超厚煤层成因机制研究进展

王东东，邵龙义，刘海燕，邵　凯，于得明，刘炳强

(1．山东科技大学地球科学与工程学院，山东青岛　266590;2．中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院，北京　100083;3．陕西省煤层气开发利用有限公司，陕西西安　710119)



超厚煤层成因机制研究进展

王东东1，邵龙义2，刘海燕1，邵凯3，于得明1，刘炳强2

(1．山东科技大学地球科学与工程学院，山东青岛266590;2．中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院，北京100083;3．陕西省煤层气开发利用有限公司，陕西西安710119)

摘要:为了研究超厚煤层(厚度大于40 m)的形成机制，许多煤地质学家进行了较为深入的研究，获得了丰硕的成果。传统的煤地质学理论认为，泥炭沼泽水面上升速度与植物遗体堆积速度长期处于均衡补偿状态便可以形成厚煤层，甚至厚度达数百米。将这些厚煤层按照一定的压缩比例恢复成泥炭厚度，则可达数千米;然而现今见到的单层泥炭厚度最厚不超过20 m;这种超厚煤层成因解释势必造成古代和现代泥炭堆积之间的巨大矛盾。异地堆积成因模式，从泥炭(煤)再搬运的角度解释了一些超厚煤层的成因，这些超厚煤层大都发育在断陷盆地内;多煤层叠加成因模式，从多期泥炭沼泽演化、泥炭层叠加的角度解释了一些超厚煤层的成因，这些超厚煤层大都发育在坳陷盆地内。这些模式可以用将今论古的思想解释现代和古代的泥炭沼泽发育特征的一致性。一个超厚煤层的形成，也可能是一种或多种成因机制共同作用的结果。然而，是否存在其他的成因模式，上述成因模式发育的控制因素和作用机理，如何准确而深入的挖掘超厚煤层内部蕴含的丰富地质信息，还有待于进一步深入研究。

关键词:超厚煤层;均衡补偿;异地堆积;多煤层叠加;层内间断面;成因机制

王东东，邵龙义，刘海燕，等．超厚煤层成因机制研究进展［J］．煤炭学报，2016，41(6):1487－1497．doi:10．13225/j．cnki．jccs．2015．1353

Wang Dongdong，Shao Longyi，Liu Haiyan，et al．Research progress in formation mechanisms of super-thick coal seam［J］．Journal of China Coal Society，2016，41(6):1487－1497．doi:10．13225/j．cnki．jccs．2015．1353

煤层是一种常见的固体能源，也是一种敏感的沉积物，煤的形成是古气候、古植物、古地理和古构造等诸多地质条件共同作用的结果;在成煤用过程中，成煤地质条件在煤层中或多或少的留下一些痕迹，特别是厚度较大的煤层，其中蕴含的成煤期地质信息更为丰富［1－2］。已有不少专家学者从不同的角度对煤层的成因机制进行研究，提出了多种成煤模式［3－8］。研究煤层(特别是厚煤层)的成因机制，不但可以借助煤中蕴含的地质信息恢复成煤期的地质环境，丰富煤田地质学的相关理论，还可以指导盆地内煤炭资源的勘探与开采。因此，研究巨厚煤层的成因机制具有重要的理论和现实意义。

从煤炭开采的角度，可采煤层的厚度可分为5个厚度级:煤厚0.3～0.5 m为极薄煤层;0.5～1.3 m为薄煤层;1.3～3.5 m为中厚煤层;3.5～8.0 m为厚煤层;大于8 m为巨厚煤层［1］。有人将单层煤厚度超过60 m的称之为超厚煤层［9］，也有人将40 m作为超厚煤层的起点［10］。世界各地广泛存在着厚度巨大的超厚煤层:澳大利亚的吉普斯兰盆地的煤层总厚700多米，单层煤厚230 m;加拿大哈溪煤田二号露天区煤厚510 m;我国胜利煤田胜利东二号露天煤矿6煤层厚244.7 m，3个煤层在聚煤中心区近于合并，煤层最厚处达320.65 m;我国吐哈盆地沙尔湖坳陷西山窑组总煤厚301 m，单层煤厚217.4 m，等等。石炭纪至新近纪，各时期都有超厚煤层发育，超厚煤层的普遍发育为研究其成因机制提供了物质基础，也为研究成果的推广提供了广阔的空间。

