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煤系成矿学内涵与发展

已有 2577 次阅读 2022-10-25 15:40 |个人分类:《中国科学》论文|系统分类:论文交流

以煤为主的资源禀赋和经济社会发展阶段，决定了煤炭资源在我国能源体系中的重要地位。形成以多类型煤系矿产资源类型、形成机理、分布特征、富集规律、产出机制、评价方法和发展战略为内涵的煤系成矿学，是煤地质学发展的必然，也是构建我国能源、资源安全稳定供应地质保障的重要需求（图1）。

为理清“碳达峰”和“碳中和”（双碳）背景下，多类型煤系矿产资源在能源和资源保障方面的战略意义，中国矿业大学（北京）李勇副教授和邵龙义教授、中国石油勘探开发研究院潘松圻和荆振华高级工程师和中国煤炭地质总局宁树正教授级高工等围绕“双碳”背景下煤地质学发展提出了煤系成矿学内涵及学科发展方向。该项成果发表在《中国科学：地球科学》中、英文版上。

图1 煤系矿产资源主要类型及赋存示意图

煤炭本身具有重要的能源属性，论文在此基础上，系统解剖了煤系多类型矿产资源的能源和资源属性。随着煤炭开发的深入，液化、焦化、气化用煤等特殊用煤以及锗、镓、锂、稀土等关键金属日渐受到关注，煤炭、煤系气、煤制油气和煤基新材料成为国家能源安全稳定供应和经济社会发展的有力保障（图2）。

图2 煤系矿产资源属性示意图

部分内容参考Lara-Curzio(2018)修改

论文综合解构煤系矿产资源的沉积和成矿背景。煤系矿产资源的形成涉及沉积古地理和古气候、沉积过程中的地球化学变化和沉积后的煤系成岩作用和盆地差异演化。煤系沉积是煤系矿产资源形成的先决条件，以泥炭沼泽为主的沉积环境及其沉积序列是煤系矿产资源的形成要素，也是煤炭产出的物质基础（图3）。除此之外，煤系记录了海陆过渡相和陆相沉积环境下表生生态系统的丰富信息，煤系相关科学问题的进一步研究，对揭示当今气候变化和生态系统演化具有指示意义，有助于加深对“深时”古气候、古生态和全球碳循环的理解。

图3 煤系沉积体系和煤化作用示意图

(a)三角洲平原和冲积平原泥炭沼泽沉积；(b)泥炭化作用过程；(c)煤化作用。参考Frazier(1967)、Page等(2004)、Flores(2014)和Greb(2021)

在此基础上，作者进一步揭示了煤系矿产资源在地质历史中的演化，讨论了煤炭本身的差异聚碳/富氢效应、煤系矿产同沉积和有机-无机相互作用和煤系天然气的共生成藏机制。煤系沉积发生在地球表层系统，受外动力地质作用和成岩作用综合控制；煤系矿产在地质演化历史中的成藏和成矿又受控于整个盆地的形成、发展、演化和改造。作者解剖的同沉积矿产主要包括铝土矿及其伴生关键金属矿产，差异聚碳/富氢效应对应的富油煤和液化、气化用煤，以及受有机-无机作用影响的镓、锗、铀等金属矿产。除此之外，作者系统解剖了煤系全含气系统模式，构建了煤系气富集成藏序列。作者梳理了煤系矿产形成和演化的关键知识体系（图4），以期为后续研究提供启示。

图4 煤系矿产形成和演化的关键知识体系

据Levine(1993)和Flores(2014)修改

在上述工作基础上，作者提出了煤系成矿学的内涵和学科发展方向。煤系成矿学是研究煤系矿产资源类型、形成机理、分布特征、富集规律、产出机制、评价方法和发展战略的地质学科，研究煤系地质作用与矿产富集过程、成矿机制与成矿规律、赋存状态与精准开发等关键科学问题，对完善关键矿产成矿理论、揭示深时地球系统变化、实现国家能源转型和高质量发展具有重要意义（图5）。