不同成煤環(huán)境下生成煤的地球化學(xué)特征

■　吳夏婷

（長江大學(xué)地球環(huán)境與水資源學(xué)院湖北武漢434000）

不同成煤環(huán)境下生成煤的地球化學(xué)特征

■吳夏婷

（長江大學(xué)地球環(huán)境與水資源學(xué)院湖北武漢434000）

煤的成因環(huán)境可以分為海相和陸相，隨著煤的生成環(huán)境，其對(duì)于的地化化學(xué)特征明顯不同。因此，本文從兩個(gè)環(huán)境分析，強(qiáng)調(diào)了Pr/Ph對(duì)環(huán)境的指示作用。

煤環(huán)境地球化學(xué)

1　海相與陸相腐殖煤地球化學(xué)特征

海相煤具有如下識(shí)別標(biāo)志:煤巖組成以鏡質(zhì)組為主,殼質(zhì)組相對(duì)豐富,惰質(zhì)組貧乏;鏡質(zhì)組以基質(zhì)鏡質(zhì)體和團(tuán)塊鏡質(zhì)體豐富為特征,不僅基質(zhì)鏡質(zhì)體富氫,部分結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體和均質(zhì)鏡質(zhì)體也顯著富氫;殼質(zhì)體以角質(zhì)體、根皮體、藻類體、瀝青質(zhì)體相對(duì)豐富,孢子體稀少為特征;惰質(zhì)體以半絲質(zhì)體、粗粒體豐富為特征,貧絲質(zhì)體。礦物質(zhì)以富高嶺石、黃鐵礦為特征,灰成分指數(shù)與較強(qiáng)-中還原型煤相當(dāng)。煤的揮發(fā)份產(chǎn)率和氫碳原子比偏高,有機(jī)碳相對(duì)偏低,氧、硫相對(duì)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(tài)。無機(jī)地球化學(xué)特征為富Ca、Mg、Na、Fe、Mn、Zn、B、S r、P、Cl等親海元素;有機(jī)地球化學(xué)以可溶物飽和烴主峰碳數(shù)低、OEP值小、C21-/C22+值接近、(C21+C22)/(C28+C29)值極高為特征。煤層層位區(qū)域穩(wěn)定,但厚度變化大,分岔、變薄、尖滅現(xiàn)象明顯;煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

陸相腐植煤具有如下識(shí)別標(biāo)志:煤巖組成以鏡質(zhì)組為主,惰質(zhì)組相對(duì)豐富并常獨(dú)立成層,殼質(zhì)組一般貧乏;鏡質(zhì)組以結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體豐富為特征,貧富氫鏡質(zhì)體;殼質(zhì)體以孢子體、角質(zhì)體為多,樹脂體常見;惰質(zhì)體以火焚絲質(zhì)體、碎屑絲質(zhì)體豐富為特征。礦物質(zhì)以富高嶺石、菱鐵礦為特征,灰成分指數(shù)與弱還原型煤相當(dāng)。煤的揮發(fā)份產(chǎn)率和氫碳原子比較低,有機(jī)碳相對(duì)偏高,氧、硫相對(duì)偏低。煤的硫分較低,一般為低-特低硫煤,有機(jī)硫?yàn)榱虻闹饕x存形態(tài)。無機(jī)地球化學(xué)特征為富Al、V、Cr、Y、Cu、Pb、Ba、T h、La、Ce等親陸元素;有機(jī)地球化學(xué)以可溶物飽和烴主峰碳數(shù)高、OEP值大、C21-/C22+值大、(C21+C22)/(C28+C29)值低為特征。煤層層位區(qū)域上多有明顯變化,厚度常因沖刷而突變,小范圍內(nèi)煤層出現(xiàn)分岔、變薄、尖滅現(xiàn)象;煤層結(jié)構(gòu)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(duì)豐度。一般認(rèn)為,葉綠素是Pr和Ph的母質(zhì)來源,它們?cè)谝灾参餅槟纲|(zhì)的煤中廣泛分布就是理所當(dāng)然的了。在上述成煤環(huán)境下可以生成不同地球化學(xué)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(shí)際研究某些地區(qū)存在低姥植比的腐殖煤。

3　Pr/Ph(姥植比)的地球化學(xué)意義

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

4　Pr/Ph值與煤化程度的關(guān)系

通過不同煤化程度煤樣的分析測試證實(shí),煤中Pr和Ph的豐度以及Pr/Ph值的變化與煤的煤化程度關(guān)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(zhì)程度的增高,Pr/ Ph值呈現(xiàn)出由小到大,再由大變小的變化規(guī)律。泥煤的Pr/Ph值最小,全國21個(gè)省市自治區(qū)近100個(gè)樣品的分析數(shù)據(jù)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(dá)7以上;與氣煤變質(zhì)程度接近的弱粘煤和不粘煤,其Pr/Ph值亦較高,可達(dá)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(shù)在0.5左右。煤的鏡質(zhì)組反射率R。是反映煤化程度的最主要參數(shù)。

5　不同沉積環(huán)境對(duì)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(huán)境對(duì)Pr/Ph的影響時(shí),必須在煤化程度相近的煤之間進(jìn)行才有可比性。在相同煤化程度條件下,環(huán)境對(duì)Pr/Ph值的影響是明顯的。研究認(rèn)為,Pr和Ph是由葉綠素的植醇側(cè)鏈經(jīng)過一系列的生物化學(xué)作用衍生而來。在相對(duì)還原的條件下,植醇發(fā)生還原加氫作用,后經(jīng)脫水形成植烷;而在相對(duì)氧化條件下,植醇發(fā)生氧化,再經(jīng)脫羧基而轉(zhuǎn)化為姥鮫烷。因此,在還原條件下,植烷豐度較高,而在氧化環(huán)境下,姥鮫烷的豐度較高。例如在強(qiáng)還原的鹽湖相沉積的原油中,具有明顯的植烷優(yōu)勢,Pr/Ph值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1。與成油環(huán)境相比,成煤環(huán)境具有弱氧化條件,因而具有姥鮫烷優(yōu)勢,達(dá)到一定的演化階段后Pr/ Ph值常可遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1。就成煤環(huán)境而言,亦有相對(duì)還原與相對(duì)氧化之分。含煤巖系沉積環(huán)境為海陸交互相時(shí),具相對(duì)還原條件;而含煤巖系沉積環(huán)境為陸相時(shí),具有相對(duì)氧化條件,其Pr/Ph值亦有差別。例如華北石炭二疊紀(jì)煤田,太原組為海陸交互相,山西組為陸相,在煤級(jí)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(biāo)志化合物在有機(jī)地球化學(xué)中的應(yīng)用.地球化學(xué).2010.9

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

P183[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-3-367-1