江西乐平树皮煤的显微煤岩类型研究

周国庆,姜尧发, 颜跃进,王绍清

(1.江苏建筑职业技术学院地质研究所,江苏徐州 221116； 2.江西省煤田地质局,南昌 330001； 3.中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京 100083)

0 前言

江西乐平的“树皮煤”是闻名世界的树皮残植煤，数十年来我国许多学者对其进行了煤岩学、煤化学、古生物学等深入研究，以探讨其形成物质、成煤环境、化学工艺特征、生油气潜能等。文献显示，以往的煤岩学研究主要是论述树皮体的含量、光学性质、形态、结构等显微组分特征[1]，迄今为止未见乐平晚二叠世煤层剖面的显微煤岩类型研究成果的报道。本文对江西乐平鸣山煤矿B3煤层的6个煤分层进行了详细的显微煤岩类型和显微组分研究，以揭示树皮体与其他显微组分的共生组合关系及垂向分布，以及形成树皮体的成煤原始质料在泥炭沼泽演化过程中的富集特征，为探讨树皮煤的成因提供相关资料。

1 地质背景

乐平树皮煤形成于晚二叠世龙潭期，含煤地层是上二叠统龙谭组。据前人研究上二叠统龙谭组自下而上分为四段(图1)，即官山段、老山段、狮子山段和王潘里段[2]。

图1 江西乐平龙潭组含煤地层柱状图Figure 1 Longtan Formation coal-bearing strata stratigraphic column in Leping, Jiangxi

官山段：厚97m，下部为灰-灰绿色粉砂岩、泥岩夹薄层状中细砂岩，局部含煤一层，编号A煤组，不可采；上部以灰白色中粗粒砂岩为主，夹粉砂岩及煤线。

老山段：厚155m，下部以灰色粉砂岩为主，夹钙质细砂岩，含煤1～5层，编号为B煤组，其中B2、B3、B4和B5煤层为可采煤层；中部以黑色海相泥岩为主；上部为薄层状粉砂岩与细砂岩互层。

狮子山段：厚10m，灰白色中厚层状细砂岩，不含煤层。产海相动物化石。

王潘里段：厚51m，由灰黑色砂岩、粉砂岩、泥岩夹炭质泥岩及煤层组成， 含煤1～8层， 编号为C煤组，其中C13煤层为主要可采煤层。

2 采样与测试方法

本文研究的B3煤层采自鸣山煤矿北一采区，采样点煤层厚度4.15m。煤层主要由暗煤、亮煤和镜煤线理组成，煤的光泽总体上呈现从下往上由亮变暗趋势。煤层下部的分层显示细条带状结构。煤层上部至顶部的分层，显示薄层状或叶片状构造，用手易将大块煤掰成薄片。煤层底部分层中含较多黄铁矿结核和黏土矿物。

显微煤岩类型鉴定及定量统计遵循现行国家标准(GB/T15590-2008，GB/T15589-2013)进行。显微煤岩类型分析，在显微镜目镜中装入一个20点十字丝片，移动煤岩光片统计显微煤岩类型的含量时，严格遵守二条重要规定：一是条带或煤粒的最小面积为50μm×50μm，二是至少体积含量达5%(一个交点覆盖)的显微组分才参加命名。

3 结果与讨论

3.1 显微组分质量分数及垂向变化

由表1可见，鸣山煤矿B3煤层各分层的镜质组质量分数变化范围为14.8%～39.0%，平均25.3%；惰质组质量分数变化范围为9.0%～21.3%，平均15.4%；壳质组质量分数变化范围为8.2%～69.0%，平均46.8%；矿物质质量分数变化范围为1.1%～31.6%，平均12.6%。

表1 鸣山煤矿B3煤层显微组分质量分数

表2 鸣山煤矿B3煤层显微煤岩类型质量分数

镜质组各显微组分的平均质量分数分别是：结构镜质体0.1%，均质镜质体8.9%，基质镜质体15.8%，团块镜质体0.1%，碎屑镜质体0.5%。优势显微组分是基质镜质体和均质镜质体。

