邵龍義 徐小濤 王 帥 王東東 高 迪 王學天 魯 靜

1 中國礦業(yè)大學(北京)地球科學與測繪工程學院，北京 100083 2 山東科技大學地球科學與工程學院，山東青島 266590 3 河南理工大學資源與環(huán)境學院，河南焦作 454003

含煤巖系沉積學的研究已經(jīng)有100多年的歷史，經(jīng)過幾代煤地質(zhì)學家的不懈努力，中國含煤巖系沉積學的理論體系已經(jīng)日漸成熟。含煤巖系沉積學新認識、新理論的不斷提出，包括含煤巖系層序—古地理與聚煤規(guī)律、巨厚煤層成因、含煤巖系“深時”古氣候記錄等各個方面，給煤地質(zhì)學研究帶來了新的思路和方法，對解決煤地質(zhì)領域的科學問題也起到了重要的促進作用。含煤巖系沉積學研究，一方面是進行聚煤規(guī)律的研究，為尋找更多的煤炭資源提供理論基礎，從而滿足人類社會的發(fā)展需要；另一方面，含煤巖系沉積學的發(fā)展也從不同的角度促進了沉積學乃至地球科學的諸多領域的理論發(fā)展。此外，煤作為“深時”古氣候信息的載體，對人類了解和認識地球發(fā)展歷史也具有重要的作用。含煤巖系沉積學發(fā)展經(jīng)歷了旋回層、沉積模式及現(xiàn)在的層序地層學3個研究階段(邵龍義等，2017)，現(xiàn)階段的層序地層學理論在很大程度上改變了人們對煤沉積作用過程及基準面旋回中相格局的認識，并促進含煤巖系沉積學以嶄新的面貌迅猛地向前發(fā)展。層序地層學作為一種新的年代地層格架分析方法在含煤巖系巖相古地理(陳世悅和劉煥杰，1999；邵龍義等，2014a，2014b)、聚煤規(guī)律(邵龍義等，2016)、聚煤模式(邵龍義等，1992；李寶芳等，1999；李增學等，2001)、巨厚煤層成因(王東東等，2016a；Guoetal.，2018；Wangetal.，2019a；Lietal.，2020)、煤相(魯靜等，2014)、煤系共伴生礦產(chǎn)資源(桑樹勛等，2002；Lüetal.，2017)等研究方面均得到了廣泛應用。“深時”是指前第四紀的地質(zhì)歷史時期，在此期間，地球經(jīng)歷了冰室氣候(icehouse climate)和溫室氣候(greenhouse climate)的交替。“深時”古氣候研究計劃旨在從沉積記錄中研究前第四紀地質(zhì)歷史時期的古氣候變化，特別是過去溫暖時期和關鍵氣候轉變時期的綜合研究，并試圖對地球未來氣候的預測提供依據(jù)(王成善，2019)。近年來，隨著“深時”研究計劃在國內(nèi)外地球科學界的逐漸開展(孫樞和王成善，2009)，越來越多的學者對含煤巖系中蘊藏的“深時”古氣候信息進行了深入的挖掘(邵龍義等，2011；Wangetal.，2019b；Yanetal.，2019；Zhangetal.，2020)。

文中從煤的聚集機制及聚煤古地理、煤系共伴生礦產(chǎn)資源、煤系深時古氣候3個方面對中國含煤巖系古地理學及古環(huán)境演化研究進展進行總結，并對中國含煤巖系古地理學研究的發(fā)展方向提出建議和幾點思考。

1 煤的聚集機制及聚煤古地理研究

1.1 層序地層格架下的聚煤模式

含煤巖系沉積學的發(fā)展經(jīng)歷了旋回層、沉積模式及現(xiàn)在的層序地層學3個研究階段(邵龍義等，2017)。20世紀初，Udden(1912)提出海侵—海退旋回是造成北美上石炭統(tǒng)含煤巖系中巖性單元規(guī)律性重復的原因，并把一個煤層底面到相鄰另一個煤層底面之間的地層序列定義為一個完整的旋回層序。Wanless和Weller(1932)進一步強調(diào)了這些旋回性廣泛的橫向連續(xù)性及其在地層對比上的實用價值，正式提出“旋回層”(cyclothem)一詞，并將其歸因于地殼運動引起的海侵—海退作用。20世紀70年代，Horne等(1978)針對阿巴拉契亞山地區(qū)晚石炭世含煤巖系，建立起著名的阿勒格尼三角洲聚煤模式。此后，各種含煤巖系沉積模式相繼提出，中國學者提出了多堡島成煤模式(劉煥杰等，1987)、潮坪聚煤模式(劉煥杰，1982)、碳酸鹽巖臺地綜合成煤模式(張鵬飛等，1983)以及斷陷盆地聚煤模式(李思田，1988)等。20世紀80年代末期，層序地層學概念體系的提出，將旋回層的全球性特征與自旋回局部性變異的靈活性很好地結合起來(Van Wagoneretal.，1990)。受層序地層學理論的影響，中國學者針對近海型煤系層序地層分析的方法原理進行了大量實例研究，相繼提出幕式聚煤作用(邵龍義等，1992)、海侵過程成煤(李寶芳等，1999)、海侵事件成煤(李增學等，2001)、海相層滯后階段聚煤(Shaoetal.，2003)等理論。

層序地層學的出現(xiàn)極大地推動了聚煤作用理論的發(fā)展，層序地層學與旋回地層學相結合，能夠為含煤巖系對比提供等時性地層格架(邵龍義等，2017)?！翱扇菘臻g”概念的提出是層序地層模式發(fā)展的一個關鍵點，泥炭地中的可容空間定義為泥炭所能堆積的最大高度(Flintetal.，1995)，而煤層厚度取決于可容空間增長速率與泥炭聚集速率之間的相對平衡狀態(tài)(Bohacs and Suter，1997)。考慮到煤層堆積速率極快(4～100年堆積1imm；McCabe，1984)，因此，厚煤層的形成需要可容空間持續(xù)增長，才足以容納快速堆積的泥炭。適合成煤的最大可容空間的持續(xù)增長需要基準面的不斷抬升，過慢的基準面上升速率，難以保證泥炭堆積所需的可容空間，相反，過快的基準面上升速率，使得泥炭堆積速率又難以匹配上可容空間的增加速率，水體變深而不適于植物生長，從而造成泥炭沼澤很快被水體淹沒，因此，只有適宜的基準面上升速率，才能保證可容空間增加速率與泥炭堆積速率之間的相對平衡關系，使泥炭能夠持續(xù)堆積，從而形成厚煤層(Bohacs and Suter，1997)?；鶞拭娴奶x不開海(湖)平面的上升，因此，厚度較大的煤層一般形成于最大海(湖)泛期，出現(xiàn)在最大海(湖)侵點處或其附近(Flintetal.，1995；邵龍義等，2017)。

