文/胡高偉

我是誰(shuí)？我從哪里來(lái)？（四）
——煤炭的有機(jī)生成與無(wú)機(jī)生成之爭(zhēng)

文/胡高偉

中國(guó)煤炭博物館是國(guó)家級(jí)煤炭行業(yè)博物館，常年接待中外觀眾10多萬(wàn)人，經(jīng)常性舉辦煤炭學(xué)術(shù)交流活動(dòng)。在組辦活動(dòng)的時(shí)候，我經(jīng)常會(huì)被一些學(xué)者問(wèn)到一個(gè)問(wèn)題，那就是煤炭究竟是有機(jī)生成，還是無(wú)機(jī)生成？按照傳統(tǒng)教科書的說(shuō)法，在大多數(shù)地質(zhì)學(xué)家看來(lái)，煤炭是古植物遺體經(jīng)過(guò)生物化學(xué)作用和物理化學(xué)作用轉(zhuǎn)變成的沉積有機(jī)礦產(chǎn)，是多種高分子化合物和礦物質(zhì)組成的混合物。煤是億萬(wàn)年前大量植物埋在地下慢慢形成的。所以，煤炭是有機(jī)生成。但在不久前，《石油勘探與開發(fā)》雜志副主編王大銳博士經(jīng)過(guò)多年的研究后對(duì)石油有機(jī)說(shuō)提出質(zhì)疑，石油形成的無(wú)機(jī)假說(shuō)一經(jīng)提出一下刺激了對(duì)煤炭無(wú)機(jī)生成的討論。煤炭的有機(jī)生成和無(wú)機(jī)生成再次成為熱議的話題。那么煤炭究竟是誰(shuí)？煤炭究竟是從哪里來(lái)便值得我們一起來(lái)探討？

之前，我們已經(jīng)了解了有機(jī)生成理論情況，今天就讓我來(lái)全面講解一下煤炭無(wú)機(jī)生成理論的假說(shuō)情況。

煤炭的無(wú)機(jī)生成假說(shuō)應(yīng)該與俄國(guó)科學(xué)家門捷列夫（第一張化學(xué)元素周期表的制作者）的“石油無(wú)機(jī)生成假說(shuō)”有一定關(guān)系。在石油科技史上，門捷列夫是第一個(gè)提出石油無(wú)機(jī)成因假說(shuō)的學(xué)者。他對(duì)石油的起源問(wèn)題進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá) 20幾年的持續(xù)研究，他指出，石油有機(jī)論面臨著三個(gè)不可克服的困難：一是動(dòng)物殘骸應(yīng)當(dāng)釋放出許多氮物質(zhì)，而這些物質(zhì)在石油中非常少；二是已經(jīng)開發(fā)出的石油的質(zhì)量與動(dòng)植物身體內(nèi)所含的熱量不成匹配；三是石油礦床的分布均與山脈的山脊走向相平行，這些在有機(jī)論中是難以解釋的。門捷列夫指出，他的石油成因?qū)W說(shuō)來(lái)自于一個(gè)推測(cè)：“地球內(nèi)部，除其他物質(zhì)外，以熾熱狀態(tài)存在著大量的碳素鐵，也就是目前經(jīng)常稱為碳化鐵的物質(zhì)，類似于鑄鐵和鋼鐵里含有的成分。按照這一說(shuō)法，地球深部的碳鐵化合物遇到水之后，鐵或者其他金屬與水中的氧反應(yīng)生成氧化物，水中的氫分離出來(lái)，一部分是游離的，在氧化過(guò)程中，原來(lái)與鐵結(jié)合在一起的碳也分離出來(lái)，與氫結(jié)合起來(lái)，生成碳?xì)浠衔?，這就是石油。

門捷列夫在世的時(shí)候，石油的無(wú)機(jī)成因說(shuō)是主流學(xué)說(shuō)。但在他去世后，石油的有機(jī)成因?qū)W說(shuō)逐漸興起，并成為主流，無(wú)機(jī)成因?qū)W說(shuō)暫時(shí)沉寂下去。但是進(jìn)入新的世紀(jì)，近年來(lái)，在俄羅斯，石油的無(wú)機(jī)成油理論正在重新成為主流。

