Question

复杂的显微组分组成导致含煤岩系生烃潜力差异较大

Answer 1

(1)煤是多种复杂有机组分的混合物，没有确定的组成和结构形式，有机元素组成的变化范围很大

据《中国大百科全书(地质学)》(1998)资料，煤岩有机元素组成分布区间为：碳含量50%～98%，氢7%～0.8%，氧35%～1%，氮4%～0.3%。黄县、平庄两个地区煤岩的热模拟实验表明，相同煤阶的总产气率、甲烷产率及重烃产率量变化很大。说明不同含煤盆地的成煤环境、煤岩及岩石学特点不同，以及煤岩的微观组织、显微组分的不同，致使在同一时代、同一盆地、不同地区含煤岩系中煤岩及泥质岩生成煤成烃能力并不完全相同(表4-6)。

表4-6 不同样品各煤阶视煤气发生率及增幅变化简表

注：(1.032)＝177.41/171.90，代表从贫煤至无烟煤阶总产气率的增幅。

(2)不同地区褐煤及长焰煤-气煤在不同热演化阶段的煤气发生率和甲烷产率变化较大

煤岩显微组分组成是影响含煤岩系生烃潜力的关键，因为煤的有机质和泥质岩的干酪根都是由不同显微组分组成的，并且因为沉积环境的差异，不同地区含煤岩系化学元素组成不同，以及不同地区含煤岩系所经历热演化历史的差异，致使不同地区含煤岩系的生烃潜量差异较大(表4-7)。

表4-7 中国部分地区褐煤及长焰煤-气煤显微组分在不同热演化阶段煤气发生率的甲烷产率

续表

注：1为试验前原煤重的产气率m³/t(甲烷产率m³/t)；2为试验后残余煤重的视煤气发生率m³/t(甲烷产率m³/t)。

(据中国科学院地化所1985年8月资料整理)

(3)显微组分组成对含煤岩系生烃潜力影响显著

1)煤岩的显微组分。煤岩显微组分是指在显微镜下划分煤的基本组成成分，主要是指植物遗体转变而成的有机显微组分。在煤岩学中，煤的有机质和暗色泥质岩中的分散有机质都是由显微组分组成，因此，煤岩中有机显微组分组成是反映煤岩品质的重要参数，是煤的成因类型、煤岩组成分类命名和煤相分析的基础，也是反映其生烃潜力的重要依据。

2)干酪根和煤的有机质显微组分主要由3组显微组分组成。干酪根是一种化学结构十分复杂的固相有机质大分子混合物，一些研究者对煤和干酪根中各种显微组分的化学结构以及不同显微组分生烃性质的研究表明，干酪根和煤的有机质显微组分一样，主要由3 组显微组分(壳质组、镜质组、惰质组)组成，此外还有少量的腐泥组。腐泥组主要是藻类、浮游生物、细菌等强降解产物(主要由部分藻质体组成)。壳质组(稳定组)相当于高等植物的繁殖器官、植物保护组织、高等植物的分泌物，主要是由植物的孢子体、花粉、角质层、树脂、藻类等组成，是干酪根中最富含脂族结构的显微组分，在油气生成中占有重要位置；壳质组又可以分成许多亚组分，其中最主要的有藻质体、角质体、树脂体、孢子体、木栓质体等，它们的原始母质是各种富氢物质。镜质组是由植物的茎干、根和叶等组织的木质素、纤维素等在还原环境下经凝胶化作用形成的，是含煤岩系各种类型源岩中数量最多的组分。惰质组是高等植物木质素及纤维素经炭化作用的产物，包括丝质体、半丝质体、微粒体等多种亚组分(傅家谟等，1995)，主要分布于高位沼泽相形成的含煤岩系，属于缩合程度很高的富碳贫氢有机组分。在煤中最常见的是镜质组，在大多数煤层中含量达到65%～80%以上。

3)煤岩显微组分中控制生烃潜力的主要是壳质组、镜质组及惰质组的类型、比例。据中国科学院有机地球化学研究所热模拟实验成果，在煤岩显微组分中，腐泥组生烃潜量为274m³/t，壳质组为252m³/t，镜质组为131m³/t，惰质组为64m³/t(表4-8)，腐泥组是所有煤岩组分中生烃潜量最高的，是惰质组的4.5倍；其次为壳质组，是惰质组的4倍；镜质组生烃潜量是惰质组的2倍。其他学者的实验资料，虽然数值不完全相同，也表明生烃潜力(包含液态烃产率)最佳的是腐泥组、壳质组，以凝胶化作用为主所形成的镜质组次之，惰质组生烃潜力最差。但是，腐泥组和壳质组这些母质都是富氢物质，主要形成于浅水体闭塞停滞、弱还原—还原沉积环境，通常在含煤岩系中含量较少，因此，镜质组组成及含量是含煤岩系生烃潜力最关键的因素。

