Question

江西萍乐凹陷乐平组含煤建造煤岩煤质特征

Answer 1

江西萍乐凹陷晚二叠世乐平组含煤建造普遍发育，在 A，B，C 三个煤组中，含煤可达二十余层，主要可采煤层集中在 B 煤组，以乐平的桥头A、丰城的仙姑岭为聚煤中心。萍乐凹陷东部乐平一带有闻名于世的乐平煤，凹陷内煤质变化的带状分布规律明显。乐平煤的成因及萍乐凹陷煤的变质问题，都引起人们很大的重视。我们根据这地区若干点煤岩煤质特征的研究，提出一些初步看法。

一、萍乐凹陷乐平组煤层煤岩特点

乐平煤是一种含树皮组织很多的特殊煤种，典型的乐平煤———树皮残植煤( 含树皮组织在 50%以上) 主要出现在乐平附近的鸣山、回沅岭、桥头A一带的 B 煤组中，在乐平钟家山、竹山里等地的 B 煤组中绝大部分为树皮暗煤、树皮亮暗煤。而在萍乐凹陷中部西部丰城、宜春一带的 B 煤组中都没有发现树皮残植煤。

凹陷东部及中部、西部含煤性、煤层煤岩特征都有很大的区别。

东部的 B 煤组中有三层可采煤层 B1，B2，B3，中部西部 B1煤层层位常缺失，B3煤层往往被浅海相、潟湖相所替代。全区发育的 B2煤层特征也不同。东部煤层不甚稳定，厚度可由零到三四米，有时在三五十米内即可由两米多变为尖灭，煤层结构较复杂，横向变化较大，夹矸层数变化也大，煤层成似层状，凸镜状，主要由半暗型煤组成，下部较暗，上部较亮，由于各种煤岩成分频繁的交替，形成不均一的复杂线理状结构。煤层中黄铁矿包体多呈凸镜状出现，最大达 10 厘米 ×55 厘米。煤层底板大多为黏土岩、粉砂岩，具有鲕状结构( 菱铁质鲕粒) 及大量植物根部化石———痕木。其顶板常夹有薄层钙质砂岩或泥灰岩，并含海相动物化石。凹陷中部、西部，以丰城为例，B2煤层虽然也有二三层夹矸，结构也较复杂，但横向较稳定，一般在数千米范围内变化不大，属较稳定的层状煤层，煤岩成分较均一，以半亮型煤为主，与半暗煤互层，呈宽条带状结构。其底板也是黏土岩、粉砂岩，但没有鲕状结构，直接顶板主要是湖泊相的粉砂岩、黏土岩。

东西两个地区 B 煤组煤的显微特征也不同。东部乐平鸣山一带 B2煤层中典型的树皮残植煤发育。显微煤岩组分中树皮组织含量达 50% ～60% 以上，树皮组织呈橙黄色。因为受到不同程度的膨化，原始结构不甚明显，表面似胶状，仅局部可见叠瓦状鳞片状结构，树皮组织大小不等，较大的块体( 达 5 毫米) 沿层分布，较小树皮碎块( 多为 0. 1 ～0. 01 毫米) 不很规则地分布在深棕色的弱丝炭化基质中。凝胶化基质相当均一，与以树皮组织为主的部分互层，显示出水平微波状层理，基质中还可以看到流纹状结构，煤中木质部组织较少，主要有团块状木质镜煤，镜煤质半丝炭等，典型的丝炭化组分很少。矿物杂质中黄铁矿较多，呈细晶状散布在树皮组织周围，其他有黏土矿物及散布在弱丝炭化基质中的石英碎屑。东部其他地区各煤层中树皮组织富集的分层，显微特征与此相仿。中部丰城一带及西部广大地区 B₂煤层的显微特征是凝胶化组分很多，在 70% 以上，除梅仙岭、坞社里的煤层下部发现有个别的树皮组织外，一般都没有。煤中基质多，而植物组织很少。矿物杂质中以黏土矿物为主，呈蠕虫形或小凸镜体散布在凝胶化基质中，其含量在煤层各分层中变化较大。

