新疆准东煤田富惰巨厚煤层成煤古气候特征及古野火事件响应

煤中惰质组是植物不完全燃烧产物这一论述被越来越多的学者所接受,该论述对古野火指示意义更为突出。新疆准东煤田中侏罗统西山窑组煤层具巨厚层、富惰质组分、发育木炭等典型特征。高反射率丝质体的存在是否与古野火有关?野火产物中是否存在明显的识别标志?针对这些科学问题,对准噶尔盆地东部煤田五彩湾矿区西山窑组煤层中采集的22个样品进行惰质组和多环芳烃测试。实验结果显示,西山窑组煤层中惰质组含量31.14%~82.64%,平均55.78%,惰质组平均反射率1.08%~1.54%,惰质组含量高是该煤层的主要特征。多环芳烃实验结果显示,不同层位间ΣPAHs变化范围较大,为3881×10^(-9)~6525×10^(-9),均值4433×10^(-9),同层位不同种类多环芳烃含量相差极大。综合对比惰质组含量、惰质组反射率和PAHs含量特征,推测新疆东部富惰巨厚煤层在沉积时至少经历3次野火频发期,野火类型均为中低温地面火。通过建立野火与巨厚煤层在垂向上所记录其他指标(镜惰比、干燥森林沼泽相占比、中生植物占比和热带-亚热带气候占比)的关联性,得出野火频率与环境干湿程度关联性较大的结论。通过煤中惰质组含量对中侏罗统西山窑组沉积期大气含氧量的重建,表明当时大气氧含量高达28.1%。

鄂尔多斯盆地侏罗纪煤中古野火事件及其对古气候的影响

【研究目的】野火是陆地生态系统的一个重要组成部分,燃烧产生的温室气体会对气候环境产生影响。对地史时期古野火的研究可以获得野火对生态系统的潜在长期影响。【研究方法】采集了鄂尔多斯盆地侏罗纪延安组5个主采煤层的56个样品,并对其进行了宏观煤岩观察、煤岩显微组分定量、惰质组反射率测定、微观形貌观察。【研究结果】结果显示在煤层的顶底板中存在大量的宏观化石木炭(Charcoal),且细胞间层均为同质化;煤中惰质组含量分布范围为45.23%~56.81%,且大部分惰质组反射率低于2%。【结论】这表明在泥炭沉积时期发生过高频率的野火事件且以中低温的地表火为主。根据现代森林火灾碳排放模型和煤中的惰质组由燃烧成因理论,计算出仅在鄂尔多斯盆地延安组泥炭系统中野火释放的总碳量为443 Gt,其中CO_(2)的量为1377 Gt,CO的量为86.7 Gt,CH_(4)的量为8.2 Gt,CO_(2)的释放量相当于目前大气圈中CO_(2)总量的45.9%。延安组时期陆地生态系统中野火释放的巨量温室气体可能是导致这一时期气候变暖的原因之一。

准噶尔盆地东部中侏罗世煤中记录的古野火事件

煤中惰质组是植物体不完全燃烧的产物这一论述被越来越多的学者所接受,伴随而来的是其指示古野火的意义更加突出。通过准噶尔盆地东部中侏罗统西山窑组煤层样品的惰质组含量和反射率信息,同时利用快速溶剂萃取法得到了煤岩样品中的16种多环芳烃的含量特征,综合分析了该组煤层在沉积过程中所经历的古野火事件。试验结果显示,西山窑组煤层中惰质组含量31.14%~82.64%,平均55.78%,惰质组平均反射率1.08%~1.54%,惰质组含量高是该煤层的主要特点。多环芳烃的试验结果显示不同层位间PAHs含量变化范围相对较大,范围3881~6525 ng/g,均值4433 ng/g,且同层位不同种类的多环芳烃的含量相差极大。将惰质组含量、惰质组反射率和PAHs含量特征进行综合分析,得出了该煤层在沉积期间至少经历过3次野火频发的时期,根据木炭反射率数据进行的温度解释,这3个时期的野火类型均为中低温的地面火。同时从全球碳循环的角度对野火可能造成的气候环境影响做出了理论分析与推测,泥炭的堆积对全球气候产生了净降温效应,但是野火的发生能在一定程度上削弱这种效应并会将大量的碳排放到大气中。本研究结合多环芳烃特征对准噶尔盆地的古野火事件进行了识别与分析,对今后这一地区的煤田地质研究有一定的借鉴意义。