1　超厚煤层发育与分布

超厚煤层的发育与存在是较为普遍的现象，自石炭纪以来至新近纪，世界上煤层单层厚度超过40 m的煤田或煤矿区比较多，一些典型的超厚煤层的一些简要情况见表1［9－19］。从超厚煤层的分布规律来看，古近—新近纪是超厚煤层发育最多的时代［20］，其次为侏罗纪，且超厚煤层主要分布在北半球，煤的变质程度普遍较低，大都为低变质的褐煤，其次为长焰煤、不黏煤等。

2　超厚煤层成因机制分析

煤地质学是一门较为古老的学科，关于厚煤层的形成机理，已有许多专家学者进行过的研究。煤层的成因有“原地堆积”和“异地堆积”之说，厚煤层的成因解释经历了含煤地层“旋回说”到运用“层序地层学”的阶段。19世纪，许多国家的地质工笔者都已注意到含煤地层沉积中的韵律旋回，“旋回”的概念在含煤地层研究中占据了近半个世纪。Moore(1957)把约代尔(Yoredale)旋回沉积解释为三角洲沉积物，揭开了古代和现代沉积物对比研究的序幕［21］。由原来认为的含煤地层是旋回沉积体系的产物转变为含煤地层是在不同环境下形成的一系列沉积序列［22－23］。南斯拉夫数学家米兰科维奇［24］提出著名的米兰科维奇天文理论，基于米兰科维奇天文理论，Weller(1930)又进一步认识到含煤旋回层与轨道参数变化有关，地球轨道参数变化引起的冰控海(湖)平面变化是含煤旋回层的主控因素［25］;从此，拉开了含煤岩系研究史上旋回层时代的序幕［26］。Large 等(2003，2004)利用煤层的碳同位素组成及镜质组/惰质组比值在煤层剖面的变化规律，来研究泥炭地的古气候对米兰科维奇轨道参数旋回的响应［27－28］。邵龙义等(2011)研究了泥炭地净初级生产力及其控制因素［29］。Izart等(2012)通过分析生物标识化合物的化学特征、正烷烃的稳定同位素特征等，对聚煤期古气候进行了重建，认识到石炭二叠纪古气候的干湿交替及其对成煤作用的重要影响［30］。众多煤地质学家从不同的角度，对煤的成因进行深入剖析，均取得了丰硕的成果。

2.1长期连续均衡补偿与超厚煤层形成

传统的煤地质学理论认识到，植物遗体堆积速度和沼泽水面上升速度之间可能出现以下3种不同的补偿方式:①沼泽水面上升速度小于植物遗体堆积加厚速度时，称过度补偿;②沼泽水面上升速度与植物遗体堆积加厚速度大体一致时，称均衡补偿;③ 沼泽水面上升速度大于植物堆积加厚速度时，称为欠补偿。只有泥炭层堆积界面的增高和沼泽水面的抬升保持均衡，泥炭层才能不断增厚;这种均衡状态一旦遭到破坏，泥炭的堆积过程就随之终止［1，31－32］。聚煤期的泥炭沼泽是在稳定—弱动荡水体或平静而覆水很浅(一般＜2 m)的情况下持续、稳定地下沉，并与泥炭的堆积速率长期构成大致平衡的条件下发生的［33－35］，这种“大致平衡”长期存在才能够形成厚度较大的煤层。也有专家认为超厚煤层是由属于不同地质构造单元、构造活动性差别或地壳活动性在地质历史演化过程中有所不同的缘故［36］。此外，泥炭沼泽中下伏沉积物的自我压实(self-compaction)也为泥炭堆积空间的连续产生起到重要作用［35，37］，利于产生厚度较大的煤层。当地壳沉积速度小于或等于泥炭沉积速率时，是形成厚煤层的有利条件;在沉积面坡度大的集水盆地边缘，往往利于泥炭带的集中发育［38］。