石油與煤炭都是可以燃燒的能源，而且在化學(xué)因素構(gòu)成上，極為相似，構(gòu)成石油和煤炭的主要物質(zhì)都是碳、氫、氧、氮、硫和磷等。石油的無(wú)機(jī)生成假設(shè)促使部分學(xué)者對(duì)煤炭的有機(jī)生成產(chǎn)生了懷疑。

煤炭無(wú)機(jī)生成的研究者認(rèn)為煤炭有機(jī)生成存在五大疑點(diǎn)：

一是煤層中有大量植物遺體是有機(jī)成煤論似是而非的證據(jù)，而且是此學(xué)說(shuō)的一大疑點(diǎn)。認(rèn)為沉積巖中保存有完好程度不同的植物化石、樹干、樹皮、樹葉以及植物的細(xì)胞組織、孢子、花粉、樹脂、藻類和浮游生物等等物質(zhì)是正常的情況。這種情況并非煤巖所獨(dú)有，故煤層中有大量植物遺體不能成為有機(jī)成煤論的確切證據(jù)。這個(gè)疑點(diǎn)就是，煤層里的大量植物遺體為什么沒有變成煤？

二是有機(jī)成煤理論無(wú)法解釋超厚煤層的成因。普遍狀況顯示從泥炭到褐煤至煤的壓縮比為6∶3∶1，而世界上單層煤厚最大的是加拿大的哈溪煤田二號(hào)露天礦區(qū)，煤厚達(dá)510米，我國(guó)吐哈盆地沙爾湖拗陷西山窯組總煤厚301米，單層煤厚217.4米，世界上煤層總厚度最大的是澳大利亞的吉普斯蘭盆地煤田，總厚達(dá)到700多米。幾億年前高等植物的遺體制造得出這么厚的泥炭嗎？

三是煤的顯微研究沒有提供有機(jī)成煤理論的有效證據(jù)。煤顯微組分的研究并未涉及生成煤的原始物質(zhì)究竟是在生煤以前就已在該空間里存在的植物遺體還是無(wú)機(jī)合成的碳?xì)溲趸衔镞@個(gè)最基本問(wèn)題。所以，煤的顯微研究不可能提供生煤的原始物質(zhì)究竟是什么的判斷，即煤的顯微研究沒有提供任何有機(jī)成煤論的有效證據(jù)。

四是碳同位素成分問(wèn)題目前尚不能作為有機(jī)成煤論的證據(jù)。認(rèn)為既然成煤植物中的碳與煤中的碳元素的同位素成分幾乎相同，而與無(wú)機(jī)物中碳的同位素成分有明顯的差別，那么，煤和油氣一樣，都是各種碳?xì)浠衔锏幕旌象w。為什么煤中的碳同位素成分沒有變化？

五是聚煤面積占成煤植物生長(zhǎng)面積的比例太小。地球上成煤植物生長(zhǎng)的面積很大但聚煤面積相對(duì)太小。或者說(shuō)，絕大部分土地上的大量植物遺體都沒有變成煤。為什么面積比聚煤面積大一二十倍或更大的絕大部分土地上繁茂生長(zhǎng)的成煤植物遺體沒有生煤？根據(jù)這個(gè)事實(shí)我們可以得到的結(jié)論只能是：大量的植物遺體并不是生煤的決定性因素或者煤根本就不是由植物遺體生成的。

綜上所述，煤炭無(wú)機(jī)生成的主要觀點(diǎn)大致分為以下三點(diǎn)：

一是地下核燃燒形成了煤炭。長(zhǎng)期實(shí)踐表明，鈾是煤的伴生元素，在煤里總會(huì)含有微量的鈾我國(guó)煤炭資源最集中的東西向聚煤區(qū)和我國(guó)的鈾資源區(qū)相重合。地下核燃燒為地殼淺部碳?xì)溲踉匾约按呋镔|(zhì)都很豐富的區(qū)域提供適宜的溫度和壓力使爆炸區(qū)域自動(dòng)產(chǎn)生煤。

