第20卷第1期煤田地质与勘探1992年2月.煤田地质.泥炭沼泽的形 成和演化尹善春(地质矿产部地勘司北京10 0812)摘要泥炭沼泽的形成可分为水域泥炭沼泽化和陆地泥炭沼泽化两大类泥炭沼泽可分 为低位泥炭沼泽、中位泥炭沼泽和高位泥炭沼泽.由泥炭沼泽发育 的内在聚集规律所决定,泥炭沼泽形成后,可由低位泥炭沼泽经中位泥炭沼泽发展至高位泥炭沼泽研究泥炭沼泽的形成和演化,对剖析泥炭层的生成以及成分和性质,具有实际意义;对分析成泥炭 时的古气候和环境乃至构造活动的稳定性,也有一定的意义关镇词泥炭沼泽;泥炭沼泽成因;泥炭沼泽演化中国图书资料分类法分类号P51 2.3泥炭是在泥炭沼泽中形成的研究泥炭沼泽的形成和演化,对了解泥炭层的生成、成分和性质具有实 际意义参照 泥炭沼泽形成和演化的规律,对解释煤层的生成、成分和性质具有一定的理论意义泥炭沼泽的形成泥炭沼泽的形成可分为两大类,即水域泥炭沼泽化和陆地泥炭沼泽化1.1水域泥炭沼泽化水域泥炭沼泽化是由于水盆地的淤积,使水的深度变浅,植物丛生,导致泥炭沼泽化水域泥 炭 沼泽化包括构造湖泥炭沼泽化、火山口湖泥炭沼泽化、堰塞湖泥炭沼 泽化、冰川湖泥炭沼泽 化、岩溶湖泥炭沼泽化、泻湖泥炭沼泽化以及废弃河道与牛扼湖泥炭沼泽化等。
由此可见,水域泥炭沼泽化主要是在湖泊中进行由于湖水的深度和湖岸的坡度不同,湖泊泥炭沼泽化的发育过程是不同的1.1.1浅水湖岸湖泊泥 炭沼泽化湖岸平坦,并微向湖心倾斜湖水和湖底矿物质养分丰富沼泽化一般从边缘开始由于湖水的深度不同,使植物常从湖边到湖心 呈分带出现如湖边浅水地带,常发育挺水植物,如芦苇、香蒲;向湖里水较深地带,发育漂浮植物睡莲、水芋等;再往深处,则有沉水植物出现由于死亡植物不断堆积和泥沙淤积,使湖水的深度变浅,湖面缩小,植物带也逐渐从湖边向湖心移动经过长期发展,终于使整个湖泊变成了泥炭沼泽1.1.2深 水陡 岸湖泊泥炭沼泽化湖岸较陡,湖水较深沼泽化是从水面繁殖漂浮植物开始的由于长根茎的漂浮植物的生 长、繁殖,形成了根茎交织在一起的漂浮植物毯(浮毯)随着植物的繁衍、死亡和堆积,逐渐在 浮毯层 上面形成上 层 泥炭层,而其下部的植物残体,则逐渐脱落而沉入湖底,形成下层 泥炭层上、下泥炭层的不断加厚,使两层逐渐合而为一由于浮毯的扩大,浮毯之间发生联接、合并,并向湖心推进,终于使浮毯布满了整个湖盆,湖泊便转化为泥炭沼泽(图1)煤田地质与勘探第20卷画21至习2区〕3匡」4困5囚6图1深水陡岸 湖泊泥炭沼泽化1一浮毯泥炭层;2一腐泥;3一湖积物;4一漂浮植物(槐叶萍);5一漂浮植物(睡莲);6一漂浮植物(眼子菜)1.2陆地泥炭沼泽化一般发生于地表低洼或森林地区。
由于地 下水位升高或溢出地表,使地表积水或呈过 湿状态,导致 泥炭沼泽化陆地泥炭沼泽化包括草甸泥 炭沼泽化和森林泥 炭沼 泽 化两类1.2.1草甸泥炭沼泽化一般发生于地势低洼、潜水位高,或因河湖水流泛滥、泉水流入的地段,如河漫滩、阶地、沟谷、山间盆地、扇缘洼地、三角洲、溶蚀洼地等由于草甸经常处于过湿或薄层积水状态,土壤孔隙被水充塞,通气状况变坏,微生物活动减弱,植物残体中营养元素不 易被吸收,致使养分不断减少在这些条件下,植物发生了自然演替,一些草甸植物逐渐被养分要求较少而又喜湿的沼泽植物替代随着沼 泽植物的繁殖、死亡 和堆积,在嫌气条件下,分解不彻底,便形成了泥炭,草甸逐变成了泥炭沼泽(图2)1.2.2森林泥炭沼泽化是由于林下枯枝、落叶等残落物的堆积和土壤灰化引起的在茂密的森林地区,树的枝叶遮蔽阳光,大量的残落物覆 盖 了地表,它 不仅能保持大量水分,而且能拦蓄地表径流,并使其渗入土中加之在林下土 层底部常出现不透水的灰化土,其 阻挡了水的渗失,使潜水位抬高,从而导致地表经常处于过湿状态,促使泥炭沼泽化随着植物残体层和 土层潮湿、通气恶化及酸性增强,森林 自然更替愈来愈困难,而草木植物却得 到了 发展。
