(1)沉积环境及显微组分对含煤岩系有机相及生烃潜力有决定性影响
众所周知，不同沉积环境发育和堆积不同类型的生物体，其氧化-还原作用的强度和沉积物堆积的速度和物质不同，不同环境中各种类型有机质的丰度有明显差别，含煤岩系沉积环境对煤岩的显微组分组成影响显著。滑双君等(2003)对大港地区含煤岩系有机相的研究表明，各种显微煤岩类型代表了一种特定的沉积环境特征(表9-4)。
表9-4 显微煤岩类型组成及沉积环境简表
(据滑双君等，2003)
显微组分的变化也导致煤岩质量的不同，决定了含煤岩系的生烃潜力。煤岩质量主要指灰分与硫的含量，在煤层形成过程中，进入泥炭沼泽的外部水流越强和携入的黏土矿物和石英碎屑等无机质量越多，煤层的灰分就会增高。高灰分煤层形成的地球化学条件是Eh值较大，成煤条件氧化性强，有机质被消耗量多。显微组分中惰质组增加与灰分增加的影响一致，既是煤质变差的原因之一，也是生烃潜力变差的主要因素。含煤岩系沉积的水体环境与煤层中黄铁矿含量也密切相关，灰分与硫含量往往成负相关，在浅覆水泥炭沼泽形成的高灰分煤层，因氧含量较大而不利于H2S形成，难以形成黄铁矿，都直接影响含煤岩系的有机相和生烃潜力。
根据煤系烃源岩的有机岩石学、沉积学和有机地球化学特征，滑双君等将大港区C-P含煤岩系有机相划分为5种类型：高位沼泽有机相、浅沼森林有机相、深沼森林有机相、流水沼泽有机相和开阔水域沉积有机相(表9-5)，森林沼泽有机相是本区烃源岩的主要类型，流水沼泽有机相壳质组含量最高、生烃能力最强。
严永新等(2004)将焉耆盆地侏罗纪含煤岩系划分为干燥泥炭沼泽相、潮湿森林泥炭沼泽相、过渡边缘沼泽相、活水泥炭沼泽相和开阔水体相5种有机相(表9-6)。
表9-5 大港探区石炭纪—二叠纪煤和炭质泥岩有机相类型简表
表9-6 焉耆盆地侏罗纪含煤岩系煤岩与泥质岩的有机相划分表
严永新认为，焉耆盆地侏罗纪水进序列的含煤建造是成烃的有利环境，水进序列形成煤中腐泥组(壳质组)含量也较高，显微煤岩类型以微暗煤为主，有机相以活水泥炭沼泽相为主，生烃性以倾油型为主；水退序列显微组分中，基质镜质体绝大多数不发荧光，惰性组含量高，可达30%以上，有机相以干燥森林泥炭沼泽相为主，生烃性以倾气型为主。
戴金星、杨建业等(2000)依据含煤岩系中煤和泥质岩沉积环境和有机相特征，将新疆地区侏罗纪含煤岩系分别划分出了4种煤有机相(表9-7)和4种泥岩有机相(表9-8)。4种煤有机相是：干燥森林泥炭沼泽相(显微组分特点是高惰质体)、周期性干燥森林泥炭沼泽相(显微组分特点是镜质体与惰质体都占相当数量)、覆水森林泥炭沼泽相(显微组分以基质镜质体为主)、强覆水森林泥炭沼泽相(显微组分特点是镜质体含量高)；4种泥岩有机相是：泥岩沉积有机相1(为相对的氧化环境)、泥岩沉积有机相2(相对潮湿、还原的沉积环境)、泥岩沉积有机相3(形成于相对潮湿、还原环境)、泥岩沉积有机相4(多形成于覆水较深的湖湾-半深湖还原环境)。明确了煤有机相的生烃能力由强到弱依次为强覆水森林泥炭沼泽相、覆水森林泥炭沼泽相、周期性干燥森林泥炭沼泽相和干燥森林泥炭沼泽相。对于低熟泥岩，生烃能力由强到弱依次是泥岩沉积有机相4、泥岩沉积有机相3、泥岩沉积有机相2、泥岩沉积有机相1。
表9-7 煤样有机相特征分析简表
