Question

中国煤质、煤级分布特点

Answer 1

中国的煤岩煤质特征，在不同地区、不同时代的煤之间存在着明显的差别。这是由于古地理、古气候、古构造、古植物条件不同，以及地球化学条件和煤化作用有所差异造成的。早古生代没有陆生高等植物生长，但是在广阔的浅海中，特别是在边缘近岸浅海内，藻类等低等生物大量繁殖，为形成早古生代煤提供了充分的原料。中国早古生代的煤统称石煤，以高灰、高硫、低碳、低发热量为特点，主要分布在湖北西部、陕南实康、浙江余杭及常山、湖南常德及汉寿等地，聚煤时代以寒武纪、志留纪为主，某些地区有震旦纪和奥陶纪石煤分布(如浙江余杭、常山，湖南常德等)。早古生代煤变质程度高，普通达到无烟煤阶段。其灰分和硫含量高，发热量低。按照灰分和发热量的高低，早古生代石煤基本上分成劣质腐泥无烟煤和优质腐泥无烟煤两类。其次，劣质腐泥无烟煤灰分高达40%～90%，发热量低，多为炭质泥岩和炭质板岩，优质腐泥无烟煤，灰分一般小于20%～40%，发热量高达16.75～25.12kJ/g，少数可达29.31kJ/g。早古生代煤中有机组分以均一基质为主，颜色和色调呈均匀状，异向光性明显。早古生代煤中矿物质含量高达30%～75%，成分以石英、黏土矿物和方解石为主，少量黄铁矿;矿物呈微粒状与有机质均匀混合。晚古生代的煤主要生成于陆表海盆内较平坦的滨海地区，经历了最长久的煤化作用时期，加之地壳早期海水中含电解质较多，凝胶化作用显著，因此显微组分中镜质组一般大于60%。灰分的高低则决定于距陆源区的远近，愈近大陆，灰分愈明显增加(如北方石炭二叠纪煤靠近阴山古陆，南方晚二叠世煤靠近康滇古陆的部分)，而灰分(和硫分)相对较低的煤通常总是与冲积体系向三角洲体系过渡或向碎屑海岸体系过渡的部位有关，或与上、下三角洲平原过渡带的沉积组合共生。晚古生代沉积物以富铝为特点，古煤岩系中常有铝质黏土赋存，因此在灰分中，Al₂O₃常大于20%;在煤的无机矿物中，黏土类通常占很大比重，因此灰熔点常大于1250℃，并且也使煤变得难以洗选。晚古生代煤的硫分以中富硫为主，只在近古陆方向煤中含硫显著下降。煤种多为中变质烟煤，闽、赣、粤煤化作用强烈地区则以无烟煤为主。中生代的聚煤环境以内陆盆地为主，早、中侏罗世鄂尔多斯、准噶尔等大型内陆盆地的气候曾经历了较干旱—温湿—较干旱的变化，造煤植物为松柏类—苏铁类—松柏类交替出现，而煤岩宏观类型则为半暗煤、暗淡煤—半亮煤、半暗煤—半暗煤、暗淡煤组合，煤岩显微组分以富丝质组为最大特征。盆地虽然经历了几个煤化作用期，但作用较弱，所以煤种以低变质烟煤和褐煤为主。煤质以低灰、特低灰、低硫、低磷为主。早白垩世小型断陷盆地的褐煤，多数以低硫、中灰为主。灰分、硫分的变化通常与物探区的远近有关，往往靠近盆缘灰分、硫分均增高。早白垩世黑龙江省东部有规模较大的近海聚煤盆地，由于有利的覆水条件造成煤岩的宏观类型以光亮型和半亮型为主，显微组分中镜质组含量可高达70.9%。煤中灰分由中到低。由于当时海水是淡化的半咸水，所以煤中含硫在0.8%以下，属特低硫煤。煤种多为中变质烟煤。古近新近纪煤大部分为褐煤，以低硫中灰煤为主;一些与海水有关的煤盆地中也出现了中硫与富硫煤。有些煤盆地中煤的壳质组，特别是树脂体含量较高，显微组分中有结构的成分增加。古近新近纪煤中的褐煤蜡和焦油产率较高。

图12-3 我国晚二叠世古气候略图(据韩德馨等，1980)

各种成因类型含煤盆地中同沉积碎屑物是各种煤灰分的主要构成部分。一些含煤盆地因为有岩浆活动和矿化强烈的地下水作用也可导致煤中后生灰分的增加，如辽宁阜新、陕西彬长、内蒙古东胜等煤田便是。中国煤的硫分，在晚古生代海陆交互相的煤中，总以中硫到高硫煤为主。中生代陆相煤则以低硫或特低硫为标志。黑龙江东部早白垩世与海水有关的含煤沉积，也以产特低硫煤为特征，这是由于当时海湾已深入内陆、海水已大为淡化的结果。南方晚二叠世与海水密切有关的煤，当硫含量超过了3%时，有机硫又占据上风，这可能是含硫的海水从泥炭沼泽阶段就不断侵入，并与有机质结合，形成了高有机硫的煤。煤的挥发分产率决定于煤化程度，但煤岩组分的影响也不容忽视，如鄂尔多斯盆地中生代低变质烟煤挥发分产率较正常值略有偏低，就是由于煤中惰质组含量较高所致。

