导航:首页 > 气候百科 > 成煤作用的有利气候条件

成煤作用的有利气候条件

发布时间:2021-05-04 17:00:03

1、成煤必须具备的条件有哪些

?

2、含煤—煤层气盆地形成的古气候条件

现代全球气候条件降雨量分为四个带,赤道至南、北纬15°为赤道降雨带,南、北纬15°至45°为亚热带干旱带,南、北纬45°至70°为温带降雨带,南、北纬70°以上极区为干旱带。成煤植物的繁殖受古气候的控制,赤道降雨带和南、北纬温带降雨带是成煤有利气候带。

古地磁资料反映出石炭纪的聚煤带靠近赤道主要分布在小于30°的古纬度上,二叠纪及其以后时代的聚煤带靠近极地。全球各时代煤分布偏离现代降雨带的现象,与古构造、古地理演变有关。板块的位移,古地理的改观,致使聚煤带迁移。

通过恢复古大陆的位置编制全球各时代古地理图,推断古气候认为,泥盆纪成煤区集中在赤道附近,南、北半球气候非常干燥。石炭纪煤发育广泛,可以分布在各纬度带,但仍集中在赤道附近。二叠纪气候多变,煤聚积在南、北半球中、高纬度带,甚至扩展到南极地区,赤道附近出现蒸发岩。三叠纪时期,全球气候干旱,早、中三叠世全球聚煤作用停止,中三叠世蒸发岩从赤道扩展到古纬度40°地区,晚三叠世聚煤作用主要在北纬55°以北和南纬30°以南地区。晚三叠世、早侏罗世全球湿度不断增加,中侏罗世又重新出现干旱环境,赤道为宽阔的干旱带,向两极为潮湿带,聚煤作用集中在45°~70°纬度范围。白垩纪,聚煤作用主要在高纬度带,蒸发岩分布在低纬度带,其分界线较侏罗纪时期纬度偏高,为45°~55°。第三纪,全球温度逐渐降低,老第三纪北半球气候温暖潮湿,聚煤作用与白垩纪时期相同,集中在北纬70°附近,蒸发岩则由白垩纪时期的北纬45°退缩到30°以南。中新世早期,全球气候转暖、潮湿,冷暖交替直到上新世末期,新第三纪聚煤范围比老第三纪范围要大。

古气候是成煤的重要影响因素,在一定的条件下还可成为决定性的因素。自显生宙以来,地球表面大气圈层冷暖、干湿不断变化,但总是围绕赤道和两极形成温暖潮湿和寒冷干旱带周期性的交替变化。由古气候决定了全球性的晚古生代前为腐泥煤成煤期,晚古生代后为腐殖煤成煤期。晚古生代以来,石炭—二叠纪、晚三叠—早白垩世、第三纪为主要成煤期,早中泥盆世、早中三叠世、晚白垩世为聚煤间断期。由古气候决定全球性聚煤时代的分布规律在中国大陆亦不例外。

中国聚煤期古气候变化是全球古气候变化的一部分。古生代陆缘发展阶段,中国统一大陆尚未形成,各板块所处地理位置有所差别,古气候与古板块当时所处的古地理位置有关。新元古代至早古生代华南板块位于赤道附近,有形成腐泥煤的浅海低等生物繁殖,腐泥煤(石煤)主要发育在华南板块。晚古生代中晚期石炭至二叠纪,华南、华北板块均处于赤道潮湿气候带,有成煤的古植物大量繁衍。藏滇板块处于冈瓦纳大陆,准噶尔—兴安活动带处于安加拉大陆,均属南、北半球有利聚煤的潮湿古气候带。中生代始,统一的中国古大陆基本形成,古气候亦随之发生变化。受全球干旱气候影响,早、中三叠世除藏滇板块南部和海南为半潮湿气候外,整个大陆均为不利于植物生长的干旱、半干旱气候。晚三叠世时期,中国南方大陆处于炎热潮湿气候带,具有成煤古气候条件,为该期大陆成煤相对好的地区。中国北方大陆虽然处于温暖半潮湿气候带,也有成煤的古植物生长,但成煤较差。早侏罗世,北方大陆仍为温带潮湿气候,成煤植物生长繁茂,是最好的成煤时期。但大陆西南部(四川—滇中)由晚三叠世潮湿古气候转为干旱气候带。中、晚侏罗世,中国大陆古气候发生了很大变化,除大陆东北部和藏南仍为潮湿气候带和热带—亚热带潮湿气候有成煤植物生长,大陆大部地区变为干旱气候带。早白垩世基本保持了中、晚侏罗世气候状况。晚白垩世,仍为不利于成煤植物发育的干旱气候。老第三纪重现了中、晚侏罗—早白垩世气候带,一条北西向干旱带遍及整个大陆,仅有东北、华北及西南保持了温带、热带潮湿气候带有利成煤植物生长的条件。新第三纪,大陆干旱气候带范围缩小,东部沿海转为亚热带温暖气候,已被海水淹没的南黄海、东海和南海,曾有潮湿适宜成煤植物生长的古气候,形成新第三纪含煤盆地。在大陆西部由于青藏高原的隆升,仅有川西—云南为热带—亚热带气候适于成煤古植物的生长繁殖。从中国大陆温带聚煤带与亚热带干旱带的分布界线分析,自晚三叠世以来,总体上是由南向北推移,其间白垩纪至渐新世位移不大且有回返。

3、煤中的主要元素有哪些?简述成煤作用?

主要元素就是碳、氢、氧、氮、硫
煤的形成网上说得很全年,自己百度一下比谁回答的都好。

4、成煤物质

一、植物演化与成煤作用的关系

成煤的原始物质主要是植物,这种煤的植物成因观点虽然早在18世纪初就有人提出,但直到19世纪30年代由于显微镜技术的广泛应用才得到公认。

由于植物是成煤的主要原始物质,因此植物界的发展、演化,各类植物的兴、盛、衰、亡必然影响着地史时期成煤特征的演化。植物界可分为低等植物和高等植物两大类别。属于低等植物的有藻类和菌类,在地史的早期(即元古宙到早泥盆世),它们曾构成了当时植物界的主体,成为植物发展演化的菌藻类植物时期。它们是由单细胞或多细胞构成的丝状体和叶状体植物,还不具备各种植物器官的分化,由柔软的组织形成,构造简单,多生活于水体中。随着地史的演化,相继出现了以高等植物占主导地位的时期,即裸蕨类植物时期、蕨类种子蕨类植物时期、裸子植物时期和被子植物时期。高等植物是由一些低等植物历经长期演变而来的,在形体结构和生理功能特征上都比低等植物更加复杂。如种子植物,包括裸子植物与被子植物,有了根、茎、叶、花等器官的分化,并用种子繁殖。

植物演化与成煤作用具有密切关系,没有植物的发育,地质历史中就不可能有聚煤作用的发生。植物演化具有明显的阶段性,因此,成煤作用也就具有阶段性。

1.菌藻类植物时代

早泥盆世以前为低等植物发育时代,因此不可能有大规模的聚煤作用发生。由低等植物经过一系列变化形成的煤,其灰分很高,有一定的发热量,这类煤称为“石煤”,如我国南方寒武纪的“石煤”。

