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我是谁?我从哪里来?(三) ——煤炭的有机生成与无机生成之争

发布时间:2017年04月06日 信息来源:中国煤炭博物馆 胡高伟 点击:收藏此文 字体:

  中国煤炭博物馆是全国唯一的国家级煤炭行业博物馆,常年接待中外观众10多万人,经常性举办煤炭学术交流活动。2011年,时任山西省委书记袁纯清到中国煤炭博物馆学习考察,参观中,他问了一个问题:“煤炭究竟是有机生成,还是无机生成?”工作人员说:“按照传统教科书的说法,在大多数地质学家看来,煤炭是古植物遗体经过生物化学作用和物理化学作用转变成的沉积有机矿产,是多种高分子化合物和矿物质组成的混合物。煤是亿万年前大量植物埋在地下慢慢形成的。所以,煤炭是有机生成。”2013年,在中国煤炭博物馆举办的“全国煤炭博物馆展览馆纪念馆专业委员会”成立大会上,中国矿业大学薛毅教授在交流发言中提问:“煤炭究竟是有机生成,还是无机生成?”他说:“根据有关学者的研究,认为煤炭的无机生成具有一定的可能……”不久前,《石油勘探与开发》杂志副主编王大锐博士围绕石油的形成进行了研究,对石油有机说提出质疑,提出:“一些地区为什么找到了大约15亿年前形成的石油?而按照传统的石油地质与生物学理论,当时的生物量似乎并不足以形成石油。为什么在不含生物的地层中也能找到石油?比如加拿大阿尔伯塔省的阿塔巴斯河区和美国堪萨斯的克拉富特—普鲁斯油田,都处在没有富含生物的沉积岩层。”石油形成的无机假说再次刺激了对煤炭无机生成的讨论。煤炭的有机生成和无机生成再次成为热议的话题。煤炭究竟是谁?煤炭究竟是从哪里来? 

  植物成煤的有机生成理论,主要有三大支撑,即:直接证据、间接证据和理论证据。本期我们了解有机生成理论的间接证据。

  一是透射电子显微镜下的切片分析结果。煤岩学的主要任务就是借助光学显微镜(透射薄片模式/反射光片模式)及荧光显微镜进行煤中有机显微组分及无机矿物质的鉴定,追溯煤的成煤原始物质、沉积环境以及煤化作用等因素对煤性质的影响。如果把煤切成薄片放到显微镜下观察,就能发现非常清楚的植物组织和构造,进一步证明,煤是植物形成的、总是含有一定数量矿物杂质的固体可燃沉积岩,是一种组成比较复杂且物理、化学性质极不均一的有机、无机化合物的混合体。煤的物理、化学性质及宏观煤岩特征和其显微结构密切相关,显微组分(指在光学显微镜下能够辨认的有机成分)是组成煤的最基本单位。

  煤岩样品中绝大多数显微组分需要使用钻石刀进行超薄切片,透射电子显微镜,简称透射电镜,是把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上,电子与样品中的原子碰撞而改变方向,从而产生立体角散射。散射角的大小与样品的密度、厚度相关,因此可以形成明暗不同的影像。

  从古植物学角度定义,煤实际上也是古代植物残体的聚合体。成煤植物是泥炭堆积成煤的物质基础;成煤植物的研究可以追溯煤中显微组分的植物起源,为其植物成因研究提供重要依据;因此成煤植物历来是煤地质学研究的重要内容之一。在煤中保存较好的植物残体显然是成煤植物的直接证据;但当植物残体保存不完整时,植物残体细微及超微结构特征的鉴定将十分重要。由于成煤泥炭沼泽发育古地理环境不同,当沼泽还原性较强,有利于菌藻类微生物繁衍时,成煤植物被强烈降解,有机、无机组分及凝胶化组分充填共溶在一起,植物结构被掩盖。

  二是煤中非燃烧物即共伴生矿物的分析结果。煤系地层中不仅仅全部是煤炭,常常发现有数量不等的其他矿物。这些矿物可以从一个侧面来佐证煤炭的形成过程。煤中矿物成因一般分为植物成因、陆源碎屑成因及化学或生物化学成因(同生及后生)。按照陆源碎屑成因分析,煤系矿物质是与成煤植物群同时沉积的由水力和风力搬运到泥炭沼泽中沉积的矿物和岩屑。在煤中含量最高的是黏土矿物,多呈细分散状、团粒状及细条带状分布。在显微镜下观察,煤的有机显微组分与无机显微组分混生,矿物颗粒尺寸多为微米级,浸解离析处理后,这类矿物仍在显微组分块体表面有一定的分布,特别是在植物结构保存较差的残体表面含量较大。

  分析结果认为:在煤的形成的煤化阶段的成岩作用时期,在泥炭层中经化学和生物化学作用形成的同生成岩矿物主要有黄铁矿、菱铁矿、高岭石、石英、方解石等矿物,这些矿物与古植物相生相伴几亿年,见证了古植物形成煤炭的整个过程。



(作者:胡高伟 编辑:meibo)

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