多元聚煤理論體系及聚煤模式

李增學, 呂大煒, 王東東, 劉海燕, 王平麗, 劉　瑩

山東省沉積成礦作用與沉積礦產(chǎn)重點實驗室, 山東科技大學地球科學與工程學院, 山東青島 266590

多元聚煤理論體系及聚煤模式

李增學, 呂大煒, 王東東, 劉海燕, 王平麗, 劉瑩

山東省沉積成礦作用與沉積礦產(chǎn)重點實驗室, 山東科技大學地球科學與工程學院, 山東青島 266590

煤地質(zhì)學經(jīng)過長期的發(fā)展和多種成煤理論相繼提出, 已進入一個多元化的繁盛階段。但是, 聚煤理論研究中還有很多科學問題仍需進一步深入, 如海侵(水進)過程中煤的聚積機理、聚煤盆地形成與演化過程中板塊構(gòu)造的控煤作用、煤與其共伴生礦產(chǎn)的共生機理以及含煤系統(tǒng)理論等, 都與煤聚積、聚煤盆地各種非常規(guī)能源礦產(chǎn)資源研究密切相關(guān), 而理論研究的滯后也影響了能源礦產(chǎn)資源的預測、評價。造成這種現(xiàn)狀的原因是不同聚煤理論適用范圍具有一定的局限性。鑒于此, 本文在系統(tǒng)、全面的理解各種聚煤理論的基礎(chǔ)上, 提出了多元聚煤理論體系及聚煤模式, 認為多元成煤理論體系是以泥炭沼澤堆積樣式為中心, 盆地水域體制為闡明聚煤作用機制的基本點, 其核心思想是闡明各種因素的相互作用與影響, 成煤機制的交叉、包含, 而不是孤立地看一個具體問題, 聚煤盆地層序地層不同體系域聚煤差異性為聚煤理論的支撐格架,古植物、古氣候、古構(gòu)造和古地理分析為構(gòu)建聚煤理論體系的四個基本條件, 各種地質(zhì)因素的相互牽制、多種事件(如突發(fā)性水侵事件、構(gòu)造事件、火山事件等)的影響, 聚煤模式的多樣性和聚煤作用過程與機制多元性等, 構(gòu)成了多元成煤理論體系的內(nèi)核, 并強調(diào)該體系構(gòu)建的四個統(tǒng)一: 聚煤理論體系的完整性與協(xié)同性的統(tǒng)一、獨創(chuàng)性與轉(zhuǎn)化性的統(tǒng)一、繼承性與發(fā)展性的統(tǒng)一、理論性與實踐性的統(tǒng)一, 闡明不同聚煤機制及其相互關(guān)系。多元聚煤理論不是將不同成煤理論或觀點的簡單集合, 而是深入闡明各種因素的影響、動態(tài)與靜態(tài)交叉機理、各種條件的融合、聚煤盆地內(nèi)外各種作用的相互牽制與耦合等。

多元聚煤理論體系; 聚煤模式; 聚煤盆地; 相互作用; 層序地層

1　煤地質(zhì)學基本理論問題及面臨的挑戰(zhàn)

煤地質(zhì)學是地質(zhì)學科體系中的一個重要而又古老的學科。地質(zhì)相關(guān)學科新思想、新理論與新方法的不斷提出, 對煤地質(zhì)學產(chǎn)生了深遠的影響, 如沉積學、層序地層學、盆地分析等學科, 對解決煤地質(zhì)領(lǐng)域的科學問題起到了重要的促進作用, 使古老的煤地質(zhì)科學產(chǎn)生了新的活力(McCabe, 1987; Holz, 1998; 邵龍義等, 1998; 李增學等, 2003)。近年來, 與煤有關(guān)的能源(如煤層氣、煤成氣、煤系頁巖氣等)的研究與開發(fā), 極大地促使了煤地質(zhì)學的發(fā)展(Wang, 2012), 也使煤地質(zhì)學的基礎(chǔ)理論及其資源預測理論呈現(xiàn)了多元化的趨勢。但迄今為止, 煤地質(zhì)學研究仍然局限于解釋和闡述煤田勘探與開發(fā)中的各種地質(zhì)現(xiàn)象, 仍然是圍繞著固體煤的有關(guān)研究, 這使其理論進展明顯滯后于其它地學學科。與煤及煤層有關(guān)的天然氣資源(如煤層氣、煤系頁巖氣)的研究, 使得煤地質(zhì)學涉及到的科學問題大量增加。煤地質(zhì)學作為相關(guān)交叉學科的基礎(chǔ)或支撐, 其理論與模式需要進行全面的總結(jié)、完善、提升和發(fā)展, 以形成具有強大生命力的科學體系(Milici et al., 2009; 李增學等, 2011)。

煤地質(zhì)學(這里與傳統(tǒng)的“煤田地質(zhì)學”同義)學科理論的形成與發(fā)展, 凝聚了幾代煤地質(zhì)學家和從事煤炭勘探與開發(fā)的科技工作者與工程技術(shù)人員的智慧, 成為地球科學系統(tǒng)中的重要學科分支之一。但是, 隨著煤地質(zhì)學新理論、新認識的不斷出現(xiàn), 以及與煤地質(zhì)密切相關(guān)的新資源(如頁巖氣等)的發(fā)現(xiàn),煤地質(zhì)學的有關(guān)理論也面臨如下一些亟待解決的問題。

(1)煤地質(zhì)學中描述性內(nèi)容較多, 理論提升欠缺。如煤巖、煤質(zhì)部分, 微觀描述與地質(zhì)背景和成煤作用機制的結(jié)合雖然已有不少研究成果(Greb et al., 1996; Querol et al., 1999; Siavalas et al., 2009),但整體理論的提升高度還不夠。隨著與煤系有關(guān)的資源的發(fā)現(xiàn)與開采, 煤巖及煤體特征的精細描述性內(nèi)容已相當豐富和完善(Speight, 2005; Diessel, 2007), 但對于其形成理論的研究則比較薄弱。如何將煤的微觀世界與宏觀的聚煤作用機制、盆地背景等結(jié)合起來, 目前還缺乏系統(tǒng)、完整、科學的理論闡述。

(2)自20世紀90年代以來, 聚煤作用機制的理論與實踐獲得很大進展, 有些理論是突破性的和開創(chuàng)性的。但是, 這些理論或觀點之間的包容性和關(guān)聯(lián)性較弱, 這就削弱了一種新理論、新觀點的生命力。任何新理論、新觀點的提出都是基于一種特殊的背景和條件, 而這種背景和條件是有可能相互轉(zhuǎn)化的;因此, 看起來對立的理論或觀點實際上可能存在著某種有機關(guān)聯(lián)。如煤及煤層的形成, 傳統(tǒng)的認識以陸相的海(水)退成煤理論占主導; 近年來有不少學者探討了新的聚煤理論, 如海侵過程成煤(Diessel, 1992)、幕式成煤(邵龍義等, 1992)、海侵事件成煤(李增學等, 2001)、風暴異地煤(胡益成等, 1997)、聚煤型式的多樣性(桑樹勛等, 2001)、海相層滯后時段成煤(邵龍義等, 2003)等理論, 極大地豐富了煤地質(zhì)學基礎(chǔ)理論。但是, 對一個學科而言這理論仍然存在一些相互矛盾及理論系統(tǒng)性欠缺的問題。

(3)煤地質(zhì)學與相近學科的交叉、融合、容納、追蹤和原始發(fā)現(xiàn)不夠。煤地質(zhì)學汲取、引進相近學科理論后的發(fā)展與創(chuàng)新不夠。煤地質(zhì)學融入了沉積學等相近學科的理論, 如沉積體系、層序地層、盆地分析等, 這無疑是有益的; 但是, 與相近學科理論的融合與發(fā)展深度不夠, 尚沒有體現(xiàn)出煤地質(zhì)學的特色。