表1　世界上部分超厚煤层煤田资料［20］Table 1　Part of the super thick coal seam coal field data in the world［20］

20世纪70年代，层序地层学方法被引入到煤层成因的研究中，“可容空间”(accommodation space)概念的提出是层序地层学发展的一个关键点。在泥炭沼泽中，可容空间可定义为泥炭所能堆积的最大高度［34，39］。以前的成煤理论多是强调泥炭形成于与活跃的陆源碎屑沉积作用带相邻的低位沼泽地区;事实上，泥炭沉积并不总是与局部的陆源碎屑沉积供给同时发生的;在大多数情况下，在近海(湖)地区的泥炭沼泽发育阶段，局部的陆源碎屑供应已经被某种机理切断了;海(湖)平面抬升不仅为泥炭聚集提供可容空间，而且可以降低河流梯度，使携带陆源碎屑的河流收缩到古泥炭沼泽之外［32］。Bohacs和 Suter (1997)及Holz等(2002)［40－41］提出煤层厚度取决于可容空间增长速率与泥炭聚集速率之间的相对平衡状态。只有适度的海(湖)平面上升速率，才能保证可容空间增加速率与泥炭堆积速率之间的相对平衡关系，使泥炭能持续堆积，从而形成厚煤层;且可容空间增加速率与泥炭堆积速率比值达到1～1.18时最有利于厚煤层的形成［40－41］。考虑到煤层聚积速率极快，4～100 a堆积1 mm［32］，所以厚煤层的发育需要有持续存在的可容空间以容纳快速堆积的泥炭，适合成煤的最大可容空间的持续保持需要有潜水面和基准面的不断抬升，这种基准面的抬升又离不开海(湖)平面的上升;因此，厚度较大的煤层一般都形成于最大海(湖)泛期，出现在最大海(湖)侵点处或其附近［26，34，42－44］;该时期潜水面上升以及伴随的碎屑沉积物供给都因基准面上升而中止，利于沉积厚层泥炭形成厚煤层。在靠陆地方向的一些大面积(数十平方千米)分布的厚煤层(厚度大于2 m)，代表了与最大海(湖)泛面相当的最大海(湖)泛带的层序地层位置［32］。

在Bohacs和Suter(1997)的层序地层格架下煤层几何形态和厚度预测模型(图1)中，由于低位体系域可容空间产生速度是高位体系域可容空间产生速度的镜像，因而低位体系域和高位体系域的煤层在几何分布形态和厚度上都比较相似，都为中等厚度、连续分布的煤层;海侵体系域初期和末期，可容空间增加速率与泥炭聚集速率平衡，有利于形成厚且孤立的煤层，海侵体系域中期则因可容空间增加速率过快而形成的煤层较薄且不连续［40］。邵龙义等(2008)［26］研究认为最大海泛面的位置并不是位于海侵体系域的中部，而是位于图1(a)中的4和5阶段相交的位置;当没有沉积物供给或供给速率极低时，最大海泛面位于海平面上升与下降的转折点亦即海平面的最高点，而沉积物供给速率较高时，最大海泛面会逐渐靠近海平面上升拐点(R)，在含煤岩系中沉积物供给速率一般都相对较高，最大海泛面位置与R点位置一般极为接近，正常的情况下可以将2者近似地理解为同一位置，即海侵体系域和高位体系域交界的最大海泛面位置。聚煤作用强度围绕着最大海泛面在海侵体系域和高位体系域表现为镜像分布。在层序地层格架中，这种可容空间增加速率与泥炭堆积速率的平衡所在的时间段即是厚煤层的位置。