惰质组各显微组分的平均质量分数分别是：丝质体0.3%，半丝质体3.2%，粗粒体5.8%，微粒体0.2%，菌类体0.1%，碎屑惰质体5.8%。粗粒体和碎屑惰质体相对较多。

壳质组各显微组分的平均质量分数分别是：孢子体2.5%，角质体0.8%，树皮体43.3%，树脂体0.2%。树皮体含量占绝对优势。

在第1至第5分层中树皮体质量分数都很高(变化范围为34.8%～67.5%，平均51.8%)。而煤层底部第6分层树皮体含量仅0.8%，反映成煤泥炭沼泽发育初期，缺乏形成树皮体的原始物质。第6分层中含有较多黏土矿物(28.0%)和黄铁矿(3.6%)，反映潮湿还原环境。

3.2 显微煤岩类型质量分数及其垂向变化

由表2可见，鸣山煤矿B3煤层中单组分、双组分、三组分的显微煤岩类型都有分布。单组分显微煤岩类型主要是微树皮煤，其次是微无结构镜煤，含有少量微半丝煤和微量的微碎屑惰质煤、微结构镜煤和微丝煤。双组分显微煤岩类型主要是树皮微亮煤和树皮微暗煤，其次是孢子微暗煤和微镜惰煤V，含少量微镜惰煤I和微量的孢子微亮煤、树脂微亮煤。三组分显微煤岩类型之微暗亮煤、微镜惰壳煤和微亮暗煤三者的含量接近。总体上看，占优势的显微煤岩类型主要是微树皮煤、微无结构镜煤、树皮微亮煤、树皮微暗煤。在各分层中，优势显微煤岩类型的含量亦有较大变化。

微树皮煤，在第1至第5分层中质量分数很高(变化范围为23.9%～56.3%，平均39.8%)，特别是第2分层，微树皮煤含量56.3%(显微组分树皮体含量为67.5%)，是树皮体最富集的层段。在煤层底部第6分层中，没有统计到微树皮煤。

微无结构镜煤，在第4至第6分层中质量分数较高，分别为11.1%、16.4%和11.5%。

树皮微亮煤，在第3、第4分层中质量分数较高(分别为15.5%和12.7%)，反映这二个分层中既有大量厚层或多条树皮体密集叠置，又有较多树皮体呈分散状被凝胶化物质包裹。

树皮微暗煤，在第2、第3分层中质量分数较高(分别是18.6%和13.9%)，反映在树皮体原始质料堆积时混入较多惰质组分碎屑。

微矿质煤(微黏土质煤)和微碳质岩(微碳质黏土岩)，在煤层底部的第6分层中质量分数较高：微黏土质煤22.6%，微碳质黏土岩17.2%。反映煤层形成之初，黏土矿物既有呈分散状态输入的，也有富集成层的。煤中还含有较多微碳质硫铁矿岩(含量6.3%)，反映早期成煤泥炭沼泽处于还原环境，形成一些较大的黄铁矿结核。

3.3 显微组分特征

江西乐平晚二叠世的树皮煤，除含丰富的树皮体外，其他显微组分的特征与我国晚古生代烟煤中的显微组分特征相似。镜质组各显微组分在透射光下呈红色，在油浸反射光下呈灰色，在蓝光激发下不发荧光。惰质组各显微组分在透射光下呈黑色，在油浸反射光下呈黄白色-亮黄色，在蓝光激发下不发荧光。壳质组各显微组分在透射光下呈淡黄色，在油浸反射光下呈深灰色-灰黑色，在蓝光激发下发黄绿色、黄色、褐黄色荧光。

鸣山煤矿B3煤层中的树皮体，在垂直层理的切面上大多显示若干树皮体条带密集叠置的特征。在一个视域中常见几条、几十条树皮体条带平行堆叠在一起(图3-A)。有时树皮体条带呈曲折状(图2-C、D)。单个厚层树皮体包含多层植物组织细胞，细胞形态呈长方形或微弯状矩形(图2-B)，有时呈多角形或不规则形状。在近平行层理的切面中，树皮体显示较完整的根形构造(图2-G、H，图3-E、F、G、H)。

