coal facies
简介
一定泥炭沼泽环境下形成的煤的成因类型和煤岩类型。它通过煤岩组分即煤的有机显微组分、矿物成分、化学特征和结构特征来体现。煤相反映泥炭沼泽的覆水深度、水介质酸度、氧化还原电位、成煤植物种类和堆积方式等聚集环境。不同煤相在垂向剖面上的交替，构成煤层的垂向层序，反映成煤植物群落和沼泽沉积条件随时间的演化。通过煤相分析，可恢复成煤的物质条件和沉积环境，掌握煤质分布规律并圈定优质煤的分布范围，进行煤层对比和预测煤质变化方向等。
类型划分沿革 20世纪50年代，苏联Л.П. 涅菲吉耶娃(Л. П. Нефдьева)通过煤岩学的研究，根据煤的成因类型和不同煤岩类型结构及其所代表的环境，将埃基巴斯图兹(экибастуз)中石炭世的煤，区分为，①植物丛生湖泊相，以腐泥煤、腐泥腐殖煤、含腐泥质的半亮和光亮腐殖煤为代表，镜下观察见含大量皮拉藻(Pila)和孢子，有很薄的炭质泥岩夹层;②覆水沼泽相，以富凝胶化组分的光亮和半亮煤为主，夹有含大量高岭石等粘土矿物的暗淡煤和半暗煤薄层，具条带状结构;③“干燥”沼泽相，以含大量丝炭透镜体或夹层的暗淡煤和半暗煤为主，指示泥炭沼泽覆水很浅或曾经暴露过;④河漫滩流水沼泽相，以线理状暗淡煤和半暗煤为代表，有矿物质夹层;⑤潟湖沼泽相，以暗淡煤和半暗煤为主，具细碎屑结构，含有皮拉藻和大量丝炭化物质，并有较多方解石和菱铁矿夹层，反映多氧和缺氧环境的交替; ⑥滨海强覆水沼泽相，以暗淡煤、半暗煤和半亮煤为主，植物组织因经历过强烈凝胶化作用而成细小碎片，由于有大量粘土矿物的混入而使煤的光泽变得暗淡，但丝炭化成分不多。
60年代，德国煤岩学家M. 泰希缪勒 (M.Teichmǖller) 通过古植物学与煤岩学相结合的方法，根据煤成因类型、煤岩类型及植物结构保存情况，恢复了德国下莱茵地区中新世褐煤的成煤沼泽环境，区分出五种显微煤岩类型，相当于煤相(图1)。自覆水较深的湖泊开阔水域向沼泽陆地方向过渡，沼泽和煤相类型依次是，①开阔水体，以含大量碎屑腐殖体和壳质组的褐煤为代表;②芦苇沼泽，以含大量碎屑腐殖体的较光亮的褐煤为代表;③紫树—落羽杉沼泽，以含较多煤化树干的褐煤为代表，植物结构保存好;④杨梅科—西里拉科植物成煤沼泽，以含煤化树干少的暗褐煤为代表，植物结构保存较差;⑤红杉树沼泽，植物原生结构保存好，常见有树桩层。
此外，泰希缪勒还恢复了北半球石炭纪煤的各种显微煤岩类型所代表的沉积环境，认为①沼泽水下环境，形成烛煤、藻煤和微暗煤、微亮煤;②芦木芦苇沼泽，形成富孢子体的微亮煤; ③鳞木和种子蕨森林沼泽，形成微镜煤和含少量孢子体的微亮煤;④高于潜水位的沼泽，形成微惰煤和含少量孢子体的微暗煤。
1986 年，C. F. K. 狄 塞 尔 (C. F. K.Diessel) 根据煤显微组分的凝胶化指数GI (Gelifica-tion Index) 和植物结构保存指数TPI (Tissue Presserve Index)，将澳大利亚纽卡索(Newcastle)二叠纪的煤按煤相区分为①GI值高而TPI值低的煤;形成于强覆水的下三角洲平原海草沼泽环境，煤层厚度一般小于1m，煤中含黄铁矿硫高;②GI值中等的煤。形成于上三角洲平原的沼泽环境;其中TPI值较高者形成于分流间泛滥盆地潮湿森林沼泽环境; TPI值较低者形成于低位沼泽环境，煤层厚度也较大; ③GI值低、TPI值中等的煤。多属暗淡型煤，形成于山麓冲积平原干燥的森林沼泽环境 (图2)。
P. A. Hacquebard和J. R. Donaldson也采用显微煤岩类型的方法研究煤相(1964，1967)，并用双三角图解法表示沼泽覆水深度与植物群的分带性。
影响因素 成煤物质、泥炭沼泽类型和水介质的化学条件等。
成煤物质 成煤植物的种类和群落。①以木本植物为主的成煤物质，主要是高等植物的木质纤维部分。它们在覆水好的环境下易形成凝胶化物质占优势的光亮煤和半亮煤;而在覆水条件差的富氧环境下，则易形成富丝质组的半暗煤和暗淡煤。②以半水生植物芦苇为主的成煤物质，主要是纤维素、蛋白质。它们易在微生物作用下腐烂分解，形成富壳质组的煤，有利于生烃，煤在液化干馏时氢和焦油产率均高。③以半水生植物和水生漂浮植物为主的成煤物质，在深覆水沼泽的开阔水域，易形成以富氢镜质组为主的暗淡煤，有机质则易转变成烃，但煤中灰分、硫分相对也较高。④以苔藓植物为主的高位泥炭沼泽，介质酸度高并含具有防腐性的酚类，限制了微生物的活动，有利于植物结构的保存，易形成惰性组分较高而灰分较低的半暗煤和暗淡煤。
