0 引言

含煤岩系沉积学的发展经历了旋回层、沉积模式和层序地层学3个研究阶段^[1]。Weller^[2]提出的“旋回层”概念将海平面周期性变化与含煤地层周期性变化进行联系，为含煤岩系及煤层对比提供了理论依据；Ferm^[3]与Horne et al.^[4]提出阿勒格尼三角洲聚煤模式，认识到沉积环境对聚煤作用的影响，随后各种聚煤模式被相继提出^[5]，与此同时中国学者提出多堡岛聚煤模式^[6]、潮坪聚煤模式^[7]及碳酸盐台地综合聚煤模式^[8]等。层序地层学概念体系^[9]将全球海平面周期性变化与局部沉积自旋回很好的结合起来，其中“可容空间”概念的提出对深入理解聚煤作用具有重要意义^[10]。目前，层序地层学作为一种盆地分析方法在聚煤作用^{[1, 11]}、超厚煤层成因^[12]、古地理^[13]、煤相^[14]及有机相^[15]、含煤系统及含煤层气系统^[16-17]以及清洁煤地质^[18-19]等研究方面均得到了广泛应用。近年来，米兰科维奇旋回理论作为一种可靠的“深时”地层时间尺度度量方法^[20-21]，在含煤岩系“深时”古气候研究中也得到了广泛的应用^[22-23]。

本文从含煤岩系层序—古地理与聚煤规律、煤相及沉积有机相、含煤系统及含煤层气系统、洁净煤沉积学以及含煤岩系“深时”古气候记录等五个方面对近30年来的中国含煤岩系沉积学研究进展进行总结，并对中国含煤岩系沉积学今后的发展方向提出建议。

1 含煤岩系层序—古地理与聚煤规律 1.1 聚煤作用及其控制因素

层序地层学的出现极大地推动了聚煤作用理论的发展，层序地层学与旋回地层学相结合，能够为含煤岩系对比提供等时性地层格架，“可容空间”概念为进一步理解聚煤作用机理提供了理论基础。受层序地层概念的启发，我国学者针对不同级别沉积层序及体系域的煤层分布特征，相继提出幕式聚煤作用^[24-25]、盆控型泥炭沼泽体系^[26]、海侵过程成煤作用^[27]、海侵事件成煤作用^[11]、海相层滞后阶段聚煤作用^{[1, 28]}等基于层序地层学理论的聚煤模式，并将可区域对比的等时性地层单元(层序)与岩相古地理研究相结合，对我国主要聚煤期进行层序—岩相古地理重建、聚煤中心迁移规律分析和富煤带的预测^{[13, 29-33]}。

可容空间在经典层序地层学中被定义为“可供潜在沉积物堆积的所有空间”，泥炭地中的可容空间可定义为泥炭所能堆积的最大高度^[10]，而煤层厚度取决于可容空间增长速率与泥炭聚集速率之间的相对平衡状态^[34]。过慢的基准面上升速率难以保证泥炭堆积所需的可容空间，而过快的基准面上升速率使得泥炭堆积速率难以匹配可容空间增加速率，导致泥炭地很快被水体淹没，从而难以于形成厚度较大的煤层；只有适宜的基准面上升速率才能维持可容空间增加速率与泥炭堆积速率之间的相对平衡状态，从而形成厚度较大的煤层^[34]。

我国学者在实践中发现这种泥炭堆积速率与可容空间增加速率的平衡，在不同的古地理背景下有不同的表现，煤层厚度在垂向上具有不同的变化特征^[28]。在近物源的盆地上倾方向，沉降幅度较小、河流冲积体系或三角洲沉积体系发育，陆源供给相对充分而多处于补偿或过补偿状态，造成泥炭聚集速率往往大于可容空间增加速率，此时，只有基准面上升速率足够快、可容空间快速增加时，可容空间增加速率与泥炭堆积速率才能够长时期保持平衡，厚煤层在最大海泛面附近发育。反之，在远物源的盆地下倾方向，沉降幅度较大、滨外陆棚、碳酸盐台地等沉积环境发育，陆源碎屑供给相对缺乏而多处于欠补偿状态，造成泥炭聚集速率往往小于可容空间增加速率，在基底变浅或暴露后基准面再次上升过程中才可能出现泥炭堆积速率与可容空间增加速率相平衡的情况，厚煤层在海侵体系域早期初始海泛面附近发育^[1](图 1)。对不同聚煤环境中可容空间与泥炭堆积关键因素的研究表明，在低可容空间背景的河流—三角洲环境，厚煤层一般形成于下三角洲平原和间湾湖泊演化来的泥炭地环境^[35]，而在可容空间相对较高的障壁海岸体系中，厚煤层一般形成于障壁岛—瀉湖以及潮坪演化而来的泥炭地环境^[36]。

