上覆岩系厚度和煤層的層間距影響煤質垂直分帶，而且煤變質梯度越大，煤質的垂直分帶越明顯。
煤質(煤變質)分帶包括煤層的煤質垂直分帶及其反映在平面上的水平分帶(見圖1、2)。聚煤盆地中，同一含煤岩系的不同地段，在形成過程中，或其上覆岩系在沉積過程中的沉降幅度差異，以及後期構造變動，都會使其煤層的埋藏深度不同，從而引起變質程度出現差異，即形成煤質垂直分帶;反映到平面上就是煤質水平分帶。由於希爾特規律的普遍性，煤深成變質形成的煤質分帶在許多煤田都有顯示，含煤岩系或含煤岩系及上覆岩系厚度的差異越大就越明顯。煤深成變質作用形成的煤質分帶，較其它煤變質類型的規模大。煤質水平分帶呈帶狀、弧狀或環狀，各變質帶之間的寬度不等。
上覆岩系厚度對煤深成變質作用的影響
中國北方晚古生代僅僅經受深成變質作用的煤，在有些地區的煤變質分帶比較明顯。但含煤岩系本身的厚度一般較薄，且變化不大，其所代表沉降幅度上的差別，尚不足以形成不同煤種; 而體現聚煤期後不同沉降幅度的上覆岩系厚度的差異，卻是這些地區形成煤變質分帶的主要原因。中國賀蘭山沙巴台太原組和山西組的厚度為221m，正義關為230m，相差不多，但其上覆的石盒子組與三疊系的總厚度的差別卻較大，沙巴台只沉積了石盒子組，厚1490m;而正義關還覆有三疊系，與石盒子組相加共厚2557m，因而，沙巴台的晚古生代煤為焦煤和瘦煤;而正義關的煤則已達無煙煤階段。上覆岩系厚度對煤深成變質的影響表明，煤變質作用(煤化作用)具有長期性、繼承性和疊加性。但對於含煤岩繫上覆岩系對煤變質程度的影響需進行具體分析。如果上覆岩系與含煤岩係為連續沉積，或雖有間斷但時間很短，並與含煤岩系一道經受褶皺構造運動，那么上覆岩系厚度的差異就會對煤變質分帶產生重要影響;假若上覆岩系與含煤岩系之間有長時間的沉積間斷，或上覆岩系是在含煤岩系褶皺之後才沉積，那么它對含煤岩系中煤層的影響，就應考慮扣除沉積間斷時期的作用。
煤深成變質與褶皺的關係
M. 泰希繆勒 (M.Teichmuller)用等煤級線與煤層之間的交角關係表示煤深成變質與褶皺的關係 (圖3)。圖中a所示等煤級線與煤層大致平行，表明褶皺發生在煤深成變質作用完成之後，煤的變質與褶皺無關;圖中b所示等煤級線與煤層斜交，表明煤深成變質作用是在褶皺期間進行的;圖中c所示煤層受到褶皺而等煤級線水平，表明煤層在褶皺之前未曾經受變質，而是在褶皺之後才變質的。因泥炭在被覆蓋後不久由於基底的沉降，就開始了煤化作用，故單純褶皺後的變質作用(煤化作用)並不易見到。經過變質的煤，褶皺後若繼續受到50℃以上溫度的影響，煤的變質程度仍然可以繼續加深。經過褶皺的同一煤層，由於在向斜部位較在背斜部位埋藏深，因而向斜核部煤的變質程度就較高，背斜頂部煤的變質程度則較低。同樣的原因，經構造變動後，斷層下降盤煤的變質程度高於上升盤的同一煤層的煤。
