成煤时期的环境特点

寒武纪是古生代，生物以寒武纪大爆发为代表，主要在海洋中。而石炭纪是中生代，以陆生植物及动物如恐龙等为代表。海洋动植物以形成石油及铁矿为主，而陆生植物以形成煤炭为主。当然，不同地质时代其环境也不同，对于不同的矿物形成也有很大影响。

寒武纪的特征：

寒武纪是地质年代划分中属显生宙古生代的第一个纪，距今约5.7亿至5.1亿年，寒武纪是现代生物的开始阶段，是地球上现代生命开始出现、发展的时期。寒武纪对我们来说是十分遥远而陌生的，这个时期的地球大陆特征完全不同于今天。寒武纪常被称为“三叶虫的时代”，这是因为寒武纪岩石中保存有比其他类群丰富的矿化的三叶虫硬壳。

此外，寒武纪还产生了进化史上的一个重要事件“寒武纪生命大爆发”，在很短（地质意义上的很短，其实也有数百万年之久）时间内，生物种类突然丰富起来，呈爆炸式的增加。它意味着，生物进化除了缓慢渐变，还可能以跳跃的方式进行。当时出现了丰富多样且比较高级的海生无脊椎动物，保存了大量的化石，从而有可能研究当时生物界的状况，并能够利用生物地层学方法来划分和对比地层，进而研究有机界和无机界比较完整的发展历史。但澄江生物群告诉我们，如今地球上生活的多种多样的动物门类在寒武纪开始不久就几乎同时出现。

石炭纪的特征：

石炭纪是地壳运动非常活跃的时期，因而古地理的面貌有着极大的变化。这个时期气候分异现象又十分明显，北方古大陆为温暖潮湿的聚煤区，冈瓦纳大陆却为寒冷大陆冰川沉积环境。气候分带导致了动、植物地理分区的形成。

石炭纪是地壳发展史上重要的造山时期，地壳上分布最广的晚古生代海西山系的雏型，基本上在石炭纪形成。早石炭世末期的苏台德运动是晚古生代最主要一次构造变动，使北美的阿帕拉钦地槽、西欧的莱茵海西地槽、欧亚交界的乌拉尔地槽等的主体部分皱起形成山系西伯利亚地台以南的辽阔地槽区，大致可以中天山-内蒙人民共和国南部一线为界，其北部石炭纪陆相为主，苏台德运动也明显存在。石炭纪的古气候问题中最令人注意的是：岗瓦纳大陆自石炭纪末至二叠纪初的大规模的冰川活动现象、持续时间长达5000万年，属极地大陆冰盖类型。

石炭纪是地壳运动非常活跃的时期，因而古地理的面貌有着极大的变化。石炭纪开始于距今3.5亿年前，延续到6500万年前。由于这一时期形成的地层中含有丰富的煤炭，因而得名“石炭纪”。据统计，属于这一时期的煤炭储量约占全世界总储量的50%以上。侏罗纪是中国最主要的成煤时代，其资源量占全国50%以上，且以早、中侏罗世为主，在地域上则主要集中于西北，包括陕甘宁盆地和新疆的四个大型煤盆地。

在三叠纪早期的地层中，没有发现煤矿床，而三叠纪中期的地层中，煤矿床薄，而且品质低。关于煤层缺口的成因有许多假设。有科学家认为，当时有许多新的真菌、昆虫、以及脊椎动物出现，这些具侵略性的动物造成植物的大量死亡。但是，这些动物也因二叠纪、三叠纪灭绝事件而大量灭亡，不太可能是煤层缺口的主因。，煤矿缺口不只是这一时期，早在寒武纪地层和6500万以后的更新世也是一大缺失地层。

