我是谁？我从哪里来？（四）——煤炭的有机生成与无机生成之争

文/胡高伟

我是谁？我从哪里来？（四）
——煤炭的有机生成与无机生成之争

文/胡高伟

中国煤炭博物馆是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。在组办活动的时候，我经常会被一些学者问到一个问题，那就是煤炭究竟是有机生成，还是无机生成？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。但在不久前，《石油勘探与开发》杂志副主编王大锐博士经过多年的研究后对石油有机说提出质疑，石油形成的无机假说一经提出一下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。那么煤炭究竟是谁？煤炭究竟是从哪里来便值得我们一起来探讨？

之前，我们已经了解了有机生成理论情况，今天就让我来全面讲解一下煤炭无机生成理论的假说情况。

煤炭的无机生成假说应该与俄国科学家门捷列夫（第一张化学元素周期表的制作者）的“石油无机生成假说”有一定关系。在石油科技史上，门捷列夫是第一个提出石油无机成因假说的学者。他对石油的起源问题进行了长达 20几年的持续研究，他指出，石油有机论面临着三个不可克服的困难：一是动物残骸应当释放出许多氮物质，而这些物质在石油中非常少；二是已经开发出的石油的质量与动植物身体内所含的热量不成匹配；三是石油矿床的分布均与山脉的山脊走向相平行，这些在有机论中是难以解释的。门捷列夫指出，他的石油成因学说来自于一个推测：“地球内部，除其他物质外，以炽热状态存在着大量的碳素铁，也就是目前经常称为碳化铁的物质，类似于铸铁和钢铁里含有的成分。按照这一说法，地球深部的碳铁化合物遇到水之后，铁或者其他金属与水中的氧反应生成氧化物，水中的氢分离出来，一部分是游离的，在氧化过程中，原来与铁结合在一起的碳也分离出来，与氢结合起来，生成碳氢化合物，这就是石油。

门捷列夫在世的时候，石油的无机成因说是主流学说。但在他去世后，石油的有机成因学说逐渐兴起，并成为主流，无机成因学说暂时沉寂下去。但是进入新的世纪，近年来，在俄罗斯，石油的无机成油理论正在重新成为主流。

石油与煤炭都是可以燃烧的能源，而且在化学因素构成上，极为相似，构成石油和煤炭的主要物质都是碳、氢、氧、氮、硫和磷等。石油的无机生成假设促使部分学者对煤炭的有机生成产生了怀疑。

煤炭无机生成的研究者认为煤炭有机生成存在五大疑点：

一是煤层中有大量植物遗体是有机成煤论似是而非的证据，而且是此学说的一大疑点。认为沉积岩中保存有完好程度不同的植物化石、树干、树皮、树叶以及植物的细胞组织、孢子、花粉、树脂、藻类和浮游生物等等物质是正常的情况。这种情况并非煤岩所独有，故煤层中有大量植物遗体不能成为有机成煤论的确切证据。这个疑点就是，煤层里的大量植物遗体为什么没有变成煤？

二是有机成煤理论无法解释超厚煤层的成因。普遍状况显示从泥炭到褐煤至煤的压缩比为6∶3∶1，而世界上单层煤厚最大的是加拿大的哈溪煤田二号露天矿区，煤厚达510米，我国吐哈盆地沙尔湖拗陷西山窑组总煤厚301米，单层煤厚217.4米，世界上煤层总厚度最大的是澳大利亚的吉普斯兰盆地煤田，总厚达到700多米。几亿年前高等植物的遗体制造得出这么厚的泥炭吗？

三是煤的显微研究没有提供有机成煤理论的有效证据。煤显微组分的研究并未涉及生成煤的原始物质究竟是在生煤以前就已在该空间里存在的植物遗体还是无机合成的碳氢氧化合物这个最基本问题。所以，煤的显微研究不可能提供生煤的原始物质究竟是什么的判断，即煤的显微研究没有提供任何有机成煤论的有效证据。