(据戴金星等资料简编，2000)
注：TOC—有机碳(g/100g岩石)；S1—热解分析中的吸附烃(mg/g岩石)；S2—热解分析中的热解烃(mg/g岩石)；HI—氢指数(mg/g有机碳)；A—氯仿沥青“A”(g/100g岩石)；HC—总烃(pg/g岩石)；V—镜质组；C1—无结构镜质体；C2—基质镜质体；SV—半镜质组；E—壳质组，均为干酪根或煤岩的体积百分数；FI—荧光有机组分指数(无量纲)。
表9-8 泥质岩有机相特征分析简表
注：代号含意同上。
(据戴金星等资料简编，2000)
由于沉积岩相在研究含煤岩系有机相中的重要意义，金奎励等(1998)将沉积环境作为划分有机相的重要标志之一，据显微组分组成，结合不同组分组合的元素分析、热解参数、类型指数以及沉积环境，建立了陆相烃源岩(实际上是以含煤岩系为主)的沉积有机相划分参数(表9-9)。
表9-9 陆相烃源岩沉积有机相特征分析简表
郜建军、胡惕麟等(1994)“八五”期间在Jones(1982)有机相划分的基础上，将沉积环境与评价油气源岩通用指标结合，将有机相划分为6种基本相型(表9-10)，含煤岩系有机相主要为C1、C2、D型，只有处于滨海环境的含煤岩系属于BC型。
在东海西湖凹陷，含煤岩系暗色泥质岩沉积环境总体为沼泽相-滨海沼泽相，有机相以C1、C2为主，少数为BC型，煤层以BC型为主，干酪根类型普遍为ⅢB、ⅢA型，其生烃潜力为59.66～206.8m3/t-c(煤层为89.70～206.8m3/t-c，暗色泥质岩为59.66～137.5m3/t-c)(表9-11)，煤层和暗色泥岩的生烃潜力普遍较高，不仅具有较好的生成煤成气的潜力，也具有较好的生成煤成油的潜力，进一步说明了沉积环境及煤岩有机相特征对生烃潜力的影响。
表9-10 有机相类型及划分标志简表
(据“八五”国家重点科技攻关项目研究报告“形成大中型气田的气源条件和气源评价研究及其地质背景分析”)
表9-11 东海陆架盆地部分含煤岩系煤岩、暗色泥质岩有机相及热模拟生烃率简表
(据“八五”国家重点科技攻关项目研究报告“形成大中型气田的气源条件和气源评价研究及其地质背景分析”资料整理)
(2)海水的介入可以提高含煤岩系有机相的品质
中国一些含煤岩系沉积于滨海沼泽或近海、海陆过渡沼泽相，甚至是浅海潮坪相环境，在沉积过程中，由于受到“海侵”或“海漫”影响，使沉积介质的氧化还原电位(Eh值)降低，酸碱度(pH值)增高。由于Eh值降低，厌氧细菌活跃，碱离子的进入，造成碱性环境，促进了化学合成作用和沥青化作用，易于形成强烈分解的高度凝胶化和相对低反射率的无结构镜质组(赵师庆、1991)。因此，受海水影响的含煤岩系，有机质一般具有较好的有机相，有机相类型以C1和BC型为主，并具有较低的TPI值和相对较高的GI值(郜建军、1994)，在Diessel煤相图上多分布在左侧上方，如东海和琼东南盆地古近纪含煤岩系；没有海水介入含煤岩系有机相多以C2型和C1型为主，一般具有较高的TPI值和相对较低的GI值，在Diessel煤相图上多分布于右侧下方，如川西坳陷上三叠统“须上盆”(须四段及须五段)含煤岩系、西北地区T3—J1-2含煤岩系(图9-3)。
图9-3 不同沉积环境含煤岩系在Diessel煤相图上的分布
