Question

沉积环境、植物物种演化、煤岩有机相对含煤岩系烃源岩显微组分及生成煤成油、气特征的影响

Answer 1

泥炭历来被认为是温暖潮湿气候条件下的产物，对近代沉积物的研究表明，在气候条件中，湿度比温度更为重要。因为现代无论在温暖的低纬度和寒冷的高纬度，只要降水量大于蒸发量的地区，都有较厚的泥炭堆积(《中国大百科全书(地质学)》，1998)。

有利于成煤作用的地理环境是发育有大量植物的各种类型沼泽(如内陆沼泽、近海沼泽、三角洲平原沼泽、滨海沼泽等等)，但是含煤岩系中的暗色泥质岩和炭质泥岩发育的水体可能较深，且环境变化更大。主要处于深覆水(如滨浅海水沼泽、滨湖至浅水湖沼相)沉积环境的含煤岩系，以藻类和水草类等水生母质为主，有机质丰度明显优于浅覆水(如滨海三角洲平原、三角洲前缘、潟湖相以及滨湖、三角洲沼泽相含煤岩系)沉积环境以高等陆生植物木质纤维为主要母质的含煤岩系。

含煤岩系有机质主要来源于植物，成煤植物群落的不同也决定了煤的成因类型，例如，富含木质纤维组织的陆生高等植物的大量繁殖，堆积形成的煤大多为腐殖煤；富含蛋白质、脂肪物低等菌藻类为主形成的煤为腐泥煤；高等和低等植物混合形成的煤为腐殖腐泥煤。与植物演化相对应，所处自然地理环境的不同，各类植物分布及组合形式以及成煤的植物存在明显差异，必然导致含煤岩系中有机分子组成的差异，这种差异将在含煤岩系成煤演化及煤成烃过程中予以显示。吐哈盆地煤成油主要是因为活水泥炭沼泽相是中、下侏罗统的主要煤相，富含藻类体、沥青质体、矿物沥青基质等组分，使角质体富集成层，成为吐哈盆地好的有机相带(唐跃刚、金奎利等，1993)。

金奎励等(1993，1995，1997)在论述含煤岩系显微组分成烃条件时，由于存在异地/微异地以及腐殖作用等而导致富氢组分的聚集，提出流水沼泽相带可能是最好的煤成油区带。

秦建中、刘宝泉(2003)认为：含煤岩系的煤岩、炭质泥岩、暗色泥质岩的生烃潜力并不是简单的依序变差，视其所处的沉积环境而定。例如，滨海沼泽煤和炭质泥岩好于泥质岩，而较深水-浅水湖(或海)沼泽泥质岩多优于煤岩。成煤环境不同，源岩及其沉积环境和有机质显微组分具有不同的生排烃模式，它不仅表现在各个演化阶段所生成和排出的气、油量的不同，而且生、排烃产物的相态也不同。华北地区石炭系—二叠系煤和炭质泥岩对气(油)的贡献大于暗色泥岩，而西北侏罗系在成熟阶段以浅湖、较深湖或深湖相泥岩生排油气为主，煤及炭质泥岩为辅。

含煤岩系中发育有一定厚度的湖相、沼泽相泥质岩和炭质泥岩，它们的沉积环境比煤层更为复杂和多样化，导致显微组分生源物质的多样化，生烃潜力变化更大。戴金星、刘德汉等(2000)对新疆地区含煤岩系泥质岩沉积有机相的研究认为，湖沼相环境有利于腐泥组和壳质组富集，湖沼相泥质岩中的腐泥组与壳质组含量往往比煤层高，因此含煤岩系泥质岩对生油量的贡献十分重要，进一步说明了沉积环境及有机相对含煤岩系倾油性与倾气性的重要性。

据图4-8，树脂体气/油比最低，H/C比值为1.141，气/油比仅为0.25；角质体次之，H/C比值为1.611，气/油比为0.68；镜质体H/C比值为0.735，气/油比为1.64；惰质组H/C比值为0.497，气/油比为3.32。气/油比值取决于显微组分的富氢程度，由不同显微组分以不同比例组成的含煤岩系烃源岩，必然影响含煤岩系的倾气与倾油性(戴金星等，2000)。

图4-8 不同显微组分的气/油比分配图

(据戴金星等，2000)

1—树脂体，VR_o为0.51%；2—角质体，VR_o为0.61%；3—腐殖组，VR_o为0.35%；4—壳质组，VR_o为0.53%；5—腐殖组，VR_o为0.46%；6—镜质组，VR_o为0.81%；7—腐殖组，VR_o为0.48%；8—镜质组，VR_o为0.61%；9—镜质组，VR_o为1.76%；10—镜质组，VR_o为1.23%；11—惰性组，VR_o为0.40%

为此，戴金星、刘德汉等(2000)总结了显微组分的生油倾向由大到小的顺序是藻质体→角质体→树皮体→烛煤→孢子体→基质镜质体→腐殖组→镜质体→惰质组；倾向生气的顺序恰好相反(图4-8)。

不同地区，甚至同一地区不同层位及同一煤阶，煤的烃类气体发生率不同，一方面说明了煤是复杂的有机组分与无机组分的混合物，不同煤层或同一煤层不同部位煤岩的组成非均质性很强，导致在成煤作用和煤化作用过程中，有机质的化学组成和物理性质都会发生很大变化；例如，由于大量富氢烃类有机物质的被排出，使成煤原始有机质的H/C比由大于1.4逐渐降减至0.25左右(沈平等，1991)，也说明了由于成煤植物属种及环境不同，组成同一煤阶煤样的结构及显微组分并不完全相同，致使它们的生气性和生气过程也不相同。因此，含煤岩系的生烃潜力，既取决于含煤岩系中煤、炭质泥岩和泥质岩的厚度分布、组合形式及其变化，受制于煤岩显微组分、演化程度和形成环境，也与含煤岩系所处的沉积环境及原始母质类型密切相关。

煤成油与煤成气在同一盆地(地区)及同一层系中并存的许多实例，表明煤成气与煤成油形成条件上并不是截然对立的。因此，不宜把煤成气与煤成油的物质与地质条件割裂开来评价与论述，评价指标也不宜绝对化，必须结合每个含煤盆地(层系)具体的地质条件做具体的分析。例如，煤化作用形式和煤化作用阶段在某些情况下也很重要，因为，煤成油的产出主要发生在中等演化程度的烟煤阶段，基质镜质体煤的轻烃和液态烃产出相对较早，在烟煤阶段早期已有烃类产出，这个阶段镜质组的微孔隙以及各煤岩组分之间存在的微网络体系有利于液态烃的排出，对于形成具工业价值的煤成油十分重要。