2.裸蕨植物时代

晚志留世至早中泥盆世为世界上最古老的陆生植物时代。植物经过漫长的发展演化,逐步从以水生为主到陆地生长,这是重要的植物演化飞跃。植物由水生到陆生的转化过程,是植物由低等向高等发展的重要转折时期。裸蕨类植物是地质历史上最早的陆生植物,其特点是高度不足1m,还没有真正的叶、根之分,只在地下有一种假根。因此,裸蕨植物仍然是比较原始的植物。

3.蕨类、种子蕨类植物时代

晚泥盆世至晚二叠世早期,是高等植物发育、发展和演化的最重要时期,以孢子植物蕨类和裸子植物的种子蕨为主。这个时期的气候条件是温暖、潮湿,适合植物生长,在全球范围内比较一致。典型的植物是高大的乔木,其高度达30m以上。石松类植物如鳞木、封印木等,节蕨类植物如芦木等,种子蕨类植物如科达,是发育的鼎盛时期。石炭二叠纪是全世界范围内最重要的聚煤时期,地势比较平坦,植物繁盛,聚煤作用强,为第一大聚煤时期。

在我国石炭二叠纪是最早和最重要的聚煤时期,形成了分布广泛的聚煤盆地和含煤地层,特别是我国华北和华南地区,含煤地层分布稳定,煤层煤质好,形成了我国重要的煤炭开发基地。如我国著名的鄂尔多斯盆地、华北盆地、华南盆地等,都是大型的石炭二叠纪聚煤盆地。

4.裸子植物时代

自晚二叠世晚期至中生代,是植物演化又一个非常重要的时代,是裸子植物最为繁盛的时代。由于海西运动和印支运动的影响,陆地面积扩大,地势变化大,地形高差分化明显,气候也随之发生变化。这个时期的主要特点是:地球上干旱气候带扩大,石炭二叠纪的植物群逐渐衰落,由蕨类植物进入到裸子植物繁盛时期。

这是地质历史时期又一个重要的聚煤期,侏罗纪和早白垩世被认为是世界上第二个重要的聚煤期。在我国,侏罗纪是最为重要的聚煤时期,特别是我国西部地区,侏罗纪煤炭储量占我国煤炭总储量的60%左右。

5.被子植物时代

早白垩世以后至古、新近纪是植物进入到高级发展的重要阶段。这个时期构造活动更加强烈,气候分带也更加明显。这个时期被称为世界上第三个重要的聚煤时期。

从以上分析可以看出,地质历史时期的聚煤作用是与地质历史中植物演化密不可分的,植物的演化和发展决定了聚煤作用的发生,因此要首先研究植物的演化特点,将植物演化研究与地质历史发展、盆地聚煤作用研究紧密地结合起来,阐明聚煤作用的机制。

二、植物组成

以下主要叙述高等植物的组织。

1.高等植物的器官

高等植物的根是植物进化过程中适应陆生条件所形成的一种器官,它具有吸收、支持、合成和储藏的功能。其主要功能是从土壤中吸收水、二氧化碳和无机盐类(如硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐),以及钾、钙、镁等离子而转化为植物生存所必须的物质。根具有合成的能力,可制造某些有机物质,如氨基酸等。根的分支可形成庞大根系,具有固着和支持植物的茎、叶的功能并牢固地直立于土地上。此外,根也可以成为储存物质的场所。

高等植物茎的主要功能是将水分、无机盐类和有机营养物质运送到植物体的各个部分,同时又支持枝、叶、花、果,有利于进行光合作用、开花、传粉及果实和种子的散布,此外,还有储藏养料的功能。

高等植物的叶,主要功能是光合作用和蒸腾作用,它们都是植物赖以生存所必须的。光合作用是绿色植物的叶片,在阳光下利用二氧化碳和水合成有机物质,并放出氧气的过程,因而形成了大气中碳循环的重要途径。光合作用所储藏的能量,可供植物本身新陈代谢之用。水分以气体状态从植物叶内散失到大气中的过程,称为蒸腾作用。由于叶片的气孔是吸入空气中的二氧化碳及排出体内水分的通道,所以植物叶片是进行光合作用与蒸腾作用的必要条件。

2.高等植物的组织

在植物细胞的分化过程中,逐渐演化成具有相同生理机能和形态结构的细胞群(即各类植物组织),它们分别组成了植物的营养器官(根、茎、叶)和结实器官(花、果实、种子)。随着植物转化为煤,各类组织的生理机能因植物死亡而消失,但一些组织的形态结构却可保存下来,构成了煤岩学乃至古植物解剖结构研究的对象。

根据高等植物的组织功能和结构的不同,可划分为分生组织、薄壁组织、保护组织、输导组织、机械组织和分泌组织。其中,后5种组织都是由器官形成时分生组织衍生的细胞发展而成。

1)分生组织具有细胞分裂能力,它处于植物体生长的部位,如根、茎的顶端生长和加粗生长都与分生组织的活动有关。

2)薄壁组织在植物体中分布广,是植物体的重要组成部分,因此又叫基本组织。其共同特点是:细胞壁薄,有细胞间隙,细胞体积大。

3)保护组织多构成暴露在空气中的器官(如茎、叶、花、果实)表面的表皮,一般都是由一层细胞组成,这层细胞排列紧密,无细胞间隙,而且在与空气接触的纤维素的细胞壁上有角质分布,这些脂肪性的角质填夹于纤维素分子的间隙中,可在外壁表面形成一层角质膜(图11),防止水分的流失,并具有防止微生物侵入的功能。有些植物在表皮的外壁上具有蜡质,也起保护作用。有些植物的根、茎在生长加粗的过程中破坏了原有的表皮,在表皮下又产生新的保护组织,称为周皮。周皮由木栓形成层、木栓和栓内层共同组成。由于木栓细胞不透水、不透气,而且排列整齐,因而能代替外皮层起保护作用。

4)输导组织是植物体内输送水分和各种物质的组织,细胞呈长管形,细胞间以不同方式相互联系起来,形成植物体内各器官中的一个连续系统。根据输送物质的不同,输导组织又分为两大类:一类是输导营养物质的筛管;另一类为输导水分及溶解于水中的矿物质的导管。筛管是一连串具有输送营养物质能力的细胞的总称,各个单独的筛管细胞顶端对顶端接的横壁上有许多小的筛孔,聚集呈筛板,因此有利于物质输送;在筛管细胞一侧有着一个或数个相伴生的细胞,称伴胞。输导水分的导管细胞与筛管细胞有类似之处,其本身的特点是:导管细胞为长形,在成熟过程中细胞的次生壁不均匀加厚,成为各种花纹,细胞壁木质化;纵行排列的导管细胞间的横壁,在细胞成熟过程中溶解形成穿孔,从而连通成管子,每一导管的长度可由几厘米到1m左右,导管的口径大小不等,口径大输水效率大。裸子植物中无导管,而具有靠细胞壁上的纹孔相沟通的管胞。

