煤相

不同煤成因類型和煤巖類型在垂向上的交替形成了煤層的垂向層序﹐反映成煤物質來源和沼澤環境隨時間的演化。煤相分析用於恢復成煤的物質條件和沉積環境，搞清不同煤巖類型和煤中礦物質的分佈規律及其原因﹐圈定優質煤的分佈範圍並用以進行煤層對比，預測煤質分佈 ^[1]  。

德國煤巖學家M.泰希米勒(1962)分析了影響煤相的主要因素﹕

以木本植物為主的森林沼澤，易形成以凝膠化物質佔優勢的光亮煤﹑半亮煤﹔缺乏木本植物的蘆葦沼澤﹐植物組織以纖維素、蛋白質為主，易分解破壞，形成富殼質組分的煤，乾餾時氫和焦油產率高﹔苔蘚沼澤酸度高﹐並含防腐劑酚，泥炭中礦物質少，植物結構保存好﹔半水生的漂浮植物易形成暗淡煤。

由地下水補給的低位滋育沼澤富礦物質，由大氣降水補給的高位貧滋育沼澤礦物質少，植物組織分解合成的腐殖酸不易轉化成腐殖酸鹽而沉澱。腐殖酸的大量積累使介質的酸度增強，微生物活動減弱，形成低灰、低硫、植物結構保存好、富瀝青質的泥炭。

沼澤水的酸度直接影響細菌的生存和繁殖。中性至弱鹼性(PH值為7.0～7.5)環境﹐特別是當含鈣離子的水含氧時，細菌最活躍、細菌活動愈強，植物分解作用愈充分，植物結構保存愈差，易形成黏結性好、凝膠化程度高的煤。一般低位沼譯介質的 PH值為4.8～6.5，高位沼澤為3.3～4.6，濱海沿岸紅樹林沼澤介質為中性至弱鹼性，PH值為7.0～8.1。介質的氧化還原條件取決於沼澤中氧的供應，並與覆水程度和水的流通程度有關。高位沼澤炭表層暴露於大氣中，易形成富絲質組分的貧氫煤；帶水的低位沼澤易形成富鏡質組的煤；當沼澤流通性好時，緩慢的流水帶走了植物中不穩定成分的分解產物，在不斷補充新鮮氧的過程中植物組織的穩定成分相對富集，易形成殘殖煤。

硫是煤中的有害成分，成煤沼澤水下為還原環境，因此硫在煤中主要以黃鐵礦﹑白鐵礦的形式存在，可形成與同生﹑成巖和後生各個階段。同生期的硫含量多少主要與沼譯介質條件有關﹐與成煤植物種類關係不大。因為植物有機組分中只有蛋白質含硫，一般為0.3～2.4%，高等植物含蛋白質少，僅1～7%。但海岸紅樹林沼澤泥炭含硫量高達5.16%，比落羽杉泥炭高20倍，主要與海岸泥炭的堆積環境有關。海水中硫酸鹽的含量約為0.1%，硫酸鹽還原菌易將海水中的硫酸鹽還原成硫化物，形成黃鐵礦或白鐵礦。硫酸鹽還原菌的有利生存條件是PH值為6.5～8.0的介質條件。硫酸鹽還原菌在還原硫酸鹽的過程中消耗了泥炭中的有機質。微鹹水的紅樹林泥炭含草莓狀黃鐵礦甚至比海相泥炭還高。這與硫酸鹽還原菌或放線菌集居於紅樹根皮層細胞的內壁有關。泥炭層表層黃鐵礦少，底部、特別是當泥炭層被海相或微鹹水沉積物覆蓋時，黃鐵礦明顯增多。

指煤相分析的原生成因標誌，包括煤的物質成分、結構、地球化學和地球物理特徵等。最常用的是煤巖組分、顯微煤巖組分和顯微煤巖類型、礦物質成分和數量，如硫、磷含量等。煤中痕量元素的種類和含量不僅有環境意義，還有實用價值。地球物理測井曲線類型也反映煤巖組分和礦物質含量，常用的是密度測井和電測井曲線。煤相的結構指數由澳大利亞C.F.K.狄塞爾指出。凝膠化指數(GI)為經歷過凝膠化作用的組分(包括粗粒體)與絲煤化和半絲煤化組分之和的比值，表示成煤沼澤的覆水程度﹔植物結構保存指數(TPI)為有結構的植物組織與無結構的細小植物碎片之間的比值，表示被搬運到沼澤中植物碎片的保存完整程度。狄塞爾運\用這兩個比值以單對數座標作出了煤相分析圖解，説明了沼澤形成發育的沉積環境。