(4)繼承與完善不夠, 沒有形成一個學科特色鮮明的理論體系。已有的理論和基礎(chǔ)知識, 闡述深度不夠, 發(fā)展極為緩慢。煤地質(zhì)學成煤理論的一些基本學說(或假說), 如“原地堆積說、異地堆積說、微異地堆積說”等基礎(chǔ)理論, 還是比較單薄, 理論性并不強。這些已有的認識和學說, 只有與盆地分析、層序地層學、油氣地質(zhì)學等學科深入地融合、發(fā)展,才能在聚煤規(guī)律的合理解釋和礦產(chǎn)資源的有效預測方面產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。

2　聚煤環(huán)境及沉積體系類型的多元性特點

沉積體系與體系域是沉積學和盆地分析的重要概念, 在煤地質(zhì)學中則賦予了新的內(nèi)涵, 即沉積體系、體系域與煤聚積、煤層形成的有機聯(lián)系。一般來說, 沉積體系是與某些現(xiàn)象或與推測的環(huán)境、沉積作用有密切成因聯(lián)系的三維空間巖相組合。同一時間內(nèi)具有一定聯(lián)系且相鄰的沉積體系則稱為體系域。不同體系域內(nèi)部都存在著沉積環(huán)境的相互轉(zhuǎn)換, 這個過程可能形成了一些有利聚煤的環(huán)境。聚煤環(huán)境可以同時存在于不同的沉積環(huán)境, 也可以存在于同一沉積環(huán)境的不同時期; 聚煤環(huán)境可以是由不同的沉積環(huán)境共生轉(zhuǎn)換而來, 也可以是同一種沉積環(huán)境的不同演化階段。

2.1煤的沉積環(huán)境與沉積過程的多元性

泥炭的形成與堆積可以在多種環(huán)境下發(fā)生, 沉積過程復雜、成因多元化。這里涉及到煤地質(zhì)學中的一個重要概念——“泥炭沼澤”。需要指出的是,泥炭聚積成煤的場所不一定是泥炭沼澤(McCabe, 1987; Moore et al., 2003), 所以, “泥炭沼澤相”的確定必須慎重。只有證明泥炭堆積是在“原地”發(fā)生, 煤層與泥炭沼澤相才具有成因上的對應關(guān)系。

一般說來, 泥炭沼澤形成于水域和陸地過渡帶環(huán)境(圖1)。在空間上, 泥炭沼澤可以形成于多種沉積體系中(Wang et al., 2011), 呈現(xiàn)分帶性(Moore et al., 2003)。在時間上, 受水體進退的影響, 泥炭沼澤的發(fā)育位置和類型也會發(fā)生遷移或交替(McCabe, 1987; Moore et al., 2003)。從沉積學角度看, 聚煤作用的形式多樣, 這些聚煤形式可以同時出現(xiàn)在一個體系域內(nèi), 煤層垂向上相互疊加、橫向上交錯轉(zhuǎn)化。在一套含煤地層之中可以出現(xiàn)不同成煤環(huán)境單元形成的多套煤層, 如華北晚石炭—早二疊世含煤巖系,具有典型的成煤類型多樣性特點(桑樹勛等, 2001),而且在空間上呈現(xiàn)多旋回性。從根本上說來, 盆地屬性轉(zhuǎn)換影響了盆地內(nèi)沉積體系的配置, 沉積體系配置的變化又直接影響到了成煤環(huán)境單元的轉(zhuǎn)換(表1)。

圖1　德國上萊茵灣中新世木質(zhì)褐煤類型的相應泥炭沼澤堆積場所Fig. 1　Accumulation space of peat swamp of Miocene lignite type in upper Rhine bay of Germany

2.2事件沉積多元性

聚煤作用中的事件沉積主要包括幕式構(gòu)造/沉積事件、風暴事件、海侵事件、火山事件等沉積, 這些事件沉積在聚煤過程中或多或少對成煤作用過程有一定的影響(表2)。

2.2.1幕式構(gòu)造/沉積事件

陸相斷陷盆地具有不同級別的幕式構(gòu)造演化的特征, 控制了相應的沉積旋回(吳沖龍等, 1994),而盆地的充填序列表現(xiàn)出階段性及區(qū)域性間斷, 記錄了幕式運動的周期及相應的構(gòu)造事件。一般說來,形成陸相斷陷盆地最基本的因素就是幕式構(gòu)造, 盆地充填沉積則是對構(gòu)造作用的直接響應。構(gòu)造作用不僅控制沉積物的充填厚度和地層的旋回性, 而且控制沉積體系類型和內(nèi)部沉積構(gòu)成(王華等, 1994),進而控制著泥炭沼澤的發(fā)育及泥炭堆積作用(邵龍義等, 2003)。

2.2.2火山事件

火山事件形成的火山事件層具有延展性、瞬時性和等時性的特點(桑樹勛等, 1999a, b; Pfefferkorn et al., 2007)。火山事件在沉積時對聚煤作用主要有2個方面影響, 一是火山事件沉積后, 為古植物提供了良好的土壤, 有利于植物的生長; 二是火山事件沉積能夠中斷成煤作用, 如魯西石炭二疊紀煤層中呈突變接觸的薄層粘土巖夾矸, 表征著火山地質(zhì)事件(火山灰降落)導致煤的沉積過程中發(fā)生過突然短暫的中斷(Pfefferkorn et al., 2007; 韓作振等, 2000)。

2.2.3突發(fā)性海侵事件

突發(fā)海侵事件可分為兩類: 一是盆地背景使得海侵過程非常短暫而呈現(xiàn)出“事件”的性質(zhì)(何起祥等, 1991), 如晚古生代華北大型陸表海盆地; 二是突發(fā)事件導致海水突然向陸地進犯, 如構(gòu)造突發(fā)事件、海嘯、風暴潮等形成或引發(fā)的海侵事件。本文主要指的是地史上的陸表海突發(fā)性海侵事件, 由于陸表海盆地基底比較平緩, 相對海平面微小的上升, 就會淹沒非常廣闊的區(qū)域甚至整個盆地, 造成了海侵具有突發(fā)性的特點, 這對于終止泥炭沼澤發(fā)育和泥炭保存具有重要意義(李增學等, 2003)。海侵事件也能夠在一定程度上侵擾盆地邊緣的泥炭沼澤, 如波浪搬運泥炭, 進而形成異地煤。

表1　不同沉積環(huán)境控制下的多元成煤特點Table 1　Multi-coal forming characteristics under the control of different depositional environments

表2　含煤充填沉積中事件沉積對泥炭堆積機制的多元性影響Table 2　Multi-influence of event deposits on the peat accumulation in coal-succession

2.2.4風暴事件

風暴事件沉積的研究已有40多年的歷史, 取得了不少突破性成果, 建立了風暴流理論。風暴事件沉積在濱?；驗I湖地區(qū)較常見。風暴潮侵入到濱海地區(qū)的泥炭沼澤內(nèi), 其攜帶的碎屑物可以暫時中止泥炭的堆積, 進而形成煤層中的海相夾矸; 當風暴潮退去時也可攜帶泥炭至正常浪基面乃至風暴浪基面以下堆積, 形成異地煤。如河南太原組濱海潮下帶的風暴異地煤(胡益成等, 1997)。風暴異地煤的頂?shù)装逡话銥楹嗷蚝Ｏ喑练e, 煤層里面含有海相或湖相生物化石(王華等, 1999)。