然而，从泥炭到煤层的演化过程中是不断压实的过程，即厚度不断变小，其比例大约为11∶1［45］，当然，这个比例的准确性还有待商榷。那么，形成单层厚度大于8 m的特厚煤层，需要的单泥炭层厚度至少为88 m，而研究区富煤中心单煤层厚度可达40 m，则需要单泥炭厚度层440 m。统计发现，世界上最厚的单泥炭层约20 m［46］，这势必难以解释泥炭层形成特厚煤层过程的厚度压缩比例，同时也是对“将今论古”思想的挑战。

基于此，不少专家和学者基于不同的实例、从不同的角度对超厚煤层成因机制进行了研究，获得了较为丰硕的成果，并提出了一些理论和模式，以“异地堆积成因模式”和“多煤层叠加成因模式”最具代表性。

图1　层序地层格架基准面变化速率与在给定泥炭聚集速率的情况下的煤层厚度及几何形态关系的预测模型［40］Fig.1　Relation of rate of change of base level to coal thickness and geometry for a given peat production rate in a sequence stratigraphic framework［40］

2.2异地堆积与超厚煤层形成

一些学者研究发现，在超厚煤层在形成过程中，风暴、重力流、水下泥石流等引起的泥炭异地堆积对特厚煤层的发育起到非常重要的作用，甚至是主要的作用。在现代沉积中也可以见到泥炭等异地搬运的现象;Stach等(1982)［47］描述在佛罗里达西海岸湖泥炭岛上的大块泥炭顺流搬运，在搬运过程中逐渐破碎变细尔后堆积在湖被障壁的部分或是在海岸附近。泥炭地的崩塌及其形成的流动状态要往低处倾泻，湖海和海湾无疑成为漂流泥炭的淤积场所，这在波罗的海德意志海岸等地方屡见不鲜［48］。

Courel等(1986)、吴冲龙等(1996)、Djarar等(1997)、王华等(1999，2000，2001)［49－52］通过研究法国、中国典型断陷盆地特厚煤层成因机制，在煤层中发现了重力碎屑流、稀性泥石流，包卷层理、滑塌、破碎、揉皱等变形构造，以及滑积煤(抚顺盆地)等，均反映了泥炭(煤)堆积于一个不稳定的沉积环境中，并经历了再搬运的过程，并在此基础上提出了超厚煤层深水环境异地堆积的成因模式。如法国Montceau盆地第1号煤层为最厚(达100 m)该煤层内夹有大量透镜状角砾岩体、薄层状及透镜状砂岩体及一层火山凝灰岩层。存在于煤层底部，粒序性不明显的薄层状砂岩体，一般单层厚＜50 cm，含大量结晶黄铁矿，见有波纹和小型水平层理、包卷层理及岩脉状构造(图2);抚顺煤田超厚煤层中滑塌事件(形成滑积煤)和腐植型碎屑泥炭沉积的垂向相序类型(图3)。

图2　法国Montceau盆地第1号超厚煤层的沉积层序及内部构成特征［17］Fig.2　Sedimentary sequence and architecture characteristics of the 1st ultra-thick coal seam of the Montceau basin(France)［17］

图3　抚顺盆地超厚煤层中碎屑腐植煤和腐植－腐泥混合煤的相序类型［50］Fig.3　Super thick coal seam clastic humic coal and humic-sapropel coal mix phase sequence types in Fushun Basin［50］

吴 冲 龙 等 (1994，1996，2001，2003，2006)［9，11－12，50，53］通过对我国典型断陷盆地超厚煤成因进行研究，发现了巨厚煤层中存在大量被搬运过的证据，认为了异地堆积对超厚煤层形成的控制作用，并先后建立起断陷盆地4种超厚煤层异地堆积亚模式:“抚顺亚模式”、“阜新亚模式”、“先锋亚模式”和“小龙潭亚模式”;并在此基础上进一步概括出较为完整的中国中、新生代内陆断陷盆地特厚煤层的“异地－微异地2次湖泊复合堆积模式”，即“腐植型植物碎屑河流远源搬运→植物碎屑扇三角洲或植物碎屑三角洲沉积+湖泊漂浮异地植物碎屑沉积+湖滨沼泽泥炭微异地堆积+湖泊原地藻类泥炭原地堆积+泥质碎屑或砂质碎屑或生物壳屑沉积→洪水弱风暴流或水下重力流的混合和搬运作用→植物碎屑与无机碎屑的机械分异和再沉积。