煤中惰质组及其古环境意义:来自AI和大数据分析的启示

惰质组是煤中常见且重要的显微组分组,作为古野火指示物在古环境研究中发挥着至关重要的作用,古野火在多种生态系统中扮演着不可替代的角色.通过惰质组来讨论古野火与古气候变化及古植物演化的研究逐年增多.丝质体和半丝质体的反射率可以用来估算古野火的燃烧温度及类型,进而判断不同类型野火的燃烧特征.惰质组的相对丰度可以重建大气氧含量.人工智能(AI)和科学数据库的在线搜索工具的快速发展,使得查找、收集、整理和分析从最老到最新的出版物,以及出版物中的全球惰质组数据成为可能.本文使用数据提取工具Deep Shovel收集分析从志留纪到新近纪的全球惰质组数据,然后应用Gplates、ArcGIS pro、Tableau等多个软件建立地质历史时期惰质组相对丰度的变化模型,该模型可以与其他因素如大气氧含量、植物进化及古气候变化等进行关联.惰质组在地质历史中的分布特征差异很大,二叠纪属于典型的“高惰质组含量-高大气氧含量”时期,新生代属于典型的“低惰质组含量-低大气氧含量”时期.本文提出惰质组特征与古环境因素之间的可能性正负反馈关系,揭示出惰质组在地质古环境演化研究中发挥着不可替代的作用.未来惰质组相关研究应该聚焦在有机岩石学和有机地球化学的深入结合,大数据驱动的惰质组时、空分布特征,古野火在不同气候背景下的地球系统中发挥的作用以及融合现代野火研究预测未来由于气候变化导致的野火发生的频率和强度.

柴达木盆地北缘中侏罗统石门沟组煤中多环芳烃分布特征及其地质意义

多环芳烃(PAHs)是古环境、古野火以及古气候的重要地质记录,本文通过气相色谱质谱法(GC-MS)研究了柴达木盆地北缘中侏罗统石门沟组煤中多环芳烃分布特征,检测出一系列二环至七环芳烃化合物,包括高等植物衍生多环芳烃(卡达烯、6-异丙基-1-异己基-2-甲基萘、惹烯、西蒙内利烯以及二氢惹烯)和燃烧衍生多环芳烃(荧蒽、芘、苯并[a]蒽、[艹屈]、苯并荧蒽、苯并[e]芘、苯并[a]芘、茚并[cd]芘、苯并[ghi]苝和晕苯)等。这些多环芳烃的检出表明石门沟组煤沉积于具有显著陆源高等植物输入的微咸水湖沼环境,成熟度较低(平均随机反射率为0.56%)。石门沟组煤中高等植物衍生多环芳烃以极高的惹烯含量为特征,且存在较高丰度的西蒙内利烯和二氢惹烯,卡达烯丰度极低,反映出成煤期陆地植被类型以松柏类植物的针叶林为主,气候温暖湿润。同时,煤中丰富的燃烧衍生多环芳烃证实了柴达木盆地北缘中侏罗世存在广泛的陆地古野火,较高的大气氧气浓度(25.6%)可能是该时期野火频发的一个重要诱因。本次研究为柴达木盆地中侏罗世古野火事件的研究提供了重要的分子化石证据,也是对中侏罗世古环境和古气候研究的有益补充。

中国北方烧变岩的分布、特征及研究意义

中国北方烧变岩分布广泛,见于以昆仑山—秦岭—大别山为界的中国北方地区多个沉积盆地边缘,但地质学家对其研究较为薄弱。野外调查显示中国北方烧变岩主要以4种方式分布:(1)大面积连片分布,(2)沿山脉走向的线状分布,(3)沿河流下切河谷分布,(4)为第四系黄土覆盖。烧变岩主要为侏罗系、石炭—二叠系煤层自燃所致。各类型的烧变岩在中国烧变岩区不同程度发育,具瓷化结构、白化结构、烧熔结构、残余构造、气孔构造、微柱状节理、角砾状构造、垮塌构造、裂缝充填等结构和构造。其颜色以砖红色、赭红色、棕色、钢灰色最为典型,岩石中发育鳞石英、方石英、堇青石、铁堇青石、莫来石等典型高温矿物。中新世以来,中国西部、北部地区构造活动强烈,干旱气候加剧,烧变岩也主要形成于这一时期,但煤层自燃与构造运动、环境变化、古野火事件的耦合关系还鲜有提及,其所蕴含的各种地质信息值得在今后的研究中予以关注。