SB： 層序界面；SB-P： Posamentier和Allen(1999)所指的層序界面；SB-H： Hunt和Tucker(1992)所指的層序界面；ts： 海侵面；mfs： 最大海泛面圖 1 近海背景下含煤巖系中厚煤層分布模式(a)及受可容空間增加速率與泥炭堆積速率平衡關系控制的煤厚變化趨勢(b)(據(jù)邵龍義等，2017；有修改)Fig.1 Distribution model of thick-coals (a) and variation trends of thickness of coals controlled by accommodation creation rates in balance with peat accumulation rates (b) for the paralic coal measures(modified from Shao et al.，2017)

邵龍義等(2017)提出，不同古地理背景下及不同體系域中，可容空間增加速率與泥炭聚集速率的平衡關系是不同的，因此所形成的煤層不只是在厚度上不同，而且煤巖煤質(zhì)特征也會有所不同(圖 1)。在距物源區(qū)較近的沖積體系或濱海平原過渡相靠陸一側，因有豐富的陸源碎屑供給而常常處于補償或過補償狀態(tài)，即圖 1-b中的泥炭堆積速率大于可容空間增加速率(RP>RA)，只有當海平面(基準面)上升速率相當大、可容空間快速增加時，即相當于最大海泛面位置，相對海平面上升速率/可容空間增加速率才會與泥炭堆積速率保持平衡，適于泥炭層堆積的可容空間可以持續(xù)很長時間，從而形成厚煤層。與此相反，對于遠離陸源區(qū)的濱外陸棚或碳酸鹽巖臺地背景中形成的含煤巖系，可容空間增加速率大于泥炭聚集速率，即圖 1-b中的RA>RP，只有相對較慢的海平面上升速率才會維持適于泥炭層堆積速率的平衡，從而形成較厚煤層。相反，海平面上升速度過快，大大超過泥炭堆積速率時，水體則會變深而不適于植物生長，其結果是適于泥炭層堆積的可容空間不能長期存在，從而只能形成厚度較小的煤層。因此，在濱外陸棚或碳酸鹽巖臺地背景中，厚度較大的煤層可能只會在海侵面處形成，而在最大海泛面處形成的煤層，其厚度往往較小(邵龍義等，2017)。

1.2 基于層序地層格架的古地理研究

巖相古地理研究是重建地質(zhì)歷史中海陸分布、構造背景、盆地配置和沉積演化的重要途徑和手段(田景春等，2004)。巖相古地理學是中國當今研究人數(shù)最多、成果最為豐富、生產(chǎn)實踐效益最好的一個古地理學分支學科(鄭秀娟等，2020)。王竹泉等(1964)對于華北地臺石炭紀巖相古地理的研究成果是中國較早關于巖相古地理學的探索。20世紀70年代以前，巖相古地理圖大多數(shù)是以小比例尺、定性的或示意的圖件為主；之后，出現(xiàn)新型的中比例尺乃至大比例尺定量化巖相古地理圖。以馮增昭先生為代表的研究人員采用“單因素分析多因素綜合作圖法”(馮增昭，2004)，先后開展了華北、鄂爾多斯、華南、西北等地區(qū)的巖相古地理定量化研究(例如，馮增昭等，2000)。巖相古地理研究從定性走向定量，豐富了中國巖相古地理學的研究內(nèi)容，是當前該學科的重要發(fā)展趨勢。

巖相古地理分析是聚煤規(guī)律分析的重要手段(韓德馨和楊起，1980；劉煥杰等，1991；張鵬飛等，1997)，層序地層學為古地理分析提供了等時性地層格架，通過編制層序—古地理圖可以進行富煤帶、富煤中心分布與遷移等規(guī)律研究(邵龍義等，2017)。所謂層序—古地理圖是在層序地層學理論的指導下，以體系域或對應的頂?shù)捉缑鏋榫巿D單元，編制的古地理圖具有等時性、成因連續(xù)性和實用性(田景春等，2004)。在中國地史上主要有9個主要聚煤期，包括早石炭世、晚石炭世—早二疊世、中二疊世、晚二疊世、晚三疊世、早—中侏羅世、早白堊世、古近紀、新近紀，這些主要聚煤期的含煤地層在空間分布上形成了東北、西北、華北、華南、青藏等5個陸上聚煤區(qū)(韓德馨和楊起，1980；張韜，1995；Lietal.，2018a)和1個海域聚煤區(qū)(Shaoetal.，2020)。除上述主要聚煤期外，早古生代在中國南方和秦嶺等地廣泛分布的石煤，是由菌藻類生物遺體在海相環(huán)境下經(jīng)腐泥化作用和煤化作用轉變而成的，屬于變質(zhì)程度高、高灰、高硫、發(fā)熱量較低的腐泥煤(韓德馨和楊起，1980)。自從志留紀晚期植物登陸開始，真正的腐植煤在泥盆紀才開始出現(xiàn)。泥盆紀含煤巖系主要分布在華南地區(qū)，從早、中泥盆世到晚泥盆世，聚煤作用逐漸增強。華南地區(qū)聚煤作用在晚泥盆世明顯向東北方向遷移，從雪峰古陸西側、江南古陸到下?lián)P子地帶，在低洼地區(qū)多有聚煤作用發(fā)生(韓德馨等，1993)。大規(guī)模的聚煤作用始于早石炭世，當時的聚煤作用主要發(fā)生于中國南方，晚石炭世—早二疊世聚煤作用主要發(fā)生于華北聚煤區(qū)，中二疊世聚煤作用主要發(fā)生于華北南部及華南地區(qū)，晚二疊世聚煤作用主要以華南聚煤區(qū)為代表，晚三疊世聚煤作用主要發(fā)生于華南聚煤區(qū)以及華北的鄂爾多斯盆地，早—中侏羅世聚煤作用主要發(fā)生于西北和華北聚煤區(qū)，早白堊世聚煤作用以東北聚煤區(qū)為主，古近紀和新近紀聚煤作用主要集中于中國東北和西南地區(qū)以及海域聚煤區(qū)(韓德馨和楊起，1980；Shaoetal.，2020)。

自20世紀90年代以來，中國學者對主要聚煤區(qū)在不同聚煤期的含煤巖系層序—古地理及聚煤模式進行了研究，通過層序—古地理方法相繼恢復了東北早白堊世(邵凱等，2013；Xuetal.，2020)及古近紀和新近紀(徐克劍等，2015)、西北侏羅紀(劉天績等，2013；Lietal.，2018b)、華北石炭紀—二疊紀(郭英海等，1998；胡斌等，2012；邵龍義等，2014a)、華南晚二疊世(邵龍義等，2016)和晚三疊世(邵龍義等，2014b)等不同聚煤期的層序—古地理格局，在此基礎上探討層序地層格架下的聚煤規(guī)律(Shaoetal.，2020)，為各聚煤區(qū)的找煤勘探提供了理論依據(jù)。

