[科普中国]-煤深成变质作用

地面下较深处的煤，在正常地温和上覆岩系静压力的影响下发生的变质作用。煤深成变质作用在各种煤变质类型中对煤影响范围最广，具有普遍性，又称煤区域变质作用。由于它主要是以地温为热源，因而亦称煤地热变质作用或煤正常变质作用。

地温来源煤深成变质作用的地温来源于原始地球残余热、化学反应热、重物质位移热以及放射性元素蜕变热等。地壳各处的地温是不同的，洋脊、裂谷带、岛弧、中新生代造山带以及现代火山区等，是地壳上可能的高地温区;板块俯冲带的地温较低;不同构造单元之间的地温有差异，同一构造单元上的地温也有变化，隆起区的地温高于坳陷区。各地区的地温梯度不同，中国开滦的地温梯度为1～2℃/100m，淮北为2.1～2.6℃/100m，抚顺为3.6～4.57℃/100m。这就必然导致各地区煤变质梯度的差异。可以推断，地史上也必然有类似的情况，而且随着时间的演变，同一地点的地温梯度和变质梯度也不会一成不变。1

深成变质煤的分带由于含煤岩系下部煤层或煤组经受的温度和压力大于上部，因而下部煤的变质程度也高于上部。这种煤变质依沉降深度而呈现的规律性变化，即煤变质的垂直分带是希尔特规律的体现。图1为单煤层的变质分带示意图，图2为多层煤的变质分带示意图。

德国鲁尔煤田石炭纪含煤岩系厚度超过5000m，煤层多达100余层，煤的挥发分随深度的加大而递减，大致是每深100m降低2.3%，在垂直剖面中，由上而下煤变质程度分带依次为长焰煤—气煤带、气煤带、肥煤带、焦煤—无烟煤带。中国黑龙江省鸡西煤田中生代含煤岩系厚1000余米，含煤10余层，煤质由上而下分为低变质、低中变质和中变质三个带。即使含煤岩系厚度仅几百米，仍能显示出煤质垂直分带。中国河南某晚古生代煤田，其上部石盒子组煤的平均挥发分Vdaf为29.4%，属肥煤;中部和下部的山西组煤的平均挥发分Vdaf分别为23.7%与21.8%，均属焦煤。不仅含煤岩系及其上覆岩系厚度和煤层的层间距影响煤质垂直分带，而且煤变质梯度越大，煤质的垂直分带越明显。

煤质(煤变质)分带包括煤层的煤质垂直分带及其反映在平面上的水平分带(见图1、2)。聚煤盆地中，同一含煤岩系的不同地段，在形成过程中，或其上覆岩系在沉积过程中的沉降幅度差异，以及后期构造变动，都会使其煤层的埋藏深度不同，从而引起变质程度出现差异，即形成煤质垂直分带;反映到平面上就是煤质水平分带。由于希尔特规律的普遍性，煤深成变质形成的煤质分带在许多煤田都有显示，含煤岩系或含煤岩系及上覆岩系厚度的差异越大就越明显。煤深成变质作用形成的煤质分带，较其它煤变质类型的规模大。煤质水平分带呈带状、弧状或环状，各变质带之间的宽度不等。

上覆岩系厚度对煤深成变质作用的影响中国北方晚古生代仅仅经受深成变质作用的煤，在有些地区的煤变质分带比较明显。但含煤岩系本身的厚度一般较薄，且变化不大，其所代表沉降幅度上的差别，尚不足以形成不同煤种; 而体现聚煤期后不同沉降幅度的上覆岩系厚度的差异，却是这些地区形成煤变质分带的主要原因。中国贺兰山沙巴台太原组和山西组的厚度为221m，正义关为230m，相差不多，但其上覆的石盒子组与三叠系的总厚度的差别却较大，沙巴台只沉积了石盒子组，厚1490m;而正义关还覆有三叠系，与石盒子组相加共厚2557m，因而，沙巴台的晚古生代煤为焦煤和瘦煤;而正义关的煤则已达无烟煤阶段。上覆岩系厚度对煤深成变质的影响表明，煤变质作用(煤化作用)具有长期性、继承性和叠加性。但对于含煤岩系上覆岩系对煤变质程度的影响需进行具体分析。如果上覆岩系与含煤岩系为连续沉积，或虽有间断但时间很短，并与含煤岩系一道经受褶皱构造运动，那么上覆岩系厚度的差异就会对煤变质分带产生重要影响;假若上覆岩系与含煤岩系之间有长时间的沉积间断，或上覆岩系是在含煤岩系褶皱之后才沉积，那么它对含煤岩系中煤层的影响，就应考虑扣除沉积间断时期的作用。

煤深成变质与褶皱的关系M. 泰希缪勒 (M.Teichmuller)用等煤级线与煤层之间的交角关系表示煤深成变质与褶皱的关系 (图3)。图中a所示等煤级线与煤层大致平行，表明褶皱发生在煤深成变质作用完成之后，煤的变质与褶皱无关;图中b所示等煤级线与煤层斜交，表明煤深成变质作用是在褶皱期间进行的;图中c所示煤层受到褶皱而等煤级线水平，表明煤层在褶皱之前未曾经受变质，而是在褶皱之后才变质的。因泥炭在被覆盖后不久由于基底的沉降，就开始了煤化作用，故单纯褶皱后的变质作用(煤化作用)并不易见到。经过变质的煤，褶皱后若继续受到50℃以上温度的影响，煤的变质程度仍然可以继续加深。经过褶皱的同一煤层，由于在向斜部位较在背斜部位埋藏深，因而向斜核部煤的变质程度就较高，背斜顶部煤的变质程度则较低。同样的原因，经构造变动后，断层下降盘煤的变质程度高于上升盘的同一煤层的煤。2

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李兵 - 副教授 - 西南大学