通过对保加利亚西南部早渐新世皮林煤层沉积期间形成泥炭的环境条件的岩石学和有机地球化学研究，我们获得了重要的见解

《International Journal of Coal Geology》：Petrological and organic geochemical insights into the peat-forming environmental settings during the deposition of the early Oligocene Pirin coal deposit, SW Bulgaria

煤岩学及有机地球化学分析表明，保加利亚西南部Brezhan graben的早始新世Brezhani煤 seam由detrovitrinite（52.5%）、collotelinite（4.7%）等组成，反映湿地环境。生物标志物显示混合植被，以被子植物（如Betulaceae）和松柏类（如Taxodioideae）为主，伴少量水生植物。显微煤岩学（TPI=0.8，VI=0.7）和Rock-Eval数据（HI=78-152 mg HC/g TOC，Tmax=406-422°C）表明煤为低成熟度次烟煤-褐煤过渡型，硫含量高（3.2% db）与硫酸盐还原菌活动相关。煤层沉积受构造控制，经历从湖相到沼泽的频繁水体交替。

　　### 比利时煤层中的早始新世植被与环境特征

在东南部保加利亚的布雷扎尼（Brezhani）断裂带内，位于西南部的皮林（Pirin）煤矿是唯一拥有早始新世煤层的煤矿。这一煤层具有约30米的厚度，其地质和环境意义不容忽视。皮林煤的形成与该地区当时植物群落及气候条件密切相关，且其特性在该区域具有代表性。通过对皮林煤进行有机岩石学、整体有机地球化学及生物标志物分析，研究人员揭示了该煤层的形成过程及其所反映的环境信息。

#### 有机岩石学特征

从宏观角度来看，皮林煤呈现出黑色的外观，由半亮的沉积有机质（clarain）组成，质地较为光滑。煤层中可见分散的以及局部丰富的胶状（gel）薄层，这些薄层通常由含水的黏土和矿物质组成。尽管煤层中存在大量含氧化合物的根部组织，但未显示出明显的热变质影响。低至中等的植物组织保存程度表明，这些煤层主要由低保存潜力的植物构成。此外，煤层中罕见的树脂浸渍的木质组织则暗示了沼泽环境中森林植被稀疏，以灌木为主。

在微观层面，皮林煤的煤质主要由detrovitrinite（主要的非结晶有机质）和少量的collotelinite（中等程度的胶状有机质）构成，同时含有丰富的corpogelinite（胶质）以及较少的liptinite（半胶质有机质）和inertinite（非胶质有机质）。值得注意的是，collotelinite通常与根部或茎部组织相关，有时与corpogelinite和suberinite（半木质有机质）共存，这表明其来源于小型茎或根部的植物组织。liptinite的组成则以alginite（胶质）和suberinite为主，偶尔还包含resinite（树脂质）。liptodetrinite则表现为富含的低分子量有机质，可能来源于藻类或菌类的分解。

#### 有机地球化学特征

通过对煤样进行分析，研究人员发现其总体有机碳（TOC）含量在31.8至72.3%之间，平均值为58.4%（干基）。此外，皮林煤的碳氢指数（HI）在78至152 mg HC/g TOC之间变化，而生产指数（PI）则普遍较低（0.01–0.05），少数样品中PI略高（0.7–1.0）。这些数据表明，煤中的有机质成熟度较低，且其生成的烃类潜力有限。

在分析有机质的分子组成时，研究人员发现其主要由极性化合物和沥青（asphaltene）组成，而脂肪族和芳香族烃类则在其中占较小比例。此外，分析结果表明，煤中存在大量的生物标志物，如n-烷烃、三萜类化合物、甾烷和环烷烃等。这些生物标志物的分布特征有助于识别其来源，包括被子植物、裸子植物和水生植物。例如，某些样品中n-C27的浓度较高，这通常与被子植物有关，而其他样品中则可能含有更多的三萜类化合物，表明其可能来源于松科植物。

#### 煤层的沉积环境与植被

通过研究煤层的沉积环境，研究人员发现其形成于一个低洼（topogenous）的中营养（mesotrophic）边缘沼泽（limno-telmatic mire）。这种环境的特点是水位较高，且常有水体覆盖，从而促进了有机质的胶化（gelification）过程。此外，煤层中的高硫含量和高灰分表明，其沉积过程中可能存在一定的酸性环境，但这些酸性条件并非长期存在，而是与水供应的变化有关。

