哈萨克斯坦Ekibastuz盆地早石炭世超厚煤层的有机岩石学与地球化学特征及其古环境意义

针对哈萨克斯坦Ekibastuz盆地早石炭世超厚煤层（150米）的成因机制不明问题，研究人员通过有机岩石学（镜质体反射率%Rr、显微组分分析）和生物标志物地球化学（n-烷烃、甾烷、藿烷等）研究，揭示了其高挥发分烟煤A级（0.8-1.1%Rr）的热演化特征，证实了火山活动影响下的低洼沼泽成煤环境，为理解特殊地质背景下超厚煤层形成机制提供了关键证据。该成果对中亚地区煤炭资源评价及古环境重建具有重要意义。

　　

在能源转型与碳中和战略背景下，煤炭资源的高效利用仍具现实意义。哈萨克斯坦作为全球第八大煤炭生产国，其Ekibastuz盆地的超厚煤层（累计达150米）堪称地质奇观，但关于其形成机制的科学认知长期存在空白。这个形成于早石炭世维斯法阶的煤系，为何能在单一地质时期内堆积如此巨量的有机质？是特殊的古气候条件、构造背景还是火山活动所致？这些谜题困扰着学界。更棘手的是，该盆地地质研究长期局限于前苏联地区，国际文献中缺乏系统的有机岩石学与地球化学数据，严重制约了资源评价与古环境重建的准确性。

为破解这些难题，来自奥地利、德国和哈萨克斯坦的研究团队选取Bogatyr Komin露天矿（世界最大煤矿之一）西缘陡倾煤层剖面，对3个主煤层（自上而下编号1-3）开展多学科交叉研究。通过38个煤样的系统分析，首次建立了该盆地完整的煤化作用演化模型，相关成果发表于《International Journal of Coal Geology》。

研究团队采用四大关键技术：1) 有机岩石学分析（镜质体反射率%Rr测定、显微组分统计）；2) Rock-Eval热解（T_max、S₁-S₂烃类检测）；3) 气相色谱-质谱联用（GC-MS）分析饱和烃（n-烷烃、甾萜类）和芳香烃化合物；4) 元素分析（总有机碳TOC、总硫含量）。所有样品采自+92米水平巷道，覆盖完整煤层序列。

【研究结果】
5.1 热成熟度特征
镜质体反射率梯度（0.18%Rr/100米）揭示煤级为高挥发分烟煤A级（0.8-1.1%Rr）。成熟度生物标志物参数（Ts/(Ts+Tm)=0.07-0.63，C₃₀重排藿烷/C₃₀αβ藿烷=0.02-0.38）与镜质体反射率显著相关（R²>0.78），证实煤化作用发生于构造变形前。异常高的地温梯度暗示岩浆活动导致古热流值升高。

5.3 沉积环境
高灰分产率（平均29.4wt%）与低硫含量（0.38-3.73wt%）指向淡水低洼沼泽环境。火山活动证据包括：1) 煤层中"高岭石质层"（kaolinitic beds）；2) 硫芳香化合物富集（尤其3煤层下部）；3) 生物标志物显示酸性条件（低pH值）。显微组分与地球化学指标（如植被指数VI）反映成煤植物以草本为主，但1、3煤层含较多木质素来源的芳香化合物，指示科达-松柏-种子蕨类植物的阶段性繁盛。

5.4 盆地动力学
150米单旋回煤层的超常厚度，结合下伏地层（20-110米）的强烈厚度变化，揭示盆地具有裂谷/走滑拉分盆地特征，明显区别于典型前陆盆地（如Karaganda盆地2-3米薄煤层）。这种高沉降速率背景为巨量泥炭堆积提供了空间保障。

【结论与意义】
该研究首次系统揭示了Ekibastuz超厚煤层的三大成因要素：1) 快速构造沉降创造可容空间；2) 低洼沼泽持续接受陆源碎屑与火山物质输入；3) 岩浆活动导致异常热流加速煤化作用。创新性发现包括：1) 建立火山灰层-硫化合物-高岭石的三联证据链，证实火山活动对成煤环境的直接影响；2) 通过生物标志物成熟度参数（如C₃₀HH）与镜质体反射率的定量关系，完善了高挥发分烟煤阶段的成熟度评价体系；3) 提出哈萨克斯坦北部石炭纪煤系存在差异构造背景的新认识，为区域煤炭勘探提供了理论依据。研究成果不仅填补了中亚煤地质研究的空白，也为理解特殊地质条件下超厚煤层形成机制树立了典范。