摘要:本文介绍中国煤变质的主要类型,根据受热的主要热源及作用方式和煤质特征等,不同的影响因素划分不同的煤变质作用类型。总结概括为深成变质作用、岩浆热变质作用、动力变质作用和热水变质作用。阐述了煤变质作用的特点。在前人研究的基础上,笔者就影响煤变质的主要因素谈谈看法,供讨论。
关键词:煤变质作用 变质类型 影响因素
1. 前言
煤变质作用指由褐煤转变为烟煤、无烟煤、超无烟煤的物理化学作用。煤变质的范围是从褐煤到石墨的演变。煤的变质研究是预测煤质与指导开采所需煤种的理论基础,可以预测煤类,以适应社会主义经济建设的需要,还可以从另一个侧面来探讨有关煤的形成条件、地热和大地构造等问题。煤变质问题与煤的成因及后生变化关系密切,具有重大的经济意义和理论意义。研究各类变质作用所引起的有关变化特点确定变质类型,是研究煤级分布规律的重要基础。
2. 煤的变质类型划分
煤变质类型有很多分类方法,现总结如下:
煤的变质是温度、压力和时间长期作用的结果,其中温度是煤变质的主导因素,在煤的埋藏过程中,温度加速化学煤化作用,而压力可以促进物理结构煤化作用[1]。时间无疑是煤变质的因素之一,不论温度或压力等哪种因素起主导作用,都将随着时间的变化而增减其作用的强度。控制煤及分散有机质演化-变质作用的热状态总体特征,可用含煤岩系各点古地热流的大小和方向来描述。而含煤岩系古地热流是古热导率和古地温梯度的主控因素,古地温梯度是煤化梯度的主控因素,以此作为进行煤变质作用热动力分析的理论依据。以热力为基准,温度正常情况下取决于沉降深度、地温梯度及围岩的导热性,其主要以热源和地热场强度的不同从而引起地温梯度不同来影响煤的变质的。据此分为两类六型[2-4]:
(1)常地温热变质作用类:在正常地热场作用下引起的煤的变质作用。
(2)异常地温热变质作用类:在异常地热场作用下,促进煤的变质作用。此类中,根据地热异常的不同热源划分为:岩浆热变质型、深大断裂热流上导热变质型、构造应力热变质型、莫霍面变动热变质型、其它热变质型。
关于热(力)变质问题,不论热的来源如何,它引起煤的变质作用是显而易见的。就目前所知,大量的现象表现为岩浆热变质。它的影响范围又与岩浆活动的强弱、岩体规模的大小和持续时间的长短有关,岩浆的性质和喷气作用尤为重要。值得注意的是地温对煤变质的影响并不是单独起作用的,煤变质的温度在一般情况下应等于地温梯度与煤层上覆地层厚度的乘积(火成岩直接影响除外)。在地温梯度不变的前提下,煤层上覆地层的厚度大,煤变质过程中所处温度相对较高,相应煤的变质程度也高,形成高变煤所需的温度可以是上述方式形成,也可以是大的地温梯度乘以较小的上覆地层厚度。也就是说引起煤变质所需的温度并不一定都是通过地壳下降这一途径。另外关于放射性元素蜕变所发生的热变质现象,目前还研究得不够,对这种煤变质作用机理的认识,还有较多的困难,是否可单独作为热(力)变质的一种类型,现在下结论为时过早。从促使煤变质的热源考虑,如因地球内部物质,特别是上地幔物质向上运动所产生的附加热,深大断裂上导的高温,局部莫霍面较高,板块的活动等都可能增高煤的变质程度。由于促使煤变质的热源是多种多样的,因此构成了不同的煤变质作用类型。不同地质条件下,一个每煤田或煤产地的煤在普遍进行深成变质作用之外,又可经受一种或一种以上其他类型的煤变质作用,也可不止一次经受同一类型的变质作用,这就构成了煤的多热源叠加变质作用[5]。
根据热源类型、热传导方式、热源的埋深、规模、形态的不同而引起煤变质特征的差异,划分的煤变质类型如下[6-8]:
1.煤的深成变质作用
煤的深成变质作用是指在正常低温状态下,煤的变质程度随煤层沉降幅度的加大、地温增高和受热时间的持续而增高。德国学者希尔特1873年在研究鲁尔等煤田时,发现随地层深度增加煤的挥发分产率有规律地减少。这一现象称之谓希尔特定律。希尔特定律奠定了煤的深成变质作用类型的基础。多数煤田遵循这一规律,然而也有煤田出现反常,较浅煤层变质程度比深煤层高,或同一煤层在很短距离内变质程度差异较大。这些反常可能是煤级形成的多因素影响、多阶段叠加、多种作用复合的结果。深成变质煤的演化程度总与一定的构造沉降、地热作用及有效受热时间的配置相对应,是一种具有普遍意义的煤变质现象。地温分布的不均一性及其随时间的地温场变化在一定程度上制约煤深成变质作用的发展。