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煤深成變質作用

煤深成變質作用地面下較深處的煤,在正常地溫和上覆岩系靜壓力的影響下發生的變質作用。煤深成變質作用在各種煤變質類型中對煤影響範圍最廣,具有普遍性,又稱煤區域變質作用。由於它主要是以地溫為熱源,因而亦稱煤地熱變質作用或煤正常變質作用。

目錄

煤深成變質與褶皺的關係

M. 泰希繆勒 (M.Teichmuller)用等煤級線與煤層之間的交角關係表示煤深成變質與褶皺的關係。圖中2a所示等煤級線與煤層大致平行,表明褶皺發生在煤深成變質作用完成之後,煤的變質與褶皺無關;圖2b所示等煤級線與煤層斜交,表明煤深成變質作用是在褶皺期間進行的;圖2c所示煤層受到褶皺而等煤級線水平,表明煤層在褶皺之前未曾經受變質,而是在褶皺之後才變質的。因泥炭在被覆蓋後不久由於基底的沉降,就開始了煤化作用,故單純褶皺後的變質作用(煤化作用)並不易見到。經過變質的煤,褶皺後若繼續受到50℃以上溫度的影響,煤的變質程度仍然可以繼續加深。經過褶皺的同一煤層,由於在向斜部位較在背斜部位埋藏深,因而向斜核部煤的變質程度就較高,背斜頂部煤的變質程度則較低。同樣的原因,經構造變動後,斷層下降盤煤的變質程度高於上升盤的同一煤層的煤。

地溫來源

煤深成變質作用的地溫來源於原始地球殘餘熱化學反應熱、重物質位移熱以及放射性元素蛻變熱等。地殼各處的地溫是不同的,洋脊、裂谷帶、島弧、中新生代造山帶以及現代火山區等,是地殼上可能的高地溫區;板塊俯衝帶的地溫較低;不同構造單元之間的地溫有差異,同一構造單元上的地溫也有變化,隆起區的地溫高於坳陷區。各地區的地溫梯度不同,中國開灤的地溫梯度為1~2℃/100m,淮北為2.1~2.6℃/100m,撫順為3.6~4.57℃/100m。這就必然導致各地區煤變質梯度的差異。可以推斷,地史上也必然有類似的情況,而且隨着時間的演變,同一地點的地溫梯度和變質梯度也不會一成不變。 [1]

深成變質煤的分帶

由於含煤岩系下部煤層或煤組經受的溫度和壓力大於上部,因而下部煤的變質程度也高於上部。這種煤變質依沉降深度而呈現的規律性變化,即煤變質的垂直分帶是希爾特規律的體現。 德國魯爾煤田石炭紀含煤岩系厚度超過5000m,煤層多達100餘層,煤的揮發分隨深度的加大而遞減,大致是每深100m降低2.3%,在垂直剖面中,由上而下煤變質程度分帶依次為長焰煤—氣煤帶、氣煤帶、肥煤帶、焦煤—無煙煤帶。中國黑龍江省雞西煤田中生代含煤岩系厚1000餘米,含煤10餘層,煤質由上而下分為低變質、低中變質和中變質三個帶。即使含煤岩系厚度僅幾百米,仍能顯示出煤質垂直分帶。中國河南某晚古生代煤田,其上部石盒子組煤的平均揮發分Vdaf為29.4%,屬肥煤;中部和下部的山西組煤的平均揮發分Vdaf分別為23.7%與21.8%,均屬焦煤。不僅含煤岩系及其上覆岩系厚度和煤層的層間距影響煤質垂直分帶,而且煤變質梯度越大,煤質的垂直分帶越明顯。 煤質(煤變質)分帶包括煤層的煤質垂直分帶及其反映在平面上的水平分帶。聚煤盆地中,同一含煤岩系的不同地段,在形成過程中,或其上覆岩系在沉積過程中的沉降幅度差異,以及後期構造變動,都會使其煤層的埋藏深度不同,從而引起變質程度出現差異,即形成煤質垂直分帶;反映到平面上就是煤質水平分帶。由於希爾特規律的普遍性,煤深成變質形成的煤質分帶在許多煤田都有顯示,含煤岩系或含煤岩系及上覆岩系厚度的差異越大就越明顯。煤深成變質作用形成的煤質分帶,較其它煤變質類型的規模大。煤質水平分帶呈帶狀、弧狀或環狀,各變質帶之間的寬度不等。[2]

上覆岩系厚度對煤深成變質作用的影響

中國北方晚古生代僅僅經受深成變質作用的煤,在有些地區的煤變質分帶比較明顯。但含煤岩系本身的厚度一般較薄,且變化不大,其所代表沉降幅度上的差別,尚不足以形成不同煤種; 而體現聚煤期後不同沉降幅度的上覆岩系厚度的差異,卻是這些地區形成煤變質分帶的主要原因。中國賀蘭山沙巴台太原組和山西組的厚度為221m,正義關為230m,相差不多,但其上覆的石盒子組與三疊系的總厚度的差別卻較大,沙巴台只沉積了石盒子組,厚1490m;而正義關還覆有三疊系,與石盒子組相加共厚2557m,因而,沙巴台的晚古生代煤為焦煤和瘦煤;而正義關的煤則已達無煙煤階段。上覆岩系厚度對煤深成變質的影響表明,煤變質作用(煤化作用)具有長期性、繼承性和疊加性。但對於含煤岩系上覆岩系對煤變質程度的影響需進行具體分析。如果上覆岩系與含煤岩係為連續沉積,或雖有間斷但時間很短,並與含煤岩系一道經受褶皺構造運動,那麼上覆岩系厚度的差異就會對煤變質分帶產生重要影響;假若上覆岩系與含煤岩系之間有長時間的沉積間斷,或上覆岩系是在含煤岩系褶皺之後才沉積,那麼它對含煤岩系中煤層的影響,就應考慮扣除沉積間斷時期的作用。

參考資料