2.3泥炭堆積成煤機制

圖2　不同沉積環(huán)境控制下的成煤示意圖Fig. 2　Model of coal formation under the control of different depositional environmentsa-location of the alluvial fan-coal; b-sedimentary environment before and after the formation of the Black Coal Seams(modified after Martin et al., 1987); c-distribution of the swampland along the meandering stream(modified after Beaumont, 1979); d-coal accumulating mode of the anastomosing river in the Haizhou Formation of the Fuxin Basin (modified after WANG et al., 1996); e-coal accumulating mode of the fan-delta in 3rd Member of the Shahai Formation in the Fuxin Basin(modified after CAI et al., 2011); f-coal accumulating mode of lakes; g-coal accumulating mode of deltas; h-coal accumulating mode of braided river delta; i-distribution of peatbogs in the fan-delta; j-stacking pattern of allochthonous peatbogs generated by storms in shallow sea; k-coal accumulating mode of tidal flat in the Ceshui Formation of the Lengshuijiang ore district(modified after LIU et al., 1999); l-sedimentary environment of barrier lagoons and distribution of peatbogs(modified after Mecabin, 1982); m-mode of peatbogs along the coast without barriers

圖3　鄂爾多斯盆地延安組沉積成煤模式圖(S-N向)(據(jù)王東東, 2012)Fig. 3　Coal accumulation model of Yan’an Formation of Ordos basin (after WANG, 2012)

根據(jù)泥炭沼澤發(fā)育與泥炭堆積場所之間的關(guān)系, 可以劃分出原地堆積成煤和異地堆積成煤兩種機制, 同一個聚煤盆地可能存在一種或兩種泥炭堆積機制。

2.3.1原地堆積成煤機制及其條件

煤層發(fā)育的地方也是泥炭沼澤發(fā)育的地方, 即原地堆積成煤。該成煤機制研究主要包括適宜植物生長與泥炭保存的古氣候、古地理及古構(gòu)造背景。該成煤機制可以分為活動碎屑體系不同階段環(huán)境單元的局部泥炭沼澤化成煤(分流間灣、濱海潮坪泥炭沼澤化)和碎屑體系廢棄后的泥炭沼澤化成煤(河道、湖泊及澙湖泥炭沼澤化)。不同的沉積環(huán)境演化,形成了植物發(fā)育與泥炭保存的空間。

2.3.2異地堆積成煤機制及其條件

異地堆積成煤是指泥炭保存成煤的地方并不是植物生長的地方, 其間經(jīng)歷了長距離的搬運。該成煤機制必須要有搬運體系, 且搬運體系能夠為泥炭找到適宜其堆積與保存的場所。異地成煤實際上屬于事件沉積, 因為其經(jīng)過事件性碎屑流體搬運和再沉積, 煤層頂?shù)装寰鶠樯钏练e物, 如水下重力流沉積或者海相灰?guī)r沉積。在現(xiàn)實煤田地質(zhì)勘探中,經(jīng)?？梢园l(fā)現(xiàn)異地煤與原地煤共生發(fā)育的現(xiàn)象(王華等, 1999), 這與沉積環(huán)境轉(zhuǎn)換有關(guān)。

3　沉積盆地及其聚煤作用機制的多元性

按照盆地所處的位置, 可以劃分為陸相盆地類、過渡相盆地類和海相盆地類; 陸相盆地一般分為斷陷盆地和坳陷盆地(有時二者共存或轉(zhuǎn)化)、河流-泛濫盆地類型; 過渡相盆地類包括三角洲盆地、扇三角洲盆地以及辮狀河三角洲盆地類型; 海相盆地類主要指邊緣海盆地和陸表海盆地。不同盆地類型或同一盆地類型的不同演化階段, 聚煤作用的發(fā)生過程是不同的(Garces et al., 1997)。盆地屬性的多元性造成了煤層發(fā)育的多元性。

3.1陸相盆地類

陸相盆地中成煤作用主要是受到湖體擴張與萎縮的控制。當盆地發(fā)生超覆擴張時, 煤層形成于水進體系域, 一般發(fā)育在濱湖平原或濱湖三角洲,屬于活動碎屑體系成煤; 從構(gòu)造演化角度看, 屬于階段性成煤; 當湖體擴張終止, 湖泊周圍泥炭沼澤發(fā)育, 并逐漸向盆地中心擴張, 此時屬于水退成煤,煤層形成于高水位體系域。陸相盆地中的火山事件對成煤作用也有一定的影響。

圖4　淺水斷陷盆地成煤——霍林河盆地(據(jù)李思田, 1988)Fig. 4　Coal accumulation model of shallow graben basin in Huolinhe Basin of Inner Mongolia (after LI et al., 1998)

3.1.1坳陷盆地

陸相坳陷盆地沉積基底比較穩(wěn)定, 湖盆水體擴張與萎縮主要發(fā)生在濱湖及濱湖三角洲區(qū)域(王東東, 2012)。湖水擴張期, 濱湖平原泥炭沼澤逐漸向陸地遷移, 發(fā)生水進成煤作用; 湖水萎縮期, 濱湖平原泥炭沼澤逐漸向湖泊遷移, 甚至整個湖泊淤積變淺, 可以發(fā)生大強度的聚煤作用。在湖水擴張、萎縮過程中發(fā)育的煤層穩(wěn)定性均較好, 易于區(qū)域?qū)Ρ?圖3)。

3.1.2斷陷盆地

斷陷盆地根據(jù)水深特征可分為兩種類型: 淺覆水斷陷湖盆和深覆水斷陷盆地, 不同類型的斷陷盆地中, 聚煤作用具有顯著的差異性。

淺覆水斷陷湖盆中的煤層可遍布整個湖盆, 且湖區(qū)煤層厚度最大, 為湖泊擴張或萎縮期聚煤作用的結(jié)果, 也可能存在異地煤, 這種盆地成煤條件較好(李思田, 1988, 圖4)。深覆水斷陷盆地中的煤層發(fā)育在湖泊周緣, 成煤強度差異較大。單斷型盆地的長軸兩端常發(fā)育大規(guī)模的扇三角洲、辮狀河三角洲, 利于大范圍的聚煤作用; 在短軸方向的緩坡帶,常發(fā)育大規(guī)模的扇三角洲、辮狀河三角洲等, 利于大范圍的聚煤作用; 陡坡帶常發(fā)育規(guī)模較小的扇三角洲, 成煤范圍較小。地塹型盆地往往不于泥炭沼澤發(fā)育, 成煤作用較差。在湖盆的萎縮階段, 湖泊的成煤強度會相應增大(圖2f)。

3.1.3河流-泛濫盆地

河流-泛濫盆地泥炭沼澤主要發(fā)育在岸后泛濫盆地, 曲流河的河漫沼澤和牛軛湖沼澤是最有利的成煤場所(Zhang et al., 1997)。河道穩(wěn)定的河漫沼澤形成的煤層厚度大、分布廣、穩(wěn)定性好, 以原地堆積成煤為主。河道不穩(wěn)定的河漫沼澤形成的煤層分布局限、穩(wěn)定性差, 局部由于河流或洪水決口而形成了微異地煤。辮狀河的聚煤強度是有限的, 較厚的煤層一般發(fā)育在廢棄的辮狀河體系(邵龍義等, 1994)。網(wǎng)結(jié)河的聚煤強度較大, 可在廢棄階段形成巨厚煤層(圖2d)。

3.2過渡相盆地類

過渡相盆地類主要是指向海過渡的三角洲、扇三角洲或辮狀河三角洲盆地, 沉積動力學條件較為復雜; 三角洲盆地發(fā)育煤層以華北中二疊世過渡相盆地最為典型, 扇三角洲和辮狀河三角洲盆地成煤主要發(fā)育于古近紀或新近紀的近海斷陷盆地中(如瓊東南盆地), 以三角洲盆地成煤最好。