20世紀50年代﹐前蘇聯Л﹒П﹒涅菲季耶娃對埃基巴斯圖茲中石炭世煤區分出6種煤相﹕

①植物叢生湖泊相，以腐泥煤、腐泥腐殖煤、含腐泥質的半亮和光亮腐殖煤為代表﹐鏡下見大量皮拉藻(Pila )和孢子﹐有很薄的碳質泥岩夾層﹔

②覆水沼澤相﹐以富凝膠化組分的光亮和半亮煤為主，有大量高嶺石為主的黏土礦物的暗淡煤和半暗煤夾層﹐具條帶狀結構﹔

③“乾燥”沼澤相﹐以含大量絲煤凸鏡體或夾層的暗淡煤和半暗煤為主，表明泥炭沼澤覆水很淺或曾經暴露於空氣中﹔

④河漫灘流水沼澤相，以線理狀暗淡煤和半暗煤為主﹐煤中有礦物質夾層﹔潟湖沼澤相﹐暗淡和半暗煤為主﹐具細碎屑結構並有皮拉藻和大量絲煤化物質﹐有較多方解石和菱鐵礦夾層﹐反映多氧和缺氧環境的交替﹔

⑤濱海強覆水沼澤相，暗淡煤、半暗煤和半亮煤為主，植物組織經強烈凝膠化作用成細小碎片，大量黏土的混入使煤光澤暗淡，但絲煤化成分卻不多。

60年代泰希米勒用古植物和煤巖學相結合的方法﹐通過對德國下萊茵地區中新世褐煤的研究﹐恢復了5種煤相，代表5種沼澤類型，自湖泊開闊水域向沼澤陸地方向各種沼澤類型和煤相類型依次是﹕

①開闊水體﹐以含大量碎屑腐殖體和殼質組的褐煤為代表﹔

②蘆葦沼澤﹐含大量碎屑腐殖體的較光亮的褐煤代表﹔

③紫樹-落羽杉沼澤﹐以含較多煤化樹幹的暗褐煤為代表﹐植物結構保存好﹔

④楊梅科-西里拉科沼澤﹐含煤化樹幹少的暗褐煤為代表﹐植物結構保存較差﹔

⑤紅杉樹沼澤，植物原生結構保存好，並常見樹樁層。泰希米勒還恢復了北半球石炭紀煤的各種顯微煤巖類型所代表的沉積環境，認為﹕沼澤水下環境，形成燭煤、藻煤和微暗煤、微亮煤；蘆木蘆葦沼澤，形成富孢子體的微亮煤﹔鱗木和種子蕨的森林沼譯，形成微鏡煤和含少量孢子體的微亮煤；高於潛水面的沼澤，形成微絲煤和含少量孢子體的微暗煤。

狄塞爾將澳大利亞紐卡索二疊紀煤劃分為以下煤相﹕GI值高而TPI值低的煤﹐形成於強覆水的下三角洲平原海草沼澤的環境﹐煤層厚度一般小於1米，煤中含黃鐵礦硫高；GI值中等的煤形成於上三角洲平原沼澤環境，其中 TPI值較高者形成於分流間氾濫盆地潮濕的森林沼澤環境，TPI值較低者形成於低位沼澤環境，煤層厚度較大；GI值低、TPI值中等的煤多屬暗淡型煤，形成於山麓衝平原乾燥的森林沼澤環境。

美國J.R.斯托布和J.S.埃斯特等通過對幾個不同類型現代泥炭沼澤沉積作用的實際調查研究，模擬美國東部晚石炭世煤層的形成環境。認為每個煤層的形成代表一個沼澤演化的全過程，因此應進行單個煤層形成環境的模擬對比。同一煤層內煤巖組分和灰分、硫含量的橫向變化甚至比不同煤層之間的變化更大。他們認為美國東部斯納格迪和馬來西亞東部沙撈越低地的沼澤，均屬凸起的高位沼澤，泥炭中灰分變化是由沼澤凸起的中部向外圍增高，惰質組分也有相似的變化規律，即向沼澤深水部位泥炭層的灰分和惰質組分均增加，泥炭夾層增多，而在沼澤中部以鏡質組佔優勢，泥炭層厚，灰分低。地勢低窪的美國東南部奧克弗諾基沼澤為低位沼澤，水深和灰分變化均無一定規律可循，但泥炭層厚度也有向海岸方向變薄的趨勢。

總之，用比較沉積學的思路和方法﹐通過對現代泥炭沼澤沉積環境的研究模擬不同煤相類型所代表的古代泥炭沼澤環境，是研究煤相、預測煤質分佈的新途徑。