含煤系统

煤田地质与勘探Vol.30 No.212，COAL GEOL0OGY & EXPLORATIONApr. 2002文章编号:1001- 19862002 )02-0012-04含煤系统赵忠新，王华,甘华军韩晋阳( 中国地质大学湖北武汉430074 )摘要:从煤地质学和系统论结合的基础上提出含煤系统的概念。含煤系统的基本要素有:物源聚煤环境、地下热流。有关的成煤作用包括泥炭的原地堆积一异地搬运作用、地壳旋回运动所引起的埋藏作用和成煤阶段的热变质作用。这些基本要素和成煤作用必须在时间空间上相配置才有可能形成有工业价值的煤层。含煤系统在时间上可以分为物质来源子系统、物质堆积子系统、埋藏变质子系统。在空间上可以分为若干低一级的与 此含煤系统特征相似的含煤子系统。关键词煤,含煤系统基本要素成煤作用子系统中图分类号:P618.11文献标识码:A2.1 含煤系统的基本要素1引言2.1.1物源含油气系统( petroleum system )的概念是在1972物源包括植物和泥炭。植物是指地质历史时期年Dow提出的石油系统(oilsystem)的基础上发展而与煤形成有关的,作为泥炭来源的各种高等植物。来,经过Magoon、 Perrodon 和Demaison 等人的发泥炭是高等植物遗体在复杂的生物化学作用下转变展1-3]业已取得了丰硕的理论成果和实际效益。成的合成物质与水中溶解的矿物质混合在-起形成煤的形成机制与油气的形成机制既有相似之处的,它是煤的前身5]。.又有很大的差别。它们在形成过程中都要经过埋2.1.2聚煤环境藏、变质等-系列地质作用,但油气形成后有一个运植物的遗体并不是在任何环境下都能顺利地以聚的过程,而煤基本上是在原地产出的。根据煤和原地生成方式堆积并转变为泥炭的,而是需要一定.油气在形成机制上的相似性笔者在煤地质研究与的条件。具备这样条件的环境就是沼泽。通过对现系统论结合的基础上提出了含煤系统( coal system )代泥炭田的观察除极地外虽然各个纬度上都有泥的概念,目的是为了将煤的形成过程中复杂、紊乱的炭堆积,但绝大多数位于北半球高纬度带6。在这自然现象和地质作用表述得更加系统化而不是对些区带中有利于煤层形成的聚煤环境应包括滨海障含油气系统概念的简单模仿。壁岛后的泻湖及海湾边缘地带滨湖平源潮间至潮上带河流三角洲平原特别是上、下三角洲过渡带与2含煤系统的定 义和描述废弃三角洲平原曲流河体系的泛滥平原与牛轭湖根据一般系统论概念系统可分为自然系鋶(包网状河的河间滩或岛、冲积扇前缘平原以及内陆湖括物质系统、能量系统、生物系统、生态系统等)人滨等7]。造系统(包括概念系统、工具系统、管理系统、社会系2.1.3地下热流统等和复合系统(自然系统与人造系统的复合)3泥炭随着埋深的增大经过成岩作用形成褐煤。大类4。笔者把含煤系统定义为一个自然系统这当地温继续上升时煤进-步变质煤级变高。成煤个自然系统包括煤层、含煤岩系、含煤岩系的沉积相的变质作用公认主要是由升温促进化学反应的结以及所有与煤形成有关的各种地质作用。其基本要表1含煤系统的基本要素和成煤作用素有物源(植物及泥岩)聚煤环境地下热流。有含煤系统的基本要素含煤系统的成煤作用关的成煤作用包括:泥炭的原地堆积一异地搬运作中国煤化工原地堆积-异地搬运作用用、地壳旋回运动所引起的埋藏作用和成煤阶段的MHCNMH G回运动所引起的埋藏作用热变质作用。(表1)地下热流成煤阶段的热变质作用收稿日期2001-04-18基金项目国家自然科学基金项目( 49902012和教育部《高等学校骨干教师资助计划》项目资助作者简方趣悲新1977-)男山东济南人，中国地质大学资源学院硕士从事煤、油气地质与勘探方面的研究第2期赵忠新王华等含煤系统13●果。成煤变质有多种地下热源,即以正常地温梯度表2含煤系 统的子系统分类为热源;以岩浆为热源;以热液或热水为热源;以深含煤系统大断裂.上导的高温为热源;以及莫霍面抬高构成地空间，上含煤子系统的组成时间上含煤子系统的组成煤层物质来源子系统热场异常8]。含煤岩系物质堆积子系统2.2含煤系统的成煤作用顶底板岩层埋藏变质子系统2.2.1泥炭的原地堆积和异地搬运作用原来系统的参数看作是外部影响因素或相邻的同级按成煤植物遗体是否经过搬运而堆积的成煤过子系统。- 般地说系统的层次性是系统与子系统程,可将煤(泥炭)分为原地堆积和异地搬运两种作之间的一种垂向结构关系。系统中的任-子系统,用类型。多年来人们普遍接受绝大部分有经济价向上被高一级的系统所包含,向下则包含低-级的值的煤矿床是原地生成”的观念[9]但近几年来有关系统。根据上述系统论概念可将含煤系统进行分风暴异地煤问题或异地堆积煤的研究1011]有了长类。(表2)足的进展。