即一定泥炭沼泽环境下形成的煤成因类型和煤岩类型。通过煤的有机显微组成﹑矿物成分以及与煤级关系不大的化学特征和结构特征来体现。不同煤相反映泥炭沼泽的覆水深度﹑水介质的酸度﹑氧化还原电位﹑成煤植物种类和堆积方式等环境条件的不同。

煤的原始成因类型

影响煤相的因素(植物群组 营养供应 介质条件 硫含量)

煤相分析的参数

煤相类型的划分

比较沉积学的研究

煤的原始成因类型

不同煤成因类型和煤岩类型在垂向上的交替形成了煤层的垂向层序﹐反映成煤物质来源和沼泽环境随时间的演化。煤相分析用于恢复成煤的物质条件和沉积环境﹐搞清不同煤岩类型和煤中矿物质的分布规律及其原因﹐圈定优质煤的分布范围并用以进行煤层对比﹐预测煤质分布。

影响煤相的因素

德国煤岩学家M.泰希米勒(1962)分析了影响煤相的主要因素﹕

植物群组

以木本植物为主的森林沼泽﹐易形成以凝胶化物质占优势的光亮煤﹑半亮煤﹔缺乏木本植物的芦苇沼泽﹐植物组织以纤维素﹑蛋白质为主﹐易分解破坏﹐形成富壳质组分的煤﹐乾馏时氢和焦油产率高﹔苔藓沼泽酸度高﹐并含防腐剂酚﹐泥炭中矿物质少﹐植物结构保存好﹔半水生的漂浮植物易形成暗淡煤。

营养供应

由地下水补给的低位滋育沼泽富矿物质﹐由大气降水补给的高位贫滋育沼泽矿物质少﹐植物组织分解合成的腐殖酸不易转化成腐殖酸盐而沉淀。腐殖酸的大量积累使介质的酸度增强﹐微生物活动减弱﹐形成低灰﹑低硫﹑植物结构保存好﹑富沥青质的泥炭。

介质条件

沼泽水的酸度直接影响细菌的生存和繁殖。中性至弱碱性(PH值为7.0～7.5)环境﹐特别是当含钙离子的水含氧时﹐细菌最活跃﹑细菌活动愈强﹐植物分解作用愈充分﹐植物结构保存愈差﹐易形成黏结性好﹑凝胶化程度高的煤。一般低位沼译介质的 PH值为4.8～6.5﹐高位沼泽为3.3～4.6﹐滨海沿岸红树林沼泽介质为中性至弱碱性﹐PH值为7.0～8.1。介质的氧化还原条件取决于沼泽中氧的供应﹐并与覆水程度和水的流通程度有关。高位沼泽炭表层暴露於大气中﹐易形成富丝质组分的贫氢煤﹔带水的低位沼泽易形成富镜质组的煤﹔当沼泽流通性好时﹐缓慢的流水带走了植物中不稳定成分的分解产物﹐在不断补充新鲜氧的过程中植物组织的稳定成分相对富集﹐易形成残殖煤。

硫含量

硫是煤中的有害成分﹐成煤沼泽水下为还原环境﹐因此硫在煤中主要以黄铁矿﹑白铁矿的形式存在﹐可形成於同生﹑成岩和後生各个阶段。同生期的硫含量多少主要与沼译介质条件有关﹐与成煤植物种类关系不大。因为植物有机组分中只有蛋白质含硫﹐一般为0.3～2.4%﹐高等植物含蛋白质少﹐仅1～7%。但海岸红树林沼泽泥炭含硫量高达5.16%﹐比落羽杉泥炭高20倍﹐主要与海岸泥炭的堆积环境有关。海水中硫酸盐的含量约为0.1%﹐硫酸盐还原菌易将海水中的硫酸盐还原成硫化物﹐形成黄铁矿或白铁矿。硫酸盐还原菌的有利生存条件是PH值为6.5～8.0的介质条件。硫酸盐还原菌在还原硫酸盐的过程中消耗了泥炭中的有机质。微咸水的红树林泥炭含草莓状黄铁矿甚至比海相泥炭还高。这与硫酸盐还原菌或放线菌集居於红树根皮层细胞的内壁有关。泥炭层表层黄铁矿少﹐底部﹑特别是当泥炭层被海相或微咸水沉积物覆盖时﹐黄铁矿明显增多。

煤相分析的参数

指煤相分析的原生成因标志﹐包括煤的物质成分﹑结构﹑地球化学和地球物理特征等。最常用的是煤岩组分﹑显微煤岩组分和显微煤岩类型﹑矿物质成分和数量﹐如硫﹑磷含量等。煤中痕量元素的种类和含量不仅有环境意义﹐还有实用价值。地球物理测井曲线类型也反映煤岩组分和矿物质含量﹐常用的是密度测井和电测井曲线。煤相的结构指数由澳大利亚C.F.K.狄塞尔指出。凝胶化指数(GI)为经历过凝胶化作用的组分(包括粗粒体)与丝煤化和半丝煤化组分之和的比值﹐表示成煤沼泽的覆水程度﹔植物结构保存指数(TPI)﹐为有结构的植物组织与无结构的细小植物碎片之间的比值﹐表示被搬运到沼泽中植物碎片的保存完整程度。狄塞尔运\\用这两个比值以单对数坐标作出了煤相分析图解﹐说明了沼泽形成发育的沉积环境。