聚煤期陆相盆地构造活动相对稳定，气候变化通过影响盆地和流域径流深度和植被发育程度控制着湖水面变化与沉积物供给速率，进而导致盆地内成煤泥炭地与陆源碎屑沉积体系的交替演化，是驱动沉积环境演化的主要因素^{[14, 37]}。干热气候条件下植被覆盖差，低降水量及高蒸发量使基准面处于低位，盆地处于过补偿阶段，河流—三角洲冲积体系砂、砾岩发育，泥炭地不发育。温暖潮湿气候条件下，植被覆盖裸露基岩并发育古土壤层，水土保持能力强，陆源体系废弃，基准面上升，冲积体系中发育暴露—弱覆水的泥炭地环境，盆地总体处于平衡补偿阶段，泥炭能够连续堆积。但持续温暖湿润的气候及过多的降水量会使盆地进入欠补偿充填的湖泛期，聚煤作用终止。之后气候在次一级旋回中变干热，基准面下降使得沉积界面间歇暴露及弱覆水的条件再次出现，盆地可再次沼泽化。随着气候转为持续干热，沉积供给随着降水、植被覆盖的减少及水土流失的增强而增加，基准面下降，河流三角洲陆源碎屑体系复活，聚煤作用结束。因此，陆相含煤岩系的地层结构及煤层发育程度受到长、短周期气候条件的显著控制。

1.2 超厚煤层成因模式

随着层序地层学理论在聚煤作用分析中的应用不断深入，人们对超厚煤层成因又有了新的认识^{[12, 38]}。Shearer et al.^[39]认为超厚的泥炭层为多个独立的泥炭体系叠置而成，提出了叠置泥炭地序列理论。Jerrett et al.^[40]在超厚煤层中识别出不同类型的间断面，根据可容空间增加速率与泥炭聚集速率之间的关系，将间断面划分为暴露间断面和淹没间断面(图 2A)，强调超厚煤层是由间断面(层序界面)分割的多个泥炭地体系聚集的煤层复合体，超厚煤层的形成可经历过多次沉积间断。

国内学者通过煤相指标、显微组分类型、煤质特征^[41]，在鄂尔多斯盆地南部延安组一段超厚煤层中识别出水进型、水退型沉积间断面(图 2B)，提出超厚煤层是包含许多间断面或沉积转换面的煤层复合体，由多期泥炭地相互叠加形成，据此建立了鄂尔多斯盆地超厚煤层的多阶段泥炭地叠置成因模式(图 2C)^[12]。泥炭地随着水进、水退而迁移，在水进阶段，泥炭地整体向陆地方向迁移，煤岩特征表现为镜质组含量变高、惰质组含量变低的特征，在向盆地沉积中心一侧(图 2C，c处)，代表水体较深的碎屑物质会替代泥炭堆积形成夹矸；在水退阶段，泥炭地整体表现出水退序列，若缺乏碎屑物质供应，则形成水退型间断面，煤岩特征表现为惰质组含量较高、镜质组含量较低，在向陆一侧沉积界面可能遭受暴露，若存在碎屑物质供应，则形成煤层夹矸(图 2C，a处)。

超厚煤层成因除了多阶段泥炭地叠加成因观点外，国内外还存在着异地堆积成因观点^{[38, 42]}。在抚顺、先锋等陆相断陷盆地中超厚煤层中发育的水下重力流沉积、泥石流沉积、同沉积变形构造等特征，说明煤层聚集期间受到风暴、滑塌等极端事件的影响而再次搬运、堆积，据此提出一系列超厚煤层的异地—微异地成因模式^{[38, 42]}，但是，异地堆积成煤模式还应结合煤岩学、地球化学、孢粉学等方面的证据来进一步完善。