在華北石炭紀—二疊紀層序—古地理及聚煤規(guī)律研究中，邵龍義等(2014a)將華北石炭系—二疊系劃分為7個三級層序，恢復出各三級層序的巖相古地理，并依據(jù)煤層厚度與巖相古地理平面展布規(guī)律得出聚煤最有利的成煤環(huán)境為三角洲，其次為河流、潮坪—潟湖。聚煤作用以層序Ⅱ(太原組中上部)和層序Ⅲ(山西組)最強，層序Ⅲ時期全區(qū)除北緣和南緣以外基本都有煤層賦存，但是規(guī)模和厚度比層序Ⅱ時期略差(圖 2)；之后的層序Ⅳ(下石盒子組)和層序Ⅴ(上石盒子組下部)時期，聚煤作用進一步減弱，主要限于華北南部地帶；層序Ⅵ(上石盒子組中上部)及層序Ⅶ(石千峰組)時期聚煤作用基本消失(邵龍義等，2014a)。

邵龍義等(2016)將華南上二疊統(tǒng)劃分為3個三級層序及9個體系域。利用單因素分析多因素綜合作圖法恢復了各層序的巖相古地理及煤層分布規(guī)律。層序Ⅰ中煤層主要形成于潮控下三角洲平原以及潟湖—潮坪環(huán)境，厚煤層的展布受這些沉積相帶控制；層序Ⅱ中三角洲平原環(huán)境中煤層最厚，開闊臺地煤層最薄，平面上煤層厚度表現(xiàn)為西部厚、中部次之、東部無煤的階梯式遞變(圖 3)；層序Ⅲ中煤層主要形成于三角洲平原環(huán)境，此時聚煤作用主要發(fā)生于華南西部的康滇古陸東側，而華南中部及東部大部地區(qū)發(fā)育的淺海臺地和深水盆地均不利于聚煤作用發(fā)生。

圖 2 華北地區(qū)石炭紀—二疊紀層序Ⅲ(山西組)巖相古地理和煤層厚度等值線圖(據(jù)邵龍義等，2014a；有修改)Fig.2 Lithofacies palaeogeography and contour of total coal thickness of the Carboniferous and Permian Sequence Ⅲ(Shanxi Formation)in North China(modified from Shao et al.，2014a)

圖 3 華南地區(qū)晚二疊世層序Ⅱ(龍?zhí)督M中部)巖相古地理及聚煤規(guī)律圖(據(jù)邵龍義等，2016)Fig.3 Lithofacies palaeogeography and coal accumulation pattern of the late Permian Sequence Ⅱ(middle part of Longtan Formation)in South China(after Shao et al.，2016)

1.3 巨厚煤層成因模式

煤層成因是煤地質(zhì)學和沉積學領域的基礎理論問題(韓德馨和楊起，1980)，關于煤層的成因，有“原地堆積”和“異地堆積”之說。煤厚的分級主要是從煤炭開采的角度來確定，一般將厚度大于8im的煤層定義為巨厚煤層(楊起和韓德馨，1979)。隨著將層序地層學引入到含煤巖系研究中，為巨厚煤層成因帶來了新的研究思路。

Shearer等(1994)認為大多數(shù)巨厚煤層是由多個古泥炭體疊置形成的，而不是僅由單一的古泥炭體形成，并且在巨厚煤層中識別出無機質(zhì)層、氧化有機質(zhì)層和非氧化有機質(zhì)降解層3種區(qū)分獨立古泥炭體的界面，據(jù)此提出了疊置沼澤序列理論(theory for stacked mire sequences)。無機質(zhì)層是巨厚煤層中以碎屑沉積物為主的連續(xù)層，碎屑沉積物由水(例如洪泛事件)或者空氣(例如火山灰)搬運而來；氧化有機質(zhì)層為富含大量氧化的植物物質(zhì)的煤層；非氧化有機質(zhì)降解層是形成于水面以下的富含植物物質(zhì)被分解但未被氧化的煤層。Jerrett等(2011a)根據(jù)可容空間增加速率與泥炭堆積速率(RA/RP)之間的不平衡狀態(tài)，在巨厚煤層中識別出暴露和淹沒2種間斷面(圖 4-a)。在沒有碎屑物質(zhì)供給的情況下，當可容空間產(chǎn)生速率降低，泥炭持續(xù)以減小的速率聚集，直到可容空間產(chǎn)生速率降為零。如果水面降至泥炭表面以下，水面以上泥炭的分解將會導致沼澤表面的風化或剝蝕，從而產(chǎn)生暴露間斷面；如果長期的可容空間產(chǎn)生速率超過泥炭聚集速率，當沼澤被淹沒的時候，泥炭的聚集將會終止，從而產(chǎn)生淹沒間斷面。Wadsworth 等(2003)和Jerrett等(2011b)根據(jù)可容空間與泥炭堆積速率之間的關系(RA/RP)，識別出水進型和水退型成煤沼澤類型，結合煤巖顯微組分在垂向上的變化趨勢，識別出了厚煤層中的關鍵層序界面(圖 4-b)： (1)水退沼澤化界面(TeS)： 界面之上可容空間逐漸減小和潛水面下降，形成一個向上變淺的旋回，代表一個連續(xù)界面；(2)水進沼澤化界面(PaS)： 泥炭開始堆積的起始面，特征是可容空間逐漸增大和潛水面升高，有利于有機質(zhì)的保存，代表一個長時間的間斷面；(3)可容空間轉換面(ARS)： 可容空間變化趨勢的轉換面，代表一個連續(xù)界面；(4)非海相洪泛面(NFS)： 代表潛水面突然上升而造成泥炭堆積終止的沉積間斷面，潛水面變化由湖平面變化控制；(5)海相洪泛面(FS)： 代表潛水面突然上升而造成泥炭堆積終止的沉積間斷面，潛水面變化由海平面變化控制；(6)水進終止面(GUTS)： 代表潛水面緩慢上升造成泥炭堆積終止的連續(xù)沉積面，界面之下以向上變深的旋回為特征；(7)暴露面(ES)： 代表潛水面低于泥炭表面，陸源碎屑供給不足，泥炭遭受暴露被氧化形成的一個沉積間斷面，標志著一個泥炭沼澤旋回的結束；(8)水進侵蝕面(TrE)： 水進過程形成的泥炭表面侵蝕界面，代表一個間斷面。

a—巨厚煤層內(nèi)部間斷面的成因機制與識別標志(據(jù)Jerrett et al.，2011a；有修改)；b—可容空間變化速率與泥炭堆積速率關系示意 圖(據(jù)Wadsworth et al.，2003；Jerrett et al.，2011b；有修改)圖 4 巨厚煤層的多階段泥炭地疊置成因模式Fig.4 Multi-phase mire stacking model for accumulation of super-thick coal seam