在这几个地质时期正是科学界最为关注的时期，因为它们正是几次动物大灭绝时期。对于大灭绝科学界普片认为是小行星或彗星撞击造成的，这些时期的矿物可能都是彗星撞击地球时送给地球的礼物，其中包括煤炭、石油、天然气、可燃冰和各种金属矿产。这就是为什么在这些地层中蕴藏丰富矿物的原因所在，也是煤炭丰富的缘由。煤炭根本不是古代森林变化来的，它可能跟水一样来自彗星，也跟水一样在一定的温度范围内进行循环。一切物质都有三态固态、液态、气态。水在大气的范围内能进行循环。煤炭三态的循环温度的跨度太大，在地球表面无法使它循环。

华北晚古生代聚煤盆地面积约为120×104km2，现今残留的含煤地层分布面积约80×104km2，煤炭资源量约2万亿吨。华北是我国目前最为重要的煤炭产区，煤中有害元素的赋存特征及环境效应直接影响到我国能源开发利用与环境的协调发展。

1.上石炭统太原组

在区域上，太原组煤中硫含量呈现出东西向条带状展布的分带趋势。由北向南，分别大致以内蒙古准格尔—山西大同—辽宁南票、山西柳林—阳泉、河南中部—皖北为界，依次出现特低硫、低硫、中硫、高硫带（图2-6）。也就是说，华北地区太原组煤中全硫含量总的变化趋势为南高北低，这主要与成煤时期北部阴山古陆陆源物质供给逐渐减弱和南部海水影响逐渐增强的古地理背景有关，并使得煤中灰分产率具有相似的变化总趋势（图2-1）。

北带的古地理景观主要为滨海冲积平原，太原组碎屑岩比例大于8，砂泥比值在1～0.5 之间，煤层相对较薄，灰分较高，硫分较低，煤中硫含量与灰分产率呈负相关关系，与煤层厚度却具有正相关关系。中带的古地理景观主要为滨海平原，太原组主要由过渡相组成，间夹海相、沼泽相及泥炭沼泽相，岩相岩性相对稳定，煤层较厚，大多为中灰分中高硫煤，煤中硫含量受陆源碎屑供给和海水的双重影响。

华北南带包括苏西北、皖北、豫西和黄河以南诸煤田，太原组形成于滨海—浅海环境。煤中硫含量较高，并与灰分产率之间呈不很显著的负相关关系，表明海水对煤中硫含量的影响极度增强。但是，在靠近大别山古陆的南缘地带，灰分产率略有增高（图2-1），表明大别山古陆曾是华北晚古生代盆地的次要陆源。同时，太原组灰岩厚度一般大于50m，煤中黄铁矿和镜质组含量均较高（图2-7，图2-8），但有机硫含量的增加并不明显（图2-9），表明该带高硫煤中黄铁矿对硫的含量起着主导控制作用。

2.下二叠统山西组

山西组煤黄铁矿硫（图2-10）和全硫含量（图2-11）均有南带高、中带与北带较低的特征，并与灰分产率（图2-2）有负相关关系，有机硫含量却与此相反（图2-12）。

图2-6 华北地区太原组煤中全硫含量等值线图

图2-7 华北地区太原组煤中黄铁矿硫含量等值线图（wB/%）

图2-8 华北地区太原组煤镜质组含量等值线图（wB/%）

图2-9 华北地区太原组煤有机硫含量等值线图（wB/%）

图2-10 华北地区山西组煤中黄铁矿硫含量等值线图（wB/%）

图2-11 华北地区山西组煤中全硫含量等值线图

图2-12 华北地区山西组煤中有机硫含量等值线图（wB/%）

石炭纪为何是重要的成煤期？这些煤矿都是怎么产生的？

煤炭是怎么形成的大家都可能一口同声的说，原始森林被地壳运动置入地下经过漫长的演化而来。这在教科书里都是有定论的，还用怀疑吗？传统理论认为：煤是远古时代的繁盛的植物及其堆积物在地壳变迁中被埋在地下，经过长期高温、高压的复杂碳化过程而形成的；石油和石油气是古代湖泊及海洋中的动物、微生物及其沉积物被地壳变迁埋于地下，经过长期的高温、高压地质作用而形成的。该理论的证据是：在煤炭中发现了植物的枝、杆、叶等碳化标本。