1.3 基于层序地层格架的岩相古地理及聚煤规律研究

岩相古地理分析是聚煤规律分析的重要手段，层序地层学为古地理分析提供了等时性地层格架，通过编制层序—古地理图可以进行富煤带、富煤中心分布与迁移等规律研究。层序—岩相古地理图即是在层序地层学理论的指导下，以层序、体系域或其顶底界面为编图单元编制的等时性岩相古地理图^[43]。这种编图法能够较为完善地反映区域沉积、构造、事件作用及成矿特征，使岩相古地理图能够更好的对矿产分布规律进行预测。岩相古地理图的编制方法主要有地层图法和等时面法^[44]，以及能源矿产勘探中广泛应用的岩性参数等值线法或“单因素分析多因素综合作图法”^[45]。

我国学者自20世纪90年代就开始尝试恢复各聚煤期的含煤岩系层序—古地理面貌，为矿产资源预测及成矿作用分析奠定了基础。在近年来完成的新一轮煤炭资源普查中，通过层序—古地理方法相继恢复了华北石炭—二叠纪^[30]、华南晚二叠世^[13]、华南晚三叠世^[29]、西北侏罗纪^[46-48]、东北早白垩世^[49]等不同时代的层序—古地理格局，并分析了不同构造条件及沉积环境下厚煤层在垂向地层格架中展布规律、富煤带或富煤中心在横向古地理格局中的分布规律及其演化特征，为我国煤炭资源预测提供了理论支撑。

综上所述，聚煤作用受到层序地层格架与古地理沉积环境的综合影响，煤层厚度受泥炭堆积速率与可容空间增加速率的控制。气候条件在陆相盆地中对聚煤作用以及含煤岩系的沉积特征起到重要的控制作用。超厚煤层的形成可能由不同成因的多期煤层叠加形成，包括小型陆相断陷盆地中的异地—微异地搬运成因以及更为普遍的原地堆积成因等。等时性的层序—古地理方法在含煤岩系沉积环境及聚煤规律中得到了有效应用，近年来层序地层学理论得到了进一步的发展及完善^[50]，特别是对不同气候条件(温室、冰室及其过渡期)^[51]、不同类型大陆边缘^[52]中层序地层样式的讨论。源—汇系统方法的兴起则使得对沉积物由物源区到沉积区的完整动力机制、沉积收支平衡以及环境信号在沉积路径系统中传播与保存的研究成为可能^[53-54]，因而在未来有望在更精准的层序—古地理格架中对聚煤规律进行研究。

2 煤相及沉积有机相

煤相及沉积有机相亦是含煤岩系沉积学研究的重要内容，特别是在预测煤系烃源岩(煤和富有机质泥岩)的空间分布及生烃潜力时具有重要意义。

2.1 煤相研究

煤相即煤的沉积相，反映某一成煤沼泽环境中煤的原始成因类型。煤相分析通过研究煤的岩石学、地球化学特征及成煤植物类型来确定成煤沼泽类型及其演化过程^[55]。热姆丘日尼科夫于1951年首次提出煤相的概念，即成煤条件、成煤过程及成煤物质的综合特征，将煤相概括为沼泽相与湖泊相，划分出干燥森林沼泽相、深积水沼泽相、河漫流水沼泽相、滨海咸水淤塞潟湖相、淡水植物丛生湖泊相或淤塞湖泊相五种类型，涅菲捷耶娃^[56]在该分类基础上结合煤层顶底板及夹矸岩性将煤相划分为大陆煤相及滨海煤相两大类。Teichmüller^[57]综合古植物学和煤岩学方法划分出森林沼泽、苔藓沼泽、芦苇沼泽及含水生植物开阔水域四种沼泽类型。