3.2.1三角洲盆地成煤特征

三角洲盆地是以三角洲沉積為主要特色的過渡相盆地。根據(jù)古代成煤三角洲環(huán)境的研究, 可將河控三角洲平原劃分為上三角洲平原、下三角洲平原及其過渡帶。上三角洲平原分流河道能量高、規(guī)模大, 泥炭沼澤育范圍小而穩(wěn)定(馬維俊, 1989), 在河道間低洼處可形成厚度較大、穩(wěn)定性較差的煤層,在平行河道方向煤層連續(xù)性好; 決口扇的出現(xiàn)可以造成煤層分岔; 若分流河道的廢棄, 則泥炭沼澤擴展, 成煤環(huán)境擴大。下三角洲平原河道顯著分支、分流間灣發(fā)育, 海水及潮汐水影響顯著。泥炭堆積多沿河道近堤岸地帶分布, 且成煤環(huán)境從狹窄的近堤岸地帶逐漸向分流間灣環(huán)境擴展, 平行河道方向煤層連續(xù)性略好。過渡帶的分流間灣發(fā)育且大部分已被沉積物所充填, 為成煤提供了廣闊的平緩臺地,可發(fā)于分布廣、厚度大, 總體沿沉積走向伸展的煤層。三角洲環(huán)境以原地堆積成煤為主, 也可能有部分泥炭被風暴刨蝕、搬運到淺海等地區(qū)成煤。

三角洲沉積環(huán)境中有2個大的成煤階段: 一是活動碎屑體系成煤階段, 主要是指三角洲平原分流間灣泥炭沼澤化成煤; 二是活動碎屑體系廢棄成煤,在三角洲廢棄階段, 整個三角洲都可以發(fā)育穩(wěn)定性較好的泥炭沼澤; 當相對海平面上升時, 泥炭堆積終止并被保存下來。

3.2.2扇三角洲盆地成煤特征

扇三角洲盆地通常有較好的含煤性, 扇三角洲平原廣闊平坦的地貌特征及廢棄階段構(gòu)造活動相對穩(wěn)定, 為泥炭沼澤的發(fā)育提供了有利條件(李增學等, 2010)。泥炭沼澤首先在廢棄的扇三角洲平原和三角洲邊緣平原區(qū)發(fā)育, 隨后向近端和遠端蔓延,聚煤面積逐漸擴大。聚煤條件最好的是近海三角洲體系, 其次是縱向水系發(fā)育的扇前和扇間洪積-沖積平原體系。

3.3海相盆地類

海相盆地形成的煤層主要是發(fā)育于濱岸區(qū)(Wightman et al., 1993)。濱岸帶成煤一般出現(xiàn)在兩個地區(qū), 即障壁-澙湖區(qū)和潮坪區(qū); 障壁-澙湖成煤主要發(fā)育在障壁內(nèi)側(cè)的障壁坪和淤淺的潟湖區(qū), 為澙湖逐漸廢棄成煤; 該時期形成的煤層一般位于高水位體系域頂部。在障壁后潟湖淤淺沼澤化形成的煤層長軸平行于障壁島砂體延伸方向; 煤層分布較廣泛、厚度變化較大。潮坪區(qū)成煤主要出現(xiàn)在潮上帶和潮間帶上部, 為海侵過程成煤, 煤層位于海侵體系域(Diessel, 1992)。

3.4陸表海盆地

陸表海盆地是海相盆地中的特殊類型, 如華北與華南晚古生代大型陸表海盆地。由于晚古生代陸表海盆地的特殊古地理背景(陳世悅等, 2011), 海侵過程常具快速侵進的特點, 具有“事件”性質(zhì)(何起祥等, 1991; 李增學等, 2003), 在沉積記錄上表現(xiàn)為水體深度截然不同的沉積組合直接接觸, 其間具明顯的相序缺失(非侵蝕間斷缺失), 海侵層在時空上具有較好的穩(wěn)定性和等時性。陸表海盆地發(fā)育大型的潮坪、障壁-澙湖沉積, 成煤類型復雜多樣, 大都為海侵過程成煤(李寶芳等, 1999); 在華北晚古生代陸表海盆地含煤地層中常見到大面積的海相石灰?guī)r直接覆蓋在煤層之上, 且具有多旋回性, 這種突發(fā)性海侵對泥炭沼澤的中止、泥炭的保存起到了主控作用, 突發(fā)性海侵控制下的成煤作用又稱為海侵事件成煤(李增學等, 2003); 陸表海盆地受活動碎屑體系控制, 水退階段在物源區(qū)附近地勢低洼的潮坪或障壁-澙湖環(huán)境往往可以發(fā)育對比性差、分布局限的煤層, 常作為盆地充填序列終止的標志, 位于高水位體系域。陸表海盆地中以原地堆積成煤為主, 局部可能發(fā)育異地煤(胡益成等, 1997)。

綜上, 不同盆地類型的聚煤沉積環(huán)境不同, 煤層分布特征、堆積機制等均有不同, 見表3。

表3　不同聚煤盆地煤層分布特點及堆積機制Table 3　Distribution characteristics and accumulation mechanisms in different coal-bearing basins

4　層序地層學與聚煤作用旋回機制的多元性

層序地層學引入到含煤地層中來, 成為煤地質(zhì)學中的一個重要的發(fā)展(Gastaldo et al., 1993; Schlager, 2004), 并為成煤理論帶來了新的研究思路(呂大煒等, 2010; Lv et al., 2014)。不同屬性的聚煤盆地中, 受多種地質(zhì)因素的綜合影響, 其層序的沉積體系域單元構(gòu)成不同; 不同沉積體系域因其沉積動力條件差異, 出現(xiàn)不同的聚煤機制, 從而形成了含煤旋回的多樣性。

根據(jù)層序地層單元劃分, 可以劃分出高水位體系域成煤、海(水)進體系域成煤及低水位體系域成煤。不同盆地內(nèi)不同沉積環(huán)境在不同體系域形成的煤差異較大。

4.1低水位體系域成煤

低水位體系域成煤沉積環(huán)境普遍較差。陸相盆地水體范圍有限, 成煤沉積相帶較窄; 沖積區(qū)成煤相帶集中在河流下切谷周邊穩(wěn)定而局限河漫灘的環(huán)境; 沖積扇或扇三角洲成煤相帶集中在扇端或扇三角洲平原; 河流下切谷內(nèi)或扇朵葉體間洼地等形成的煤層穩(wěn)定性較差。過渡相盆地中, 低水位體系域成煤主要是在下三角洲平原—過渡帶環(huán)境之中, 且逐漸向陸遷移。海相盆地中, 煤層主要發(fā)育在濱岸帶的障壁澙湖、潮坪、濱海平原等地區(qū)的泥炭沼澤內(nèi)。

4.2海(水)侵體系域成煤

陸相盆地水進體系域表現(xiàn)為湖體向陸地侵進的過程, 煤層主要發(fā)育在濱湖平原、湖泊三角洲,煤層圍繞湖泊去呈環(huán)帶狀展布; 湖侵作用造成泥炭沼澤向陸遷移, 形成的煤層具有一定的穿時性(Diessel et al., 2000)。當湖體動蕩頻繁或出現(xiàn)風暴潮時, 部分泥炭被搬運至半深湖-深湖保存下來, 形成異地煤。過渡相盆地主要是受到海侵作用影響, 泥炭沼澤隨海侵作用逐漸向陸遷移, 煤層廣泛分布于三角洲平原, 三角洲朵葉體間洼地煤層厚度較大,常出現(xiàn)煤層與海相層直接接觸的組合。海相盆地煤層主要發(fā)育在濱海平原、潮坪、障壁-澙湖等環(huán)境。隨著海侵作用進行, 成煤相帶逐漸向陸遷移, 煤層分布廣泛, 常常煤層與海相沉積直接接觸(魯靜等, 2010)。由于濱海風暴作用, 部分泥炭被搬運到淺海保存下來成為異地煤。