图1-1 植物茎周皮切面示意图(据北京林学院,1961)

5)机械组织在植物体内起支持作用,细胞大多为细长形,其特征是:具有加厚的细胞壁,有的在细胞的角隅处细胞壁加厚,由纤维素组成;有的具有次生的加厚细胞壁,大都木质化。

6)分泌组织由植物体内能产生特殊物质(如树脂等)的细胞所组成。

随着植物界的发展演变,植物器官及各种植物组织的演化程度将愈易成熟与复杂,因而不同地史时期形成的煤各具特征。例如,晚古生代隐花植物具有厚的树皮,而木质部较薄,中生代的乔木裸子植物则具有薄的树皮和厚的木质部;古近新近纪的针叶树,具有大量树脂的木质部。

三、植物的组成和化学性质

植物主要是由有机物质构成,但也含有一定量的无机物质。不论是低等植物还是高等植物,主要都是由碳水化合物(包括纤维素、半纤维素和果胶质等)、木质素、蛋白质和脂类化合物等组成。各类植物以及同一植物的不同部分有机组成各不相同(表11)。低等植物主要由蛋白质和碳水化合物组成,脂肪含量比较高;高等植物的组成则以纤维素、半纤维素和木质素为主。木本植物的有机组成差别很大,活细脑中的原生质主要由蛋白质组成,茎和叶以纤维素、木质素为主。植物的角质膜、木栓层、孢子和花粉则含有大量的脂类化合物。植物的有机组成的差别,直接影响到它的分解和转化,以及煤的性质和利用。现分别简述各种有机组分及其与成煤作用有关的特点。

表1-1 植物的主要有机组分含量

1.碳水化合物

碳水化合物包括纤维素、半纤维素和果胶质等,其中,纤维素是构成植物细胞壁的主要成分。纤维素在溶液中呈胶体,易于水解;在活的植物中它对于微生物的作用很稳定,但当植物死亡后,在氧化条件下容易受喜氧性细菌、霉菌等微生物的作用,分解成为CO2和CH4及水;在泥炭沼泽的酸性介质中,纤维素可分解为纤维二糖和葡萄糖等。半纤维素及果胶质的化学组成和性质与纤维素相近,但比纤维素更易水解为糖类和酸。

2.本质素

木质素也是植物细胞键的主要成分,常分布于植物机械组织的细胞壁中。它能增强坚固性,起支持作用。木本植物的木质素含量高,针叶树的木质部中木质素含量比阔叶树多。木质素的单体以不同的链连结成三度空间的大分子,所以比纤维素稳定,不易水解,当植物死亡后较易氧化为芳香酸和脂肪酸。在泥炭沼泽水中,由于水和微生物的作用,木质素发生分解,并和其他化合物生成与腐植酸相似的物质。因此,它是煤的原始物质中重要的有机组分。

3.蛋白质

在植物体内,蛋白质含量所占比例不大。由于它是构成植物细胞原生质的主要物质,因此在植物生存过程中起着重要作用。蛋白质是由若干氨基酸按一定键结合而成的复杂结构的高分子化合物,含羧基和羟基,具有酸性和碱性,为一种具强烈亲水性的胶体,低等植物中蛋白质含量高。植物死亡后,如果氧化条件充分,蛋白质可全部分解为气态产物而逸散掉;在泥炭沼泽和湖沼水中,蛋白质可分解并转变为氨基酸、卟啉等含氮化合物,参与成煤作用,煤中的氮、硫可能与成煤植物的蛋白质有关。

4.脂类化合物

脂类化合物主要指不溶于水,而溶于醚、苯、氯仿等有机质溶剂的有机化合物,这些类型的化合物现分述于下:

1)脂肪脂肪属长链脂肪酸的甘油酯。低等植物含脂肪多,藻类中含量可达20%;高等植物含脂肪一般为1%~2%,大多集中于孢子、种子或茎皮、树皮中。在生物化学作用过程中,酸性、碱性溶液中的脂肪能被水解,生成脂肪酸及甘油,脂肪酸参与了成煤作用。在自然条件下,脂肪酸具有一定的稳定性,因此从泥炭、褐煤中提炼出的沥青内可发现脂肪酸。

2)蜡质蜡质多呈薄膜覆盖于茎、叶和果实的表皮上,具有防止水分流失和保护植物免遭伤害的作用。蜡质化学成分复杂,但化学性质稳定,不易遭受分解,在泥炭、褐煤中常见有蜡质。

3)树脂树脂是植物分泌组织在生长过程中的分泌物质,具有保护作用。树脂是单、二、三萜烯类的混合物,其中含有一些萜烯酸,如树脂酸、松香酸等。有人认为1/10的植物都含有树脂体,其中2/3为热带植物,所有针叶树都有树脂。古生代的科达树,在其木质部和薄壁组织中也有与树脂有关的暗色树脂状物质;始新世、渐新世的南美杉树(Araucaria),能产生极多的树脂。树脂的化学性质极为稳定,不溶于有机酸,微生物及昆虫都不能破坏它,因此可以完好地保存于煤中。在煤化作用中,树脂的主要挥发组分(如单萜烯烃、双萜烯烃等)大部分将消失,少量可以保存下来。

4)角质与木栓质角质与木栓质都是植物保护组织产生的物质。角质是构成角质层的主要成分,它是脂肪酸脱水或聚合作用的产物,主要成分是各种角质酸。木栓质是构成植物的木栓层的主要成分。角质和木栓质的化学性质稳定,因而由它们形成的植物组织常保存于煤中。

5)孢粉质孢粉质是构成植物孢子与花粉外壁的主要有机组分。它具有脂肪族芳香族碳网结构,化学性质甚为稳定,能耐一定的温度和酸、碱的处理,不溶于有机溶液。古生代煤中常保存有大量孢子。

植物的有机组分中除以上5类外,还有鞣质、色素等成分。鞣质(又称丹宁)是由不同的芳香族化合物,如丹宁酸、五倍子酸、鞣花酸等混合而成的,具有酚的特性。鞣质具抗腐性,可浸透老年木质部的细胞壁、种子外壳、树皮,从而增强了抗腐性。色素是植物体内储存和传送能量的重要组分。

除了上述植物的有机化合物组成外,植物有机质的元素组成也影响着成煤特征和煤的利用。构成植物有机质的元素种类虽少,但含量大,主要由碳、氢、氧、氮4种元素组成(表12)。

表1-2 成煤植物各种物质的元素成分

植物中的有机氮化合物在植物死亡后,被细菌分解形成氮,大部分为土壤中的细菌氧化成硝酸盐和亚硝酸盐。氮是形成蛋白质的重要组分,蛋白质中含氮l5%~20%,氮也是叶绿素、生物碱等的组分。此外,硫和磷也是构成蛋白质的主要组分。硫常和α生物素及一些氨基酸有关;磷是形成细胞核和种子熟化所必需的,在花中含磷量可达1.5%,花粉中达2%~3%,种子含磷达0.5%~1%。磷是原生质和细胞核活性化合物以及核酸、蛋白质和脂类的重要组分,它可以促使能量转化。