中國學者對于巨厚煤層的成因也進行了深入的研究。莊軍(1995)研究鄂爾多斯盆地南部巨厚煤層的形成條件時發(fā)現(xiàn)，巨厚煤層的形成與不同類型的泥炭沼澤的相互演化和疊加有關。王東東等(2016a)在對鄂爾多斯盆地南部延安組一段巨厚煤層的成因機制研究基礎上，通過煤巖顯微組分和碎屑物質(zhì)識別出水進型、水退型沉積間斷面和水進型、水退型連續(xù)沉積轉換面，并建立了多煤層疊加形成巨厚煤層的成因模式。Wang等(2019a)在研究中國東北地區(qū)早白堊世巨厚煤層的過程中，根據(jù)可容空間和泥炭堆積速率之間的關系及煤巖顯微組分的變化趨勢，在巨厚煤層中識別出水進沼澤化界面(PaS)、水退沼澤化界面(TeS)、可容空間轉換面(ARS)和水進終止面(GUTS)4種關鍵層序界面，據(jù)此將巨厚煤層劃分為14個水進和水退的旋回(圖 5)，并且計算出每個旋回大約持續(xù)0.156～0.173iMa，大致相當于Miall(1995)劃分的五級層序持續(xù)的周期(0.01～0.2iMa)。

圖 5 二連盆地勝利煤田下白堊統(tǒng)賽罕塔拉組6號煤層多階 段泥炭地疊置成因模式(據(jù)Wang et al.，2019a；有修改)Fig.5 A multi-phase mire stacking model for accumulation of the No.6 coal seam from the lower Cretaceous Saihantala Formation in Shengli Coalfield of Erlian Basin(modified from Wang et al.，2019a)

關于巨厚煤層成因，除了“原地堆積”的成因觀點之外，還存在著“異地堆積”成因觀點(王華等，2001；吳沖龍等，2006)。有學者在研究巨厚煤層形成過程中發(fā)現(xiàn)(吳沖龍等，2006)，煤層中發(fā)育水下重力流沉積物、泥石流沉積物、滑積碎屑、同沉積變形構造等，這些現(xiàn)象均表明泥炭(煤)堆積于一個不穩(wěn)定的沉積環(huán)境中，在初次堆積之后再次經(jīng)歷搬運而成為異地堆積的產(chǎn)物，據(jù)此提出一系列巨厚煤層的異地—微異地成因模式。但異地堆積成煤模式還應結合煤巖學、地球化學、孢粉學等方面的證據(jù)來進一步完善。

1.4 煤相及沉積有機相的研究進展

1.4.1 煤相

煤相即煤的沉積相，是指煤的原始成因類型，主要取決于泥炭形成的環(huán)境，即古泥炭沼澤類型(Stachetal.，1982；邵龍義等，2017)。煤相是通過煤的顯微組分、礦物含量、與煤級關系不大的某些化學參數(shù)和某些結構特征來表現(xiàn)(Stachetal.，1982)。煤相的研究可從成煤植物來源、成煤條件、成煤過程等方面為煤層的成因提供信息(Diessel，1982)。

熱姆丘日尼柯夫于1951年在《煤系、煤層和煤的研究方法》一書中首次提出煤相這一術語，將煤相理解為泥炭的堆積環(huán)境，體現(xiàn)了煤原始成因類型，據(jù)此將煤相劃分為干燥森林沼澤相、深積水沼澤相、河漫流水沼澤相、濱海咸水淤塞潟湖相、淡水植物叢生湖泊相或淤塞湖泊相5種類型。20世紀50年代末至60年代初，Teichmüller將古植物學與煤巖學結合，提出新的煤相研究方法。20世紀80年代以后，隨著相分析和沉積模式時代的到來，煤相被賦予更多的沉積環(huán)境參數(shù)。Teichmüller(1982)定義“煤相是指煤的原始成因類型，它取決于對應泥炭的形成環(huán)境”，并提出確定各類煤相的4個依據(jù)，即堆積作用的類型、植物群落、沉積環(huán)境(包括pH、細菌活動性、硫的補給性)和氧化—還原電位。Diessel(1986)提出的煤相指數(shù)，即凝膠化作用指數(shù)(GI=(鏡質(zhì)組+粗粒體)/(絲質(zhì)體+半絲質(zhì)體+惰屑體))和組織保存指數(shù)(TPI=(結構鏡質(zhì)體+均質(zhì)鏡質(zhì)體+絲質(zhì)體+半絲質(zhì)體)/(基質(zhì)鏡質(zhì)體+粗粒體+惰屑體))獲得廣泛應用。在此基礎上，建立了GI-TPI雙對數(shù)坐標圖解，利用圖解中GI和TPI的關系來反映泥炭沼澤的沉積環(huán)境，其中，GI表示煤中凝膠化組分與絲炭化組分的比值，可用來反映泥炭沼澤的潮濕程度，高GI值表示泥炭沼澤相對潮濕，反之則相對干燥；TPI表示鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組中有結構的顯微組分與無結構的顯微組分的比值，用來反映植物組織的降解程度和原始成煤植物中木本植物所占的比例，TPI值越高，反映植物結構保存的越好。繼Diessel(1986)之后，Calder等(1991)又提出了地下水影響指數(shù)(GWI)和植物指數(shù)(VI)，將地下水位和植被類型這2個因素添加到煤相研究中。Petersen和Ratanasthien(2011)在研究泰國甲米盆地(Krabi Basin)新生代褐煤煤相時，對GWI進行優(yōu)化提出濕度指數(shù)(WI)，并綜合TPI及VI提出結構指數(shù)(TI)。

圖 6 西湖凹陷古近系煤相類型與聚煤環(huán)境、煤巖學特征、有機相及生烴潛力關系(據(jù)周倩羽，2016；有修改)Fig.6 Relationships among coal facies and coal formation condition，coal petrology，organic facies and hydrocarbon potential of the Paleogene in Xihu sag(modified from Zhou，2016)

國內(nèi)學者對煤相的研究也取得了豐碩成果。1932年，謝家榮最早研究了南方樹皮煤，之后韓德馨、任德貽、金奎勵等學者在煤相研究方面取得了不少進展。自20世紀80年代后期以來，許多學者應用GI、TPI、GWI、VI等參數(shù)對中國各聚煤期的煤相進行了探究，并對成煤沼澤微環(huán)境及沼澤演化過程進行了剖析(魯靜等，2014；唐躍剛等，2020)。金奎勵等(1997)認為煤相應為一定的形成環(huán)境下所沉積的泥炭物質(zhì)的表現(xiàn)，是煤的原始成因類型。在研究吐哈盆地侏羅紀煤相過程中，將其劃分為4種類型，即干燥泥炭沼澤相、森林泥炭沼澤相、活水泥炭沼澤相和開闊水體相。周倩羽(2016)在研究西湖凹陷古近紀煤層過程中，根據(jù)TPI和GI值并結合沉積環(huán)境、煤巖學特征、有機相及生烴潛力，劃分出覆水森林沼澤相、深覆水森林沼澤相、蘆葦沼澤相和湖沼相共4種煤相類型(圖 6)。