在煤田的煤层厚度最大可达百米以上，一个矿区煤储量达数百万亿立方米，储量之丰富令人叹为观止。那么，就有一个疑问，在历史上存在有如此丰富的原始森林吗？有如此大量的森林在某一时刻迅速沉入地下聚集吗？为什么在煤层中没有见到大量植物状态的煤炭，而是大量结晶块状的或粉状的煤呢？大家知道山西的煤质好，煤炭结晶发亮，非常光泽亮丽。

球体生命运动的核裂变反应系统的核裂变反应会生成各类生成物，其生成物中就有一种叫石油的生成物，该生成物在长期蜕化过程后就变成煤炭。石油成分就是碳氢化合烃物，石油蜕化就是烃类衍生物的离析挥发，天然气、煤层瓦斯就是石油中的烃类衍生物离析出来的，天然气和瓦斯也是这样形成的。最后残留下来的就是煤炭了。石油蜕化为煤炭的实验,实际我们已经作了，只是没有人去意会到它。石油蜕化为煤炭的实验就是石油的炼化过程，炼油厂就是实验室。石油炼化就是人工促使石油中的烃类衍生物离析和溢出，获得各类烃类衍生物产品（煤油、汽油、柴油、润滑油），残留下来的就是沥青。这个沥青就是煤炭成形的初始态，只要沥青中烃类衍生物进一步离析和溢出就是我们所见到的煤炭了。

沥青演变为煤炭应该是很常见的事。比如：沥青的老化过程，沥青老化可以由结晶的块状转变为粉末松散状碳质物。还有沥青可以炼焦，在建筑工地利用沥青进行防水处理时，要熬制沥青，一旦火候（即温度）没有控制好时沥青就变成了轻质的焦炭了。

地球的地壳内，电磁场量级高，并含有丰富的碳、氢、（氧）元素及其同位素。在一些电场增能的等离子活动层次中，丰富的碳、氢离子在高温、高压的条件下频繁进行着电化反应，不断生成气体烃（石油气），大量的石油气的堆积就形成油气藏。在以后的电磁场变换中，因为电场减能，磁场增能，温度下降，石油气被冷却、压缩，失氢，逐渐向液态烃转化；经过漫长的失去氢气和液化过程，逐渐演变成黏稠的原油。黏稠的原油在漫长的地质作用中进一步降温和失氢，逐渐转化成固态的煤炭。在石油气、原油的生成过程中，少量的氮、氧、硫参杂反应中，使石油气、石油、煤炭中含有少量的氮、氧、硫等元素。

地球早期的电磁场量级较高，地壳内的碳、氢元素及其同位素特别丰富，在电场增能的等离子活动中，化合生成石油气的条件好、机会多，地球上的多数煤田，都是那时候的油气田转化来的；较晚时期形成的油气藏都转化成了原油藏，年代越久，失氢越多，原油越黏稠。

在石油气、石油、煤炭的形成过程中，经历了不止一次的地壳变迁过程（如地震及火山爆发），如果动、植物被埋在油气层、原油层及煤层中，便产生碳化现象，这便是煤层中存在动、植物标本的原因。有的油气层、油层、煤层在地壳变迁中被分割、移位、严重变形。

该理论的证据有三：其一，宏观电场效应，电场增能的等离子活动层次在地面促发草原和森林天然大火，印度洋水面大火燃烧。其二，在几十年前钻探无结果的地方，近几年却探出了丰富的石油气，说明石油气是近几十年内生成的。其三，普通汽油加氢，可使气油优化；煤粉在高温高压的特殊条件下加氢，可以产生类似原油的油状物及石油气，从而提炼汽油。

认识到石油气、石油、煤炭的形成过程，使人们对能源危机的时间估计有了一定的乐观感。但，也不能太乐观了。油气藏的形成过程不过几年，几十年，几百年，所以新生油气藏将成为重要能源。海城大地震及唐山大地震的孕育阶段，渤海湾地区地壳内的电场活动是形成该地区油气藏的重要时期。