植物中的钾能影响果实的性质,起着催化剂的功能,也是细胞质中的重要元素。在构成植物组织和成熟的木质部中,钙起着重要作用,它主要聚集于死细胞内,钙与钾一起控制着植物体对水的吸入及运动。钾增加水的吸入、增多原生质,钙起着脱水的作用。镁是形成叶绿素所必需的元素,它含于细胞核的蛋白质中并大量存在于种子中。铁作为一种催化剂参与叶绿素的形成。

除上述元素外,植物中还含有微量的Na,Si,Al,Mn,B,Ba,Sr等,它们在植物体内主要作催化剂,其他功用有待探索。植物体有机物、无机物中的元素是众多的,它们的存在不仅直接影响植物体的生存和演化,而且也影响植物遗体的转化、煤的特征和煤的加工利用,以及加工利用中带来的环境污染。现将陆生植物及陆生植物灰分中的元素平均含量列于表1-3和表1-4中。

表1-3 陆生植物中元素的平均含量

(据Zyka,1971)

表1-4 陆生植物灰分中的元素平均含量

5、成煤作用研究进展

一、陆相成煤作用

传统的成煤作用理论或以往大多数煤地质研究者认为,成煤作用发生在一个水进水退旋回中的水退期,这一成煤模式的核心思想是聚煤盆地演化具有阶段性,在这一阶段的后期,沉积体系中活动碎屑系统废弃而使盆地范围内大部分或全部沼泽化,进而泥炭沼泽化。在泥炭堆积适宜的区域发生成煤作用旦地壳沉降区得以保存的情况下形成煤。可以说,世界上很多煤层是在水退过程中或者是在近海成煤环境下形成的,海退条件下形成的煤系要求盆地沉降不能停止(Diessel,1992),而且,要在整个泥炭生成范围内发生沉降,甚至向盆地方向沉降幅度更大。因而,这将导致滨海平原洼地的形成,而且泥炭堆积速率与沉降容纳速率保持平衡。而碎屑物质绕过泥炭沼泽或以河流穿过泥沼地的方式到达海岸边缘带,以便使进积三角洲前缘或障壁体系后部的泥炭向盆地方向迁移提供出新的泥炭聚积区。除非有突发性洪水事件导致泥炭发育中止或灰分增高,正常情况下,在整个海退期泥炭聚积作用将持续进行,直到盆地演化的下一阶段活动碎屑体系(如冲积体系发育)复活而使泥炭沼泽发育中止。

“陆相成煤模式”更能说明成煤的环境是在陆相条件下或者是在盆地水域退却的情况下,泥炭沼泽发育而成煤。在煤田地质学理论体系中,成煤作用理论是最重要的组成部分。对于泥炭沼泽的定位是既不是水域也不是陆地,沼泽是水域与陆地的过渡环境。在成煤作用过程中,这样的过渡环境是非常关键的。但问题是这个过渡的环境在成煤作用发生和盆地演化过程中到底能持续多长时间,这关系到成煤作用的最后结果,那么水域体制将是制约泥炭沼泽发育程度和最终成煤的最关键因素。因此,水域体制是成煤作用理论中最重要的一个因素。对于盆地水域体制,以往煤田地质学的理论是很少涉及的,这样就限制了成煤理论的进一步发展。因此,成煤作用仅仅用水域的退却和泥炭沼泽向盆地中心的扩展这样的解释是远远不够的。

二、海侵过程成煤和海侵体系域成煤作用

(一)海侵过程成煤机制

海进和海退是海陆交替型煤层形成的两个控制机制,所以可由此推测许多煤层构成的变化。在论述一个大型沉积盆地的充填作用时,沉积基准面(其下的沉积物可保存)可假定在海面附近,或者,更准确地说是正常天气下的浪基面。在特殊的成煤环境下,沉积基准面可看作与地下水面一致。由于海陆交替环境在水文上是与海平面相连的,因此在大部分滨海平原上,地下水面位置与海平面位置差别不大。再向陆一些,地下水面随平均地面坡度角上升。在许多泥炭形成环境,地表起伏决定了成年河的最优剖面,这种最优剖面是侵蚀与加积达到平衡时建立起来的。如图15-1所示,最优河流剖面与海平面以相切的形式连结,向源头方向升起。海平面上升,如从T0上升到T1A,不仅在已被淹没的原先的滨海平原上产生沉积物聚集的更多空间,而且沉积基准面上升使河流较平坦的部分减少而缩短了河流剖面。由于产生侵蚀,而河流向陆方向发展,以达到新的平衡。相反,如果海面由T0下降到T1B,较低的滨海平原会遭受侵蚀,河道侵蚀会导致上流出现冲积沉积。

图15-1 海平面升降条件下最优河流剖面(垂向放大)的侧向迁移示意图(Diessel,1991)

由于对地下水具有重要的控制作用,而且相对海平面变化影响到河流坡降。因此,海水动态和煤系之间的联系远远多于泥炭和海水的实际接触。在低位泥炭沼泽形成的煤层中,原基准面位置表现为岩性界面,而且,许多地层面在含煤层沉积中与原基准面位置一致。

通过使用基准面的概念,Sloss(1962)将碎屑岩性体的形态定义为下列参数的函数:Q—单位时间内进入沉积场所的碎屑物的数量;R—接受值,用沉降速率或单位时间内沉积基准面以下所增加的空间来表示(相当于Vail(1987)所指的“容纳空间”);M—供给沉积场所的沉积物,反映其结构和成分;D—散失系数,用于表示沉积物(沉积基准面以下不能容纳的那个部分)从沉积场所运走的速率。

在早期将以上理论用于各种海进—海退模式时,Sloss认为M是一个常数,因为统计资料表明,在长时间内供给大型盆地的沉积物的结构和组成变化不大。然而,在研究包含无机物向有机物转化或有机物向无机物转化的含煤建造时,煤层及其层间沉积岩层应当分别考虑。鉴于煤层之间沉积岩的特征,物质系数可作为Q的下标出现,因此,就产生了Q碎屑岩和Q泥炭的区别。假定气候及其他影响植物源的因素对植物生长非常有利,那么泥炭堆积的开始和结束很大程度上取决于接受值(R)及供给或搬出(D)沉积盆地的碎屑物的数量(Q碎屑岩)。在泥炭堆积期间,假定潜水面上升速率与植物碎屑堆积速率相近,使泥炭形成具备必要的空间(R)而不至于被氧化(也是D的一种形式)或淹没停止。如图15-2所示。在海进—海退条件下,海面的上升、下降或静止都会导致泥炭堆积。其机制如图15-3所示,这里,假定海面上升时,岛后潟湖和泥炭田向滨海平原方向发展。风暴引起的近滨侵蚀及潟湖内冲溢扇的形成使其向陆方向迁移(T1),薄层远滨沉积之上不断进行再沉积的障壁砂滩也跟着迁移。即使是在中等载荷条件下,泥炭的压缩量也很大,从而使海面上升作用更强。在侵蚀面之上为沉积砾质滞留物。这一过程的产物就是形成具有明显海相特征的薄层但分布极广的煤层。