本书对中国煤岩煤质的环境标志和若干特殊属性值做了初步归纳，结果如下:

1)沉积环境对煤质具有一定的影响。煤中灰分的高低主要决定于成煤泥炭沼泽距陆源区及海线的远近。古生代近海远陆的煤层一般为低灰煤，古陆边缘的煤层一般为高灰煤;在冲积平原上生成的煤灰分的变化还与距分流河道的远近有关。分布于分流河道或决口扇厚砂岩带一侧的煤，灰分往往较低，发育在分流河道、决口扇、潮汐水道下游的泥炭沼泽生成的煤层灰分一般较高。煤层下伏为潮道砂体和障壁岛砂体时，煤中灰分较高，坝后泥坪或涨潮三角洲前缘，煤层灰分较低。在潟湖间湾处，往往形成高灰煤。煤成分中CaO及MgO较高与海水有关，因为海水中的Ca和Mg离子伴随海水进入或渗入泥炭沼泽，可与沼泽中的CO₂离子结合形成CaCO₃和MgCO₃沉淀下来。水介质条件不同的泥炭沼泽，形成煤的灰成分不同。通常，在咸水—半成水—淡水泥炭沼泽中形成之煤层，SiO₂+A1₂O₃含量逐渐增高，FeO+CaO+MgO+SO₃含量逐渐降低。研究资料表明，在近海远陆地区煤灰成分中FeO+CaO+MgO含量大于30%～54%，在近陆远海地区煤灰成分中，SiO₂+A1₂O₃含量可高达90%以上。泥炭沼泽受海水影响程度，是导致煤中全硫及各种硫变化的主要原因。

2)华北地区的腐泥煤具有自身独特的属性。山西的腐泥煤多呈透镜状或薄层夹在腐植煤中，构成藻煤烛藻煤腐植煤的组合系列，它们是由湖泊中的藻类和漂游生物经过部分腐解生成。山西河东煤田及霍西煤田，见有腐泥煤出露，厚度为0.5m左右，含油率可达18%～24%。单独藻煤则产于山西大同、浑源、洪洞、蒲县及山东肥城、兖州等地。烛煤(腐植腐泥煤)则产于山西浑源及山东新泰、兖州、枣庄，常与藻煤互层产出，挥发分、含氢量、焦油产率均高。

3)中国南方晚二叠世煤中瓦斯亦独具特征。瓦斯煤主要分布于湘、赣、川、黔、滇、粤、皖诸省。其特征是:腐植煤多形成高沼气煤矿，残植煤多形成低沼气煤矿;煤层厚、含煤性好的地区多形成高沼气煤矿，中、低变质煤种多形成低沼气煤矿，高变质煤种多形成高沼气煤矿，超高变质的无烟煤既可以形成低沼煤矿，亦可形成高沼煤矿。围岩透气性的强弱是瓦斯保存的先决条件，同一地区盖层越厚，煤层埋藏越深，瓦斯积聚量越多;地质构造的有利部位控制着瓦斯的储存和运移。研究表明，瓦斯的形成与含煤岩系沉积环境关系密切，晚二叠世龙潭组煤层中的瓦斯，几乎都分布在滨海三角洲和滨海平原含煤沉积区内，前者高沼气煤矿达97.8%，后者高沼气煤矿占67.8%;而在浅海和局限海碳酸盐台地环境形成的含煤沉积区内，则以低沼气煤矿为主。

4)关于中国晚古生代煤的还原程度，不同学者看法不同。我国学者认为，煤的还原性是除煤岩成分和变质程度以外，影响煤质的第三个成因因素。相同煤岩成分和相同变质程度的煤，由于成煤原始植物属性和成煤初期转变环境的不同，可以使它们的物化性质、粘结性有所差异，也就是由于煤的还原性质不同造成的，或者说煤的不同还原程度是由不同成煤环境(或不同煤相)所造成的。赵师庆根据煤岩的显微特征研究了华北东部石炭二叠系煤层的煤质差别，识别出太原组煤一般具较强还原性，山西组煤属弱还原性，由此提出了环境—煤型—煤质的概略成因模型。韩德馨等则从华北若干地区煤的挥发分产率、碳含量、全硫量、煤灰成分及镜煤反射率的计算分析中，进一步表述了太原组煤和山西组煤还原性的差异。由于煤的还原系数(K)有明显的分带规律，因此可用以划分煤的还原类型。