二、成煤环境及成煤先决条件

根据煤层底板、煤层结构、煤岩成分和煤的显微结构等成因特征，我们认为树皮残植煤并非异地生成，成煤原始物质并不是由河流、洪水从别处搬运而来，而是形成于水流活动性较强的覆水沼泽中，树皮组织的富集与沼泽内的局部搬运———微异地搬运有关。

Ю. A. 任珠士尼可夫( Ю. A. Жемчужников) 和 A. И. 金兹蒲格( A. И. Гинзбург) 在谈到形成残植煤的残积作用时指出: 在一些水流微弱活动的森林沼泽地带，虽然植物堆积很多，但是保留下来的固体物质却较少。这是由于在这一种微弱氧化的环境下，细菌的分解作用可以持续很久，木质纤维素组织经过长期的分解而破坏，分解后形成的腐殖酸也很容易被水流带走，结果使难受微弱氧化作用的稳定组分富集起来。我们认为乐平一带的树皮残植煤的形成环境与此有共同之处。

萍乐凹陷东部乐平一带树皮组织含量较高的煤中，凝胶化组分含量总比丝炭化组分高得多，树皮组织本身也受到凝胶化作用的影响而膨化，黄铁矿晶粒的存在等都说明当时的聚积环境不是强烈氧化环境，不是一种“干涸”沼泽，而是覆水较深的沼泽。但沼泽的环境不很平静，水流比较活动，煤具有明显的微波状层理，凝胶化基质中的流纹状结构，部分树皮组织破离成细条、碎片，与丝炭碎片、弱炭化团块、黏土矿物、石英等共生成凸镜体出现，说明当时水流是比较活动的，赋存有树皮残植煤的煤层底板都有痕木，有时还垂直于层面。一般煤层结构明显，但厚度不甚稳定，在同一矿区同一煤层中树皮含量变化相当大。在煤层剖面上，树皮组织往往富集在煤层底部及夹矸层附近，这些都反映成煤原始物质是原地生长、堆积的，成煤泥炭沼泽基底不平，在水流活动条件下有利于树皮组织的富集。

晚二叠世气候湿润，成煤植物石松、真蕨类等皮层很厚，我国不少煤田晚二叠世含煤建造中树皮组织较多，无疑古植物条件是形成树皮残植煤的必要条件。

根据现有资料，萍乐凹陷各地植物化石群的成分并没有很大差别，为什么树皮残植煤仅在东部发育呢? 我们认为这和成煤时古地理及大地构造条件有关。

东吴运动使萍乐凹陷整体上升，由于块断波状振荡运动在凹陷中形成了许多次一级的凹陷。当时地势高差较大，河流冲刷作用强烈，多条河流夹着大量较粗的碎屑物质，流向沉积盆地。凹陷东部受江南古陆和怀玉武功隆起的影响，上升作用比中部、西部显著。乐平鸣山、钟家山一带，含煤建造底部三角洲相沉积广泛发育，厚达百余米，粒度变化较大，出现几个旋回，反映当时地壳活动较频繁。这地区地壳活动差异性较大，成煤前的湖泊相、闭流盆地相沉积发育不甚稳定( 图 1) ，其中夹有不少菱铁矿结核、黄铁矿细晶、水云母及拜来石等矿物，具有鲕状结构，反映一种水流活动的弱还原环境。在此基础上发展起来的泥炭沼泽范围较小，基底不平，对植物分解后残留下来的树皮组织随着水流在沼泽内部由一处搬运到另一处，而富集在覆水较深较平静的地方有利。在泥炭堆积后很快就被潟湖相、浅海相沉积物所覆盖。

而萍乐凹陷中部丰城一带，构造运动相对稳定时期较长，在接受三角洲相沉积之后，湖泊相、闭流盆地相普遍发育，厚度较大( 图 1) 。经过长期侵蚀、沉积，地区逐渐夷平，植物蔓生，发育了广大的滨海泥炭沼泽，这时沼泽覆水较深，水流活动性小，植物中的木质纤维素组织亦受到充分的分解、比较彻底的凝胶化作用而保留下来。