在泥炭堆积之前(图15-2A)首先沉积陆源物质,通常表现为冲积扇或溢流沉积,且一般位于浪基面以上,因此容易进一步发生散失。虽然这时可发育一些乔木或其他植物,也可形成根土岩。但由于地下水面较低,植物遗体碎屑因氧化或侵蚀作用而不能保存。所以不能形成泥炭(Q泥炭-D=0)。海面的持续上升使滨海湿地向陆发展,可形成图152B所示的泥炭形成条件。只要植物生长速率与海面上升速率一致,泥炭就可持续形成。但是,随着更进一步海侵,沉积盆地增大的接受值(R)和物质供应量(Q泥炭或碎屑)之差造成的沉积空间的增大不能被植物的堆积所充填。如图15-2C所示,在图示中心区域,泥炭由于覆水过深而停止发育。图15-2中心区域的实际宽度取决于这一地带的坡度角。山麓环境及相对坡度角较陡的滨海平原可形成较窄的强烈穿时的煤层聚集带,而在广阔平坦的地带(如三角洲平原,据Jankowski,1991),穿时现象十分微弱,致使大面积内形成的煤层似乎是同时的。海进型煤系的特征具有陆源沉积,煤层底板发育根土岩,顶板为湖泊或潟湖沉积,后者可被海相沉积所覆盖或被侵蚀取代。

图15-2 海侵、海退条件下煤层形成的不同阶段示意图(据Diessel,1991)

海退条件下形成的煤系要求盆地沉积不能停止,而且要在整个泥炭生成范围内继续发生沉降,甚至向盆地方向沉降更大。这种情况将导致滨海洼地的形成,在滨海低地带中,接受值(R)与植物(Q泥炭)聚积速率保持平衡,来自陆地的碎屑绕过较高的泥炭地或以河流形式穿过泥炭地,沉积于海岸地带,以便为进积三角洲前缘或障壁体系后部的泥炭向盆地方向迁移准备出新的泥炭聚积地(图15-3T2)。除了偶尔发生的洪水导致煤中灰分含量增高或在煤中产生页岩及其他陆源碎屑夹层外,泥炭聚积作用在整个海退期将持续进行,直到冲积相开始发育致使活动碎屑体系能级增加而中止。

图15-2C,D和E概括了海退前、海退过程中及海退后的煤系形成条件,其情况与先前的海进相反。其结果是导致煤层分叉。在海退型泥炭加积开始之前(图15-2C),图中的中心参数区是被水覆盖的。此阶段的有机质沉积微不足道,而碎屑沉积则形成于河口湾、三角洲前缘及岛后滨海环境。当海岸线前进时,泥炭开始在分流间湾的泥沼地中聚积(图15-2D)。当盆地继续缓慢沉降且由于压实作用而使沉降速度加快时,植物碎屑供给速度及其风化减少之间达到平衡,直到陆生沉积物前缘将泥炭埋掉为止,这种情况如图15-2E所示,这时,又回到了图15-2A所示的循环开始时的条件(图15-3T2)。

图15-3 Sydney盆地Wynn煤层及相关地层形成的理想模式(Diessel,1991)

(二)具有海相顶板的海侵煤层的性质

图15-2C所示的模式表明了海侵煤层两个环境的重要区别,在图中的中心参考区,海侵表现为淹没煤层的顶板,而海水没有到达位于图左侧远处的泥炭,虽然这些泥炭也形成于海侵期间,也经历了海面上升导致地下水面的上升,引起了该地由干燥向潮湿条件逐渐转化。这说明有些煤层或其向陆的延伸部分虽形成于海进过程中但实际却没有接触海水。因此,从理论上说,可区别出有海相顶板和无海相顶板的海侵煤层。

这里对具有海相顶板的海侵煤层和无海相顶板的海侵煤层要分别论述。但应当清楚,沼泽环境经常通过过渡性的潟湖、海湾、河口湾等与海相连。

海水侵入淹没滨海泥炭田不仅反映在煤层之上的沉积物中,而且也表现在煤层本身。常见的情况为煤层剖面的上部黄铁矿硫含量增加等现象,据此可区别煤层是否受到海水影响。含煤层序中受海水影响的煤层数目取决于地层柱状图中所记录的海侵频率及持续时间。

下面要讨论被认为是形成于海进过程中且最终被海相沉积物所覆盖的煤层。假定泥炭聚积是与海侵过程中沉积作用向陆迁移相对应,比如泥炭作为海进体系域(TST)中的一部分,因而煤层形成与海侵之间的成因联系应当在煤层性质中反映出来。

1.化学特征

煤化学方法是将碳和氢元素的百分含量绘在Seyler图上。Seyler图是一个将化学元素(如C,O,H)和能量(如挥发分、单位能、坩埚膨胀指数)相结合的一种X-Y标绘的二元图。如图15-4所示,一条曲线带由图表右边水平地向中心伸出,而后向下急速地伸向0%的H和100%的C。由于大量的分析表明多数煤的参数可在这个界限内绘出,所以这个带称作正常带或亮煤带。由于一些煤中所含的氢比这个煤级(表现为C)的正常含量要高,所以绘在这个带之上的煤属于高氢区。低于正常氢含量的煤属低氢区,绘在较低的位置。

图15-4 两种受海水影响的煤层的Seyler图解(Diessel,1991)

受海相层影响的另一个化学特征是高的硫含量和低的硫同位素比。煤及其附近的沉积物显示了硫同位素比和沉积环境之间的联系,这和现代泥炭很相近。

大多数研究者认为具海相层顶板的煤中硫的分布是受海水影响且煤层中的高硫量始自泥炭期。煤中硫含量与煤层顶板以及最靠近煤的上覆海相层底部间距之间具有密切的相互关系。

2.矿物学特征

海水中所含的硫由于细菌弱化作用而生成H2S,或者同有机物反应生成有机硫或与二价铁反应生成同生的硫化铁沉淀而直接生成黄铁矿,或作为一些FeS2变体,这种物质不稳定而转变成黄铁矿。许多研究者已经认识到受海水影响的煤层的一个显著特征是高黄铁矿,这也在现代泥炭沉积中观察到。

据Cohen等的研究,由淡水到海相的分级表明:在半咸水泥炭中竟然黄铁矿含量最高,海相层中居中而在淡水泥炭中最低。这也证明了当淡水泥炭被高硫泥炭覆盖时黄铁矿含量高,而当其在淡水泥炭底部时则不具任何影响。在海进过程中由于加积或洪水使得泥炭浸泡在海水中,在煤中或是独有或是集中的矿物为白云石、方解石和磷灰石。

黏土云母经历过海相环境是人所共知的,黏土云母组成页岩中细粒的基质,而相对含量低的高岭石则作为大的晶体集合体出现,或是沉积前就部分或完全高岭石化的岩屑硅酸盐的转换产物。