在植被方面，煤层中的生物标志物表明，其主要由混合植被组成，包括被子植物和裸子植物。值得注意的是，某些样品中还含有水生植物的贡献，这可能与煤层所处的水体环境有关。此外，煤层中含有一些特殊的植物残余物，如水生植物的碎片和藻类残余物，这些都进一步支持了其形成于一个水体覆盖的环境。

#### 煤层的成熟度与有机质生成潜力

煤层的有机质成熟度较低，这从其低的镜质体反射率（Ro）和低的HI值中可以得到证实。例如，平均Ro值为0.52%，表明其处于次烟煤A到高挥发性烟煤C的过渡阶段。此外，煤层中的生物标志物显示，其在氧化条件下生成的不饱和烃类较为丰富，而其在还原条件下生成的饱和烃类则较少。这进一步支持了其成熟度较低的结论。

煤层的沉积环境也可能影响其有机质的成熟度。例如，煤层中某些区域的高硫含量可能表明，其沉积过程中可能存在一定的微生物活动，尤其是硫酸盐还原菌（sulfate-reducing bacteria）的存在。此外，煤层中的某些有机质可能在沉积后经历了部分氧化，这可能是由于水体覆盖导致的环境变化。

#### 早期始新世的植被变化

通过对比其他煤矿的植被特征，研究人员发现皮林煤可能代表了从始新世被子植物主导的煤层向晚期始新世裸子植物主导的煤层的过渡。这一变化可能与当时全球气候的冷却有关，而皮林煤的特殊性在于其为早始新世的唯一煤层，因此对于理解植被变化具有重要意义。

此外，煤层中某些区域的高硫含量和高灰分可能表明，其沉积过程中可能存在一定的微生物活动，尤其是硫酸盐还原菌的存在。这可能进一步影响了煤层中有机质的成熟度和保存程度。

#### 煤层中的半惰化植物根部组织

煤层中存在大量的半惰化植物根部组织，这可能是由于某些微生物（如真菌）对植物根部的降解作用。这些组织通常显示出较高的反射率，表明其可能经历了氧化或分解。此外，煤层中的某些区域还显示出较强的胶化特征，这可能是由于水体覆盖和低氧环境所致。

通过分析这些半惰化根部组织的生物标志物，研究人员发现其可能来源于某些特定的植物群落，如灌木或低矮的草本植物。此外，煤层中的某些区域还显示出较强的胶化特征，这可能是由于水体覆盖和低氧环境所致。

#### 煤层的沉积环境与微生物活动

煤层的沉积环境是其形成的重要因素。由于煤层中存在大量的有机质，其可能在形成过程中经历了部分氧化，这可能是由于水体覆盖导致的环境变化。此外，煤层中的某些区域可能由于季节性水位变化而经历了短暂的氧化环境，这可能进一步影响了其有机质的保存程度。

煤层中的高硫含量和高灰分可能表明，其沉积过程中可能存在一定的微生物活动，尤其是硫酸盐还原菌的存在。这些微生物的活动可能影响了煤层中有机质的成熟度和保存程度。此外，煤层中的某些区域可能由于微生物活动而经历了部分氧化，这可能是由于水体覆盖导致的环境变化。

#### 煤层的生物标志物分析

通过对煤层中生物标志物的分析，研究人员发现其主要来源于混合植被，包括被子植物和裸子植物。例如，某些样品中n-C27的浓度较高，这通常与被子植物有关，而其他样品中则可能含有更多的三萜类化合物，表明其可能来源于松科植物。此外，煤层中还含有少量的水生植物贡献，这可能与其沉积环境有关。

通过分析这些生物标志物，研究人员进一步确认了煤层的形成环境。例如，煤层中的高硫含量和高灰分可能表明，其沉积过程中可能存在一定的微生物活动，尤其是硫酸盐还原菌的存在。此外，煤层中的某些区域可能由于微生物活动而经历了部分氧化，这可能是由于水体覆盖导致的环境变化。

#### 结论

综上所述，皮林煤层的形成环境与植被特征表明，其主要形成于一个低洼的中营养边缘沼泽，该环境具有较高的水位和一定的水体覆盖。煤层中的生物标志物和有机质特征进一步支持了这一结论。此外，煤层的成熟度较低，表明其在形成过程中经历了较少的热变质作用。煤层中的半惰化植物根部组织则可能是由于某些微生物（如真菌）对植物根部的降解作用所致。

这些研究结果不仅有助于理解皮林煤层的形成过程，也为其他煤矿的植被和环境研究提供了参考。此外，皮林煤层的特殊性在于其为早始新世的唯一煤层，因此对于研究该时期的植被变化具有重要意义。