异地堆积形成的特厚煤层，无疑是特厚煤层形成的一种重要类型，且这种类型大都出现在断陷盆地中，较为活跃的构造运动可以为泥炭(煤)的再搬运提供前提条件。

2.3多煤层叠加与超厚煤层形成

研究发现，异地堆积形成的超厚煤层大都发育在断陷盆地内部，强烈的构造活动为泥炭(煤)的再次搬运提供了条件。然而，所有的超厚煤层都是异地搬运形成的?坳陷盆地中的超厚煤层基本不具备大规模再搬运的条件，那其内部的超厚煤层成因怎样呢? Jerrett等(2011)［54］认为，对于超厚煤层的成因存在一个普遍的误解:“超厚煤层是由一个古泥炭沼泽体形成，且为连续、等时的泥炭聚积记录”。事实并非简单如此。

王国力等(1995)［55］在研究鄂尔多斯盆地西南部华亭煤田延安组超厚煤层的凝胶化指数、结构保存指数和灰分产率、显微组分类型等的变化时发现，超厚煤层是由“填积型”和“退积型”煤层叠加而成的。李晶等(2012)［56］在研究新疆准东煤田西山窑组超厚煤层的煤岩煤质、煤相特征及成煤环境时发现，在超厚煤层内部识别出了若干水进水退含煤小旋回，认为该超厚煤层形成于覆水较浅、水体活动性较弱的稳定泥炭沼泽环境，垂向上由这些水退水进含煤小旋回叠加构成。庄军(1995)［15］通过研究鄂尔多斯盆地南缘延安组超厚煤层的成煤过程认为，在特定的同沉积构造、古地理、潜水面、沼泽覆水情况、水化学性质等条件下，不同泥炭沼泽类型(低位沼泽、中位沼泽、高位沼泽)相互演化、叠加，使得成煤沼泽环境长期存在，进而发育形成了超厚煤层。

国外学者Shearer等(1994)［57］在研究超厚煤层的成因时，提出了叠置沼泽序列理论(theory for stacked mire sequence);将超厚煤层划分为非有机质层段(inorganic parting)、氧化层段(oxidized parting)和降解－非氧化有机层段(degradative non-oxidized organic parting)。图4为泥炭沼泽终止的类型及其演化过程:沼泽中聚积着泥炭，沼泽的水平面不断下降(图4(a))，水平面逐渐降低导致了泥炭的自压实和泥炭表面的缩小(图4(b))。一种情况，泥炭可能被洪泛沉积的无机物覆盖(图4(c)中的(1))，形成非有机质层段;另一种情况，泥炭露出水面后，经过长期的氧化分解形成一个氧化层段(图4(c)中的(2));还有一种情况，泥炭表面一直被浸没，泥炭的上部发生长期的非氧化降解，形成一个非氧化降解层段(图4(c)中的(3))。在形成有机或无机沉积物之后，泥炭可能不再发育，沼泽也可能被无机沉积物掩埋。或者是，一个新的泥炭沼泽重新发育，泥炭重新生成并继续堆积;这样便形成了一个叠置的沼泽序列。如果叠置的泥炭最终发生煤化作用(图4(e))，识别这些独立沼泽的方法只能是通过识别有机和无机层段来划分这些独立的沼泽层序。