3.煤岩学特征

具有海相顶板煤层的煤岩学实体并非与其他煤层不同,但煤岩组分的富集程度不同,尤其是在煤层剖面的上部,其煤岩结构中暗色煤岩类型较为丰富。地下水位的上升可由亚原地和异地的碎屑惰性体以及偶含腐泥煤的增长表现出来,而植物组织被破坏的程度通常与受海水影响的泥炭的pH值的增高有关,因为这种泥炭比淡水泥炭更适合细菌的活动。受海水影响的煤层,其组织保存程度非常低就是证据。结果导致碎屑镜质组含量增长,而镜质组的含量减少。

在接近中性的条件下,由于细菌破坏而导致生物密度减少,其结果是以碎屑镜质体作为基质的壳质组显微组分相对富集。在三角洲平原和受海水影响的煤层中,孢子体和角质体含量一般要高。

具海相顶板的海侵煤层中高荧光强度和低反射强度在煤层剖面中并不是均匀分布的,而是集中在受海水影响最近的地方,如在煤层剖面的上部。如图155所示,在两个煤层中的所有性质显示了明显的海侵特征。在Pelton煤层,被海相沉积物直接覆盖,向上镜质组反射率减小(A),镜质体荧光性增强(B)、(C)特别显著。这些变化表明厌氧细菌的活动能力向上增强。别的特征包括一般较高的黄铁矿(G)和镜质组含量向上增加(E),后者也是海侵成煤的一个特征。黄铁矿主要以小的同生结石存在,大部分结石保存于碎屑镜质体的基质中,而在接近黄铁矿时显示高的荧光性。

虽然许多受海水影响的煤层表现为壳质组含量增加,但由于化学侵蚀作用,也有的表现为壳质组含量降低。这是因为泥炭水的pH值上升到超过中值时所致,如在与碱性海水有较长的接触时间时,但是随着碱度的增加其保存情况迅速地恶化。

三、幕式成煤作用

幕式成煤作用(episodic coal accumulation)是中国矿业大学张鹏飞先生与邵龙义教授(1992)研究中国南方石炭二叠系时在海侵过程成煤理论的基础上提出来的,他们注意到海陆交互相环境中的一些厚煤层横跨不同相区呈大面积分布(数百至数千平方千米),同时也注意到有些大面积连续展布的煤层的形成环境与煤层下伏沉积物的沉积环境并没有必然的联系,用幕式成煤作用理论表示这种横跨不同相区的大面积的聚煤作用。由于海侵过程成煤的聚煤作用主要发生于海平面上升阶段,且此时区域基准面随着海平面的上升而上升,从而提供了有利于成煤的可容空间,使得厚煤层得以聚集。因此,可以证明在海泛期可能形成一个沉积旋回中分布最广泛的煤层,而且在最大海泛期可能形成沉积旋回中最厚的煤层或灰岩层。这种大范围的聚煤作用是由区域性的甚至全球性的海平面(基准面)变化引起的,它可以跨越不同的亚环境、不同的沉积相带甚至不同的盆地。这一理论强调海平面幕式上升期间滨岸平原环境的聚煤作用和幕式聚煤作用的同期性。

幕式成煤作用和海平面变化密切相关。在幕式成煤作用发生期间,一次沉积事件和其中所包含的若干个次一级的沉积事件都可能形成具有一定分布规模的煤层。大规模的海侵事件(如三级或二级海侵事件)所形成的煤层常常具有大区域的或盆地范围的分布规模,而在次一级海侵过程(如四级或四级以下的海侵事件)中形成的煤层则具有较小区域的分布规模。前者相当于层序地层学和成因地层学中的最大海泛期沉积,后者则相当于一个正常的海泛面沉积。因此,大范围分布的厚煤层多是主要幕式成煤期的产物,代表最大海泛面沉积,而较小范围展布的煤层则是次一级幕式成煤作用期的产物,代表正常海泛面沉积。在两次大规模海侵事件之间,可能会发生多次的次级海侵事件,形成多个次级的聚煤作用幕,而多个次级成煤作用幕的叠加则形成了更高级别的成煤作用幕。幕式成煤作用与层序地层学原理相结合,可以划分出对应于不同级别海平面变化的成煤作用幕,并在层序地层格架中预测一次海平面变化旋回中聚煤中心的迁移规律及煤层的展布规模等(图15-6)。

图15-5 新南威尔士Greta煤系中受海水影响的Greta和Pelton煤层垂直剖面中几种煤岩组分的分布(Diessel,1991)

图15-6 陆表海环境下含煤旋回(准层序)形成过程与海平面变化(据邵龙义,1997)

郝黎明等(2000)根据幕式成煤作用提出了旋回频率曲线叠加法,其内容是:在克拉通盆地滨岸地区,由海平面变化引起的沉积环境的变化对于聚煤作用有着重要的影响,在海平面上升期间,滨岸地区的聚煤作用是极为重要的。因为在这一地区,海平面的升降会导致沉积环境发生相应的改变,而正是这种改变,使本来不具备成煤条件的地区有可能变为有利的聚煤区,也可以使本来有利成煤的地区变为不利成煤的地区。在岸线向陆方向,海平面的抬升为泥炭堆积提供了合适的可容空间。如果海平面(基准面)的抬升速率与泥炭的堆积速率相适应,泥炭就可持续堆积,形成较厚的煤层。这种情况一般出现在海平面上升速度较快的情况下。在此期间,有利的聚煤区就可形成,直到海平面抬升速率大大超过泥炭堆积速率,泥炭被淹没为止。在岸线向海方向,海平面的下降会使本来不适于泥炭堆积的淹没区变浅,甚至出露地表,形成暴露面。当海平面再次抬升时,如果海平面抬升速率和泥炭的堆积速率配置得当,泥炭即可发生持续堆积,这样的地区也可成为有利的聚煤区,这种情况一般出现在海平面上升速率较低的情况下。一般来说,在海平面上升期间,滨岸地区不论是靠陆一侧,还是靠海一侧,都可能呈现旋回性的沉积特征。反之,在远离岸线的陆地和海水较深地区,海平面的一般变化难以使其沉积环境发生相应的改变,有利的聚煤环境难以出现,在这种情况下,能够形成的含煤沉积旋回的个数也就较少,从而形成较为稳定、单一的沉积序列。考虑到上述因素,通过研究不同地区钻孔(或野外实测剖面)的旋回性,可以了解到海平面变化的信息。通过对比多个这样的点上的信息,就可以直观地得到一个区域范围内海平面的变化情况,进而了解该地区的聚煤中心的迁移规律以及聚煤作用幕的分布范围。

四、事件成煤作用

普通的地层超覆和退覆规律早已被人们所接受,并成为恢复古海平面变化特点的重要依据。均变理论一直是地质学理论的支柱之一。例如人们普遍接受这样的海侵定义:海侵是海水逐渐地、缓慢地侵漫到陆上、海岸线逐渐后退的地质过程。反映在沉积上,则可以看到海相沉积物由海及陆的各种相带依次向陆地方向超覆,在垂向层序上则为比较完整的陆→海相序;海退序列则反之,也是比较完整的相序。但是,人们在研究海平面升降变化、海侵与海退过程中,发现灾变或突变在盆地沉积动力机制中也是比较重要的现象。事件地层学的形成与发展给盆地充填沉积分析带来了新思路。就是说,有些海侵是事件性质的,水域体制的变化也是多种因素引起的。陆相盆地与近海和海盆地的水域特征具有很大的不同,所谓的水进水退规律也是截然不同的。在考虑海侵海退时往往是单向的进与退,而考虑陆相盆地时则往往是看整体盆地水域的变化。