原油藏的形成需要一个较长的过程（几千年，几万年以上），因为人类对石油的用量和开采逐日增多，所以，石油危机将在今后五十~六十年内发生。煤的形成需要更长的时间过程（百万年以上），大量的煤田已被人们开采枯竭，所以煤炭危机将发生最早。油、气、煤一般是联系在一起的，油田区一定有天然气，油田的边缘一般有富有煤田。煤中有油的痕迹也是屡见不鲜，例如：焦油煤、煤焦油、瓦斯等等。这都是一个不争的事实。而且，有沙漠的地方一定有富集石油，沙漠的边缘地带一定有富集的煤田。大家可以去查一查全球的沙漠区吧。

地质史上主要的“成煤期”有三个，在这三个时期地球上存在着大量的植被，也为煤炭的形成提供了一定的条件。煤层的形成机制主要是地球上的大地无时无刻都在进行一个缓慢的运动当中，这种变化是不会被大家所熟知的，而能够被大家所感知到的，就是由地震所引起的短期内地质变化，这个时候在地球土地表面上的一些植物或者泥土会埋入到地下深层当中，如果埋入的越深，承受的压力和温度也会更高一些，当这些都达到一定条件的时候，这些沉积物逐渐的就会转化成褐煤，有一些还会转变成为烟煤或者无烟煤，不过具体的话也是根据地质变化所影响的，在经过很长的一段时间之后，有一些埋藏在地下的煤还会逐渐的被运送到地表上来，这个时候被人们发现的时候，就会进行采矿和使用。

煤炭的形成是需要经过非常复杂的生物，包括物理上的化学才会逐渐的转变成为在最开始的时候，主要是因为植物在死了之后，会被堆积在水当中，这些死去的植物就会被时间不断的分解化合，从而聚集成腐熟的泥土，但是这个过程是需要很长的一段时间才能够演变而成的。后来这些泥土在地下当中经过压力就会逐渐的老化和硬结成为煤炭。

煤炭的用处是非常多的，而我们国家主要将煤炭应用于火电，钢铁，建材和化工，这些对于我们国家的经济发展来说都是非常有用的。但是煤炭在使用的过程中外面会造成空气污染，所以也会让全球变暖，对于这个情况我们国家也一直在促进煤炭的清洁高效利用，这对于煤炭能源使用也是有一定作用的。

最后煤炭的形成是需要花费很多时间和精力的，可是在这种情况下，我们国家的经济发展是比较快的，所以需要的煤炭也比较多，而且煤炭作为一种不可再生的资源，是很有可能会造成煤炭枯竭。

中国大陆晚古生代以来六个成煤期，石炭纪、二叠纪、晚三叠世、早—中侏罗世、晚侏罗—早白垩世、第三纪的煤岩变质是含煤盆地煤系地层被后期沉积盖层叠覆深陷，在地温、地压作用下深成变质和煤岩受岩浆热变质等多种热演化作用的结果。

