[科普中国]-煤层沉积环境

成煤沼泽即古代泥炭沼泽的沉积环境。它可通过煤相分析来恢复。煤体形态、延伸方向、煤的成因类型和煤岩类型以及灰分、硫分的变化等，主要取决于沼泽的范围、覆水深度、与周围水系的连通情况和介质酸度、氧化还原电位等。用比较沉积学的思路和方法，通过对现代泥炭沼泽的实际调查，来模拟古代煤层沉积环境，是研究煤体形态和煤相、预测煤质空间变化的途径。1

介绍J. R. 斯托布(J. R. Staub)、J. S. 埃斯特丽 (J. S. Esterle) 和A. D. 柯汉 (A. D. Cohen)等，在研究不同类型现代泥炭沼泽的分布范围、水源补给、植物群落、介质酸度、还原条件和泥炭特征、形成年代、厚度变化的基础上，模拟了美国阿巴拉契亚煤田石炭纪宾夕法尼亚系某些煤层的沉积环境，发现该煤田煤层垂向煤岩类型的变化，反映了一个泥炭沼泽形成演化的全过程。同一煤层内煤岩组分和灰分、硫含量的变化，不亚于不同煤层之间的变化。某煤层的分布范围代表成煤沼泽的大致范围。煤体形态呈透镜体状，煤层中央厚，向周缘变薄，由于覆水加深，出现暗淡煤和烛煤。煤体表层5～10cm内，煤的灰分增高到15%，而煤体中部光亮煤的灰分仅2%～5%。这是由于该沼泽在泥炭堆积后期被含氧的水所淹没，表层的泥炭被氧化分解，孢粉体相对集中所致。原煤灰分和有机质中的惰性组分，均有随煤层厚度变薄而增加的趋势。其煤层沉积环境，与现代马来西亚东部沙捞越(Sarawak)海岸地区的高位沼泽 (raised bog) 相似。

高位沼泽泥炭堆积环境沼泽表面高于地下水潜水面，其泥炭层的厚度及灰分的分布很有规律。沙捞越高位沼泽地处现代赤道炎热潮湿气候带，雨量丰沛，以棕榈树为主的植物群落的遗体倾倒堆积，形成凸于海平面以上的高位沼泽(图1)。泥炭层的厚度在沼泽中部达30m，沼泽中水介质酸度大，pH值为4。泥炭的灰分向沼泽边缘增高。惰性组分也有相似的变化规律。表明自沼泽中心向沼泽边缘深覆水区，泥炭层厚度逐渐变薄，泥炭的灰分增加，出现粘土夹层。沼泽边缘有时有活动的三角洲分流河道通过，由于高位沼泽水主要由大气降水补给，沼泽水面高于海平面和河流水面，因而碎屑物不易被带入沼泽，泥炭的灰分仅为0.5%～6.5%，硫分也较低。砂质沉积物仅充填于水道内，剖面上形成叠置砂体，横向与越岸细碎屑物和低灰泥炭相过渡。

低位沼泽泥炭堆积环境沼泽表面低于地下水潜水面，沼泽水由地下水补给为主，沉积环境比较复杂。美国佐治亚州东南大西洋海岸平原上的奥基凡诺基沼泽 (Okefenokee swamp) 即为低位沼泽。该沼泽位于更新世古障壁砂脊之西侧，东距大西洋现代海岸约100km。沼泽南北长约140km，东西宽90余公里，堆积的泥炭层厚达5.9m(据Cohen)，一般厚2～4m(据Staub)，底部最老的泥炭年龄距今约7000年。树沼分布区海拔28m，以乔木植物为主，包括柏树(Cypress，Taxodium distichum)、月桂树(Persea borbonia等)、桉树(Nyssa ssp.)等。树木高大(30～40m)，具板状根;灌木十分发育; 草沼以漂浮的水生植物为主，包括睡莲、苔草、泥炭藓、食昆虫草等。沼泽覆水程度西浅东深，乔木类多分布在西侧，深水部位还有鱼类(Bleegillfish)。沼泽地形十分平坦，介质的酸度大，(pH值)为4～7。

奥基凡诺基沼泽的底部普遍分布着一层富含惰性组和海绵骨针的泥炭层，说明早期富氧水对泥炭有所分解破坏，向上为均质的睡莲泥炭、落羽杉泥炭。前者植物组织保存较好，后者分解程度高，富惰质组。这类沼泽中，泥炭的灰分和硫分变化均无一定规律。沼泽内有小的溪流，基本不携带泥砂，水流速度慢，仅为2km/h。1960年，该沼泽失火后局部下陷成小湖，其内泥炭基本未保存。

美国南部的狄斯莫沼泽(Dismal swamp)，与奥基凡诺基沼泽相似，均发育在砂质沉积物之上，而美国佛罗里达州的埃佛格拉德斯沼泽(Everglades)，则发育在碳酸盐沉积物之上 (图2)，均属低位沼泽。

美国东部南卡罗来纳州的斯纳格迪 (Snuggedy)沼泽，形成于距现代障壁岛有一定距离的河口湾内，潮道虽带入半咸水，但以乔木类(Cypress)为主的森林沼泽高于潮道的水面，泥炭堆积情况介于高位沼泽和低位沼泽之间，可以认为是中位沼泽的典型实例。其泥炭的灰分和有机质中的惰性组分，均有随煤层厚度变薄而增加的变化规律。

沼泽的深水部位，往往还能形成一种漂浮沼泽(floating battery)，是深水部位已埋藏泥炭分解出的甲烷气体向泥炭表层集聚，并将表层泥炭逐渐顶起，终至脱离已形成的泥炭层而漂浮移动。漂浮泥炭难形成有工业价值的煤层，不能与低位沼泽和高位沼泽相提并论，只是沼泽中的一种特殊情况。

泥炭沼泽环境演化的控制因素煤层与下伏沉积物之间可以是连续沉积的，也可以存在间断。下伏沉积物，为泥炭沼泽的形成提供了底盘格架。古地形对泥炭层的形态和厚度的原生变化甚至初始煤相也都会有一定的影响。

沼泽中泥炭堆积的厚度，受控于构造沉降、水位和植物残体供给速度。①当植物堆积速度与沼泽底盘沉降速度或水位上升速度能长期保持一致时，泥炭层便不断增厚。②当水位下降时，已沉积的泥炭会发生降解，受到破坏，甚至无法保存。③如果水位上升速度超过了植物堆积速度，沼泽即被淹没，泥炭堆积作用也就停止。地史上得以保存下来的煤层，大都是成煤沼泽因水位上升或构造沉降被水淹没的结果。常见的煤层顶板往往是含动物化石的海相灰岩、泥质岩或含植物化石的湖相泥岩等。

沼泽类型在空间上是逐渐过渡的，随沼泽覆水程度不同而变化。沼泽覆水程度又受气候、海平面变化和海水进退的控制。泥炭类型的垂向变化反映了沼泽类型的演化。2

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李兵 - 副教授 - 西南大学