地质科学新理论给煤地质学带来新思路,如层序地层学的提出对煤地质学领域也带来了新的思路。层序地层学虽然给地学特别是对沉积学和地层学带来革命性的影响,但在讨论层序形成时,均变思想仍然是主导的。经典层序地层学主要的思想仍然是海平面升降的有规律的变化,而且这种以大陆边缘海盆地为典型盆地推出的层序模式,必然是依据海平面逐渐上升和逐渐下降这种比较清楚的海水进退机制加以论证。因此,也就必然导致均变论在层序解释中的主导作用。这可以在最近几年提出的大量层序地层研究成果中看得出来,有些研究者将陆相湖泊盆地的层序形成机制与边缘海盆地层序形成机制相提并论,试图从两者中找出机制相同的解释,即陆相层序也用海平面变化去解释,显得有些勉强。

事件沉积学与事件地层学的兴起对于解释地质历史上由于突发事件造成的不连续或者截然不同的两种沉积相互叠置的现象提供了新的思路,事件沉积的研究思路,或者说灾变的思想对于解释沉积层序中一些关键界面、解释层序结构的不对称性、解释层序中的一些关键层位,都是非常重要的。因此,对于含煤层序来说,用事件或者灾变的观点分析含煤沉积旋回和成煤作用,可以解释泥炭堆积作用过程中由于水域体制的突发性变化或者非均衡性变化而导致其终止的原因。由于至今对于煤层与深水沉积之间的成因关系没有得到圆满的解释,所以地质历史中深水沉积或者海相沉积直接与煤层接触的现象解释至今存在争议,没有从成煤作用机制上进行科学的解释。

根据我国北方石炭二叠系陆表海充填沉积中浅海相突然大面积覆盖在陆相沉积物之上、两者之间有明显相序缺失的现象,有学者提出事件型海侵(event transgressive)或突发型海侵(episodie transgressive)(何起祥等,1991),这种海侵现象为一种快速突发的海水侵漫事件,表现在沉积上为相序明显的不连续,即看不到海水逐渐侵进的沉积记录。发生海侵事件的盆地需要具备特定的背景条件,包括当时古气候条件。

首先,由于华北晚古生代陆表海盆地的特殊古地理背景(如极为低平的盆地基底等),海侵过程常具快速侵进的特点,与普通的海侵过程相比具有“事件”性质,在沉积记录上表现为水体深度截然不同的沉积组合直接接触(图15-7),其间具明显的相序缺失(非侵蚀间断缺失),海侵层在时空上具有较好的稳定性和等时性。华北晚古生代含煤地层中常见到海相石灰岩大面积直接覆盖在浅水或暴露沉积物上,且具有多旋回性,这一现象是比较典型的突发性海侵导致的结果。这种突发性海侵对陆表海盆泥炭沼泽的发育与中止、泥炭的堆积与保存,起到了主控作用。

图15-7 海侵煤层与海侵沉积的接触关系(据陈忠惠,1993)

其次,晚古生代华北陆表海盆地海平面变化具有高频率和复合性的特点,即晚古生代海平面升降周期频数多、级次复杂、相互叠加,在其控制下形成了一套所谓海、陆交替型的沉积,总体上符合“旋回含旋回”的特征,且又具独特性,即快速的海侵过程、振荡性的变化频率,构成复合型海平面变化:长周期的海平面升降变化周期中叠加了中、短期的海平面波动变化;长周期的海退过程中具有多次短周期的海侵事件;同样,海侵过程中也可能有短周期的海退变化。海平面升降变化与海侵、海退过程应是有本质区别的两种概念,海侵、海退是海平面升降、盆地构造沉降、气候等多因素综合作用后海岸线相对变化的表现。

另外,海侵沉积涉及的范围是全盆地的,大规模、海侵事件对于盆地整个系统具有深刻影响,包括沉积体系域的转换、生态系统的破坏和调整。

石炭二叠纪是世界上重要的成煤期,古气候为植物的繁盛提供了背景条件,但冰川的活动也是一个重要的影响因素,直接影响海平面的升降变化。

总的来看,华北陆表海盆地晚古生代海平面的变化(即突发性海侵、高频复合海平面变化周期)控制了陆表海盆地的充填沉积和煤聚积作用,而且,聚煤作用特点也显著不同于其他类型的盆地。

鉴于在不少地区发现海侵组合与煤层具有密切关系,而不少海侵沉积被认为是事件海侵沉积,李增学等(1995)提出了海侵事件成煤作用的观点。这个观点的基本内容是:海相沉积与煤层的组合受海平面变化周期的控制,海侵开始之初,可能导致在原有暴露的土壤基础上发育泥炭沼泽;这种泥炭沼泽是在陆表海盆地海水退出一个时期后,由于暴露土壤化,或者海水退出不是十分彻底,而使盆地处于一个浅水但不是一种典型水域的环境,这实际上是一种特殊的沼泽环境;由于这种环境持续相当长的时间,植物茁生蔓延,泥炭沼泽进一步发展;这种泥炭沼泽不同于大陆上的泥炭沼泽,时常受到海水的侵扰;泥炭在后来大规模的海侵发生后被保存。据李增学等(2001,2002,2003,2004)的研究,煤层与海侵层有下列组合关系:在低级别的海平面变化周期中形成薄层海相灰岩/较厚煤层的组合,高级别的海平面变化周期中则多形成厚层海相沉积/薄煤层组合。在层序地层格架中,海侵体系域的煤层位于体系域的底部,而海退成因的煤层则位于高位体系域的顶部。可以说,煤层的发育都与海平面升降变化中的转折期有关,而海侵成煤成为陆表海盆地成煤的重要特色。在低级别的海平面变化周期内,适合泥炭沼泽发育的时间持续相对较长,尽管海平面波动对泥炭堆积产生重要影响,但泥炭堆积得以较稳定地进行且最终成煤。海侵事件成煤的等时性也从华北大型陆表海盆地海相沉积和煤层中的生物组合、地球化学特征、地球物理数据等时对比得到证实。