煤岩学中的显微煤岩组分及显微煤岩类型的研究是煤相研究的根本基础^[55]，显微组分的保存特征能够反映泥炭堆积时植物的分解程度、堆积速度和覆水条件^[58]，一般认为镜质组形成于强覆水还原条件，惰质组形成于氧化条件，而壳质组的形成则主要取决于成煤植物特征及沼泽水位状况。Diessel^[59]根据沼泽类型、泥炭堆积条件和沼泽沉积环境的关系建立了联系煤相与沉积环境的煤相指数，即凝胶化作用指数(GI=(镜质体+粗粒体)/(丝质体+半丝质体+惰屑体))和组织保存指数(TPI=(结构镜质体+均质镜质体+丝质体+半丝质体)/(基质镜质体+粗粒体+惰屑体))。GI指数为煤中凝胶化组分与丝炭化组分之比，能够反映成煤沼泽水位的变化情况和植物遗体的凝胶化程度，高GI值表示泥炭沼泽相对潮湿，反之则相对干燥。TPI指数是指在镜质组和惰质组中有结构的显微组分与无结构的显微组分之比，反映植物组织的破坏程度和木本植物在成煤植物中的比例。此外，TPI还在一定程度上反映了成煤环境的pH值，因为在低pH值环境里，微生物的活动性比较弱，植物组织得以保存完好，导致TPI值相对较高。煤相指数与成煤沼泽的关系如表 1所示。

中国学者应用GI和TPI的概念对中国各聚煤期的煤相进行研究，在吐哈盆地侏罗纪煤层中划分出干燥森林沼泽相、湿地森林沼泽相、覆水森林沼泽相、较深覆水森林沼泽相、芦苇沼泽相和湖沼相，此外煤相特征在成煤沼泽微环境及沼泽演化过程研究中得到广泛应用^{[14, 60-64]}。对我国东海陆架西湖凹陷古近纪煤层的研究^[65]显示其中惰质组含量较低，较高的GI值反映成煤时凝胶化作用强烈，因而成煤沼泽气候潮湿、覆水程度较高。根据TPI值与GI值并结合沉积环境与煤岩特征对煤相类型进行划分，将TPI=1作为高位森林沼泽和芦苇沼泽的划分界限，GI=50作为浅覆水和深覆水相的划分界限，识别出研究区识别出4种不同的煤相类型：1) 覆水森林沼泽相，2) 深覆水森林沼泽相，3) 芦苇沼泽相，4) 湖沼相^[65]。垂向上煤相变化较频繁，下部平湖组以覆水森林沼泽相和深覆水森林沼泽相为主，上部花港组以湖沼相和芦苇沼泽相为主(图 3)。

随着层序地层学的发展，人们逐渐认识到基准面及可容空间变化对煤相发育特征有明显的控制作用^[66]。相对海平面的变化控制着泥炭的堆积及煤质特征，最大海泛面附近水位较高，缺氧条件及海水的影响使得煤层中富氢镜质组、类脂组(壳质组)及黄铁矿含量较高，而这些组分在海(湖)侵体系域初期或高位体系域末期海(湖)平面相对静止—缓慢上升时期的含量较低^[66]。在国内，煤相参数在晋北石炭二叠纪^[67]、准噶尔盆地侏罗纪^[68]、柴达木北缘盆地侏罗纪^[14]含煤岩系层序地层研究中得到很好的应用。

在应用显微煤岩组分进行煤相分析时，还需注意近年来有关显微煤岩组分成因的争论，例如有证据表明地质记录及煤层中的惰质组显微组分主要是野火事件中不完全燃烧的产物^[69]，与泥炭地覆水深度及氧化还原性无关。因此，在利用煤相反映基准面变化时，还需要具体问题具体分析。