早石炭世大塘期含煤盆地主要分布在华南板块，绝大多数为无烟煤，个别地区（云南宜良）为焦、瘦、贫煤。晚石炭世含煤盆地主要分布在塔里木—华北板块，本溪组（晚石炭世早期）肥煤至无烟煤均有，太原组（晚石炭世晚期）气煤至无烟煤均有，在鄂尔多斯盆地东北缘准格尔和辽东隆起西部有长焰煤。早二叠世含煤盆地主要分布在华南、华北板块，华北山西组（早二叠世早期）气煤至无烟煤均有，下石盒子组（早二叠世晚期）气煤至无烟煤亦齐全。华南的梁山组（早二叠世早期）以肥煤、焦煤为主，少量贫煤、无烟煤。童子岩组（早二叠世晚期）多为高变质无煤烟。晚二叠世含煤盆地亦主要分布在华北和华南板块，华北的上石盒子组（晚二叠世早期）与下石盒子组相似。华南的晚二叠世以无烟煤为主，从弱粘结煤（相当于长焰煤与气煤阶之间）至无烟煤均有。晚三叠世含煤盆地分布与石炭、二叠纪相似，但主要含煤盆地分布在华南板块，煤岩以气、肥、焦煤中煤阶烟煤为主，局部火成岩侵位处变为贫煤、无烟煤。侏罗纪含煤盆地主要分布在塔里木—华北板块以北，包括准噶尔—兴安活动带，西北部早、中侏罗世以低变质煤为主，华北和华南大部为褐煤和烟煤，鸡西—鹤岗为焦煤，川北广元为肥煤。早白垩世含煤盆地主要分布在大陆东北部，多为褐煤，河北、西藏地区有褐煤、肥煤、焦煤和无烟煤。第三纪含煤盆地主要分布在大陆的东北和西南部，除抚顺、依兰、红河、百色、门土、昂仁等盆地有长焰煤、气煤和肥煤等低变质煤，个别见有高变质煤外，基本为褐煤。

不同时代煤岩变质程度资料表明，自早石炭世至第三纪，随时代变新煤岩变质程度逐渐变低，石炭、二叠系变质程度最高为无烟煤，上三叠统为中变质烟煤，侏罗、白垩系为中低变质烟煤，第三系为低变质褐煤。同时代煤岩变质程度跨度较宽，如石炭、二叠纪煤岩自低变质烟煤至高变质烟煤，乃至无烟煤均有。同一沉积构造盆地（如鄂尔多斯盆地）盆缘与盆中煤层不同埋深煤岩变质程度并不相同，赋存在华北盆地深部的石炭、二叠纪断块型的煤层，由于深埋后上覆地层厚薄不同，构造部位不同，煤岩变质程度差异更为悬殊。时代较新的含煤岩系，一般变质程度较低，但有些因含煤岩系深埋或岩浆侵位等因素的影响，亦出现相对高的煤阶。

中国大陆含煤盆地的分布有一定的规律性，含煤盆地煤岩变质亦表现出一定的规律性。除去位于太平洋海域的台东活动带，大陆范围五个板块构造区，大陆西南边缘属印度板块的喜马拉雅板片，零星分布的小型第三纪含煤盆地，煤岩变质程度均属低煤阶褐煤。位于其北的藏滇板块分布有零星的晚侏罗世、早白垩世及第三纪含煤盆地，展布在北部羌中南—唐古拉—保山陆块的唐古拉盆地还发育有晚三叠世含煤岩系，煤岩变质程度由褐煤至无烟煤均有。分布在华南板块的早石炭世、二叠纪和晚三叠世含煤盆地，集中分布在扬子陆块、南华活动带和羌北—昌都—思茅（微）陆块，晚三叠至早侏罗世仅有零星的小型盆地，各聚煤期煤岩变质程度均以高变质无烟煤为主，少部分为中、高变质烟煤，局部有低变质烟煤。集中分布在云南的新第三纪小型盆地含煤岩系除个别有长焰煤、气煤外，均为低变质褐煤。分布在塔里木—华北板块的含煤盆地，发育自晚石炭世至第三纪，以华北陆块晚石炭至晚二叠世早期、晚三叠世、早中侏罗世较为集中，晚石炭至晚二叠世含煤盆地煤岩煤种齐全，从低煤阶褐煤至高煤阶无烟煤均存在，中生代早、中侏罗世含煤盆地煤岩变质程度以低变质褐煤、长焰煤、气煤为主。位于大陆北部的准噶尔—兴安活动带含煤盆地，以早中侏罗世、晚侏罗—早白垩世为主，含煤岩系以低变质气煤、长焰煤、褐煤为主。零星分布的晚石炭世、早二叠世含煤盆地，煤岩变质程度以中、高变质烟煤和无烟煤为主。海拉尔—二连早白垩世盆地和老第三纪断陷盆地均以低变质褐煤为主。