Jerrett等(2011)［54］在研究超厚煤层成因时发现，超厚煤层中存在许多不同类型的间断面(hiatal surfaces)。在没有碎屑物质供应的情况下，可容空间产生速率RA小于泥炭生产速率RPP(RA/RPP＜1)，并持续下降，泥炭持续堆积但堆积速率降低，直到可容空间产生速率变为零。如果水平面下降到泥炭表面以下(RA/RPP＜0)，水面以上的泥炭就会分解导致沼泽表面风蚀或侵蚀，结果是形成暴露间断面(“exposure”hiatus)(图5(a)，(b))，该界面以下为降解、氧化层，其内部富含惰质组、壳质组以及无机组分。如果长期的可容空间堆积速率超过泥炭堆积速率(RA/ RPP＞1)，泥炭堆积将会停止，沼泽被淹没，取而代之的是海相或湖相沉积。在没有碎屑物质沉积的情况下，会 形 成淹 没 间 断 面(“drowing” hiatus)(图5(a)，(c))，该界面以下为降解、腐殖化层，其内部富含无结构镜质体、壳质组等，这代表了水下条件泥炭表面生物分解的残余物。这时候由于浮游生物较多，可能在这个界面以上形成一层富类脂组层(腐泥黑泥或腐泥)［54］。这些间断面代表了成煤环境的间断，即超厚煤层是多个煤层的复合体，超厚煤层的沉积经历了多次沉积间断，而并非是长期连续沉积的过程。

如果这个过程存在碎屑物质供应，则往往会形成夹矸;当水平面下降到泥炭表面以下，泥炭沉积会被陆源碎屑沉积所代替，形成夹矸;同样，当水平面上升，泥炭沼泽被淹没，泥炭堆积也会被相对深水沉积的陆源物质所带取代，形成煤层夹矸。

Diessel等(1992)、Wadsworth等(2002)、邵龙义等(2003)、Turner和 Richardson(2004)、Davies等(2005)、Izart等(2006)［3，5，30，59－61］在研究不同古地理背景及不同体系域中厚煤层的发育特征时发现，可容空间增加速率与泥炭产生速率之间平衡关系的不同，导致形成煤层的煤岩煤质特征也有较大差异，如当可容空间增加速率大于泥炭堆积速率时，煤层剖面会表现出一系列海侵的特征，镜质体反射率、结构镜质体含量、煤中硫的同位素比值及TPI指数等指标向上减少;结构镜质体的荧光强度、镜质体含量、黄铁矿及硫含量、煤中的碎屑显微组分(如反映异地和微异地搬运的碎屑惰性体和碎屑镜质体)、挥发分产率以及H/C原子比等指标向上增加，煤层顶板经常为深覆水海相细粒沉积(如泥岩、页岩、碳酸盐岩等);可容空间变化使得煤中的显微煤岩组分及煤质表现出的规律性变化，可以指导在超厚煤层中识别各类沉积间断面。

图4　泥炭内部的有机层段和无机层段可能的形成方式图解［57］Fig.4　Schematic of possible ways for the formation of inorganic and organic partings within peat(see text for full explanation)［57］

图5　巨厚煤层内部间断面的成因机制与识别标志Fig.5　Genetic mechanism and identification marks of hiatal surface in super-thick coal seam

笔者对鄂尔多斯盆地南部延安组一段的超厚煤层进行研究，认为煤层内部“间断面”的叫法不够确切，建议改为“界面”，包括水进型、水退型间断面和水进型、水退型连续沉积转换面;间断面主要为水体变浅、泥炭暴露时形成的界面或碎屑沉积形成的夹矸，以及水体变深时形成较深水碎屑物夹矸;连续沉积转换面是与之对应的界面，该界面处水体变深或变浅的趋势发生了转化，但是没有出现沉积间断，属于连续沉积界面。如图6所示，鄂尔多斯盆地南部彬长地区大佛寺矿延安组一段的4号煤层，煤层内部没有夹矸，通过煤岩显微组分分析发现，煤层内部的镜质组、惰质组、矿物质等含量在垂向上表现为旋回式变化，反映了成煤期沼泽水体的深浅变化，即存在水进型和水退型连续沉积转换面，但不能排除存在水退型间断面。鄂尔多斯盆地南部华安矿区红旗矿延安组一段的4号煤层内则存在许多夹矸，均为水进时期形成的湖相泥岩，反映了若干水进型间断面;根据煤岩显微组分类型及含量变化，又可以划分出若干水进型沉积转换面、水进型间断面、水退型沉积转换面;这两个地区煤层整体反映出的整体的水退和水进旋回是可以大致对比的。