图 1 乐平丰城一带 B 煤组岩相柱状图

三、煤的变质问题

为了阐明煤的变质问题，首先必须精确地确定煤的变质阶段及变质规律。根据现有资料，镜质组组分中无结构凝胶体的反光性是反映变质阶段的良好标志。我们用对比反光性的方法确定了萍乐凹陷各地区煤的变质阶段，按变质程度高低分别称为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅴ，Ⅴ，Ⅵ，Ⅶ变质阶段，这些变质阶段大致相当于长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤及无烟煤。在每个阶段中还可以分出3个小阶段，如Ⅱ₁，Ⅱ₂，Ⅱ₃。凹陷中部、西部主要可采煤层B₂中镜质组组分含量都在80%以上，煤的化学分析数据受煤岩成分影响小，主要受变质阶段的影响，所以在探讨变质规律时亦参考了煤的牌号和Ⅴ^Γ值。

(1)萍乐凹陷内煤的变质带状分布规律明显。在水平方向，以B₂煤层为例，总的趋势是由东向西变质越来越高，如乐平一带为Ⅱ变质阶段，丰城为Ⅳ变质阶段，英岗岭为Ⅵ—Ⅶ质阶段，乌金井为Ⅶ变质阶段。同时亦可以看到由北向南，由江南古陆向凹陷中心，变质逐渐增高的现象。一般低高变质带较宽，而中变质带较窄。

在地层剖面上，位于上部的煤层变质低，如乐平鸣山B₂煤层为Ⅱ₁阶段，其上约140米的C₆煤层为Ⅰ₃，相差仅一个小阶段;丰城仙姑岭B₂为Ⅳ₂，而相距280米的C₁₈C₂₈煤层均为Ⅱ₃阶段，相差较大，达五个小阶段。

这种带状分布的规律主要是受区域变质作用而产生的。萍乐凹陷是南方许多带状活动凹陷之一，地壳运动的继承性和差异性在本区相当明显。凹陷内各部分原始沉降幅度不同，北部受江南古陆的控制沉降较浅，而南部则较深;东部地区受怀玉武功隆起的影响，沉降较浅，从B₂煤层形成后到印支期褶皱前的盖层总厚度仅五六百米，而西部宜春、萍乡一带沉降深，盖层可达2000米以上。由此可见，在同一构造单元范围内，在地热相仿的条件下，在煤层形成后持续沉降的过程中，由于沉降深度不同，受温压影响不同，对造成变质程度不同的煤有很大的影响。由于地壳运动的差异性及继承性，有可能在向斜盆地内部出现变质较高，而边缘略低的现象。

(2)萍乐凹陷内中生代各期岩浆活动颇为频繁，对煤的变质程度有显著影响。

在印支期花岗岩体所形成的蒙山周围，挥发分等值线及变质带作同心环状分布(图2)，即使在高变质的Ⅶ变质带中也可以分出若干亚带(Ⅶ₁，Ⅶ₂，Ⅶ₃)，距杂岩浆岩体越近变质越高，受热力变质作用显著。此外在枧洒、桥头A、竹山里等地亦可看到燕山期辉绿岩体等侵入，局部发生接触变质的现象。

图 2 乐平丰城一带 B 煤组岩相柱状图

( 3) 萍乐凹陷西部构造复杂，以紧闭的线型复式褶曲为主，倾角陡，断裂以逆断层及逆掩断层为主，倒转现象频繁，煤的变质程度高。而中部地区褶曲较平缓，断层以正断层和平推断层为主，变质程度中等。因此构造力(动力)对煤变质作用的影响亦是值得注意的。

总之，不同类型变质作用是热力、压力等因素在地质发展过程中各阶段的具体表现，它们彼此密切有关，对煤的变质作用有着综合影响。

［注］煤层命名问题:萍乐凹陷各地乐平组含煤建造含煤层数变化较大，各地发育程度不同，目前生产上均以建造最底部的煤层作为第一煤层，依次往上排列，在顺序号前冠以煤组代号(如A₁B₃C₆等)，所以层位相同的煤层在各地区名称不同。我们根据含煤建造沉积旋回特点及煤层煤岩标志等对比结果，试将B煤组各地煤层按沉积旋回统一命名(表1)。

表1 萍乐凹陷各地旋回命名

(本文由任德贻、高庆才、刘翔生、王明远合著，原载《中国地质学会第三十二届学术年会论文选集》，1963年)