东海陆架盆地西湖凹陷，从始新世平湖组至中新世柳浪组，以含煤岩系沉积为主，沉积环境从平湖组以半封闭海湾环境的沼泽(潮间、潮上带泥沼、滨海沼泽)为主渐变为浅湖沼泽(花港组)为主、河流岸后沼泽(龙井组)微相为主，由于沉积环境及水介质条件的不同，含煤岩系中泥质岩和煤层有机质的丰度差异甚大(表9-14)。平湖组以半封闭海湾沼泽深覆水还原—强还原环境为主，有机质保存良好，煤层有机碳平均可达62.4%(n＝84个)，沥青“A”为17850.7×10―6，总烃含量为7905.5×10―6；至花港组、龙井组含煤岩系，由还原环境渐变为弱氧化环境，煤岩的有机碳含量明显降低，平均值仅为48.8%。
孙伯强(2001年)以显微组成的富氢组分含量及生烃潜量为基础，结合沉积环境、地化相、干酪根元素原子比等资料，将东海西湖凹陷平湖组含煤岩系划分为4类有机相(表9-12)：类脂富氢相、脂镜富氢相、脂镜贫氢相、镜质贫氢相；并指出：由于平湖组含煤岩系有机相主要为脂镜富氢相，有机质丰度普遍较高，暗色泥质岩的有机碳含量多数大于1%，生油转化率亦较高，“A”/C可达9.4%；煤的有机相也以脂镜富氢相为主，部分地区属于类脂富氢相，生烃潜量平均值为277～358k/t-C，有机显微组分品质明显优于一般湖相泥岩，其生烃潜能也较一般湖相泥岩高，显示海水介入提高了西湖凹陷平湖组含煤岩系有机质的品质。
张爱云、翁成敏、蔡云开等(1999)对中国南方树皮煤有机相的研究表明，广泛分布在中国南方(浙、赣、皖、闽、黔等省)的龙潭煤系是树皮煤，主要发育于水动力条件较为平静的滨海平原和障壁海岸沉积环境，分布于陆地向海扩展的淤泥质海岸、潟湖海湾内等背风浪的潮间浅滩。这些沼泽朝陆方向可过渡到淡水树沼泽，靠海一侧往往有沙滩或障壁沙的保护，沉积环境类似于现代红树林的生态环境。在这种特殊环境中生长的特殊植物群落，营养要素转化的速度快，对环境的适应能力很强，植被繁衍迅速，植物遗体的堆积速度加快，同时微生物繁殖很快，厌氧细菌活跃，植物遗体遭受微生物强烈降解，在硫酸盐还原菌的作用下，产生的大量硫化氢使得水体中氧化—还原电位降低，还原性增强，有机质得以保存。致使树皮煤虽由镜质组、壳质组和惰质组的各种亚组分组成，但是，镜质组中以无结构的基质镜质体占绝对优势，占86%以上；壳质组中以树皮体占优势，高达30%～61%。因此，有机显微组分的含量一般均在90%以上，镜质组含量高，其含量一般为20%～43%，含煤岩系的有机相品质明显高于非树皮煤地区的龙潭煤系(图9-4)。
表9-12 烃源岩有机相划分标准简表
Lv*：包括荧光镜质体和无定形类脂腐殖混合体，它是本区大量出现的特征性组分。
树皮煤有机质以Ⅱ型为主，并有部分Ⅰ型，很少属Ⅲ型(图9-5)，是含煤岩系中生成煤成油最好的烃源岩，说明海水的介入可以使含煤岩系有机相品质有明显的提高。
图9-4 树皮煤、镜质体、树皮体生烃潜力对比图
(据张爱云等，1999)
1—树皮煤原样；2—镜质体；3—树皮体；S—水城；Z—赵家山；C—东风芥
图9-5 树皮煤N(H)/N(C)、N(O)/N(C)分布图
(3)古气候对含煤岩系有机相及有机显微组分的影响
古气候环境不仅对聚煤条件有显著影响，也影响含煤岩系有机相及有机显微组分组成。因为植物有机质的保存除了与覆水条件和水介质性质有关外，还与微生物活动有密切关系，微生物活动也受制于气候，因此，古气候可以对有机质性质产生间接影响。