在前人研究的基础上，结合对鄂尔多斯盆地南部延安组一段超厚煤层的成因机制研究，笔者建立了多煤层叠加形成超厚煤层的成因模式，如图7所示。煤层形成过程中，随着水体的进退，泥炭沼泽向陆地、向水体方向不断迁移;水退阶段，泥炭沼泽向水体方向迁移，在向陆一侧，如位置A，可能会暴露出来，如果没有碎屑素质供应，则形成水退型间断面，表现为煤的惰质组含量极高，镜质组含量极低;如果有碎屑物质供应，则形成煤层夹矸;在 B位置，表现为泥炭(煤)的连续堆积，但存在水退型连续沉积转换面(不排除存在水退型间断面的可能)，在煤岩显微组分上表现为惰质组含量很高，而镜质组含量很低; 在C位置，泥炭(煤)连续堆积，存在水退型连续沉积转换面，表现为惰质组含量很高，而镜质组含量很低。在水进阶段，泥炭沼泽整体向陆地方向迁移;在C位置，表现为相对深水的碎屑物质暂时替代泥炭堆积形成夹矸;如果没有碎屑物质供应，则表现为水进型连续沉积转换面，煤岩显微组分表现为镜质组含量很高，而惰质组含量很低;在B和A位置，表现为泥炭(煤)的连续堆积，存在水进型连续沉积转换面，煤岩显微组分表现为镜质组含量很高，而惰质组含量很低。图6中大佛寺煤矿的煤层大致位于图7中的B位置，而红旗矿的煤层大致位于图7中的 C位置。随着水体的进退，泥炭沼泽随之发生横向迁移，表现为煤层内部存在相应的间断性面或连续沉积转换面，可以根据这些界面划分煤层发育的期次，进而解释原地堆积超厚煤层的成因机制。

图6　鄂尔多斯盆地南部延安组4煤层内水进型、水退型界面划分Fig.6　Water retreat and water inlet interface in Yan’an Formation No.4 coal seam in south of Ordos Basin

图7　多煤层叠加形成超厚煤层模式Fig.7　Super thick coal seam formation model of multiple coal seam overlay

上述研究可见，超厚煤层并不能简单的视为一个连续的沉积体，其内部可能包含了许多反映水平面升降的信息，其内包含了许多间断面或沉积转换面，因此可以将其视为一个煤层复合体，它的形成是由多个煤层相互叠加的结果，即在同一地区曾间断的发育过多期泥炭沼泽，识别这些叠置的泥炭沼泽序列，可以帮助我们用将今论古的思想解释现代和古代的泥炭沼泽发育［54，57］，也解释了现存的单泥炭与超厚煤层之间厚度压缩比例的矛盾。

3　认识与展望

上述分析发现，传统理论所认为的“泥炭沼泽水面上升速度与植物遗体堆积加厚速度长期处于均衡补偿状态”，乃至层序地层学理论所揭示的“泥炭堆积速率与可容空间产生速率长期处于均衡状态”，并不能很好的解释超厚煤层的成因，毕竟现在可以看到的泥炭层厚度最大不超过20 m(不排除世界上存在巨厚的泥炭层现在还没有被发现的可能性)，这与将今论古的思想是相悖的。此外这种均衡状态长期存在、构造长期稳定沉降的地质条件也是非常苛刻的，是非常难以达到的。但不排除在超厚煤层发育期内的某个阶段长期存在这样的“均衡状态”。

超厚煤层的异地堆积理论和多煤层叠加理论，能够从不同的角度解释不同地质环境中超厚煤层的成因机制。在断陷盆地内构造运动活跃，可以为泥炭(煤)的再搬运提供条件，常见异地堆积形成的超厚煤层，但不能排除多期泥炭沼泽演化形成的多煤层叠加;在拗陷盆地中，一般不具备泥炭(煤)再搬运的条件，超厚煤层多为多煤层叠加形成，也不能完全排除异地搬运的可能。虽然这两种成因模式能够较好的解释超厚煤层的形成机制，但是一个超厚煤层的形成，可能存在一种或多种成因机制，并非只是有一种成因机制而成，因此超厚煤层的多元性成因，似乎更有利于解释超厚煤层的形成过程。除了上述3种成因模式，还有没有其他的成因模式，还有待于进一步研究与完善。