2.2 煤系富有机质泥页岩有机相研究

近年来的页岩气的勘探开发激发了人们对富有机质泥页岩的生烃潜力的研究兴趣，沉积有机相分析则是泥页岩生烃潜力研究的重要手段^[70]。沉积有机相主要指是烃源岩沉积环境在岩石学和地球化学方面的综合反映，其空间配置受到沉积盆地中层序地层格架及沉积环境的控制。有机相的明确概念由Rogers^[71]提出，用以描述烃源岩中的有机质含量、有机质类型、产油气率和油气性质等关系，他认为有机相类似沉积相，可跨越时间而不受地层或岩石单位的限制，有机质丰度、有机质类型和沉积环境是确定有机相的必要条件，尤以有机质类型最为关键。Jones et al.^[72-73]划分出4种主要有机相(A、B、C、D)和3种过渡有机相(AB、BC、CD)，其中主要有机相对应的地质意义分别为:A.缺氧的淡水或湖水环境；B.含一定陆源有机质，有机质丰度较低；C.以陆源物质为主；D.高氧化性—再旋回沉积。该分类方案充分考虑了有机质来源、沉积环境、保存环境等控制因素，强调了干酪根的连续性聚集。Tyson^[74]将有机相定义为“包含特定有机组分的沉积体，可通过显微镜识别或具有特定的有机地球化学特征”。金奎励等^[75]认为有机相具有岩石学和地球化学的双重属性，可以通过有机成分进行反映。金奎励在对吐哈盆地侏罗纪煤系烃源岩研究的过程中，将煤系炭质泥岩有机相划分为4个类型，即干燥或富养沼泽相、森林沼泽相、活水沼泽相和开阔水体相。该方案突出有机岩石学和地球化学研究的相互结合，与Jones的方案具有对应关系，对含煤盆地烃源岩评价具有重要意义。此外，其他国内学者的分类方案有的将有机相与沉积相进行结合^[76]，有的根据可溶有机质、干酪根碳同位素、有机质丰度、有机质类型及热变质程度等方面^[77]综合确定。

层序地层学的发展为有机相研究注入了新的活力，有机相的关键控制因素包括气候条件、陆源有机质产量、海相有机质表面生产率，古氧化体制以及海平面变化等，据此可得出泥质烃源岩有机相在层序格架内的分布规律^[78]：低位体系域内以C-D相为主，早期陆源有机质易受到氧化，陆源有机质供应局限于再沉积形成的盆底扇，生烃潜力较弱；海侵体系域由于相对海平面上升，陆源物质供应迅速减少，有机质保存条件较好，有机相以BC-B相为主，由于通常厚度较大，是最有资源潜力的烃源岩；在海侵末期凝缩层附近，含有丰富的底栖和浮游生物组合，缺氧环境中可形成有利生油的(B-AB-A)有机相组合，但由于地层厚度通常较薄，资源潜力相对较低；高位体系域早期陆源供给尚不充分，可形成BC-C-CD有机相，高位体系域晚期陆源物质供应较强，沉积速率较高，海相有机质稀释，形成C-CD相，生烃潜力减弱。将层序地层格架与有机相结合，是预测有利于生烃的有机相的重要手段。

3 洁净煤的沉积学控制

煤中的有害物质在煤炭利用过程中对环境的危害, 已经受到地质学家的高度重视^[79-80]。我国学者从洁净煤角度系统研究了全国范围内煤中硫及潜在有害微量元素的分布规律、赋存状态、富集机理及其在煤炭加工利用过程中的迁移规律与环境效应，并构建了煤炭资源洁净潜力评价体系，圈定了我国不同洁净等级煤炭资源分布范围^[81]。对我国煤中硫含量分布地质成因的研究表明，硫含量高低明显受到沉积环境的影响，碳酸盐台地沉积背景下易形成高有机硫煤^[82]；海陆过渡相中易形成以硫铁矿硫为主的中高硫煤和高硫煤；陆相沉积的煤层硫分含量一般较低，但受硫源供给的影响^[18]；此外煤中硫含量还与物源供给距离存在一定关系，靠近古陆的煤层硫含量较低，反之煤层硫含量较高。在层序地层格架下对煤层煤岩煤质变化特征的研究表明，基准面变化控制了泥炭地的水介质条件, 进而控制了煤质变化特征，在下切谷等层序界面处的煤层全硫含量相对较低，而最大海泛面处煤层全硫含量则相对较高，受基准面变化的影响，煤中Si、Al、Ca、K、Sr、P等元素在垂向剖面中会呈规律性变化^{[81, 83]}。煤的岩石学组成煤质特征在很大程度上受到成煤条件的控制，因而基于成煤条件可建立优质煤分类标准与评价方式，以及不同煤分类的首选利用方式^[82]。近年来，煤中共伴生矿产资源及有元素的成因类型、赋存状态和利用评价受到了广泛关注^[84-85]，如煤—锗、煤—镓、煤—锂、煤—铀、煤—铌、煤—稀土元素等煤型稀有金属矿床，其中一些矿产的形成及富集与同生沉积作用有关，包括物源碎屑供给、火山灰沉积、沉积环境特征和海水的影响。