郜建军等(1994)及戴金星等(2000)的研究成果表明，中国西部地区晚三叠世—早、中侏罗世含煤岩系沉积于温暖潮湿的热带—亚热带气候，低洼沼泽密布，适宜植物生长，也适宜于微生物繁殖，促使植物组织强烈地分解形成腐殖凝胶，并进而转变为富氢的无结构镜质组，TPI值相对偏低，多介于0.7～0.8之间。加之沉积环境稳定，在山麓前缘的深凹陷地带有利于形成厚度巨大的煤层，暗色泥质岩和炭质泥岩的广泛分布都有利于煤成烃的形成，有机相以C1型为主；但是，从中侏罗世晚期(三间房期和七克台期或恰克马克期)气候的湿度有所减弱，逐渐转向炎热、半干旱气候，至晚侏罗世(齐古期)已转为干燥、干旱的亚热带气候，湿地明显减少，不利于煤层形成，至今尚未发现可采煤层。
鄂尔多斯盆地晚三叠世—早侏罗世含煤岩系沉积于温带潮湿—半潮湿气候，由于季节性的低温，微生物活动的强度明显减弱，植物有机质分解不彻底，镜质组中以贫氢的结构镜质体为主，TPI值偏高，介于1.2～1.3之间，有机相以C2型为主。
表明热带—亚热带潮湿气候的含煤岩系有机质较温带、寒带潮湿—半潮湿气候环境下沉积的含煤岩系有机质有较高的生烃潜力。
(4)盆地类型对煤岩有机相及生烃潜力的影响
沉积环境和气候条件相似而盆地类型不同的含煤岩系，有机显微组分特征并不完全相同，生成煤成烃的潜力和特征有明显差异。
张士亚等在“七五”期间利用C.F.K.Diessel(1986)观点，用凝胶化指数(GI)和保存指数(TPI)编制了中国一些含煤岩系煤岩和暗色泥质岩的煤相图。在煤相图(图9-6)中，分布在Ⅰ区的是时代较新的断陷型含煤沉积，其特点是沉降速度快，为较深水沼泽、湖泊沼泽，以还原环境为主，凝胶化作用强烈，高等植物的木质组分形成了以无结构镜质体为主的镜质组，其原始沉积环境不仅具有较好生成煤成气的潜力，也能生成一定数量的煤成油。在东海西湖凹陷平湖组含煤岩系泥岩的有机组分中，由于镜质组约占95%，其中具荧光的富氢镜质组含量高达72%，因此，这类煤的GI高，都大于5，一般在10～50，TPI较低，均小于1，已发现了春晓、平湖等多个含凝析油的煤成气田；Ⅱ区为时代偏老的克拉通型含煤沉积，其特点是沼泽的水体较浅，但主体部位仍以弱还原—还原环境为主，含煤岩系中的有机质仍以镜质组为主，其原始沉积环境具有较好生成煤成气的潜力。如华北地台的石
图9-6 不同类型盆地煤系在Diesseloa煤相图的分布图
(据冯福闿、张士亚等，1995)
炭纪—二叠纪煤系，沼泽的水体虽较浅，但属海陆交互相煤系，沉积时受到海水的影响，在主体部位仍以弱还原—还原环境为主，煤系有机质仍以镜质组为主，惰质组含量较少，GI一般为1～5，TPI仍＜1，在鄂尔多斯盆地北部发现了苏里格、靖边、大牛地等一批特大型、大型煤成气田，因处于过成熟热演化阶段，CH4含量普遍较高，C2H6以上的组分含量极少；Ⅲ区主要为陆内坳陷型含煤沉积，特点是沼泽覆水浅，多处于氧化环境，丝炭化作用较强，有机组分中惰质组含量较高，镜质组中也以结构镜质组居多，GI为1～10，TPI较高，为1～2.5，其原始沉积环境只能生成煤成气，如鄂尔多斯盆地上三叠统延长组—侏罗统延安组及四川盆地须家河组上段(须上盆)含煤岩系。
