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1、成煤沉积环境地壳上有泥炭沼泽发育的地貌单元。煤由堆积在沼泽中的植物遗体转变而成(见成煤植物)。适于植物遗体堆积并转变为泥炭的场所是沼泽。沼泽是被水饱和著的土壤区长年或季节性地被水所覆盖表面和周围有植物生长当沼泽中堆积了一定厚度的泥炭层时称为泥炭沼泽。适于泥炭沼泽发育的沉积环境如海滨或湖泊沿岸三角洲平原冲积平原冲积扇前缘等。 沼泽类型 根据水源补给条件沼泽可分为低位沼泽和高位沼泽。由地下水补给的低位沼泽含丰富的矿物质有3种基本类型树沼或森林沼泽一般为淡水覆水浅有高大乔木和灌木共生因植物生长繁茂遗体大量堆积易形成厚的泥炭层。草沼覆水略深有水生植物和草类生长一般为低位沼泽分布在海岸附近的为咸水至半咸
2、水内陆环境的为淡水。漂浮沼泽分布于湖泊或沼泽中的开阔水域是低位沼泽深覆水区顶部的特殊沼泽类型。漂浮沼泽的表面几乎全被沉水植物特别是菅茅和草类覆盖有薄泥炭层形成并浮于水面植物根可穿透泥炭层又称沼泽湖或颤沼。此外某些低位沼泽以占优势的植物群落命名如分布在海岸潮间带半咸水的红树林沼泽淡水酸性土壤有泥炭藓和菅茅生长的泥炭藓沼泽淡水碱性土壤以芦苇为主的芦苇沼泽等。 高位沼泽的地貌景观不同于低位沼泽中心凸起呈圆盘状周缘地势较低常由低位沼泽演化而成。沼泽地区地下水面略低于这类沼泽的表面由大气降水补给缺乏矿物质补充因此沼泽发育后期植物矮化属种单调。如潜水面不发生变化沼泽环境难以长期持续。 当气候或构造等因素引
3、起沼泽水面或地下水潜水面发生变化时上述不同沼泽类型可以发生互相转化尤其是低位沼泽发育到晚期常演化成高位沼泽。不同沼泽类型形成不同煤岩类型的煤(见煤相)。 成煤沉积环境模式 发育在滨海平原三角洲平原冲积平原等不同沉积环境中的沼泽其空间分布水介质条件植被类型和泥炭堆积持续时间等不同所形成的泥炭层转变成煤后无论在煤层厚度含夹矸情况煤体空间分布形态和煤的矿物质含量煤岩类型等均有差异。 20世纪1030年代J.A.厄登(1912)J.M.威勒尔(1930)和H.R.旺勒斯与威勒尔(1932)先后在美国伊利诺伊盆地宾夕法尼亚系的海陆交替相煤系中辨认出向上变粗和向上变细两种不同的岩石垂向层序并将其在剖面中的
4、重复出现称为旋回结构认为由海水进退和地壳振汤运动引起(见含煤岩系)。成煤沉积环境主要有以下几种。 三角洲海岸成煤沉积环境 60年代以来随著密西 西比河现代三角洲沉积作用研究的进展J.C.弗姆和E.G.威廉姆斯(1963)用三角洲沉积作用的过程解释上述煤系旋回结构的成因。弗姆(19741975)J.C.霍恩和弗姆(1978)以现代密西西比河的沉积作用和海岸沼泽的分布与美国东部石炭纪煤系的沉积环境进行模拟对比发现许多煤层的参数如厚度横向稳定性顶底板岩性硫和痕量元素含量灰分等都与泥炭堆积时的沉积环境及同生构造的控制有关总结出了从障壁岛-下三角洲平原-上三角洲平原-冲积平原的成煤沉积环境模式。其中障壁
5、岛后沼泽形成的煤层薄含硫高煤层沿障壁沙坝走向延伸下三角洲平原的成煤沼泽顺分流河道两侧的天然堤发育形成的煤层沿沉积倾向连续走向不连续煤层薄常见泥质夹层上三角洲平原至河流冲积平原的泥炭堆积在河道两侧的氾滥盆地中煤层呈透镜体状横向连续性差常为低硫煤上下三角洲平原过渡带泥炭层发育在分流间湾被决口沉积物充填而成的广阔平台上煤层厚度稳定横向连续性也好。此外沉积速度快的阿巴拉契亚南部煤层稳定性差含硫低北部沉降速度慢煤系厚度小煤层分布稳定含硫高。弗姆和G.A.怀森弗鲁(1989)指出向上变粗垂直层序厚度的差异主要是由于盆地深部同沉积断裂活动引起。基底沉降幅度较大的一侧(下降盘)在地表造成负地形易形成叠置的河流