4 含煤系统及含煤层气系统 4.1 含煤系统

含煤系统是近年来煤田地质学的一个新概念，主要是考虑煤的聚集受多种因素的影响，这些因素既相互独立，又相互联系、相互制约，构成了一个复杂的聚煤作用系统^[86]。赵忠新等^[87]主张的含煤系统，其基本要素有物源、聚煤环境和地下热流，相关成煤作用包括泥炭的原地堆积—异地搬运作用、煤层的埋藏作用和成煤阶段的热变质作用。Warwick et al.^[88]定义的“含煤系统(coal system)”，进一步将煤地质学各分支学科统一进行研究，利用“含煤系统分析方法”对含煤盆地中各种地质信息进行组织与集成。将“含煤系统”定义为成煤史相同或相近的若干个煤层或煤层群，界定含煤系统的标志主要有：1) 古泥炭堆积的原始特征，2) 含煤岩系的地层格架，3) 主要含煤地层中的煤层丰度，4) 反映古泥炭堆积沉积环境和古气候条件的煤中硫含量分布特征，5) 煤变质程度或煤级。

李增学等^[17]认为“含煤系统”是含煤岩系、煤层及煤系共伴生矿产形成、保存及成藏的自然系统，根据含煤系统中各组成部分的地质作用及其研究意义，将含煤系统分为煤系地层格架、煤层(群)形态、煤变质、赋煤区块、煤层气成藏和煤系游离气成藏6个子系统。晋香兰等^[89]根据层序地层格架与地层完整程度、沉积古地理轮廓与煤层厚度、煤层埋深与煤的变质程度等指标，将鄂尔多斯盆地侏罗系含煤系统在平面上划分为9个成煤系统单元，并对成煤系统在资源评价中的意义进行了展望。

4.2 含煤层气系统

煤层气系统是近年来基于含油气系统的概念提出的，目的是将煤层气形成过程中复杂的自然现象和地质作用表述得更加具有层次感和系统化。煤层气系统的核心思想就是将煤层气的生、储、盖、运、聚、保等一系列成藏过程作为整体进行综合研究^{[16, 90-91]}，这个成藏过程一般上包括形成煤层气富集的各种静态因素和动态因素，静态因素包括煤层的空间分布、煤岩煤质及生气特征、煤储层含气量、煤层顶底板及封盖条件等^[92-93]；而动态因素则包括构造发育史、埋藏史、热演化史、水动力场、古应力场等^[94]。因此，煤层气系统是煤层和其中的煤层气富集所必须的一切地质要素和作用所组成的天然系统^[95-97]。

煤层气系统的垂向分隔一般以水动力封闭为主^[98]，即不同煤层气系统之间具有相对独立的水力联系。在黔西上二叠统以三角洲—潮坪—潟湖体系沉积为主的含煤岩系中，低渗隔水阻气层的分布受到层序格架控制，煤层甲烷平均含量及含气量梯度呈现出波动式变化，可在垂向上划分出多套相对独立的含煤层气系统，因此有学者提出多层叠置独立含煤层气系统的观点^[16]。进一步研究表明，隔水阻气层主要为最大海泛面附近的海相泥岩及低渗岩层，其平面展布受到沉积环境显著控制，三角洲平原中偏氧化环境使得最大海泛面附近的泥岩封堵性较低，使得相对孤立的含气组合连通构成相对统一、结构简单的含气系统；而三角洲前缘中低渗岩层相对发育，垂向含煤层气系统较为复杂(图 4) ^[99]。

就沉积环境对含煤层气系统的控制作用而言，主要表现在以下三个方面：一是对煤层厚度及其展布特征的控制；二是对煤储层中煤岩煤质及微裂隙等相关非均质性的控制；三是对煤层围岩(区域盖层)及其岩相组合的控制，最终体现在对煤储层孔渗性和富集条件的控制^[99]。多层叠置独立含煤层气系统体现了以上控制作用的第三个方面，这是由黔西晚二叠世内克拉通盆地背景过渡相沉积环境所决定的。由此获得启发，在其他聚煤环境中或者在上述控制作用第一、第二方面，是否还存在其他类型的含煤层气系统，从而为煤层气资源的勘探开发提供更准确的科学依据。