海侵過程成煤強調(diào)了相對緩慢的海(水)侵作用能夠形成泥炭沼澤并且持續(xù)的將泥炭保存下來, 進而形成海侵煤層(Diessel, 2010; Holz et al., 2002)。在海侵體系域內(nèi)可以看到多套穿時的海侵煤層與海相層交互沉積, 并且向陸地方向超覆。聚煤作用與海侵規(guī)模、次數(shù)等有關(guān), 煤層與海侵層組合規(guī)模和期次代表了海侵的規(guī)模和次數(shù)。海(水)侵體系域成煤則是統(tǒng)指陸相環(huán)境、海相環(huán)境和過渡環(huán)境, 由于海侵(水進)作用形成的泥炭沼澤且泥炭被保存, 這樣形成的煤層都被稱為海(水)侵體系域成煤。其中, 海侵事件成煤屬于海侵體系域成煤的一種特殊類型。

4.3高水位體系域成煤

高水位體系域分為兩個階段, 早期穩(wěn)定加積期和晚期進積期。陸相盆地在高水位體系域穩(wěn)定加積期, 煤層主要形成于沖積扇體間、河道間、扇緣或泛濫湖泊及三角洲平原區(qū)域, 該時期可容空間最大,聚煤作用范圍最廣。在進積期, 成煤相帶向盆地中心遷移, 成煤環(huán)境較穩(wěn)定、范圍較廣, 煤層對比性好。深湖-半深湖環(huán)境可能發(fā)育一定的異地煤。過渡相盆地在高水位體系域穩(wěn)定加積期, 煤層主要形成于上三角洲平原分流河道間, 煤層發(fā)育較差; 再進積期, 煤層廣泛在廢棄三角洲朵葉體等地區(qū)。該體系域中, 成煤相帶逐漸向海遷移, 煤層相對較厚、分布廣泛。在三角洲的廢棄階段可以發(fā)育大范圍的聚煤作用。海相盆地穩(wěn)定加積期, 濱海平原、潮坪、澙湖坪等地區(qū)均發(fā)育泥炭沼澤, 并且范圍逐漸擴大,形成分布廣、厚度大的煤層。在進積期, 成煤相帶向海方向遷移, 潮坪-澙湖泥炭沼澤范圍逐漸擴大,出現(xiàn)廢棄體系成煤。在淺海區(qū)域內(nèi)可出現(xiàn)煤層風暴潮等形成的異地煤。

5　多元聚煤理論體系的建立

5.1多元聚煤理論體系建立的基本原則和立論基礎(chǔ)

地質(zhì)歷史中的聚煤作用和規(guī)律不能用一種學說或機理完全解釋清楚, 必須找到各種因素中的關(guān)鍵因素, 剖析其關(guān)鍵作用機制; 一個理論在某種盆地或條件下解釋聚煤作用是科學的、合理的和具有實際價值的, 而在另一種背景或條件下則可能不適用。任何模式和理論都有其適用條件, 這在多元聚煤理論體系中非常重要。幾個關(guān)鍵點構(gòu)成了構(gòu)建多元聚煤理論的基本原則: 聚煤理論體系的完整性與協(xié)同性的統(tǒng)一、獨創(chuàng)性與轉(zhuǎn)化性的統(tǒng)一、繼承性與發(fā)展性的統(tǒng)一、理論性與實踐性的統(tǒng)一。

聚煤理論體系的完整性與協(xié)同性的統(tǒng)一: 多元聚煤理論體系是在繼承的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的, 它是各種聚煤理論系統(tǒng)性和完整性的整合與概括。該體系含有的若干聚煤理論相互影響、互為依托, 這些成煤理論都是強調(diào)不同盆地背景下多種環(huán)境或事件作用等成煤理論的完整性; 這些理論組成都立足于成煤的條件(水域轉(zhuǎn)換及古氣候、古構(gòu)造、古植物等);聚煤理論體系的完整性, 不但體現(xiàn)在沉積環(huán)境、盆地屬性、盆地演化階段(層序地層)等方面, 更體現(xiàn)在相互作用成煤方面。但任何理論都是要發(fā)展的, 多元聚煤理論體系也不是一成不變的, 而是隨著新成果、新模式、新理論的出現(xiàn)而協(xié)同發(fā)展的。系統(tǒng)性、完整性與創(chuàng)新理論的協(xié)同發(fā)展是一個學科具有生命力的體現(xiàn)。因此, 聚煤理論體系完整性與協(xié)同性的統(tǒng)一體現(xiàn)在全面系統(tǒng)性和動態(tài)性等方面。

獨創(chuàng)性與轉(zhuǎn)化性的統(tǒng)一: 不同聚煤盆地屬性不同、背景與所處的氣候帶不同、盆地深部過程與沉積充填機制不同, 根據(jù)具體盆地及某一演化階段獲得聚煤規(guī)律的認識具有獨特性, 理論的升華也具體獨創(chuàng)性。但任何事物都具有多面性, 當條件改變時,聚煤模式與機制也可能發(fā)生轉(zhuǎn)化。這就是說, 多元聚煤理論不是每種成煤理論的簡單集合, 其核心思想是闡明各種因素的相互作用與影響, 成煤機制的交叉、包含, 而不是孤立地看一個具體問題。如“海侵事件成煤”的模式與理論源于大型陸表海聚煤盆地的研究, 有其獨特的背景條件和聚煤作用過程。隨著陸表海盆地的逐步廢棄和盆地屬性的轉(zhuǎn)變, 發(fā)生海侵事件的條件沒有了, 那么這一模式和理論就不適用了。但是“事件”與聚煤作用之間是否存在某種成因聯(lián)系, 則是其它聚煤盆地研究可以借鑒的。因此,成煤理論的獨特性在條件發(fā)生改變后而改變, 并不意味著原有模式和理論存在錯誤, 而是在條件轉(zhuǎn)化后, 如何在借鑒的基礎(chǔ)上進行追蹤和發(fā)展。這體現(xiàn)出多元聚煤理論體系的開放性與創(chuàng)新性相統(tǒng)一。

繼承性與發(fā)展性的統(tǒng)一: 聚煤理論體系繼承性體現(xiàn)在基本點的繼承和多種成煤理論的本質(zhì)關(guān)鍵點的交叉和繼承。任何理論創(chuàng)新都是有基礎(chǔ)與適用條件的, 以往煤田地質(zhì)科研工作者把煤層作為水退的產(chǎn)物, 往往把煤層放在一個沉積旋回的頂部。這成為傳統(tǒng)煤地質(zhì)學的理論支撐點。隨著“海侵過程成煤”、“海侵事件成煤”、“幕式成煤”、“風暴異地成煤”等成煤模式和理論的提出, “成煤多樣性”研究的不斷進展, 傳統(tǒng)理論受到巨大挑戰(zhàn)。但這并不能否定傳統(tǒng)成煤理論存在的合理性和正確性。 同樣的道理, 大量不同類型異地煤的發(fā)現(xiàn), 并不能否定原地煤成因機制的合理性。繼承性與發(fā)展性又是相互統(tǒng)一、互為補充的, 現(xiàn)有聚煤理論在繼承已有理論的本質(zhì)關(guān)鍵點基礎(chǔ)上, 通過補充與完善新的關(guān)鍵點或?qū)⒁延械年P(guān)鍵點進行交叉, 則發(fā)展轉(zhuǎn)化成新的聚煤理論。這就是繼承性與發(fā)展、創(chuàng)新性的統(tǒng)一。

理論性與實踐性的統(tǒng)一: 煤炭地質(zhì)勘探、資源預測與新賦煤區(qū)塊的尋找是檢驗聚煤理論正確與否的標準, 聚煤理論體系中的任何理論與模式都來源于實踐, 理論升華的成果又必須接受實踐的檢驗。即多元聚煤理論體系中的各種理論都是煤地質(zhì)研究人員從實踐中總結(jié)出來的, 并在實踐中得到了驗證。理論要做到與時俱進, 就必須緊密結(jié)合煤田地質(zhì)勘探與找煤實踐。因此, 多元成煤理論體系理論性與實踐性強調(diào)的是可讀性與可操作性的結(jié)合, 通過實踐可以豐富并證明理論的合理性和先進性, 而成熟的理論可以指導資源預測和勘探實踐。