从总体上看含煤系统空间上的层次性应该和2.2.2地壳旋回运动所引起的埋 藏作用沉积岩层的旋回性相一致。每-次海平面(湖平面)地壳旋回运动对煤形成的影响十分重要。首的周期性变化(地壳旋回)所形成的煤层及其含煤岩先泥炭层的聚积要求地壳发生缓慢的下降。下降系都可以看作是一个含煤系统(子系统) ,由若干个的速度最好与植物物质聚积的速度大致平衡。其次这样的含煤系统可组成更高-级的含煤系统。通常泥炭层的保存和转变成煤层要求地壳发生较大幅一个盆地中所有的煤层及其含煤岩系所组成的一整度和较快的沉降。再其次地壳在总的下降过程中发套地层为一个完整的含煤系统,也是一个最高级别生多次的升降或间歇性的下降就能在同一地区形的含煤系统。其下可以分为若干含煤子系统，这些成较多的煤层。子系统都由彼此完整的-个或多个含煤岩系组成。2.2.3成煤阶段的热变质作用它们各自包含有自己的煤层、含煤岩系及其顶底板泥炭层形成后随着地壳的沉降泥炭层很快被岩层。(图2)沉积物掩盖。促使泥炭层中有机物质变化的因素主含煤系统在时间上可分为物质来源子系统、物要来自地热及岩浆热的温度。随着温度的升高泥质堆积子系统、埋藏变质子系统。其中每一个子系炭层中有机质分子的结构将发生一系列变化物理统中都包含自己的组成要素或组成部分。物质来源性质和化学工艺性质也相应地发生变化。泥炭层转子系统中的要素为:古植物种类、古植物生长的地理变成煤层或在温度不断增高的情况下继续变质转范围。物质堆积子系统又可分为原地堆积(原地成变为级别高的煤型。当 地热比较高时,泥炭在很短煤说)和异地堆积(异地成煤说)埋藏变质子系统的时间就可以变质为烟煤甚至无烟煤当地热低时又有压力、温度等要素。(图3)泥炭也可以在长时间内受到地热的烘烤形成高级别古代植物从泥盆纪开始经过石炭纪到晚二叠的煤。(图1泥炭转变成煤和煤型之间转变的时刻世早期,以孢子植物蕨类和裸子植物的种子蕨为主。称为关键时刻。晚二叠世晚期到中生代早期进入裸子植物时代。从早白垩世晚期开始被子植物迅速代替了裸子植物3含煤系统的层次结构研究系统内某一组成部分的特征和过程时,可群这三个时期成为古代三个重要的聚煤期。而这.以将该组成部分看作一个完整的次级子系统,仅将些古植物生长的地理范围无疑是在沉积盆地的泥炭沼泽中这些泥炭沼泽包括漂浮沼泽、低位沼泽和其内部的某些参数作为该子系统的组成部分而将高位沼泽12。(图4)150050 Ma!成煤阶段无烟煤中国煤化工容层关键时间棚煤HCNMHG↑关键时间个关键时间占植物含煤子系统图2含煤系统的空间子 系统分析示意图万万数据虚构的含煤系统事件图煤田地质与勘探第30卷14●300 250 20 1501000一植物的种卖也质来击了系统一生K的地理d0原地堆积物质饰积了系饮4并地搬运]2.02.5理减交质子系统21F1图3含煤系 统的时间子系统分析示意图湖边的漂浮沼泽摔水不良地区的低位招泽300 250 200 1.5000500t /Ma图5虚构的含煤系 统的埋藏史图1一沉降曲线2一 Rma% ;繁茂的植物群户口人調的低位沼译3--热流变化 据李思田修改,1987)e.煤层下伏、其间和上覆的碎屑沉积物研究;d.含煤岩系沉积环境和沉积模式的研究。受限制的植物群微低位沼泽笔者认为任何含煤系统的研究都应当包括表3中所概括的某些组成部分。极受限制和矮化的植物群期泊 高位 泗绎5总结和建议一个含煤系统包括煤层、含煤岩系、含煤岩系的沉积相以及所有与煤形成有关的各种地质作用。其基本要素有物源(植物及泥炭)聚煤环境、地下热流。有关的成煤作用包括泥炭的原地堆积一异地图4沼泽类型及其演变序列据Romanov ,1968 )搬运作用、地壳旋回运动所引起的埋藏作用和成煤煤常常分为异地煤和原地煤两种基本类型。大阶段的热变质作用。这些基本要素和成煤作用必须多数煤是原地成因的但少数煤无疑是异地成因的。在时间空间上相配置才有可能形成有工业价值的例如烛煤是由冲刷来到湖泊中,以腐泥形式堆积的煤层。对含煤系统中每一个基本要素的研究都可以降解泥炭组成。在确定含煤系统之前单独进行。含煤系统在时间上泥炭埋藏后随着聚煤盆地基底沉降经成岩作可以分为物质来源子系统、物质堆积子系统、埋藏变用逐渐形成褐煤;聚煤盆地基底继续沉降接着而质子系统。在空间上可以看作若干低一级的特征相来的是煤的深成变质作用煤的变质程度随着煤层似的含煤子系统的组合。(垂相叠加)沉降幅度的加大、地温的增高和受热时间的持续而含煤系统的研究内容包括煤性质的研究形成加深(据杨起,1996)它可以用--张埋藏史图来表泥炭的环境和同期碎屑的沉积作用的研究煤层下示。(图5)伏、其间和上覆的碎屑沉积物的研究含煤岩系的沉积环境和沉积模式的研究。