鄂尔多斯盆地中侏罗世超低灰煤中复合纤维状碳酸盐脉的成因机制：揭示泥炭埋藏后有机碳与无机碳酸盐的相互作用

针对煤中有机质与碳酸盐矿物共生机制不明的科学问题，中国科学院等机构研究人员通过岩石学、矿物学和地球化学分析，揭示了鄂尔多斯盆地中侏罗世No.2(2)超低灰煤中复合纤维状碳酸盐脉（方解石-铁白云石）的形成机制，提出煤化作用中高压流体与甲烷氧化驱动的原位破裂-充填模型，为有机-无机碳转化提供了新见解。

　　

论文解读

在地球漫长的碳循环历程中，煤层的形成犹如一部被封存的史诗，记录着有机质与无机矿物的复杂互动。尤其当煤中同时出现大量有机碳和自生碳酸盐矿物时，一个关键科学问题随之浮现：它们的共存是偶然还是存在深层关联？以往研究多聚焦于黑色页岩中的纤维状方解石脉，认为其与烃类流体活动相关，但煤中同类结构的成因机制始终成谜。鄂尔多斯盆地作为中国第二大沉积盆地，其中侏罗世超低灰煤（灰分<10%）不仅富含有机质，更蕴藏大量形态各异的碳酸盐矿物，为破解这一谜题提供了理想样本。

为揭示煤中纤维状碳酸盐脉的成因，研究人员对鄂尔多斯盆地榆神矿区崔家沟煤矿的延安组2(2)号煤层展开系统研究。该煤层属超低灰（灰分6.37%）、特低硫（硫分0.34%）的高挥发分B烟煤，其显著特征是镜质组中分散着大量丝质体/半丝质体碎片。通过低温灰化、X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）结合碳氧同位素分析（δ¹³C_VPDB和δ¹⁸O_VPDB），团队发现煤层中碳酸盐占比高达33.5%，包括方解石、铁白云石和菱铁矿。尤为特殊的是，复合碳酸盐脉（方解石-铁白云石）的碳同位素值（-34.87‰至-11.43‰）显著偏负，暗示有机碳的强烈贡献。

关键发现

1. 矿物世代与流体活动：煤层中识别出富硅和富钙两类高灰分夹矸。富硅层段源于泥炭堆积期硅铝质流体输入，而富钙层段则与煤化作用中形成的复合碳酸盐脉密切相关。电子显微镜下可见纤维状方解石晶体长宽比异常（>100:1），并发育典型的"裂封结构"，指示周期性流体注入过程。

2. 有机-无机碳转化机制：碳氧同位素证据表明，碳酸盐脉的极轻δ¹³C值（最低-34.87‰）直接来源于煤有机质热演化产生的CO₂，而δ¹⁸O值（-14.66‰至-10.84‰）反映流体主要来自地层水。结合光学显微观察，提出"煤化增压-甲烷氧化"驱动模型：煤成熟过程中产生的超压流体导致煤层原位破裂，随后甲烷氧化生成的CO₂与钙铁质结合，在裂隙中逐层沉淀形成纤维状脉体。

科学意义
该研究首次系统阐释了低灰煤中纤维状碳酸盐脉的成因机制，揭示有机质热演化与无机矿物沉淀的时空耦合关系。这不仅深化了对煤层中碳形态转化的认识，更为理解地质历史中有机-无机碳库的相互作用提供了新视角。实践中，该成果对煤层气开发中流体-岩石相互作用评估具有指导价值，也为煤系关键金属（如Ga、Ge）的富集机制研究开辟了新思路。

这项发表于《Applied Geochemistry》的工作，通过多尺度分析手段架起了有机地球化学与矿物学之间的桥梁，彰显了中国在能源地质领域的研究深度。未来，类似研究或可拓展至其他富有机质沉积系统，进一步揭示地球碳循环的深部过程。