5.2多元聚煤理論體系的基本內(nèi)核及構(gòu)建

基于上述對聚煤模式多樣性和聚煤作用理論多元性的分析, 以及在此基礎(chǔ)上形成的多元聚煤理論體系的內(nèi)核, 按照本文提出多元聚煤理論體系建立的基本原則和立論基礎(chǔ), 構(gòu)建了多元聚煤理論體系格架(圖5), 并闡明各種作用關(guān)系。

圖5　聚煤盆地多元成煤理論體系及相互作用因素Fig. 5　Multiple coal-forming theoretical system and interaction elements

多元成煤理論的基本內(nèi)核是: 一個中心(泥炭堆積樣式)、一個基本點(水域體制)、一個基本框架(層序地層格架內(nèi)不同體系域聚煤差異性)、四個基本條件(古植物、古氣候、古構(gòu)造和古地理)的相互牽制、多種影響因素(如突發(fā)性水侵事件、構(gòu)造事件、火山事件等)的相互作用, 強調(diào)聚煤作用模式的多樣性與聚煤作用過程與機制的多元性。

在實際煤地質(zhì)研究與工作中, 往往根據(jù)相關(guān)煤地質(zhì)學知識判斷煤層形成的盆地屬性, 如陸相盆地成煤、過渡相盆地成煤及近海盆地成煤, 無論哪種盆地成煤, 其內(nèi)部沉積體系配置、沉積物供給、構(gòu)造體制特點等都可能有利于成煤作用的發(fā)生, 只要其沉積體系及沉積環(huán)境滿足一定的泥炭堆積與保存關(guān)系。需要強調(diào)的是, 聚煤盆地層序地層學的分析思路與方法是多元聚煤理論的重要組成部分。

6　結(jié)束語

(1)多元成煤理論不是每種成煤理論的簡單集合, 其核心思想是闡明各種因素的相互作用與影響,成煤機制的交叉、包含, 而不是孤立地看一個具體問題。

(2)以泥炭沼澤堆積樣式為中心, 盆地水域體制為闡明聚煤作用機制的基本點, 聚煤盆地層序地層不同體系域聚煤差異性為聚煤理論的支撐格架, 古植物、古氣候、古構(gòu)造和古地理分析為構(gòu)建聚煤理論體系的四個基本條件, 各種地質(zhì)因素的相互牽制、多種事件(如突發(fā)性水侵事件、構(gòu)造事件、火山事件等)的影響, 聚煤模式的多樣性和聚煤作用過程與機制多元性等, 構(gòu)成了多元成煤理論體系的內(nèi)核。

(3)著眼于多元成煤理論體系的發(fā)展和應用, 多元聚煤理論體系的構(gòu)建強調(diào)四個統(tǒng)一, 即聚煤理論體系的完整性與協(xié)同性的統(tǒng)一、獨創(chuàng)性與轉(zhuǎn)化性的統(tǒng)一、繼承性與發(fā)展性的統(tǒng)一、理論性與實踐性的統(tǒng)一。

(4)地質(zhì)事件對聚煤作用影響的分析成為聚煤理論的重要支撐點, 國內(nèi)外很多實例表明, 含煤充填沉積中的事件沉積占有重要地位, 一些地質(zhì)事件成為揭開聚煤作用過程和尋找聚煤規(guī)律的鑰匙。

陳世悅, 徐鳳銀, 劉煥杰. 2001. 華北晚古生代層序地層與聚煤規(guī)律[M]. 東營: 石油大學出版社: 1-12.

韓作振, 余繼峰, 王秀英, 孫電, 劉芳. 2000. 魯西石炭紀事件沉積巖石學特征[J]. 煤田地質(zhì)與勘探, 28(4): 1-3.

何起祥, 業(yè)冶錚, 張明書, 李浩. 1991. 受限陸表海的海侵模式[J]. 沉積學報, 9(1): 1-9.

胡益成, 廖玉枝, 徐世球. 1997. 南華北晚石炭世風暴事件及其對聚煤作用的影響[J]. 地球科學-中國地質(zhì)大學學報, 22(1):46-50.

李寶芳, 溫顯瑞, 李貴東. 1999. 華北石炭、二疊系高分辨率層序地層分析[J]. 地學前緣, 6(增): 81-93.

李思田. 1988. 斷陷盆地分析與煤聚積規(guī)律[M]. 北京: 地質(zhì)出版社: 1-41.

李增學, 何玉平, 劉海燕, 呂大煒. 2010. 瓊東南盆地崖城組煤的沉積學特征與聚煤模式[J]. 石油學報, 31(4): 542-547.

李增學, 呂大煒, 周靜, 劉海燕, 王平麗, 魏久傳, 余繼峰. 2011.含煤系統(tǒng)理論及其模式[J]. 地球?qū)W報, 32(6): 659-667.

李增學, 魏久傳, 韓美蓮. 2001. 海侵事件成煤作用——一種新的成煤模式[J]. 地球科學進展, 16(1): 120-125.

李增學, 余繼峰, 郭建斌, 韓美蓮. 2003. 陸表海盆地海侵事件成煤作用機制分析[J]. 沉積學報, 21(2): 288-295.

魯靜, 邵龍義, 李文燦, 黃尊靈, 邵凱, 汪浩, 李猛, 王偉超. 2010. 層序格架內(nèi)障壁海岸沉積體系古地理背景下聚煤作用[J]. 煤炭學報, 31(1): 78-85.

呂大煒, 李增學, 魏久傳, 劉海燕, 吳立榮. 2010. 基于不同成煤理論的含煤地層層序劃分[J]. 中國石油大學學報(自然科學版), 34(4): 49-56.

馬維俊. 1989. 貴州納雍地區(qū)含煤地層中一種新型分流河道沉積[J]. 科學通報, (6): 443-445.

桑樹勛, 陳世悅, 劉煥杰. 2001. 華北晚古生代成煤環(huán)境與成煤模式多樣性研究[J]. 地質(zhì)科學, 36(2): 212-221.

桑樹勛, 劉煥杰, 賈如玉, 楊志剛. 1999b. 華北中部太原組火山事件層與煤巖層對比——火山事件層的沉積學研究與展布規(guī)律(II)[J]. 中國礦業(yè)大學學報, 28(2): 108-112.

桑樹勛, 劉煥杰, 賈如玉. 1999a. 華北中部太原組火山事件層與煤巖層對比——火山事件層的沉積學研究與展布規(guī)律(I)[J]. 中國礦業(yè)大學學報, 28(1): 46-49.

邵龍義, 陳家良, 李瑞軍. 2003. 廣西合山晚二疊世碳酸鹽巖型煤系層序地層分析[J]. 沉積學報, 21(1): 168-173.

邵龍義, 竇建偉, 張鵬飛. 1998. 含煤巖系沉積學和層序地層學研究現(xiàn)狀和展望[J]. 煤田地質(zhì)與勘探, 26(1): 4-9.

邵龍義, 張鵬飛, 陳代釗, 羅忠. 1994. 滇東黔西晚二盛世早期辮狀河三角洲沉積體系及其聚煤特征[J]. 沉積學報, 12(4): 132-139.

邵龍義, 張鵬飛, 劉欽甫, 鄭茂杰. 1992. 湘中下石炭統(tǒng)測水組沉積層序及幕式聚煤作用[J]. 地質(zhì)論評, 38(1): 52-59.

王東東. 2012. 鄂爾多斯盆地中侏羅世延安組層序-古地理與聚煤規(guī)律[D]. 北京: 中國礦業(yè)大學(北京).

