煤和植物化石 [复制链接]

第3版()
专栏：

煤和植物化石
甘肃燃化局中心实验室　徐福祥
兰州大学地质地理系　沈光隆
煤是工业生产和我们日常生活中不可缺少的东西。煤不仅是现代的主要能源，还是很重要的化工原料，人们常常把煤比作“工业的粮食”。两千多年前，我们的祖先早已发现并且开采利用煤炭了。
煤是古代植物变成的
煤是怎样形成的呢？
在采煤过程中，矿工们常常在煤层附近的岩层中发现一些植物的根、茎、枝、叶和花果的化石；就是在煤堆的矸石中和烧过的煤渣里，只要留心敲打，也会找到一些过去植物的遗体——植物化石。煤总是和植物化石保存在一起，它是不是由古代植物变成的呢？于是，人们开始从各方面去寻找答案。
在一些地势低洼、气候潮湿的湖沼地带，人们常常见到那里生长着许多杂草和小灌木。在这些湖沼底部，堆积着许多褐色、暗棕色的泥炭和腐泥。这些泥炭和腐泥，除含有大量的水分外，其中还夹杂着一些枯枝落叶等植物残体。把这些泥炭和腐泥晒干，可以象煤一样当作燃料来烧。这使人们想到，如果这些泥炭和腐泥进一步脱水、密实，不是就成为煤了吗？人们又想到了木炭的形成过程：将木材燃烧，然后迅速密封、冷却，就形成了和煤性质相近的木炭了。泥炭、腐泥和木炭的形成，既然都和植物有着密切的关系，那么煤又怎样呢？
如果把煤磨制成薄片，放到显微镜下观察，就会发现：煤差不多全是由植物的细胞组织、树脂、角质层、孢子（或花粉）等组成的。把煤进行化学分析，也可以发现，煤中的碳、氢、氧、氮、硫等成分，和现代植物的化学成分是很近似的。而且，现代植物中的碳，和煤中碳元素的同位素成分，也是非常近似的。于是，人们得出了肯定的答案：煤是由古代植物变成的。
那么，古代植物怎样才能变成煤呢？
植物死亡以后，如果长期暴露在地表，就会腐烂，其中的碳素也会变成二氧化碳而逸散。但植物死亡后，如果在海滨平原、内陆湖沼洼地等处大量堆积，并被水和泥沙覆盖起来，经过一系列的生物和化学的变化，就会形成煤。
我们知道，整个植物界可以分成低等植物和高等植物两大类。低等植物比较原始，构造也很简单，如菌类和藻类，它们多生长在湖泊、沼泽里，或生活在海水中，有的常漂浮水面。这些低等植物死亡后，遗体慢慢沉入水底，在与水面隔绝、氧气不足的环境下，经过细菌分解，逐渐变成一种胶冻状的腐泥。
高等植物种类繁多，构造也比较复杂，大多生长在陆地上。高等植物死亡后，如果在有水覆盖的沼泽地里堆积起来，由于气流闭塞，细菌不能充分发挥作用，植物遗体中的木质素和纤维素等不会遭到彻底破坏，就逐渐转变成为腐殖质和腐殖酸等，这就是煤的雏形——泥炭。如果沼泽的气流通畅，细菌分解作用强烈，植物遗体中的木质素和纤维素被彻底破坏，只有植物体中最稳定的部分，如角质层、孢子等才能保存下来，便形成了一种特殊的“残植煤”。我国江西萍乡煤田中，就有这种残植煤。
腐泥和泥炭被泥沙覆盖后，在适当的温度和压力下，经过脱水、密实、胶结等成岩过程，便分别形成了腐泥煤和褐煤。如果地壳缓慢下沉，埋藏在地下的褐煤，进一步在上覆岩层的高压和地壳内部的高温影响下，煤中的碳含量不断增高，挥发成分显著减少，粘结性能日益增强，褐煤也就逐渐变成烟煤、无烟煤，甚至有的还会变成石墨和天然焦。
由此可知，煤是古代植物变成的。根据对植物化石的研究，地质史上植物的进化可以分为四个阶段，即：海生藻类植物时代、陆生孢子植物时代、裸子植物时代及包括现代植物在内的被子植物时代。与植物发展相对应的成煤期，我们叫做早古生代成煤期、晚古生代成煤期、中生代成煤期和新生代成煤期。我们伟大的社会主义祖国地域辽阔，各成煤期的植物都非常丰富，为煤的形成奠定了极其有利的物质基础。