20世紀70年代，層序地層學方法被引入到煤層成因的研究中，人們逐漸認識到基準面及可容空間變化對煤相發(fā)育特征有明顯的控制作用(Petersen and Andsbjerg，1996)。煤層厚度取決于可容空間增長速率與泥炭聚集速率之間的相對平衡狀態(tài)，這種均衡狀態(tài)一旦遭到破壞，泥炭的堆積過程就隨之終止(Bohacs and Suter，1997)。許多學者在研究不同體系域中煤層的發(fā)育特征時發(fā)現(xiàn)，可容空間增加速率與泥炭產(chǎn)生速率之間平衡狀態(tài)不同，導致煤層的煤巖煤質(zhì)特征也存在差異(Diessel，1992；Shaoetal.，2003；魯靜等，2014)。當可容空間增加速率大于泥炭堆積速率時，煤層剖面中會表現(xiàn)出一系列海侵的特征，鏡質(zhì)體反射率、結構鏡質(zhì)體含量、煤中硫的同位素比值及TPI等指標向上降低；結構鏡質(zhì)體的熒光強度、鏡質(zhì)組含量、黃鐵礦及硫含量、煤中的碎屑顯微組分(如反映異地和微異地搬運的碎屑惰性體和碎屑鏡質(zhì)體)、揮發(fā)分產(chǎn)率以及H/C原子比等指標向上增加，煤層頂板經(jīng)常為深覆水海相細粒沉積(如泥巖、頁巖、碳酸鹽巖等)(Diessel，1992)。

1.4.2 沉積有機相

沉積有機相是指烴源巖沉積環(huán)境在巖石學和地球化學方面的綜合反映，其空間配置受到沉積盆地中層序地層格架及沉積環(huán)境的控制(邵龍義等，2017)。有機相的起源和發(fā)展與煤巖學密切相關，20世紀70年代，煤巖學研究方法開始廣泛應用于沉積巖中分散有機質(zhì)的研究，一些地球化學家開始應用“相”這個術語來描述干酪根特征并解釋地化資料。Rogers(1979)在第十屆國際石油大會上首次明確提出有機相的概念，主要強調(diào)的是生物和環(huán)境，并認為有機相類似于沉積相，可以跨越時間而不受地層或巖石單位限制，有機質(zhì)含量、來源和沉積環(huán)境是確定有機相的必要條件，其中又以有機質(zhì)類型最為重要。Jones(1987)據(jù)干酪根類型將有機相分為4種主要有機相(A、B、C、D)和3種過渡型有機相(AB、BC、CD)。各有機相的地質(zhì)意義分別為： A.缺氧環(huán)境中形成的，淡水或湖水成因的有機質(zhì)；B.缺氧—氧化環(huán)境中形成的，含有一定量的陸源植物的有機質(zhì)；C.以陸源植物為主的有機質(zhì)；D.高氧化性—再旋回沉積的有機質(zhì)。這一分類充分考慮到有機相的特征不僅是由有機質(zhì)來源決定，同時也受到有機質(zhì)的沉積環(huán)境、保存環(huán)境等因素控制。此外，許多學者從煤相的角度來揭示烴源巖的有機相特征，根據(jù)成煤沼澤類型劃分有機相，其劃分指標更偏重于煤巖學特征。金奎勵等(1997)認為沉積有機相具有巖石學和地球化學的雙重屬性，在吐哈盆地侏羅紀煤系烴源巖的研究過程中，將吐哈盆地侏羅紀煤系烴源巖劃分為4種不同的沉積有機相，即干燥沼澤沉積有機相、森林沼澤沉積有機相、活水沼澤沉積有機相和開闊水體沉積有機相。

隨著層序地層學理論的發(fā)展，層序地層學與有機相之間的關系以及有機相在層序地層格架中的分布規(guī)律逐漸受到學者的關注。Tyson(1996)在Jones(1987)的4種有機相劃分的基礎上，通過層序地層、有機相和孢粉相的研究總結了不同體系域沉積有機質(zhì)的一系列特征。郝芳和陳建渝(1995)通過對鶯歌海和瓊東南盆地的各沉積層序內(nèi)有機相分析，總結得出淺水型層序、深水型層序和多層序有機相的演化特征。郝黎明和邵龍義(2000)在研究有機相在層序地層格架中的分布特征和變化規(guī)律過程中發(fā)現(xiàn)，烴源巖有機相主要受氣候、陸源有機質(zhì)產(chǎn)量、海相有機質(zhì)表面生產(chǎn)率、古氧化體制和海平面變化等多種因素的控制，并進一步總結出受海平面變化影響的泥質(zhì)烴源巖有機相在層序格架下不同體系域中的分布規(guī)律。從層序地層學的角度研究沉積有機相，為預測優(yōu)質(zhì)烴源巖有機相提供了更有效的依據(jù)。

2 古地理與煤系共伴生礦產(chǎn)研究

中國含煤地層廣泛分布，聚煤古地理和聚煤模式呈現(xiàn)多樣化(韓德馨和楊起，1980)，這些條件決定了中國含煤巖系中共伴生礦產(chǎn)的多樣性和廣布性。不同時期的含煤巖系中除賦存煤炭資源以外，還發(fā)現(xiàn)了資源規(guī)模巨大的煤層氣、頁巖氣、致密砂巖氣、天然氣水合物、油頁巖、鈾礦等能源礦產(chǎn)，鋁土礦、鋁礦、鐵礦、三稀礦產(chǎn)等金屬礦產(chǎn)，以及高嶺土等非金屬礦產(chǎn)。

2.1 古地理對煤系共伴生能源礦產(chǎn)分布的控制作用

煤系共伴生能源礦產(chǎn)主要包括煤系氣、 油頁巖、 鈾礦等(王佟等，2017)。 煤系氣是指由整個煤系中的烴源巖母質(zhì)在生物化學及物理化學煤化作用過程中演化生成的全部天然氣，整個煤系中的氣體應同屬一個系統(tǒng)(圖 7； 王佟等，2014)。 煤系氣是中國非常規(guī)天然氣的重要組成部分，主要包括煤層氣、 煤系頁巖氣、 致密砂巖氣、 天然氣水合物等。

圖 7 煤系氣系統(tǒng)模式(據(jù)王佟等，2014；有修改)Fig.7 System model of coal gas(modified from Wang et al.，2014)

煤層氣通常定義為賦存在煤層中以甲烷為主要成分、以吸附在煤基質(zhì)顆粒表面為主、部分游離于煤孔隙中或溶解于煤層水中的烴類氣體(王佟等，2014)。中國煤層氣分布和富集受多種地質(zhì)因素控制，其中古地理環(huán)境可以控制聚煤特征、含煤巖系的巖性、巖相組成及其空間組合，從而在很大程度上決定了煤層氣生成的物質(zhì)基礎、煤儲集層與蓋層的幾何特征以及物性，并通過煤層與圍巖之間的組合關系、煤層厚度等影響煤層氣的保存條件(秦勇等，2000)。煤層對比是陸相盆地煤層氣資源評價的重要基礎工作和技術難點之一，將層序地層學理論引入煤層氣資源評價領域，是實現(xiàn)煤儲集層區(qū)域單層對比的有效方法，通過控制煤儲集層的古地理環(huán)境、成煤特征和巖性組合，可以更好地得出層序地層構型影響煤層氣成藏地質(zhì)要素和煤層氣成藏潛勢(桑樹勛等，2002)。因此，含煤巖系層序格架下巖相古地理的研究是煤層氣有利富集區(qū)預測的重要參考依據(jù)。