6、沙体而相对沉降较缓的一侧(上升盘)则易形成较厚的煤层厚煤层向叠置的河流砂体的方向分叉变薄以至尖灭。A.C.唐纳森(1974)根据浅水三角洲与深水三角洲沙体几何形态的不同将美国西弗吉尼亚晚石炭世煤系的沉积环境与现代河流作用占优势浅水的瓜达罗普三角洲对比认为在废弃的浅水三角洲朵体的沙质平台上成煤环境颇佳。与深水三角洲不同浅水三角洲的前三角洲泥质沉积相和三角洲前缘沙质粉沙质沉积相厚度一般不大而以三角洲平原相占优势成煤的泥炭沼泽相是三角洲平原沿积的组成部分因此浅水三角洲模式与成煤作用关系更为密切。中国华北南部晚古生代石盒子群的成煤环境属此类型。 非三角洲碎屑海岸成煤沉积环境 非三角洲环境的滨海平原也是
7、沼泽发育的有利场所。障壁岛后潟湖潮坪上发育的泥炭层薄含硫高的情况仅限于小潮海岸(潮差小于2米)因障壁岛连续性好潟湖水体深水域面积大环境比较闭塞。中潮海岸(潮差介于24米之间)障壁岛往往被入潮口切割而不连续潟湖水域小而浅封闭性差潮道潮坪大面积发育在潮坪沙泥互层沉积物上发育的成煤沼泽面积广障壁沙坝阻挡了海水的侵袭因而可以形成厚的低硫煤。华北南部山西组的主要煤层即形成于中潮海岸障壁后潮坪潮道沉积物形成的滨海平原上。 碳酸盐海岸成煤沉积环境 碳酸盐海岸也有成煤作用发生典型实例为广西合山上二叠统的煤系碳酸盐岩在煤系中占绝对优势仅煤层底板有含植物根系的泥岩存在泥岩中甚至含腕足类等浅海动物化石碎片。煤层厚度
8、不大横向稳定煤质含硫高。 河流成煤沉积环境 一般认为河流沉积物有 3种相模式辫状河模式河道浅而宽横向摆动频繁保存下来的常是洪水期粗碎屑沉积物不利于成煤沼泽的发育曲流河模式河道弯度大两侧的漫滩沼泽牛轭湖是有利的成煤场所但形成的煤层横向连续性差网结河模式河道被分支河道间富泥质的植被岛所限不易发生横向摆动泥炭得以在植物岛内持续堆积但横向被砂质河道充填物所截切成煤环境多与中部凸起的高位沼泽有关。与河流环境有关的煤均为低硫煤。 冲积扇扇三角洲成煤沉积环境 与冲积扇和扇三角洲有关的成煤沼泽常见于断陷盆地近边部沿扇前地下水溢出带发育。由于盆缘同沉积断裂的活动厚煤层自盆内向盆缘同沉积断裂方向分叉变薄煤质含硫也
9、低但灰分相对偏高。湖泊湖三角洲成煤沉积环境 与大型湖泊湖三角洲环境有关的煤形成于湖三角洲被废弃的朵体或湖湾被决口沉积物充填的浅水平台上。与陆表海相似的大型湖泊常分布在波状坳陷的构造背景下水域面积可以相当大但一般不深容易被多源河流带来的沉积物充填淤浅而沼泽化成煤因淡水介质形成的煤含硫低如鄂尔多斯中侏罗世早期湖三角洲平原和湖滨平原形成低灰低硫低磷高发热量储量巨大的优质煤向深水区过渡煤层变薄尖灭煤质灰分和硫分也相应增加。 断陷成因的湖泊经常为窄长形沿断裂走向发育水深可达数十至数百米当被冲积扇碎屑物充填淤浅后在扇三角洲朵体之间或废弃的扇三角洲朵体之上始有成煤作用发生。中国东北晚中生代以阜新霍林河等为代表的煤盆地属这种类型经常有厚和巨厚煤层发育但横向稳定性较差煤质含硫低灰分一般偏高。中国南方一些第三纪煤盆地如昭通百色等多属这种类型。 侵蚀成因的小型湖泊被沉积物充填容易整体淤浅成煤形成的煤层范围一般不大如中国南方某些晚第三纪煤盆地。