6、煤形成的条件

煤炭被人们誉为黑色的金子,工业的食粮,它是十八世纪以来人类世界使用的主要能源之一。虽然它的重要位置已被石油所代替,但在今后相当长的一段时间内,由于石油的日渐枯竭,必然走向衰败,而煤炭因为储量巨大,加之科学技术的飞速发展,煤炭汽化等新技术日趋成熟,并得到广泛应用,煤炭必将成为人类生产生活中的无法替代的能源之一。
煤炭是千百万年来植物的枝叶和根茎,在地面上堆积而成的一层极厚的黑色的腐植质,由于地壳的变动不断地埋入地下,长期与空气隔绝,并在高温高压下,经过一系列复杂的物理化学变化等因素,形成的黑色可然化石,这就是煤炭的形成过程。
一座煤矿的煤层厚薄与这地区的地壳下降速度及植物遗骸堆积的多少有关。地壳下降的速度快,植物遗骸堆积得厚,这座煤矿的煤层就厚,反之,地壳下降的速度缓慢,植物遗骸堆积的薄,这座煤矿的煤层就薄。又由于地壳的构造运动使原来水平的煤层发生褶皱和断裂,有一些煤层埋到地下更深的地方,有的又被排挤到地表,甚至露出地面,比较容易被人们发现。还有一些煤层相对比较薄,而且面积也不大,所以没有开采价值,有关煤炭的形成至今尚未找到更新的说法。
煤炭是这样形成的吗?有些论述是否应当进一步加以研究和探讨。一座大的煤矿,煤层很厚,煤质很优,但总的来说它的面积并不算很大。如果是千百万年植物的枝叶和根茎自然椎积而成的,它的面积应当是很大的。因为在远古时期地球上到处都是森林和草原,因此,地下也应当到处有储存煤炭的痕迹;煤层也不一定很厚,因为植物的枝叶、根茎腐烂变成腐植质,又会被植物吸收,如此反复,最终被埋入地下时也不会那么集中,土层与煤层的界限也不会划分得那么清楚。
但是,无可否认的事实和依据,煤炭千真万确是植物的残骸经过一系统的演变形成的,这是颠簸不破的真理,只要仔细观察一下煤块,就可以看到有植物的叶和根茎的痕迹;如果把煤切成薄片放到显微镜下观察,就能发现非常清楚的植物组织和构造,而且有时在煤层里还保存着像树干一类的东西,有的煤层里还包裹着完整的昆虫化石。值得探讨的是它为何形成得如此集中,而且又是那么如此的优质呢?
记得上小学的时候,我家住在离城不远的乡村,每当盛夏雨季来临时,一场暴雨过后,村子中央就会出现一条湍急的“小溪流”,我们许多小朋友就会跑到那里面去嬉戏,那小溪流也会因暴雨停止时间的延长,而变得越来越小,最后干涸。但在没有断流之前你会发现,很多水流处却被冲下来的木棍儿、杂草等漂浮物堵塞,形成一个个小的水坎儿。为了能让水流通畅,我们不时地把那些小水坎扒开,有的时候也会借此筑起一道小溪上的“堤坝”。既便是现在居住在城里,一场暴雨过后,街道上很多地方也会出现各种各样的漂浮物截住了水流,堵塞了下水道口,而且很多漂浮物又被集中地滞留在一个地方的现象。
小巫见大巫,由此我们便可以推断出煤炭的形成可能与洪水有直接关系。如果没有洪水那样强大的力量和搬运的功能,煤炭的形成绝对不会那么集中,也不会那么优质。
我们可以设想一下,在千百万年前的地质历史期间,由于气候条件非常适宜,地面上生长着繁茂高大的植物,在海滨和内陆沼泽地带,也生长着大量的植物,那时的雨量又是相当的充沛,当百年一遇的洪水或海啸等自然灾害降临时,就会淹没了草原、淹没了大片森林,那里的大小植物就会被连根拨起,漂浮在水面上,植物根须上的泥土也会随之被冲刷得干干净净,这些带着须根和枝杈的大小树木及草类植物也会相互攀缠在一起,顺流漂浮而下,一旦被冲到浅滩、湾叉就会搁浅,它们就会在那里安家落户,并且象筛子一样把所有的漂浮物筛选在那里,很快这里就会形成一道屏障,并且这个地方还会是下次洪水堆积植物残骸(也会有许多动物的残骸)的地方。当洪水消退后,这里就会形成一道逶迤的堆积植物残骸的丘岭,再经过长期的地质变化,这座植物残骸的丘岭就会逐渐地埋入地下,最后演变成今天的煤矿。
那么也许有人会问,1998年中国遭受的一场罕见的水灾,为何没有出现这样的情况呢?我认为,那是因为中国目前的森林覆盖率很低,而且有森林的地方多在高海拔地区,在平原到处是粮田,几乎到了没有什么森林可淹的境地,只不过是淹没了一些农田的防护林,并且农田防护林的树木很稀少,而且树木的根须又十分的发达,抓地抓得十分牢固,短时间的浸泡、冲击不会造成多大危害。而森林中的树木就不同了,很多树木都挤在一起生活,它们为了吸食太阳的能量,拼命地往上长,根须并不发达,一旦一处树木被洪水连根拨起,就会连带成片的树木被洪水毁掉,就如同放木排一样,顺流漂浮而下,势不可挡,最后全部堆积在一个地方。
另外,由于人类对大自然认识的增强,抵御突发性自然灾害的能力不断提高,兴修水利,筑起坚固的堤坝,加固江堤、河堤,大大地减缓了凶猛洪水的冲击力,泛滥的现象少了,甚至乖乖地听从人类的召唤,并把凶猛的洪水变成了电能、动能、热能,造福于人类,服务于人类社会。
不仅洪水有搬运动植物这样的能力,而且潮汐、台风、海啸也具备这样的能力。由于地震、火山喷发等因素引起的海啸,可以使海浪掀起三、四十米还高,并且在顷刻之间把一个岛屿上的动植物扫荡一空;把海岸线附近的一切生物全部洗劫。
再者,地球表面上的物质不可能永久的一成不变地等待着地球进行沉降运动的,而且地球表面上的物质是在不断地循环流动着的。因此,“水灾说”是使煤炭形成得如此集中、优质,还是有一定的道理的,是有说服力的,也是能够令人信服的。
地球表面上的物质不可能永久的一成不变地等待着地球进行沉降运动的,而且地球表面上的物质是在不断地循环流动着的。因此,“水灾说”是使煤炭形成得如此集中、优质,还是有一定的道理的,是有说服力的,也是能够令人信服的。
煤炭千真万确是植物的残骸经过一系统的演变形成的,这是颠簸不破的真理,只要仔细观察一下煤块,就可以看到有植物的叶和根茎的痕迹;如果把煤切成薄片放到显微镜下观察,就能发现非常清楚的植物组织和构造,而且有时在煤层里还保存着像树干一类的东西,有的煤层里还包裹着完整的昆虫化石。值得探讨的是它为何形成得如此集中,而且又是那么如此的优质呢?
由于古代的在植物大量沉积,被深深的埋在地层下,受到高压和高温,经过几亿年的时间,变成煤炭
煤矿和其它矿一样,是层状的,且不是到处都有,如果是地表植物积聚而成,则不会那么集中,应该到处都有,所以我认为,书上所说的不对。碳元素是地球故有的,地表的碳大部分以化合物形式存在,地心的碳以单质形式存在,地心的碳向地表喷出时,一部分为钻石,一部分为石墨,大部分为煤(不同条件下形成不同的物质),和其它大部分矿的成因一样。
植物当被压在地下,在长时间的缺氧高压的条件下便会形成煤。
石炭纪地球植物大繁盛,为煤的形成形成的强大的物质基础,后来的造山运动为煤的形成提供了外部条件。经过常年累月,便有了煤。

与成煤作用的有利气候条件相关的内容

其他城市天气预报