四是碳同位素成分问题目前尚不能作为有机成煤论的证据。认为既然成煤植物中的碳与煤中的碳元素的同位素成分几乎相同，而与无机物中碳的同位素成分有明显的差别，那么，煤和油气一样，都是各种碳氢化合物的混合体。为什么煤中的碳同位素成分没有变化？

五是聚煤面积占成煤植物生长面积的比例太小。地球上成煤植物生长的面积很大但聚煤面积相对太小。或者说，绝大部分土地上的大量植物遗体都没有变成煤。为什么面积比聚煤面积大一二十倍或更大的绝大部分土地上繁茂生长的成煤植物遗体没有生煤？根据这个事实我们可以得到的结论只能是：大量的植物遗体并不是生煤的决定性因素或者煤根本就不是由植物遗体生成的。

综上所述，煤炭无机生成的主要观点大致分为以下三点：

一是地下核燃烧形成了煤炭。长期实践表明，铀是煤的伴生元素，在煤里总会含有微量的铀我国煤炭资源最集中的东西向聚煤区和我国的铀资源区相重合。地下核燃烧为地壳浅部碳氢氧元素以及催化物质都很丰富的区域提供适宜的温度和压力使爆炸区域自动产生煤。

二是褐煤生成以后的煤化作用过程，无机成煤论和有机成煤论是相同的。也就是说褐煤是无机生成的，褐煤转变成烟煤和无烟煤的过程原理与传统教科书上的观点是一致的。无机成煤理论和有机成煤理论的关键区别就在于泥炭或褐煤是由什么原始物质生成的。有机成煤理论认为是由植物遗体经过腐烂、氧化分解和水解作用后转化为简单化合物再进一步合成为复杂的有机质后生成的。而无机成煤理论则认为是由地壳里的水和碳元素在地下核燃烧提供的适宜的温度、压力条件下自动生成简单碳氢氧化合物再进一步合成为更复杂的有机质后生成的。

三是土卫六（又称为泰坦星）上的固态碳氢化合物引发的思考。土卫六是太阳系第二大行星土星的最大卫星（半径 2575 公里），也是太阳系的第二大卫星，土卫六上的巨量烃远远超过了地球上已知煤和油气的数量。根据更精确的数据，到 2014 年底地球上煤的剩余探明可采总储量为892×109吨 ，则土卫六上的固态烃数量是地球上煤的剩余探明可采总储量的258倍。土卫六的地下核燃烧产生了土卫六上的巨量烃。而烃是有机化合物的一种。这种化合物只由碳和氢组成。土卫六拥有比地球上煤和石油天然气已探明总储量多得多的巨量烃。这是人类进行太空探测取得的新成果。土卫六上的巨量烃对有机成烃论构成了巨大的冲击。

至今，关于煤炭有机生成与无机生成的争论，我们无法做出一个让争论双方都认可的结论。科学是人类认识客观世界的过程，是揭示自然、社会和思维规律的知识体系。就目前的科学体系发展的现状分析，煤炭的有机生成理论获得绝大多数地质科学家的认可，我们在科学的道路上还在不断探索，人类认识世界、改造世界的能力也在不断提高，随着各种新技术的应用，我们认识世界的手段和载体也在不断更新。

煤炭的有机生成现在还上升不到科学的理论体系，甚至还不称其为理论，仅仅属于一种科学上的“假设”，但是，即便如此，我们对任何一种假说都应给予足够的尊重，我们可以讨论，也可以不同意甚至批判对方的学说，但不能封杀，更不应该表现出视而不见的冷漠。在有机论居主流地位时，我们仍需要不那么教条化地尊奉某些被验证的观点，也需要认真倾听与自己不同的意见，从中吸取自己可以接受的那部分内容，这是健康的科学发展生态。只有这样，才能促进科学的真正发展。

（作者单位：中国煤炭博物馆）