鸣山煤矿B3煤层中的小孢子体常呈压扁的长环形，在油浸反射光下呈深灰色(图2-D)。树脂体呈椭圆形，透射光下呈亮黄色，油浸反射光下呈深灰色，在蓝光激发下发褐黄色荧光。B3煤层中的角质体较少。

鸣山煤矿B3煤层中的镜质组分在油浸反射光下呈灰色。基质镜质体常胶结或包裹着其他显微组分，多数情况是基质镜质体包裹碎块状树皮体，形成典型的树皮微亮煤(图2-E、F)。均质镜质体，呈均一状。团块镜质体一般呈不规则圆形。碎屑镜质体呈不规则细粒状。

鸣山煤矿B3煤层中的惰质组分在油浸反射光下呈黄白色。常见碎屑惰质体被夹在树皮体条带之间或分布在基质镜质体中(图2-A、C)。丝质体保存有较好的植物细胞腔结构，半丝质体细胞结构保存较差，菌类分泌体常显示一个特征的缺口。有时在树皮体条带之间见有菌类分泌体，反映形成树皮体的原始质料堆积时曾发生过细菌降解作用。

图2 江西乐平鸣山煤矿B3煤中的树皮体等显微组分Figure 2 Macerals including barkinite etc. in coal B3, Leping, Jiangxi

A-条带状树皮体，发黄绿色荧光，×126，蓝光激发；B-条带状树皮体，胞腔充填物发黄绿色荧光，细胞壁不发荧光，×250，蓝光激发；C-条带状树皮体，胞腔充填物发黄绿色荧光，细胞壁不发荧光，×300，蓝光激发；D-树皮体，胞腔充填物发黄绿色荧光，细胞壁不发荧光，×250，蓝光激发；E-树皮体平皮切面，显示树皮组织构造，×250，蓝光激发；F-树皮体平皮切面，显示树皮组织构造，×250，蓝光激发；G-树皮体平皮切面，显示完整的树皮组织构造，×250，蓝光激发；H-树皮体平皮切面，显示完整的树皮组织构造，×126，蓝光激发。图3 江西乐平鸣山煤矿B3煤中的树皮体的荧光特征Figure 3 Barkinite fluorescence features in coal B3, Mingshan coalmine, Leping, Jiangxi

4 结论

(1)江西乐平B3煤层主要由“树皮体”组成，在全层显微组分含量平均值中，“树皮体”含量占43.3%，是富含“树皮体”的残植煤。

(2)本次研究样品中的“树皮体”显示较清晰的植物细胞结构，其细胞壁在透射光下呈红色，在油浸反射光下呈灰色(图2-A、B、D、H)，在蓝光激发下不发荧光(图3)。“树皮体”的胞腔充填物，在透射光下呈淡黄色-黄色，在油浸反射光下呈深灰-灰黑色(图2)，在蓝光激发下发亮黄绿色、黄色或褐黄色荧光(图3)。这说明江西乐平B3煤层中的“树皮体”的细胞壁并非栓质化成分，这种非栓质化细胞壁的光性特征更具木质部的属性，由此推断形成这种“树皮体”的植物组织也许不是皮层。

(3)鸣山煤矿B3煤层的显微煤岩类型数据显示，第1到第5分层中微树皮煤含量平均值为39.8%，树皮微亮煤含量平均值为9.7%。这反映B3煤层中的“树皮体”具有阶段性异常富集的特征，但相当多的“树皮体”呈分散状与镜质组分和惰质组分共生，尤其是树皮微亮煤含量较高，指示“树皮体”是在成煤泥炭沼泽内形成的，而不是异地搬运沉积的。

本研究得到国家自然科学基金项目(41472132)支持，在此表示感谢。