王華, COUREL L. 1994. 法國蒙索盆地的斷裂活動與泥炭(煤)堆積的關(guān)系[J]. 煤田地質(zhì)與勘探, 22(5): 1-6.

王華, 吳沖龍, COUREL L, GUIRAUD M. 1999. 法國、中國斷陷盆地厚煤層堆積機制分析[J]. 地學前緣, 6: 157-165.

吳沖龍, 柴柱, 要慶軍, 李紹虎, 李思田. 1994. 撫順盆地的同沉積構(gòu)造演化及其控煤控巖作用[J]. 礦床地質(zhì), 13(增刊): 58-60.

References:

CHEN Shi-yue, XU Feng-yin, LIU Huan-jie. 2001. Sequence stata and coal accumulation of the late Palaeozoic in the north China[M]. 2000. Dongying: Petroleum University Publishing House(in Chinese).

CHESNUT D R. 1996. Geologic framework for the coal-bearing rocks of the Central Appalachian Basin[J]. International Journal of Coal Geology, 31: 55-56.

DIESSEL C, BOYD R, WADSWORTH J, LECKIE D, CHALMERS G. 2000. On balanced and unbalanced accommodation/ peat accumulation ratios in the Cretaceous coals from Gates Formation, Western Canada, and their sequence-stratigraphic significance[J]. International Journal of Coal Geology, 43: 143-186.

DIESSEL C F K. 1992. Coal-bearing Depositional Systems[M]. Berlin: Springer.

DIESSEL C F K. 2007. Utility of coal petrology for sequence-stratigraphic analysis[J]. International Journal of Coal Geology, 70: 3-34.

DIESSEL C F K. 2010. The stratigraphic distribution of inertinite[J]. International Journal of Coal Geology, 81: 251-268.

DUAN Du-juan, ZHAO Cun-liang, QIN Shen-jun. 2011. Coal petrological and coal facies characteristics of the No. 2 seam from Huangling mine, Shanxi Province, China[J]. Energy exploration & exploitation, 29(5): 647-666.

GARCES B L V, ELIZABETH G-K, BRAGONIER W A. 1997. Pennsylvanian continental cyclothem development: no evidence of direct climatic control in the Upper Freeport Formation (Allegheny Group) of Pennsylvania (northern Appalachian Basin)[J]. Sedimentary Geology, 109: 305-319.

GREB S F, GERALD A. 1996. Weisenfluh.Paleoslumps in coal-bearing strata of the Breathitt Group (Pennsylvanian), Eastern Kentucky Coal Field, U.S.A[J]. International Journal of Coal Geology, 31: 115-134.

HAN Zuo-zhen, YU Ji-feng, WANG Xiu-ying, SUN Dian, LIU Fang. 2000. Characteristics of Sedimentary Petrography in Carboniferous Events of Western Shandong[J]. Coal Geology & Exploartion, 28(4): 1-3(in Chinese with English abstract).

WANG Hao, SHAO Long-yi, HAO Li-ming, ZHANG Peng-fei, GLASSPOOL I J, WHEELEY J R, WIGNAL P B, YI Tong-sheng, ZHANG Ming-quan, HILTON J. 2011. Sedimentology and sequence stratigraphy of the Lopingian(Late Permian) coal measures in southwestern China[J]. International Journal of Coal Geology, 85: 168-183.

HE Qi-xiang, YE Zhi-zheng, ZHANG Ming-shu, LI Hao. 1991. Transgression Model of Restricted Epicontinental Sea[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 9(1): 1-9(in Chinese with English abstract).

HOLZ M, KALKREUTH W, BANERJEE I. 2002. Sequence stratigraphy of paralic coal-bearing strata: an overview[J]. International Journal of Coal Geology, 48: 147-179.

HU Yi-cheng, LIAO Yu-zhi, XU Shi-qiu. 1997. Late Carboniferous storm events and the effects on coal-accumulation in Southern North China[J]. Earth Science—Journal of China University of Geosicences, 22(1): 46-50(in Chinese with English abstract).

ISBELL J L, CUNEO N R. 1996. Depositional framework of Permian coal-bearing strata, southern Victoria Land, Antarctica[J]. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 125: 217-238.

JERRETT R M , DAVIES R C, HODGSON D M, FILNT S S, CHIVERREL R C. 2011.The significance of hiatal surfaces in coal seams[J]. Journal of the Geological Society, 168: 629-632.

KALKREUTH B W, DAVIES E H. 1996. Coal seam splits and transgressive-regressive coal couplets: A key to stratigraphy of high-frequency sequences[J]. Geology, 24(11): 1001-1004.

LI Bao-fang, WEN Xian-duan, LI Gui-dong. 1999. High resolution sequence stratigraphy analysis on Permo-carboniferous in North China Platform[J]. Earth Science Frontiers, 6(supl): 81-93(in Chinese).

LI Si-tian. 1988. Fault basin analysis and coal accumulation[M]. Beijing: Geological Publishing House(in Chinese).

LI Zeng-xue, HE Yu-ping, LIU Hai-yan, LV Da-wei. 2010. Sedimentology characteristics and coal-forming models in Yacheng Formation of Qiongdongnan Basin[J]. Acta Petrolei Sinica, 31(4): 542-547.

LI Zeng-xue, Lü Da-wei, ZHOU Jing, LIU Hai-yan, WANGPing-li ,WEI Jiu-chuan, YU Ji-feng. 2011. Theory and Model of Coal-bearing System[J]. Acta Geoscientica Sinica, 32(6): 659-667(in Chinese with English abstract).

LI Zeng-xue, WEI Jiu-chuan, HAN Mei-lian. 2001. Coal Formation in Transgressive Events——A New Pattern of Coal Accumulation[J]. Advance in Earth Sciences, 16(1): 120-125(in Chinese with English abstract).

LI Zeng-xue, YU Ji-feng, GUO Jian-bin, HAN Mei-lian. 2003. Analysison coal formation under transgression events and its mechanism in epicontinental sea basin[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 21(2): 288-295(in Chinese with English abstract).

LU Jing, SHAO Long-yi, LI Wen-can, HUANG Zun-ling, SHAO Kai, WANG Hao, LI Meng, WANG Wei-chao. 2010. Paleogeographic evolution and coal accumulation under sequence stratigraphic framework of a barrier coast[J]. Journal of China Coal Society, 31(1): 78-85(in Chinese with English abstract).

Lü Da-wei, LI Zeng-xue, WEI Jiu-chuan, LIU Hai-yan, WU Li-rong. 2010. Sequence division of coal strata based on different coal accumulation theory[J]. Journal of China University of Petroleum, 34(4): 49-56(in Chinese with English abstract).

MA Wei-jun. 1989. A kind of new type of distributary channel deposit in coal-bearing strata in Nayong area of Guizhou province[J]. Chinese Science Bulletin, (6): 44-445(in Chinese).

MCCABE P J. 1987. Facies studies of coal and coal-bearing strata[J]. Geological Society, London, Special Publications, 32: 51-66.

HOLZ M. 1998. The Eo-Permian coal seams of the Paran basin in southernmost Brazil: An analysis of the depositional conditions using sequence stratigraphy concepts[J]. International Journal of Coal Geology, 36: 141-163.

MILICI R C, WARWICK P D, CECIL C B. 2009. Coal system analysis: A new approach to the understanding of coal formation, coal quality, environmental considerations, and coal as asource rock for hydrocarbon[EB/OL]. http://gsa.confex.com /gsa/2001AM/finalp rogram/session_596htm.

MOORE T A, SHEARER J C. 2003. Peat/coal type and depositional environment-are they related?[J]. International Journal of Coal Geology, 56: 233-252.