4)惰质组也有一定的生气潜力。过去一般认为惰质组生气量太少而定为“死碳”，并把它归为Ⅳ型干酪根，属“残余有机质”，但上述热模实验成果表明，从褐煤-无烟煤阶段热演化过程中惰质组也能产出少量烃类，其生烃量仍有64m³/t，也应视为具有一定生烃能力的有机组分(表4-8)。

表4-8 各煤岩组分生烃潜量表

(4)煤岩有机质显微组分分类及干酪根类型划分

1)煤岩有机显微组分分类。由于含煤岩系中不同有机显微组分具有不同的生成煤成烃能力和烃类组成，煤岩地质学家和石油地质学家都很重视对煤岩有机质显微组分的研究，近30年来有多种煤岩有机质显微组分分类问世(表4-9)，表明煤岩显微组分的复杂性以及煤和含煤岩系干酪根的母质——腐殖有机质组成的复杂性。

表4-9 国际硬煤显微组分分类与我国烟煤显微组分分类的对应关系

(据傅家谟、秦宗匡，1995)

2)干酪根分类

A.由于显微组分中的镜质组、惰质组、壳质组构成了烃源岩有机质的绝大部分，也是确定含煤岩系有机质类型和生烃潜力最直观的资料，显微组分的差别实质上可以代表有机质类型的差别。因此，以煤岩学为基础发展起来的有机岩石学和有机地球化学就是用煤岩显微组分的研究思路观察干酪根的颜色、形态和结构，进而判断其类型，将有机质干酪根划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型：Ⅰ型(腐泥型)主要由选择性富集的藻类和受微生物强烈改造的分散性有机质组成，其特点是H/C原子比＞1.5、O/C＜0.1，其生烃潜力可高达80%；Ⅱ型(腐殖-腐泥型)主要由各种浮游生物及孢子花粉等混合物组成，其H/C原子比＞1.5～1.0、O/C＜0.1～0.2，生烃潜力可达60%；Ⅲ型(腐殖型)主要由高等植物组成，其H/C原子比＜1.0、O/C＞0.2，生烃潜力仅为30%。该分类为经典干酪根类型的概念(傅家谟等，1995)，为了深入地研究含煤岩系与湖相泥质岩的有机质特点，一些学者在上述分类基础上又进一步细划出多种亚型，例如增加了以再循环有机质或惰质组为主的Ⅳ型干酪根(傅家谟，1995)，将Ⅰ型进一步细分为Ⅰ₁、Ⅰ₂型(黄第藩等，1984)，将Ⅱ型进一步分为腐殖腐泥型(Ⅱ₁型)、腐泥腐殖型(Ⅱ₂型)(杨万里等，1981)，将Ⅲ型进一步划分为腐殖Ⅲ₁亚型和腐殖Ⅲ₂亚型(张义纲，1991)以及Ⅲ_a、Ⅲ_b、Ⅲ_c、Ⅲ_d亚型(“六五”攻关成果——中国煤成气形成赋存条件及资源评价，1985)。

B.张义纲等(1991)还依据中国地质大学(北京)和中国矿业大学殷沫的工作成果提出了烃源岩有机显微组分分类(表4-10)，按照生烃潜力优劣将生源物质分为4类，并与有机质类型相匹配。

表4-10 烃源岩有机显微组分分类表

注：*为原始组分在R_o＜0.5%时的生烃潜量。

C.张士亚等在“六五”期间，根据我国主要煤系中以镜质组和惰质组为主，镜质组(V)一般＞65%～85%，惰质组(I)一般为15%～35%，稳定组(壳质组)(E)含量一般＜5%的特点，在稳定组含量为0%～5%的前提下，以其有机质生烃潜力评价为前提，将煤岩显微组分进一步划分为Ⅲ_A、Ⅲ_B、Ⅲ_C、Ⅲ_D4个亚型(表4-11)，指出中国主要含煤岩系中常见的煤主要为Ⅲ_C和Ⅲ_B，并将含煤岩系暗色泥岩的分散有机质(干酪根)与煤的有机质分类标准统一起来，便于相同类型煤的有机质与暗色泥岩分散有机质(干酪根)生烃潜力进行对比(表4-12)。

表4-11 煤有机质分类及平均生烃潜量(CH₄×m³/t)简表

(据国家重点科技攻关项目报告《中国煤成气形成赋存条件及资源评价》，地质矿产部石油地质研究所，1983～1985)

表4-12 含煤岩系暗色泥质岩分散干酪根分类简表