草本植物占优势的时间越来越长,草本植物的残体也 开始占优势在湿度加重、嫌气条件进一步发展情况下,引起沼泽植物的发育,其残体在地表逐渐形成了泥炭,森林地区则演变为泥炭沼泽水分增 多地 表过湿季节性积水藏 篙草、木里苔草沼泽常 年积水常年积水花群落草 甸土篙篙 草、金莲莲莲藏 篙草、木木木木里苔苔苔苔草沼泽泽花花群落落落里苔草沼泽泽泽草沼泽泽泽泽薄层 泥炭中厚层 泥炭厚层泥炭泥炭增厚图2草甸泥炭沼泽化(以若尔盖高原为例,据《中国沼泽》略加修改)研究泥炭沼泽的沼泽化过程,对了解泥炭矿床的起因、质量具有重要意义怎样来鉴别是陆地沼泽化还是水域沼泽化呢?日本学者提出了进行泥炭层 及其底部岩层的层序学研究的正确方法国外泥炭矿的大量研究资料证实,水域泥炭沼泽化所形 成的泥炭矿床,泥炭层的底部往往有腐泥层或腐殖一腐泥层存在;而陆地泥炭沼泽化则 没有这第1期尹善 春:泥炭沼泽 的形成和演化一观点已在我国的泥炭 资源调查中获得了广泛的证实在若尔盖高原,一些典型的水域泥炭沼泽化泥炭矿床,泥炭层下部不仅有腐泥层 而且有淡水动物化石存在如雾其里泥炭矿床剖面:0~0.ZOm草根层0 .2~1.4 0m暗棕色草本泥炭,主要由苔草残体组成1·4 0~3 .0 9m褐一暗褐色草本泥炭,由苔草残体组成,含水螺和 贝壳化石3 .0 9~3 .1 9m黑褐色草本泥炭,由苔草残体组成,含水螺和贝壳化石3 .1 9~3 .5 6m灰黑色腐泥,有少量植物残体,含较多水螺和贝壳化石3.5 6m以下兰灰色粘土(底板)在昆明滇池北部,泥炭层堆积层序自上而下是:挺水植物残体泥炭层浮叶、漂浮植物残体泥炭层沉水植物残体泥炭层轮藻群落残体泥炭层黑色富含有机质的腐泥层这两个剖面典型地反 映 了浅水湖泊泥炭沼泽化所生成的泥炭层序。
其它如吉林东部、北京郊区等地一些湖泊泥炭沼泽化泥炭矿床都有这一特征2泥炭沼泽的演化泥炭沼泽的形成和发展是缓慢的、长期的不论是水域泥炭沼 泽化还是陆地泥炭沼泽化所形成的泥炭沼泽,根据沼泽的表面形态、水源补给条件、矿物质养分和植物组合,都能划分为三种泥炭沼泽类型,即低位泥炭沼泽、中位泥炭沼泽和高位泥炭沼泽在泥炭沼 泽形成初期,沼 泽表面较低洼,水源补给丰富,潜水位较 高或地表有积水,溶于水中的矿物质养分较 丰富,水体通常呈酸性,有时为弱碱性相应沼泽中发育了对养分要求较多的一类植物,如草本植物苔草、芦苇、莎草、篙草、灯芯草等,木本植物有水松、赤杨、油桦、沼柳等这个阶段形成的沼泽称为低位泥炭沼泽,有的叫富营养泥炭沼 泽由于泥炭的堆积,沼泽表面趋于平坦或中部略微突起水源部分由地下水补给,部分由大气降水补给,溶于水中的矿物质养分有所减少,泥炭层中水呈中性或微酸性沼泽中既生长富营养性 植物,如苔草、柴桦和油桦等,也生长贫营养性植物,如窄叶杜香、甸杜、鲜类植物等这个阶段的泥炭沼泽称中位泥炭沼泽,有的叫中营养泥炭沼泽或过渡性泥炭沼 泽经中位泥炭沼泽以后,由于 沼泽中央部分渐趋隆起,地下水补给达不到,水源主 要靠大气降水补给。
矿物质主要是风力吹扬带来的尘土、砂粒,沼泽中养分贫乏,相应发育了需养分很少的一类植物,如木本类的松、桦,灌木类的窄叶杜香、甸杜、水越桔等,草本类的棉花莎草、刺子莞等,鲜类则是贫营养的泥炭鲜等这个阶段的泥炭沼泽称为高位泥炭沼泽,有的叫贫营养泥炭沼泽在世界许多地方,如北欧、苏联、日本北部、北美、印度尼西亚、马来西亚 以及巴西、智利、阿根廷等地,已经确定,在同一泥炭层中,可 由低位泥炭沼泽经中位泥炭沼 泽至高位泥炭沼 泽的转变在我国东北、云贵高原等地也已见 到类似的例子小兴安岭山地的更新山泥炭矿,经过研究,可分出3种泥炭类型下部为低位泥 炭,以木本、草 本植 物 残体为主,厚度6~1.Om;中部为中位泥炭,主要由木本、草本和醉类植物残体组成,厚度0.5~0.gm;上部为高位泥炭,主要由辞类和一些木本一醉类植物残体组成,厚度0.2~0.4m上述剖面表明,泥炭沼泽完成了从低位泥炭沼泽向高位泥炭沼泽的转变(图3)煤田地质与勘探第20卷盯】,睡象!21三巫卜〔习‘医国51诬16图3小兴安岭更新山泥炭矿剖面示意图1一 低位泥炭,2一 中位泥炭沼一高位泥炭,4一亚粘土,5一亚砂土;6一花岗岩再如,长白山哈尼泥炭矿,长5 60 0m,宽约30 0Om,平面形态似矩形。