图1 根据显微煤岩类型恢复的成煤沼泽沉积景观
a—北半球石炭纪煤的沉积环境;b—德国下莱茵地区中新世年青褐煤的沉积环境
(据M. Teichmǖller，1962)
图2 根据煤显微组分的凝胶化指数GI和植物结构保存指数TPI，对澳大利亚纽卡索二叠纪煤区分出的三种煤相
(据Diessel，1986)
泥炭沼泽类型 按水源补给来源不同，泥炭沼泽类型有低位、中位和高位之分(图3)。①由地下水、地表径流和大气降水同时补给的低位沼泽，由于地下水溶解了较多的矿物质并带入沼泽，为植物的繁殖生长和堆积创造了条件，成为覆水条件好、营养丰富的滋育沼泽，植物茂盛，种属繁多，植物遗体堆积后，经生物降解作用形成的腐植酸，易转化为腐植酸盐而沉淀，形成富镜质组的煤，但灰分有时相对较高。②由大气降水补给的高位沼泽，由于缺乏矿物质，植物矮化，种属单调，成为贫滋育的沼泽，由于植物组织分解合成的腐植酸大量聚积，使介质酸度增高，不利于微生物的生存活动，因而易形成植物结构保存好的低灰、低硫煤。
沼泽水介质的化学条件 主要包括沼泽水的酸度和氧化还原电位。
(1)沼泽水的酸度影响细菌的生存繁殖，当介质为中性至弱碱性 (pH值为7.0～7.5) (特别是含氧和钙)时，细菌最活跃。细菌活动性越强，生物降解作用越充分，越易形成植物结构保存差、富凝胶化物质的煤。一般低位沼泽介质的pH值为4.8～6.5;高位沼泽水介质为3.3～4.6;现代滨海沿岸的红树林沼泽水介质一般为中性至弱碱性，pH值为7.0～8.1。
图3 不同沼泽类型的演化层序，由低位沼泽向高位沼泽演化，泥炭具有明显的分带性
(据Romanov，1968; 转引自McCabe，1984)
(2)沼泽中水介质的氧化还原电位与沼泽的覆水深度和水的流通性有关。①滞水的低位沼泽。其还原性较强，易形成含富氢镜质组的煤，有利于产烃。②流通的低位沼泽。其富氧，生物降解作用进行得充分，植物中的不稳定成分均被分解并被流水带走，使稳定成分相对集中，从而易形成富壳质组的腐植煤和残植煤。③高位沼泽。其覆水程度较差，易形成植物结构保存较好，富丝质组的贫氢煤。
图4 Maria Mastalerz和K. R. Wilks根据Hacquebard和Donaldson(1969) 提出的显微煤岩类型双三角图解法，所作波兰Intrasudetic盆地石炭纪Namurian A期几个煤层的煤相图解
介质的酸度和氧化还原电位还影响着煤中硫的含量。硫是煤中的有害成分，在煤中无机硫以黄铁矿或白铁矿形式存在，在同生、成岩和后生各阶段均可形成。同生期形成的黄铁矿，主要与介质条件有关，而与成煤植物种类的关系却不大。沼泽中黄铁矿的形成与硫酸盐还原菌的活动有关。海水中约含0.1%的硫酸盐，在硫酸盐还原菌的作用下，易被还原为硫化物，形成黄铁矿或白铁矿，并在还原过程中消耗泥炭中的有机质。由于硫酸盐还原菌有利的生存条件是水介质的pH值为6.5～8.0，因而中性至碱性的介质条件有利于煤中同生黄铁矿的形成。再者，泥炭层表层黄铁矿少，而泥炭层底部 (特别是当泥炭层被海水或半咸水沉积物覆盖时)黄铁矿明显增多。在现代半咸水红树林泥炭中，草莓状黄铁矿含量甚高，这与硫酸盐还原菌或放线菌集聚于红树根皮层细胞的内壁有关。
分析参数 煤相分析的原生成因标志，包括煤的物质组成、结构、地球化学和地球物理特征等。最常采用的是宏观煤岩类型、显微煤岩组分、显微煤岩类型、煤中矿物质成分和含量(特别是硫、磷和微量元素含量等)。此外，地球物理测井曲线也能很好地反映煤岩类型和矿物质的含量。C. F. K.狄塞尔采用煤显微组分的凝胶化指数GI和植物结构保存指数TPI来区分煤相：GI为凝胶化组分(包括早期曾经历过凝胶化作用、后期又经历丝炭化作用的粗粒体) 与丝炭化和半丝炭化组分之和的比值，表示成煤沼泽的覆水程度; TPI为保存有植物细胞结构的凝胶化组分和丝炭化组分之和与看不出植物细胞结构的凝胶化组分和丝炭化细小植物碎片之和的比值。
用对数坐标表示的GI与TPI值相关分析图，反映了泥炭沼泽不同的沉积环境。在狄塞尔所作的煤相图解上，从森林沼泽向灌木沼泽、海草沼泽过渡，GI值逐渐增大，TPI值逐渐减小。
Hacquebard等 (1964，1967)提出了根据显微煤岩类型用双三角图解方法表示的煤相。MariaMastalerz和K. R. Wilks (1992)在波兰进行了试验(图4)。
煤层中不同煤相类型的垂向层序，反映了成煤沼泽沉积环境的演化，为了解优质煤分布规律指明了方向。