4含煤系统的研究内容含煤系统这个概念的提出是将煤地质研究系统含煤系统的研究内容基本包括以下方面:化的一-种思考,由于笔者知识和经验的欠缺使此概煤性质的研究包括煤的显微组分、灰分含念中国煤化工希望能引起广大地质量(二氧化硫、石英、碳酸岩、粘土矿物和组成煤的无工作MYHCNMH到抛砖引玉的作用。机成分)煤相(煤/泥炭层的岩性在垂向上和横向上参考文献都有变化)的研究;b.形成泥炭的环境和同期碎屑物沉积作用的[1] Magon L B ,Dow W C. The Perolum SystemnFron Soure 0 Taep研究;[A]AAPG Memoir ;Mulsa , Olabona ,USA Pbliated by AAPC,第2期赵忠新王华等含煤系统15●表3含煤系统的研究内容图或表要求的信息图确定含煤系统中所包含煤田的位置含煤系统的地理范围;含煤系统埋藏史图的位置表列出含煤系统中的煤田含煤岩系的名称、年代、岩性以了解含煤系统中最常见的沉积岩、沉积构造及上下岩层的时代、岩性横剖面构造和地层信息例如变形方式和岩石单元;表明含煤表示含煤岩 系的上覆、下伏岩层;洽煤系统埋藏史图的埋藏史图岩石单元沉积时间岩石单元厚度岩石单元名称岩石埋藏 史图中确定的含煤系统事件图信息,例如各类型煤单元岩性生成的起始和末端时间以及关键时间事件图地壳运动对含煤系统的影响表明各阶段煤的演化和关含煤系统事件图是在-张图上概括系统的基本要素和键时间作用以及关键时间煤层之间的对比克告物证据 例如来自不同煤层的动植物化石或同位素建立构造和地 层一致的地化、克生物和同位素对比关系确定不同含煤系统的地理和地层范围1994 60 3-24.[8]杨起.中国煤的叠加变质作用[J]地学前缘1999 及(增刊):1[2] Perodon A. Petroleum sytems :models and apication[ J ] Joumnal ofPetroleum geology 1992 ,15( 3 )319- 326.[9] Tichuller M Tihmuller R. The gological basic of coal fonatio[ A][3 ] Demaison G ,Huizinga B J. Genetic lassification of petroleum sysemIn Stach E ,Mackowsky M T H ,Teichmullr M et al . Seac' s Textbook[J] AAPG Buleion ,1991 ,75( 10 )1626 - 1643.of Coal PetrographyC M ]. 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The collocation of these basic factors and coal forming activties in time andspace allows the formation of valuable coal beds. A coal system can be divided into substance source subsystem accumulation subsystem and meta-morphism system in temporal range. Whereas in special range it may fall into several low class subsystems ,resembling with super-coal system.Key words coal icoal system ;basic factor coal-forming activities isubsystem新疆戈壁地区三维地震勘探技术研究"等两项目获西安市科技进步奖据西安市科委消息2001年度西安市科技进步奖近日颁震地质条件和黄陵矿区-号井突发涌水的复杂环境发挥分布煤科总院西安分院两个项目榜上有名。其中",新疆戈壁院物探技术的优势,开展了多方面的研究,取得了理想的地地区三维地震勘探技术研究"获二等奖",陕西黄陵一号井堵质效果和经济效益为现场解决了实际问题获得现场好评。水工程综合物探技术研究"获三等奖。该两项目均为应用技术研究项目参加项目的研究人员分别针对新疆复杂的地(煤炭科学研究总院西安分院夏宇靖 )煤矿地勘测量水文综合管理信息中国煤化工CNMHG由兖州矿业集团公司东滩煤矿、北京大学和中国矿业系统设计及实现提供了基础不久前获得了煤炭工业科技进大学共同完成的东滩煤矿地质、测量、水文计算机综合管理步三等奖。信息系统”全面地分析了矿山信息系统的构成和特点进而提出地质、测量、水文综合管理信息系统的总体目标,为软件(兖州矿业(集团公司设计院李剑锋)