事物是一分为二的。植物虽是成煤的物质基础，但并不是古代的植物全都会变成煤。比如，在某些地层中，我们也可以找到古代植物的遗体及遗迹——植物化石，并不能找到煤层。植物变成有经济价值的煤层，只有在一定的环境和条件下才是可能的。这些环境和条件是：要有大量的植物滋生繁殖，为煤的形成提供充分的物质基础；古气候条件应当温热湿润，利于植物的生长；古地理环境应当是海滨平原和内陆湖沼密布，植物死亡后能够迅速堆积埋藏；同时，地壳必须保持均衡的沉降，便于植物遗体和泥沙的进一步堆积，加速煤化和成岩过程的进行。煤是地壳本身发展、变化过程中的一个产物，植物能否堆积成为有价值的煤层，地壳运动是个重要条件。一棵树木只要条件适宜，也可以变成煤，但它不会成为具有开采价值的煤层，我们在野外常常在岩层中见到一些很薄的煤线、煤纹、煤包等，就是这个道理。
植物化石是找煤的好帮手
古代植物变成煤后，经过后来的地壳运动，有的深埋在地下，有的露出在地表。暴露在地表或埋藏不深的煤层，容易被人们发现，加以开采利用。深埋在地下的煤层，只有通过一定的勘探方法，才能发现它们。寻找隐伏煤田的方法很多，但利用植物化石去帮助找煤，也是一个重要的间接找煤方法。
经过长期的生产实践和科学实验，人们总结出在地质时期中的石炭一二迭纪、三迭—侏罗纪和第三纪，是几个最重要的成煤时期。在这些时期形成的岩层中，各有着一些独特的植物化石。例如，在石炭一二迭纪的煤系地层里，鳞木、封印木、芦木、大羽羊齿及其他许多种子蕨类等，非常丰富。三迭—侏罗纪的煤系地层里，各种苏铁类、银杏类和真蕨类植物，比较多见。第三纪的煤系地层里，则主要是松柏类和一些被子植物。经过进一步的研究，人们发现，有些植物化石，总是出现在煤层的顶底板中，有的只分布在煤层的夹矸中，有的却远离煤层。这样，人们就进一步区分出那些是某一时代的造煤植物，那些植物化石与煤的关系不大。掌握了这些知识以后，只要采集到一定数量的植物化石，经过分析判断，便可以大致确定出那些地方是有煤层赋存的理想地带，就可以配合其他勘探方法，做进一步的工作，以便找出新的煤田。无产阶级文化大革命以来，我国广大的地质工作者遵照毛主席关于“开发矿业”的教导，依靠群众的力量，配合煤田地质工作人员，已经在我国南方的缺煤省区，不断地寻找出一些新煤田。
为了经济、合理、有效地开发煤田，事先必须掌握煤田的煤层（包括煤质）变化规律。一个煤田的煤层，往往不止一层。由于古地理环境的变化，有的煤层常常向着某一方向，会出现增厚、变薄、分叉乃至尖灭等现象。加上后来地壳运动的影响，往往使得原有的连续煤层，发生褶曲、断裂等现象。要弄清楚这些现象的规律，必须进行详细的煤层对比工作。
运用植物化石去进行煤层对比，常常是一个重要的方法。植物化石在煤系地层中的分布，一般是有规律的。摸清了各个煤层及煤层上下岩层中的植物化石组合内容，就能够将不同地区和不同埋藏深度的煤层，进行直接或间接的比较。由于大多数煤层都是深埋在地下的，只能从钻孔岩芯中去获得化石材料。钻孔的直径，一般总是不太大的，在钻孔岩芯中搜集大的植物化石的机会也就不多。因此，人们不得不求助于微体植物化石——孢子、花粉了。孢子和花粉，是植物的生殖细胞，不仅数量多，而且抗腐性能强，在岩层中能大量地保存为化石。将各个煤层或者钻孔岩芯的不同部位的岩石样品，进行粉碎和化学处理后，便能获得孢子、花粉化石。对这些孢粉化石，进行详细的鉴定、统计并制成相应的图表，根据孢粉的百分含量和组合内容，可以了解当时植物的种类和岩层的大致的时代，就能有效地进行煤层的对比工作。
我们幅员辽阔的祖国，煤矿资源的分布广，品种全，储量也十分丰富。植物化石在开发煤矿资源和煤层对比中，都有重要的实际用途，因此我们应当给予重视，并加强这方面的研究，为大打矿山之仗创造条件，为把国民经济搞上去做出更大的贡献。