煤系頁巖氣賦存于煤系富有機質(zhì)的泥頁巖中，在垂向上與砂巖和煤層互層，旋回性明顯(孫升林等，2014)。曹代勇等(2014)總結了中國煤系泥頁巖的分布特征與發(fā)育規(guī)律，認為煤系多形成于相對淺水的三角洲、河流等波動較大的古地理環(huán)境，使得含煤巖系出現(xiàn)不同的沉積組合特征，從而具有明顯的沉積旋回特征。煤系泥頁巖多與砂巖互層作為煤層頂?shù)装宥鴱V泛出現(xiàn)，厚度較小，這對煤系頁巖氣聚集十分不利，而煤系泥頁巖中的薄層粉砂巖夾層對改善其儲集性能卻有很大幫助，因此，不同古地理環(huán)境中的沉積組合會對煤系頁巖氣的聚集產(chǎn)生多方面的影響。

中國致密砂巖氣主要分布在陸上含煤巖系的沉積盆地中，致密砂巖氣藏基本地質(zhì)特征表現(xiàn)為以煤系源巖為主，生烴強度高，具有持續(xù)充注的氣源條件(孫升林等，2014)。對比研究中美致密砂巖氣成藏分布異同點發(fā)現(xiàn)，古地理環(huán)境不同是中美致密砂巖氣的主要差異之一，美國致密氣以海相—海陸過渡相為主，中國致密氣以陸相與海陸過渡相為主。李永洲等(2018)從古地理環(huán)境分析入手，以鄂爾多斯盆地大寧—吉縣區(qū)塊下二疊統(tǒng)山西組為例，通過精細研究主河道砂體的分布規(guī)律，從而提出了沉積環(huán)境控制下煤系地層致密砂巖氣儲層預測方法。古地理研究顯然在很大程度上可以指明致密砂巖氣儲集層的分布規(guī)律，從而預測致密砂巖氣的勘探方向。

天然氣水合物，又被稱為“可燃冰”，主要由甲烷等小分子天然氣體和水分子在特定的低溫、高壓條件下形成，為具有籠形結構的似冰狀晶體，遇火可燃燒(王佟等，2014)。全球約98%的天然氣水合物資源分布在海洋，只有不到2%的天然氣水合物資源分布在大陸永久凍土區(qū)。煤系天然氣水合物首次發(fā)現(xiàn)于青藏高原北部祁連山木里煤田，研究結果顯示，木里煤田天然氣水合物的形成與煤或含煤地層有關，主要賦存在中侏羅統(tǒng)江倉組油頁巖段的細粉砂巖夾層內(nèi)的孔隙和裂隙中，其中的烴類氣體主要來自煤層和煤系分散有機質(zhì)熱演化的產(chǎn)物，由此提出“煤型氣源”天然氣水合物的成因解釋(王佟等，2014)。邵龍義等(2015)在重建木里盆地聚乎更礦區(qū)中侏羅世含煤巖系沉積時期的巖相古地理格局的基礎上，分析得出作為發(fā)現(xiàn)天然氣水合物的主要層段，江倉組上段發(fā)育湖泊沉積，主要為濱淺湖和半深湖—深湖沉積。

煤系油頁巖屬于固態(tài)煤系能源礦產(chǎn)，在許多煤系地層中都發(fā)育油頁巖，縱向上，油頁巖與煤層互層或發(fā)育在煤層之上，并且與煤層共伴生的油頁巖往往品質(zhì)較好，如黑龍江依蘭盆地、山東黃縣盆地、山東五圖煤礦等(王東東等，2013；徐小濤等，2016；Lüetal.，2017)。從古地理的角度分析得出，煤系油頁巖主要發(fā)育在湖沼環(huán)境，因水深不斷變化，湖泊和沼澤沉積環(huán)境交替出現(xiàn)，從而形成煤與油頁巖共生的組合類型(劉招君等，2016)。國內(nèi)學者對煤與油頁巖的共生組合發(fā)育特征及其成因環(huán)境轉化機制進行了探索(王東東等，2016b；Wangetal.，2019c)，發(fā)現(xiàn)陸相斷陷盆地主要存在5種煤與油頁巖的共生組合類型，并且共生組合主要發(fā)育在湖擴張體系域和早期高水位體系域，煤和油頁巖成因環(huán)境的轉換主要受控于構造作用和氣候條件的影響。

煤系鈾礦分為砂巖型鈾礦和煤巖型鈾礦兩大類(孫升林等，2014)。砂巖型鈾礦常與煤層產(chǎn)于同一盆地中，多分布在煤層頂?shù)装迳皫r、礫巖層中，其形成與頂?shù)装宓某练e物源有關(劉池洋等，2013)；部分地區(qū)的煤層也是煤系鈾礦的直接儲集層，屬于煤巖型鈾礦。沉積環(huán)境分析是鈾礦研究的重要組成部分，一方面，沉積環(huán)境直接影響元素鈾在同沉積階段的匯聚和沉淀，另一方面，沉積環(huán)境影響煤系巖性組合及沉積序列，進而影響鈾的后生礦化作用(周賢青等，2019)。

2.2 古地理是煤系共伴生金屬礦產(chǎn)形成的先決條件

中國煤系共伴生金屬礦產(chǎn)的研究多集中在緊缺的鋰、鍺、鎵等三稀礦產(chǎn)以及鋁、鐵等礦產(chǎn)資源。這類煤系共伴生金屬礦產(chǎn)的共同特征是親有機性，在成煤沉積環(huán)境中彼此有機結合，與物源區(qū)的供給和泥炭沼澤的吸附作用等密切相關(朱華雄等，2016)。煤系伴生三稀礦產(chǎn)是指含煤巖系中賦存于煤層、夾矸、頂?shù)装寤蛎合抵械南∮?、稀散和稀土元素礦產(chǎn)資源(劉東娜等，2018)。中國煤炭資源豐富，含煤巖系古地理的重建是研究含煤巖系中三稀礦產(chǎn)的基礎工作。劉貝等(2015)對沁水盆地晚古生代煤中稀土元素進行了分析，發(fā)現(xiàn)沁水盆地山西組與太原組煤中稀土元素平面分布具有南高北低的特征，主要受控于聚煤古環(huán)境，煤層及其頂?shù)装鍘r石中稀土元素的來源具有一致性，成煤時期海水對泥炭沼澤的影響導致太原組煤中相對富集重稀土元素，但沒有導致Ce的虧損。