煤相类型的划分

20世纪50年代﹐前苏联Л﹒П﹒涅菲季耶娃对埃基巴斯图兹中石炭世煤区分出6种煤相﹕

①植物丛生湖泊相﹐以腐泥煤﹑腐泥腐殖煤﹑含腐泥质的半亮和光亮腐殖煤为代表﹐镜下见大量皮拉藻(Pila )和孢子﹐有很薄的碳质泥岩夹层﹔

②覆水沼泽相﹐以富凝胶化组分的光亮和半亮煤为主﹐有大量高岭石为主的黏土矿物的暗淡煤和半暗煤夹层﹐具条带状结构﹔

③“干燥”沼泽相﹐以含大量丝煤凸镜体或夹层的暗淡煤和半暗煤为主﹐表明泥炭沼泽覆水很浅或曾经暴露於空气中﹔

④河漫滩流水沼泽相﹐以线理状暗淡煤和半暗煤为主﹐煤中有矿物质夹层﹔潟湖沼泽相﹐暗淡和半暗煤为主﹐具细碎屑结构并有皮拉藻和大量丝煤化物质﹐有较多方解石和菱铁矿夹层﹐反映多氧和缺氧环境的交替﹔

⑤滨海强覆水沼泽相﹐暗淡煤﹑半暗煤和半亮煤为主﹐植物组织经强烈凝胶化作用成细小碎片﹐大量黏土的混入使煤光泽暗淡﹐但丝煤化成分却不多。

60年代泰希米勒用古植物和煤岩学相结合的方法﹐通过对德国下莱茵地区中新世褐煤的研究﹐恢复了5种煤相﹐代表5种沼泽类型，自湖泊开阔水域向沼泽陆地方向各种沼泽类型和煤相类型依次是﹕

①开阔水体﹐以含大量碎屑腐殖体和壳质组的褐煤为代表﹔

②芦苇沼泽﹐含大量碎屑腐殖体的较光亮的褐煤代表﹔

③紫树-落羽杉沼泽﹐以含较多煤化树干的暗褐煤为代表﹐植物结构保存好﹔

④杨梅科-西里拉科沼泽﹐含煤化树干少的暗褐煤为代表﹐植物结构保存较差﹔

⑤红杉树沼泽﹐植物原生结构保存好﹐并常见树桩层。泰希米勒还恢复了北半球石炭纪煤的各种显微煤岩类型所代表的沉积环境﹐认为﹕沼泽水下环境﹐形成烛煤﹑藻煤和微暗煤﹑微亮煤﹔芦木芦苇沼泽﹐形成富孢子体的微亮煤﹔鳞木和种子蕨的森林沼译﹐形成微镜煤和含少量孢子体的微亮煤﹔高於潜水面的沼泽﹐形成微丝煤和含少量孢子体的微暗煤。

狄塞尔将澳大利亚纽卡索二叠纪煤划分为以下煤相﹕GI值高而TPI值低的煤﹐形成於强覆水的下三角洲平原海草沼泽的环境﹐煤层厚度一般小於1米﹐煤中含黄铁矿硫高﹔GI值中等的煤形成於上三角洲平原沼泽环境﹐其中 TPI值较高者形成於分流间氾滥盆地潮湿的森林沼泽环境﹐TPI值较低者形成於低位沼泽环境﹐煤层厚度较大﹔GI值低﹑TPI值中等的煤多属暗淡型煤﹐形成於山麓冲平原干燥的森林沼泽环境。

比较沉积学的研究

美国J.R.斯托布和J.S.埃斯特等通过对几个不同类型现代泥炭沼泽沉积作用的实际调查研究﹐模拟美国东部晚石炭世煤层的形成环境。认为每个煤层的形成代表一个沼泽演化的全过程﹐因此应进行单个煤层形成环境的模拟对比。同一煤层内煤岩组分和灰分﹑硫含量的横向变化甚至比不同煤层之间的变化更大。他们认为美国东部斯纳格迪和马来西亚东部沙捞越低地的沼泽﹐均属凸起的高位沼泽﹐泥炭中灰分变化是由沼泽凸起的中部向外围增高﹐惰质组分也有相似的变化规律﹐即向沼泽深水部位泥炭层的灰分和惰质组分均增加﹐泥炭夹层增多﹐而在沼泽中部以镜质组占优势﹐泥炭层厚﹐灰分低。地势低洼的美国东南部奥克弗诺基沼泽为低位沼泽﹐水深和灰分变化均无一定规律可循﹐但泥炭层厚度也有向海岸方向变薄的趋势。

总之﹐用比较沉积学的思路和方法﹐通过对现代泥炭沼泽沉积环境的研究模拟不同煤相类型所代表的古代泥炭沼泽环境﹐是研究煤相﹑预测煤质分布的新途径。