泥炭层最厚达9,sm,平均厚4.6m剖面中、下部为低 位泥炭,一般厚3~4m;上部 为中位泥炭,厚1~Zm;顶部局部地段已开始发育高位泥炭,厚度仅0.1~0.Zm经吉林省地矿局第四调查所研究,平面 上沼泽植被具明显的分带性(图4)上 述两泥炭矿剖面的共同特点是:a.剖面上从低位泥炭~中位泥炭‘高位泥炭是连续的;8750士95年以前泥炭沼 泽在底板(S)的基础上,由低位泥炭沼泽(L)经中位泥炭沼泽(D发展至高位泥炭沼泽(H),是泥炭沼泽形成和演化的一条重要规律其简式为S~L~I~H,这个层序日本学者称为正规层序正规层序只有在有利于 泥炭沼泽发育的自然条件保持长期相对稳定时才能形成;一旦自然条件发生变化,就会产生种种变化根据日本学者对北海道泥炭矿的研究,即使在一个泥炭矿床中,不同的部位都有不同的变化例如猿别泥炭矿,泥炭沼泽中部隆起处,其层序的变化如下:S(L)~L~S~L,HS~L~S~H、洲对普布彰次 球产了泣胜拼分毛\ 幼愁丰、:电126 4 5 3口回画困画回,、八{,砂认‘}:毛 二/11:笔:六}‘_派一‘.}华之年 \~牡」·气丁旗 荞. 主引 \l n\图4长白山哈尼泥炭矿床租被分布图1一泥炭矿床边界线;2一植被群落分界线;3一落叶松十白桦一苔醉群落,环绕沼泽分布,占沼泽面积 3 4%;4一苔鲜群落,沿河分布,占整个沼泽面积8%;5一落叶松一窄 叶杜香+笃斯越枯一薄类群落(即中位泥炭沼泽),分 布于矿床中部,面积占4 7 %;6一灌丛桦+甸杜一棉花莎草一泥炭醉群落,分布不连续(即高位泥炭泊泽),约2km含,占沼泽面积的1 1肠第l期尹善春:泥炭沼泽的形成和演化S~H( L极薄,几乎在底板岩层上直接形成高位泥炭)高位泥炭层的周围,可见 到 如下的层序:S~L一IS~L~H~L~IS、L~I~L(S)~I~L(S)~IS~L(S)~I猿别泥炭矿 的 最外侧,可见 到以下变化:S~S(L)~L(S)S~L~1~H~LS~S (L)~L(S)~LS~L~S~LS~S(L)一LS~L(S)~S(L)由此可见,泥炭的形成和演化是多种多样的,有时是比较复杂的。
泥炭形成过程中的介质状况有关高位泥炭中,510:含 量相 对较高,而CaO、FeZO3、A 12O:含量较低,说明泥炭 中的灰分与风的吹扬带进 的砂粒有关,而受地下水的影响较小在低位泥炭中,CaO、FeZO:和A12O3含量较高,说明沼泽受地下水的影响较大表2各类泥炭的主要灰分组成和平均含t%类类型型Ad d d5102 2 2Cao o oFe 20a a aA 12O3 3 3P,05 5 5S ()3 3 3高高位泥炭炭2.4 4 41.0 0 005 5 502 2 202 2 20.1 1 10.1 1 1中中位泥炭炭4.7 7 71.3 3 3l3 3 30.6 6 604 4 401 1 103 3 3低低位泥炭炭7.6 6 61.6 6 62.6 6 61.0 0 00.5 5 50.1 1 10.5 5 5注:据利什特万nH,198 9再看泥炭的硫含量,据苏联学者利什特万对4 5个试样的分析资料(表3),不同类型泥炭的硫含量是有区别的表3不同类型泥炭的硫含t%类型S相对百分比高位泥炭>0.5 1.01.0<1.0;;类类型型有有粗粗PH H HN, ,P20s s sKZO O OCao o o腐殖酸酸 机机机机灰灰灰灰灰灰灰灰 质质质质分分分分分分分分高高位泥炭炭93 3 37 7 74.5 5 5l。
2 2 20.1 7 7 70.2 3 3 30.3 9 9 910~2。