煤系鋁土礦主要分布在煤田的淺部地帶，礦體多呈層狀、似層狀產(chǎn)出，礦石類型以一水硬鋁石鋁土礦為主；煤系鐵礦在煤系中獨立成層，北方煤系鐵礦主要為山西式鐵礦，又稱為山西式“雞窩狀”鐵礦，是產(chǎn)于石炭系本溪組底部的濱?！獪\海沉積型鐵礦，礦體規(guī)模小，多呈窩狀(孫東升等，2014)。這種以相對獨立成礦賦存于含煤地層中的煤系金屬礦產(chǎn)在很大程度上都受控于古地理，在勘探新的礦床時，首先要考慮的應當是古地理因素(謝家榮，1949)。

2.3 古地理與煤系共伴生非金屬礦產(chǎn)形成的相關性

煤系高嶺土是中國特有的、極具開發(fā)價值的礦產(chǎn)資源，幾乎大型煤礦都伴生或共生高嶺土(劉欽甫等，2002)。中國的含煤巖系中高嶺土分布廣泛，儲量豐富，幾乎各聚煤期含煤巖系都產(chǎn)出具有不同工業(yè)價值的高嶺土，其中最重要的成礦時代是石炭紀和二疊紀，其次為侏羅紀，而古近紀、新近紀和晚三疊世的煤系高嶺巖資源總量不足1%(劉欽甫等，2002)。朱如凱(1997)根據(jù)對煤系高嶺土產(chǎn)出層序、巖石學、礦物學、地球化學特征的研究，將其劃分為鋁土質(zhì)高嶺巖和夾矸高嶺巖兩大類。其中夾矸高嶺巖與其發(fā)育的泥炭沼澤環(huán)境密切相關，成煤泥炭沼澤環(huán)境由于古地理位置、陸源碎屑輸入、水補給形式、植被發(fā)育情況的不同而區(qū)分為許多不同類型，夾矸高嶺巖的沉積機理也由于源巖及其形成環(huán)境的不同而表現(xiàn)出差異性?？傊?，古地理環(huán)境與煤系共伴生非金屬礦產(chǎn)資源聯(lián)系密切，正確理解兩者的關系對全面認清其形成機理至關重要。

3 煤系深時古氣候研究

3.1 泥炭地的碳聚集速率和凈初級生產(chǎn)力

泥炭地生態(tài)系統(tǒng)自泥盆紀晚期以來在全球碳循環(huán)中扮演重要角色(Grebetal.，2006)。煤作為泥炭地的產(chǎn)物和重要的沉積載體，儲存著大量泥炭發(fā)育時期的古氣候信息(邵龍義等，2017)。因此，通過研究煤中碳的聚集速率，進而分析泥炭地的碳聚集速率和凈初級生產(chǎn)力，有助于了解地質(zhì)歷史時期碳循環(huán)特征，從而為古氣候研究提供幫助。米蘭科維奇理論是地球軌道參數(shù)與全球氣候變化關系的天文旋回理論，由南斯拉夫氣候學家米蘭科維奇在20世紀40年代提出。目前，米蘭科維奇旋回理論也開始在煤層和煤系地層的研究中得到應用，其理論可作為“度量”泥炭地沉積時限的有效方法，并且已應用于多個時期泥炭地的碳聚集速率和凈初級生產(chǎn)力的研究(Largeetal.，2003，2004)。Large等(2003)在新近紀煤層中發(fā)現(xiàn)米蘭科維奇旋回的信息，并將此旋回信號作為度量時間的標尺，計算出煤層的沉積時限，進而對泥炭地生態(tài)系統(tǒng)進行研究，成功地計算出前第四紀泥炭地的生產(chǎn)力水平。

圖 8 貴州普安糯東17號煤層 GR 測井曲線中識別出的米蘭科維奇周期(據(jù)邵龍義等，2011)Fig.8 Milankovitch cycles in geophysical loggings of No.17 coal at Nuodong，Pu’an County of Guizhou Province(after Shao et al.，2011)

國內(nèi)學者也對不同時期的煤層進行了米蘭科維奇旋回信號的識別性研究，并獲得了相應的周期參數(shù)。邵龍義等(2011)對晚二疊世煤層的測井曲線進行頻譜分析，獲得米蘭科維奇旋回參數(shù)(圖 8)，以此為“度量”工具，計算出了對應的泥炭地的碳聚集速率和凈初級生產(chǎn)力，綜合晚二疊世及前人研究的晚石炭世和現(xiàn)代熱帶泥炭地的凈初級生產(chǎn)力值與相應各時期的大氣成分比對后的結果顯示，大氣中的二氧化碳和氧氣含量對陸相生態(tài)系統(tǒng)的凈初級生產(chǎn)力具有關鍵性的控制作用。閆志明等(2016)對二連盆地吉爾嘎郎圖凹陷早白堊世煤層的地球物理測井信號進行頻譜分析，將識別出的米蘭科維奇旋回周期作為時間度量尺度，計算出對應泥炭地的碳聚集速率和凈初級生產(chǎn)力，將計算結果與全新世同緯度帶泥炭地生產(chǎn)力比較分析，認為泥炭地生產(chǎn)力水平主要受溫度和大氣中二氧化碳含量控制。李雅楠等(2018)通過對準噶爾盆地南緣中侏羅世厚煤層研究，利用自然伽馬、密度和電阻率測井曲線進行頻譜分析，獲得其米蘭科維奇周期參數(shù)，以煤層中的軌道周期為時間尺度，進一步計算出泥炭地的碳聚集速率及對應的凈初級生產(chǎn)力。Wang等(2018)對鄂爾多斯盆地中侏羅世煤層的地球物理測井信號進行了頻譜分析，獲得米蘭科維奇旋回周期參數(shù)，以此為尺度，計算出與煤層相對應的泥炭地的碳聚集速率和凈初級生產(chǎn)力，并進一步分析得出大氣中二氧化碳、氧氣含量和溫度變化是控制中侏羅世泥炭地凈初級生產(chǎn)力的主要因素。泥炭地的碳聚集對二氧化碳、氧氣含量和溫度的變化十分敏感，因此，泥炭地生產(chǎn)力研究有助于對“深時”古氣候的理解。