PFEFFERKORN H W, WANG J. 2007. Early Permian coal-forming floras preserved as compressions from the Wuda District (Inner Mongolia, China)[J]. International Journal of Coal Geology, 69: 90-102.

QUEROL X, ALASTUEY A, LOPEZ-SOLER A, PLANAA F, ZENG Rong-shu, ZHAO Jie-hui, ZHUANG Xin-guo. 1999. Geological controls on the quality of coals from the West Shandong mining district, Eastern China[J]. International Journal of Coal Geology, 42: 63-88.

GASTALDO R A, DEMKO T M, LIU Yue-jin. 1993. Application of sequence and genetic stratigraphic concepts to Carboniferous coal-bearing strata: an example from the Black Warrior basin, USA[J]. Geol Rundsch, 82: 212-226.

SANG Shu-xun, CHEN Shi-yue, LIU Huan-jie. 2001. Study on Diversitty of Late Paleozoic Coal-forming Environments and Models in North China[J]. Chinese Journal of Geology, 36(2): 212-221(in Chinese with English abstract).

SANG Shu-xun, LIU Huan-jie, JIA Ru-yu, YANG Zhi-gang. 1999b. Volcanic Event Strata and Correlation of Coals and Rocks of Taiyuan Formation in Central North China——Sedimentary Study of Volcanic Event Strata and Their Distribution(II)[J]. Journal of China University of Mining & Technology, 28(2): 108-112(in Chinese with English abstract).

SANG Shu-xun, LIU Huan-jie, JIA Ru-yu. 1999a. Volcanic Event Strata and Correlation of Coals and Rocks of Taiyuan Formation in Central North China ——Sedimentary Study of Volcanic Event Strata and Their Distribution(I)[J]. Journal of China University of Mining & Technology, 28(1): 46-49(in Chinese with English abstract).

SCHLAGER W. 2004. Fractal nature of stratigraphic sequences[J]. Geology, 32: 185-188.

SHAO Long-yi, CHEN Jia-liang, LI Rui-jun. 2003. A Sequence Stratigraphic Interpretation on Late Permian Carbonate Coal Measures in the Heshan Coal Field, Southern China[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 21(1): 168-173(in Chinese with English abstract).

SHAO Long-yi, DOU Jian-wei, ZHANG Peng-fei. 1998. The status and prospect of sedimentology and sequence stratigraphy research on the coal-bearing strata[J]. Coal geology & Exploration, 26(1): 4-9(in Chinese with English abstract).

SHAO Long-yi, ZHANG Peng-fei, CHEN Dai-zhao, LUO Zhong. 1994. Braided Delta Depositional System and Coal Accumulation During Early Late Permian Period in Eastern Yunnan and Western Guizhou, Southwest China[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 12(4): 132-139(in Chinese with English abstract).

SHAO Long-yi, ZHANG Peng-fei, LIU Qin-fu, ZHENG Mao-jie. 1992. The Lower Carboniferous Ceshui Formation in Central Hunan, South China: Depositional Sequences and Episondic Coal Accumulation[J]. Geological Review, 38(1): 52-59(in Chinese with English abstract).

SIAVALAS G, LINOU M, CHATZIAPOSTOLOU A, KALAITZIDIS S, PAPAEFTHYMIOU H, CHRISTANIS K. 2009. Palaeoenvironment of Seam I in the Marathousa Lignite Mine, Megalopolis Basin(Southern Greece)[J]. International Journal of Coal Geology, 78: 233-248.

SPEIGHT J G. 2005. Handbook of Coal Analysis[M]. A John Wiley & Sons, INC: 0-166.

WANG Dong-dong. 2012. Sequence-palaeogeography and Coal-accumulation of the Middle Jurassic Yanan Formation in Ordos Basin[D]. Beijing: China University of Mining & Technology(Beijing).

WANG Hua, COUREL L. 1994. Block model and their relationship to peat(coal) accumulation in faulted coal basin of Montceau, France[J]. Coal Geology & Exploration, 22(5): 1-6(in Chinese with English abstract).

WANG Hua, WU Chong-long, COUREL L, GUIRAUD M. 1999. Analysis on accumulation mechanism and sedimentary conditions of thick coalbeds in Sino-France faulted coal basins[J]. Geoscience Frontiers, 6: 157-165(in Chinese with English abstract).

WIGHTMAN W G, SSOTT D B, MEDIOLI F S, GIBLING M R. 1993. Carboniferous marsh foraminifera from coal-bearing strata at the Sydney basin, Nova Scotia: A new tool for identifying paralic coal-forming environments[J]. Geology, 21: 631-634.

WU Chong-long, CHAI Zhu, YAO Qing-jun, LI Shao-hu, LI Si-tian. 1994. The syndeposition tectonic evolution and the function to control the coal and the rock from Fushun Coal Field[J]. Mineral Deposits, 13(S1): 58-60(in Chinese with English abstract).

ZHANG Zhou-liang, SUN Ke-qin, YIN Jia-run. 1997. Sedimentology and sequence stratigraphy of the Shanxi Formation (Lower Permian) in the northwestern Ordos Basin, China: an alternative sequence model for fluvial strata[J]. Sedimentary Geology, 112: 123-136.

The Multiple Coal-forming Theoretical System and Its Model

LI Zeng-xue, Lü Da-wei, WANG Dong-dong, LIU Hai-yan, WANG Ping-li, LIU Ying
Key Laboratory of Depositional Mineralization & Sedimentary Mineral (SDUST), Shandong University of Science and Technology, Qingdao, Shandong 266590

After a long period of development and with the presentation of various coal-forming theories, the coal geology has entered into a diversified flourishing stage. However, it is necessary to further study such coal-forming theories as coal-forming mechanism during transgression, the influence of plate tectonics on coal-forming during the formation and evolution of basins, the association mechanism of coal and its coexisting and associated minerals and the coal-bearing system theory, which are all closely related to the study of coal-accumulation and unconventional energy resource in the coal-forming basin. The insufficient theoretical study caused by the limitations of every coal-forming theory, however, has affected the prediction and estimation of energy resource. Hence, this paper has presented the multiple coal-forming theoretical system and coal-forming pattern based on systematical and comprehensive understanding of various coal-forming theories. The authors hold that the central idea of this theoretical system lies in the peat accumulation patterns and the water system changes. The interactions between coal-forming multi-factors are illustrated in this theoretical system without explaining each problem separately. The difference of coal-forming system tracts is the main fundamentalprinciple of the supporting framework. There are four basic conditions, namely paleobotany, paleoclimate, paleostructure, and paleoevents (transgression events, tectonic events, volcanic eruption event, etc.). The characteristics of multiple coal accumulation model and different types of coal-forming process as well as mechanism become the main core contents. Four uniformities are emphasized, which are integrity and cooperativeness, originality and convertibility, succession and expansibility, theoretical property and practicalness. On such a basis, the coal-forming mechanism and its relations are explained. It is thus held that the multiple coal-forming theoretical systems include the detailed relations between different factors, the mechanism of dynamic and static conditions, the fusion of different theories, and the coupling principles of many kinds of processes.

multiple coal-forming theoretical system; coal accumulation model; coal-accumulating basin; interaction; sequence stratigraphy

P618.11; P618.130.21

A

10.3975/cagsb.2015.03.02

本文由國家自然科學基金項目(編號: 41272172; 40872100; 41202070; 41402086)、山東省自然科學基金項目(編號: ZR2013DQ019)、山東省優(yōu)秀中青年科學家科研獎勵基金計劃項目(編號: BS2011SF017)和山東省高等學校科技計劃項目(編號: J14LH06)聯(lián)合資助。

2014-11-30; 改回日期: 2015-01-27。責任編輯: 魏樂軍。

李增學, 男, 1954年生。教授。主要從事煤地質(zhì)學、聚煤盆地層序地層學研究工作。E-mail: lizengxue@126.com。