华北地区上石炭统—下二叠统太原组、四川盆地川西地区须家河组下部及东海陆架盆地西湖凹陷平湖组沉积环境虽都属于与滨海、海湾平原有关的三角洲平原和近海湖沼相沉积，古气候环境也相似，为潮湿热带、亚热带气候区，在Diessel煤相图上，3套含煤岩系的有机显微组分结构保存指数(TPI)一般都＜1，但是由于分属克拉通内坳陷型、类前陆型和陆缘断陷型，构造环境、沉积埋藏速率的不同，有机显微组分的凝胶化指数(GI)差别明显，以平湖组含煤岩系最高，一般为15～100；四川盆地须家河组下段(“须下盆”)含煤岩系为5～15；太原组含煤岩系最低，一般＜5；从陆缘断陷型—类前陆型—克拉通内坳陷型，含煤岩系显微组分中镜质组相含量逐渐减少，煤化作用过程生成烃类的保存条件、有机质性质和生烃潜力依序变差和降低。
上述盆地类型中以陆缘断陷型含煤岩系有机组分结构最好，生气量大，并能生成一定数量的煤成油；克拉通型含煤岩系次之，陆内坳陷型含煤岩系总生烃量较差，并且以生成煤成气为主，主要是因为沉积速率的不同。因为沉积速率通常决定了水体的深浅，决定了植物群落、水体的pH值，从而对含煤岩系有机相起控制作用。例如在浅覆水沼泽区发育以木本植物为主的森林沼泽，易形成以凝胶化物质占优势的亮煤；在中覆水和深覆水区，以芦苇植物为主，植物组织以纤维素、蛋白质为主，易分解破坏，植物的结构保存指数好，主要形成富壳质组的煤。沼泽水体深度也直接影响到水体中氧的供应，在浅覆水沼泽中，水体以中性至偏碱性环境为主(pH值为7.0～7.5)，特别是当钙离子的水含氧时，细菌最为活跃，植物的分解作用强，植物结构的保存差，易于形成黏结性好，凝胶化程度高、富丝质组分的贫氢煤；沼泽水体的深浅也决定了有机质停留在沉积界面附近的时间，从而影响有机质受氧化的时间，直接影响了含煤岩系的生成煤成烃的潜力以及倾油性、倾气性(戴金星等，2000)。
陆缘断陷型、陆内裂陷型和类前陆型含煤盆地的沉降速率和沉积速率较快，覆水的深度相对较深，对有机质的保存条件较好，镜质组含量较高。因为惰质组是氧化环境下的产物，倾向于形成在沉积速率相对比较缓慢的水上条件，克拉通内坳陷型含煤盆地沉降速率和沉积速率相对较低，致使惰质组含量明显高于陆缘断陷型和陆内前陆型含煤岩系(图9-7)。
图9-7 沉积速度对镜质组/惰性组比例的影响示意图
我国含煤有机相的研究成果以及不同类型含煤盆地在Diessel煤相图上的反映，表明了含煤盆地类型和演化历史对于含煤岩系的沉积环境、沉降速率、有机质的搬运、水介质条件以及气候条件等的影响，必然影响其含煤有机相及其显微组分，为此，我们将含煤岩系划分为两大沉积体系：陆上沉积环境和水下沉积环境，并将中国主要含煤岩系的盆地类型、沉积特征、有机相及生烃潜力间的关系综合表述于下(表9-13)。
表9-13 中国主要含煤岩系盆地类型、沉积特征、有机相及生烃潜力简表
(据“六五”、“七五”、“八五”国家煤成气重点科技攻关项目研究报告资料综合)
含煤岩系有机相是含煤-含气(油)盆地有效的辅助性研究方法，通过煤岩有机相研究可以加深对含煤盆地转化成为含煤-含气(油)盆地地质条件的认识，有效地对煤成气前景作出评价。但是，该领域研究应用的时间不长，不同学者对其概念的理解和研究思路、划相指标等许多方面还不够成熟，尚待进一步深入研究。