二是褐煤生成以后的煤化作用過(guò)程，無(wú)機(jī)成煤論和有機(jī)成煤論是相同的。也就是說(shuō)褐煤是無(wú)機(jī)生成的，褐煤轉(zhuǎn)變成煙煤和無(wú)煙煤的過(guò)程原理與傳統(tǒng)教科書上的觀點(diǎn)是一致的。無(wú)機(jī)成煤理論和有機(jī)成煤理論的關(guān)鍵區(qū)別就在于泥炭或褐煤是由什么原始物質(zhì)生成的。有機(jī)成煤理論認(rèn)為是由植物遺體經(jīng)過(guò)腐爛、氧化分解和水解作用后轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單化合物再進(jìn)一步合成為復(fù)雜的有機(jī)質(zhì)后生成的。而無(wú)機(jī)成煤理論則認(rèn)為是由地殼里的水和碳元素在地下核燃燒提供的適宜的溫度、壓力條件下自動(dòng)生成簡(jiǎn)單碳?xì)溲趸衔镌龠M(jìn)一步合成為更復(fù)雜的有機(jī)質(zhì)后生成的。

三是土衛(wèi)六（又稱為泰坦星）上的固態(tài)碳?xì)浠衔镆l(fā)的思考。土衛(wèi)六是太陽(yáng)系第二大行星土星的最大衛(wèi)星（半徑 2575 公里），也是太陽(yáng)系的第二大衛(wèi)星，土衛(wèi)六上的巨量烴遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了地球上已知煤和油氣的數(shù)量。根據(jù)更精確的數(shù)據(jù)，到 2014 年底地球上煤的剩余探明可采總儲(chǔ)量為892×109噸 ，則土衛(wèi)六上的固態(tài)烴數(shù)量是地球上煤的剩余探明可采總儲(chǔ)量的258倍。土衛(wèi)六的地下核燃燒產(chǎn)生了土衛(wèi)六上的巨量烴。而烴是有機(jī)化合物的一種。這種化合物只由碳和氫組成。土衛(wèi)六擁有比地球上煤和石油天然氣已探明總儲(chǔ)量多得多的巨量烴。這是人類進(jìn)行太空探測(cè)取得的新成果。土衛(wèi)六上的巨量烴對(duì)有機(jī)成烴論構(gòu)成了巨大的沖擊。

至今，關(guān)于煤炭有機(jī)生成與無(wú)機(jī)生成的爭(zhēng)論，我們無(wú)法做出一個(gè)讓爭(zhēng)論雙方都認(rèn)可的結(jié)論?？茖W(xué)是人類認(rèn)識(shí)客觀世界的過(guò)程，是揭示自然、社會(huì)和思維規(guī)律的知識(shí)體系。就目前的科學(xué)體系發(fā)展的現(xiàn)狀分析，煤炭的有機(jī)生成理論獲得絕大多數(shù)地質(zhì)科學(xué)家的認(rèn)可，我們?cè)诳茖W(xué)的道路上還在不斷探索，人類認(rèn)識(shí)世界、改造世界的能力也在不斷提高，隨著各種新技術(shù)的應(yīng)用，我們認(rèn)識(shí)世界的手段和載體也在不斷更新。

煤炭的有機(jī)生成現(xiàn)在還上升不到科學(xué)的理論體系，甚至還不稱其為理論，僅僅屬于一種科學(xué)上的“假設(shè)”，但是，即便如此，我們對(duì)任何一種假說(shuō)都應(yīng)給予足夠的尊重，我們可以討論，也可以不同意甚至批判對(duì)方的學(xué)說(shuō)，但不能封殺，更不應(yīng)該表現(xiàn)出視而不見的冷漠。在有機(jī)論居主流地位時(shí)，我們?nèi)孕枰荒敲唇虠l化地尊奉某些被驗(yàn)證的觀點(diǎn)，也需要認(rèn)真傾聽與自己不同的意見，從中吸取自己可以接受的那部分內(nèi)容，這是健康的科學(xué)發(fā)展生態(tài)。只有這樣，才能促進(jìn)科學(xué)的真正發(fā)展。

（作者單位：中國(guó)煤炭博物館）