3.2 成煤沼澤的古野火事件

經(jīng)典的煤巖學教科書認為惰質(zhì)組主要有3種成因，包括古野火的不完全燃燒、脫水和氧化、真菌分解(Stachetal.，1982)。近年來，越來越多的學者通過實驗證明煤中的惰質(zhì)組主要為不完全燃燒產(chǎn)物(Scott and Glasspool，2007；Diessel，2010)。古野火是指發(fā)生在第四紀之前的燃燒事件(Scott，2000)。自志留紀末期至早、中泥盆世植物擴展到陸地以來(韓德馨和楊起，1980)，古野火事件廣泛存在于陸地(Brownetal.，2012；Glasspooletal.，2015)。Diessel(2010)通過對全球含惰質(zhì)組地層進行系統(tǒng)研究，支持不完全燃燒是煤中惰質(zhì)組的主要來源的觀點，認為全球大氣pO2是全球煤中惰質(zhì)組豐度的主控因素，而氣候、沉積環(huán)境、差異沉降等因素的影響，導致了煤中惰質(zhì)組豐度的區(qū)域和局部變化。除此之外，現(xiàn)代的野火事件也頻繁發(fā)生，時間上距離最近的澳大利亞山火，自2019年9月以來持續(xù)4個多月，由于澳大利亞炎熱干燥，每年的12月份到次年2月份，基本都是澳大利亞的“山火季”。由于野火的產(chǎn)生需要適宜的溫度、燃料和氧氣(Brownetal.，2012)，因此，地層中惰質(zhì)組的產(chǎn)生與大氣氧含量之間必然存在聯(lián)系。隨著學者們對煤中惰質(zhì)組成因的重新認識，蘊含在煤中的古野火信息越來越受到重視。Glasspool和Scott(2010)認為借助含煤巖系中惰質(zhì)組的含量可以估算古大氣氧含量水平，據(jù)此創(chuàng)建出大氣氧濃度與地層中惰質(zhì)組含量之間的關系模型，并利用世界范圍內(nèi)煤中惰質(zhì)組含量粗略推算出了400iMa以來的大氣氧含量。之后，Glasspool等(2015)進一步修訂了大氣氧含量與惰質(zhì)組含量之間的關系模型(圖 9)，與地球化學方法比較，表明此方法計算出的氧含量浮動范圍相對較小，精度略有提高。Shao等(2012)通過對中國西南地區(qū)晚二疊世末期煤中惰質(zhì)組含量的分析，估算出當時大氣氧含量可能高達28%，與Glasspool和Scott(2010)的研究結果基本一致，說明晚二疊世大氣中氧含量并不缺乏。Yan等(2019)對中國上二疊統(tǒng)上部宣威組煤層中的惰質(zhì)組含量的進一步研究發(fā)現(xiàn)，靠近晚二疊世末的生物滅絕界限，古野火事件逐漸加強，并且估算出的大氣氧含量也逐漸升高。Wang等(2019d)研究了鄂爾多斯盆地南部中侏羅世富惰質(zhì)組煤中惰質(zhì)組成因機制，認為其與野火事件有關，并且對應的野火類型以地下火(ground fire)為主，部分為地表火。惰質(zhì)組的差異性與成煤期的野火類型、燃燒溫度、燃燒時間和被燃物不同的初始條件有關。Wang等(2019b)通過對早白堊世二連盆地、海拉爾盆地和三江盆地煤層中惰質(zhì)組含量分析得出，中國東北地區(qū)早白堊世的泥炭地中古野火事件頻繁發(fā)生，主要為地下火，并且估算出阿普特階和阿爾必階的大氣氧含量分別為24.7%和25.3%。絲炭(charcoal)和多環(huán)芳烴(polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs)中的稠環(huán)芳香烴都是燃燒事件的產(chǎn)物，可以很好地指示古野火事件(Marynowski and Simoneit，2009)，基于兩者在燃燒產(chǎn)物中共同出現(xiàn)的特征，Zhang等(2020)通過煤巖學和煤地球化學分析，在鄂爾多斯盆地中侏羅統(tǒng)延安組的煤層中識別出古野火記錄，認為煤層中惰質(zhì)組是由溫度相對較低的地下火產(chǎn)生，進一步估算出阿倫階大氣氧濃度最高可達29%，并且第1次提出泥炭地古野火循環(huán)受到歲差旋回的影響。

圖 9 大氣氧含量與惰質(zhì)組含量之間的關系模型(據(jù)Glasspool et al.，2015)Fig.9 Relationship model between atmospheric oxygen content and inertinite content (after Glasspool et al., 2015)

4 中國聚煤模式及聚煤古地理研究展望

針對以上方面，筆者建議中國聚煤模式及聚煤古地理在今后應更加注重以下5個方面的研究：

1)加強含煤盆地層序地層格架及聚煤模式研究。中國的含煤巖系層序地層學研究目前還主要限于內(nèi)克拉通盆地海陸過渡相地層，對陸相含煤盆地的層序地層學研究還比較薄弱?？扇菘臻g理論如何用于克拉通盆地、前陸盆地、裂谷盆地等不同類型含煤盆地，建立不同構造背景下含煤盆地的層序地層模式，這些方面值得深入研究。

2)加強中國各聚煤期的古地理研究。中國地質(zhì)歷史上的聚煤期次較多，有工業(yè)價值的煤層在早石炭世、晚石炭世、二疊紀、晚三疊世、早—中侏羅世、早白堊世、古近紀、新近紀都有分布，不同聚煤期的聚煤作用有明顯的地質(zhì)分區(qū)，如東北、華北、西北、華南及青藏等聚煤區(qū)，今后的研究需要對各聚煤區(qū)、不同聚煤期的層序地層格架、古地理環(huán)境及成煤模式進行深入研究，探討層序地層格架下的巖相古地理特征、煤層厚度變化規(guī)律、煤質(zhì)變化規(guī)律，為各聚煤區(qū)的找煤勘探提供理論依據(jù)，特別是中國東部深部煤炭資源的勘探開發(fā)提供理論指導。

3)加強有益煤系共伴生礦產(chǎn)資源的古地理環(huán)境研究。中國含煤巖系中不僅賦存有大量的煤炭資源，還蘊含大量煤層氣、頁巖氣、致密砂巖氣、天然氣水合物、油頁巖、三稀礦產(chǎn)、高嶺土等共伴生礦產(chǎn)資源。如何運用古地理與礦產(chǎn)資源的密切關系尋找優(yōu)質(zhì)煤炭資源，高效地開發(fā)和利用這些有益的煤系共伴生礦產(chǎn)資源，已經(jīng)成為沉積學與煤田地質(zhì)學結合的熱點課題，對于這些煤系共伴生礦產(chǎn)資源的古地理環(huán)境研究值得重視。

4)加強含煤巖系“深時”古氣候信息挖掘。煤作為特殊的沉積巖，從含煤巖系中提取古環(huán)境和地球演化的相關信息不僅能幫助研究者了解地質(zhì)歷史，而且能對處于劇烈變化的現(xiàn)代環(huán)境提供重要的啟示。因此，如何從含煤巖系中的古生物學、巖石學、地球化學、地球物理學等特征中提取與地球演化相關的“深時”信息亦是值得深入研究的重大科學問題。

5)加強大數(shù)據(jù)驅動下的含煤巖系古地理定量化研究。中國含煤巖系古地理在幾代地質(zhì)人的努力下已具備各類相關數(shù)據(jù)庫。在“深時數(shù)字地球”(DDE)大科學計劃搭建的大數(shù)據(jù)平臺之上，建立標準化的含煤巖系古地理知識體系，結合大數(shù)據(jù)方法定量分析是中國含煤巖系古地理進一步發(fā)展亟需推動的研究方法。