煤的热演化

根据古地温史研究成果(特别是包裹体测温)，采用EASY%Ro方法对研究区6个地区晚古生代煤的热演化史进行了数值模拟。为了检验模拟结果的可靠性，采用TTI法和LOM法模拟了这些地区煤的热演化历史。三种方法的数值模拟结果见表5-3。结果表明，EASY%Ro法的模拟结果最接近镜质组最大反射率的实测值，真实地反映了煤化过程。LOM法的模拟结果也比较理想，但TTI法由于自身的问题，误差较大，需要进一步改进。接下来，将根据EASY%Ro法和LOM法的模拟结果讨论该区煤的热演化过程。

图5-2有机质成熟度数值模拟图(根据Bostick，1979)

至三叠纪末，研究区主要处于正常古地温场背景下，发生了深变质作用(煤化作用)。在晚古生代，煤的热演化主要受煤层埋深或二叠-三叠系厚度的控制，所达到的煤级主要取决于煤层埋深。阳城-翼城地区煤层埋深最大，煤化程度最高，镜质组反射率约为1.0%。汾西、安泽、沁源-沁县等地区煤层较浅，煤化程度低，镜质组反射率达到0.65% ~ 0.7%(表5-3)。

表5-3山西南部晚古生代煤热演化(镜质体反射率)历史数值模拟结果

晚侏罗世至早白垩世，燕山中期的构造岩浆-热事件在正常的大地热流背景上叠加了强烈的附加热流，导致本区异常高温古地温场的形成和晚古生代煤的区域热变质作用。由于异常古地温场的非均质性和构造分异造成的煤层埋藏深度的差异，使不同地区的煤化程度发生了明显的分化，最终形成了煤级的现代分布格局(图2-15)。阳城-晋城地区煤层埋藏深，地热流强，加热温度高，煤化程度相对较高，镜质组反射率达到4.0%左右。霍州和汾西地区煤层较浅，古地温梯度较小，因此达到的煤阶较低，镜质组反射率仅为1.5%左右(表5-3)。

自晚白垩世以来，该区地壳不断隆升，地层不断遭受剥蚀，深部异常热源的影响明显减弱，恢复了正常的古地温场，煤层加热温度迅速下降，导致晚古生代煤的热演化停止。虽然晚新生代全区普遍接受沉积作用，部分地区厚度较大，煤层加热温度有所上升，但在正常古地温场作用下的煤层加热温度仍明显低于燕山中期，煤化作用没有进一步发展。

综上所述，本区晚古生代煤的热演化史与其加热史相对应，也经历了四个发展阶段(图5-3)。

图5-3山西南部晚古生代煤的热演化历史曲线

第一阶段，晚石炭世至晚三叠世，煤化程度缓慢上升，全区普遍达到低煤化烟煤的等级，东南部地区已进入中煤化烟煤阶段。煤的热演化在二叠纪进展缓慢，仅达到低阶煤阶段，三叠纪加速，与印支期煤层埋深显著增加密切相关。

第二阶段，早-中侏罗世，由于煤层埋深变化不大，加热温度降低，煤化作用没有进展或仅略有进展，但未能改变第一阶段形成的煤阶分布格局。

第三阶段，晚侏罗世至早白垩世，在异常古地温场的作用下，煤化作用显著发展，煤阶迅速上升，在东部和南部地区达到低阶无烟煤阶段，最高者已进入中级无烟煤(超无烟煤)阶段，形成了本区煤阶的现代分布格局。

第四阶段，晚白垩世至第四纪，煤层加热温度降低，煤化停止。