5 含煤岩系中“深时”古气候信息

作为地质时期泥炭地发育的产物，煤的形成经历了气候条件、构造特征、水平面升降、泥炭地类型、成煤物质、营养条件、地史重大事件和日地轨道周期旋回等变化，这些变化会直接或间接地记录在煤层当中，使其成为“深时”古生态、古环境及古气候信息的重要载体。近年来我国学者在利用含煤岩系古土壤研究古气候^[100-101]、利用显微煤岩组分丝质体含量研究古泥炭地火灾事件及大气氧含量^[22]、利用煤层中的米兰科维奇旋回周期研究古泥炭地碳聚集速率及大气CO₂变化趋势^[23]等方面进行了深入研究。

含煤岩系中的古土壤能够作为深时古气候的良好标志^[102]。邵龙义等^[100]在渤海湾石炭—二叠系盆地中依据古土壤及地球化学特征，识别出古新成土、古潜育土、古有机土、古变性土、古旱成土、古老成土和古氧化土七种古土壤类型，根据古土壤在垂向剖面中的发育规律恢复了气候变化曲线，提出从晚石炭世到晚二叠世由温暖潮湿至炎热干燥的长周期气候变化是板块漂移的结果，具有长湿短干—半湿半干—短湿长干的降水特征，而短周期气候变化则是区域性基准面变化的结果。Yang et al.^[101]通过对河南永城下二叠统煤及其含煤岩系中泥质岩矿物成分进行化学风化指数研究，发现风化程度与纬度之间具有相关性，借助现代风化指数—温度之间的关系，认为早二叠世冰室期的高—低纬度之间温差值约为20℃。

传统煤岩学教程认为煤中惰质组的成因包括野火不完全燃烧、真菌降解、氧化脱水等，如今，越来越多的学者通过燃烧实验证明煤中的惰质组主要是火焚事件不完全燃烧形成的产物^[69]。Scott et al.^[69]认为借助含煤岩系中惰质组含量不仅可以反推古野火事件频繁程度还能估算古大气氧含量水平，于是对世界范围内各个地质时期煤中惰质组的含量进行了统计，并利用非线性回归方法计算出了400 Ma以来的大气氧含量水平。Glasspool et al.^[103]又进一步修订了该模型并重新计算了古大气氧含量，与运用地球化学方法计算出的大气氧含量不同，基于惰质组含量计算出的氧含量浮动范围相对较小，精度略有提高。Shao et al.^[22]对中国西南地区晚二叠世末期煤中惰质组含量进行了高分辨率采样研究，借助此模型计算出当时大气氧含量水平为27%(图 5)。

泥炭地作为地球系统中重要的碳库在全球碳循环中扮演着重要角色。煤中的碳主要来自泥炭地发育时期植物生长过程中通过光合作用固定的碳。因此，对煤中碳的聚集速率研究有助于了解泥炭地发育时期植物的聚碳效应^[23]，进而了解地质历史时期碳循环特征，从而为古气候研究提供帮助。米兰科维奇旋回理论是古环境研究中重要的时间“度量”工具。Large et al.^[104-105]利用煤层的碳同位素组成及V/I比值在煤层剖面的变化规律来研究泥炭地的古气候及水文特征对米兰科维奇轨道参数旋回的响应以及全球碳循环，并据此建立起精确的时间尺度并计算有机碳的聚集速率等。国内学者针对晚二叠世及早白垩世煤层进行地球物理测井信号频谱分析，识别出米兰科维奇旋回信号并获得相应的周期参数^[106-107]。对晚二叠世贵州普安17号煤层的研究发现，测井信号所反映出的煤层灰分含量变化受泥炭地发育时期的米兰科维奇轨道的偏心率、斜率及岁差周期的驱动(图 6)。以煤层剖面中识别出的轨道周期为时间尺度，结合煤层厚度可计算出泥炭地的碳聚集速率及对应的净初级生产力(NPP)^[23]，基于晚二叠世、晚石炭世、早白垩世和现代热带泥炭地的NPP与各个时期大气成分的对比结果显示，大气中的二氧化碳和氧气含量对陆相生态系统的净初级生产力具有关键性的控制作用。此外，研究表明影响生产力水平的因素主要为大气中CO₂浓度，而CO₂浓度又是影响气候变化主导因素，因此认为煤可以作为研究古气候变化媒介^[106]。