此外，控制泥炭(煤)发生再搬运的因素是什么?特别是多期泥炭沼泽为什么能够在同一地区多期发育并相互演化，其控制因素是什么?他们的作用机理怎样?查清了这新因素才能从根源上揭示超厚煤层的成因机制，而这些方面还有待遇进一步研究。

煤作为一种重要而常见的地质信息载体，成煤期的气候条件、沼泽类型、成煤物质、碎屑物质注入、水平面变化、营养条件、构造特征、极端事件、天体周期旋回等信息都输入到该时期形成的煤中。因此，煤层是一个巨大的地质信息数据库，特别是超厚煤层，蕴含着更为丰度的地质信息。通过多手段、多方法挖掘煤层中的地质信息，就可以恢复成煤期的基准面变化、古气候、古生物、古植物、古生态、煤相、火灾事件、氧化条件、构造信息、时间信息等等，对古环境的认识与重建，具有重要的指导意义。

因此，只有对煤层特别是超厚煤层的成因机制研究清楚了，才能更为准确的去挖掘古环境信息、恢复古环境特征，才能最大限度的为地质研究服务。

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中图分类号:P618.11

文献标志码:A

文章编号:0253－9993(2016)06－1487－11

收稿日期:2015－09－14修回日期:2016－02－08责任编辑:韩晋平

基金项目:国家自然科学基金资助项目(41402086，41572090);山东省高等学校科研计划资助项目(J14LH06)

作者简介:王东东(1983—)，男，山东潍坊人，讲师，博士。Tel:0532－86057229;E－mail:wdd02_1@163．com。通讯作者:邵龙义(1964—)，男，河南灵宝人，教授，博士生导师。Tel:010－62339303，E－mail:shaoL@cumtb．edu．cn

Research progress in formation mechanisms of super-thick coal seam

WANG Dong-dong1，SHAO Long-yi2，LIU Hai-yan1，SHAO Kai3，YU De-ming1，LIU Bing-qiang2
(1．College of Earth Science and Engineering，Shandong University of Science and Technology，Qingdao266590，China;2．College of Geoscience and Surveying Engineering，China University of Science and Technology(Beijing)，Beijing100083，China;3．Shannxi Coalbed Methane Development Company Limited，Xi’an710119，China)

Abstract:In order to study the super-thick coal seam(thickness greater than 40 m)formation mechanism，many coal geologists have carried out some thorough researches，and have gained some fruitful results．Based on the traditional coal geology theory，if the peat mire water rising rate and plant body accumulation rate were in a state of equilibrium compensation for a long-term，it can form a thick coal seam，even the thickness can reach hundreds of meters．The peat thickness，according to certain compression ratio，can amount to thousands of meters，and the modern single peat thickness was no more than 20 m．This causes a huge contradiction between ancient and modern peat accumulation．The allochthonous accumulation genetic model，from the perspective of peat(coal)rehandling，explains the formation of some super thick coal seam，which are mostly developed in the fault basin．And the more stacked coal seam genetic model，from the angle of peat layer overlay，explains the formation of some super thick coal seam，which are mostly de-veloped in the depression basin．These models can help to reconcile the Law of Uniformitarianism with modern and ancient peat mire development．The formation of a super thick coal seam，also may be the result of the joint action of one or more genetic mechanism．However，many ways have yet to be studied in-depth，for example，whether there are other genetic models，the control factors and the mechanism of genetic models，and the abundant geological information contained in super thick coal seams．

Key words:super thick coal seam;isostatic compensation;allochthonous accumulation;more stacked coal seam;hiatal surfaces within coal seam;formation mechanism