6 含煤岩系沉积学研究展望

煤在今后若干年内仍将继续作为我国支柱能源，通过含煤岩系沉积学及岩相古地理研究，寻找更多的优质煤炭资源，满足我国经济社会发展的需要，仍然是摆在煤田地质学面前的艰巨任务。煤炭资源开发利用过程中所产生的环境问题，例如土壤及大气污染等，亦需要通过沉积学的手段进行研究，提出污染防止措施。此外，煤作为一种特殊的沉积岩，其中蕴含的古环境演化以及地球历史演化的各种信息，特别是“深时”古气候信息，亦应受到重视。

针对以上方面，笔者建议中国含煤岩系沉积学在今后应更加注重以下方面的研究：

(1) 加强含煤岩系层序地层格架及聚煤模式研究

中国的含煤岩系层序地层学研究目前还主要限于内克拉通盆地海陆过渡相地层，对陆相含煤盆地的层序地层学研究还比较薄弱。可容空间理论如何用于克拉通盆地、前陆盆地、裂谷盆地等不同类型含煤盆地，建立不同构造背景的含煤盆地的层序地层模式，仍是今后需要加强研究的问题。

(2) 加强中国聚煤规律研究

中国的地质历史上的聚煤期次较多，有工业价值的煤层从早石炭世、晚石炭世、二叠纪、晚三叠世、早—中侏罗世、早白垩世、古近纪到新近纪都有分布，不同聚煤期的聚煤作用有明显的地质分区，如东北、华北、西北、华南及滇藏等聚煤区，今后的研究需要对不同聚煤区的不同聚煤期的层序地层格架及聚煤模式进行深入研究，为各聚煤区的找煤勘探提供理论依据，特别是为中国东部深部煤炭资源的勘探开发提供理论指导。

(3) 加强洁净煤沉积学研究，进行优质煤炭资源预测

中国作为世界上最大的煤炭生产和煤炭消费国家, 煤炭的开发利用过程会带来一系列社会和环境问题，特别是燃煤造成的大气污染以及灰霾天气，已经受到地质学家的高度重视。对我国煤中硫含量分布的地质原因研究表明，煤的硫含量受到沉积环境及古地理的影响显著。因此，有必要系统地从沉积学及层序地层角度研究煤中硫及有害微量元素的聚集规律及赋存特征，对我国煤炭资源洁净潜力进行评价。

(4) 加强煤层气及煤系页岩气资源勘查沉积学及有益矿产沉积学研究

含煤岩系非常规天然气(煤系气)是煤田地质研究的又一热点领域，煤层气、页岩气、致密砂岩气的研究与含煤岩系沉积学密切相关，沉积环境通过控制生烃组分、有机质类型而控制烃源岩(煤、煤系泥岩)的生烃潜力，同时沉积环境还通过控制储盖层分布特征而控制煤系气的聚集成藏。因此，含煤岩系煤层气、页岩气等勘查评价离不开含煤沉积学研究，特别是与沉积学结合密切的含煤系统以及含煤层气系统，将会更加收到重视。近年来在含煤岩系发现的可燃冰、砂岩型铀矿、稀有气体氦气、煤中有益元素(或共伴生矿产)等相关矿产资源勘查，也须与沉积学研究密切结合。

(5) 加强含煤岩系“深时”古气候及地质事件信息研究

煤作为一种重要而特殊的沉积岩，蕴含着丰富的“深时”地质信息，记录了聚煤期的气候条件、泥炭地类型、成煤物质、碎屑物质注入、水平面变化、营养条件、构造特征、极端事件、天体周期旋回等信息。当前这方面的研究热点包括煤的惰质组显微组分含量反映古泥炭地火灾事件、生态体系以及大气氧含量的变化，煤层在地质历史长周期变化过程中的表现特征、古泥炭地古气候对米兰柯维奇旋回的响应及其对全球碳循环的影响，基于含煤岩系地质信息建立高分辨率“深时”时间尺度框架等。