我是誰？我從哪里來？（四）
——煤炭的有機生成與無機生成之爭

文/胡高偉

我是誰？我從哪里來？（四）
——煤炭的有機生成與無機生成之爭

文/胡高偉

中國煤炭博物館是國家級煤炭行業博物館，常年接待中外觀眾10多萬人，經常性舉辦煤炭學術交流活動。在組辦活動的時候，我經常會被一些學者問到一個問題，那就是煤炭究竟是有機生成，還是無機生成？按照傳統教科書的說法，在大多數地質學家看來，煤炭是古植物遺體經過生物化學作用和物理化學作用轉變成的沉積有機礦產，是多種高分子化合物和礦物質組成的混合物。煤是億萬年前大量植物埋在地下慢慢形成的。所以，煤炭是有機生成。但在不久前，《石油勘探與開發》雜志副主編王大銳博士經過多年的研究后對石油有機說提出質疑，石油形成的無機假說一經提出一下刺激了對煤炭無機生成的討論。煤炭的有機生成和無機生成再次成為熱議的話題。那么煤炭究竟是誰？煤炭究竟是從哪里來便值得我們一起來探討？

之前，我們已經了解了有機生成理論情況，今天就讓我來全面講解一下煤炭無機生成理論的假說情況。

煤炭的無機生成假說應該與俄國科學家門捷列夫（第一張化學元素周期表的制作者）的“石油無機生成假說”有一定關系。在石油科技史上，門捷列夫是第一個提出石油無機成因假說的學者。他對石油的起源問題進行了長達 20幾年的持續研究，他指出，石油有機論面臨著三個不可克服的困難：一是動物殘骸應當釋放出許多氮物質，而這些物質在石油中非常少；二是已經開發出的石油的質量與動植物身體內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，這些在有機論中是難以解釋的。門捷列夫指出，他的石油成因學說來自于一個推測：“地球內部，除其他物質外，以熾熱狀態存在著大量的碳素鐵，也就是目前經常稱為碳化鐵的物質，類似于鑄鐵和鋼鐵里含有的成分。按照這一說法，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生成氧化物，水中的氫分離出來，一部分是游離的，在氧化過程中，原來與鐵結合在一起的碳也分離出來，與氫結合起來，生成碳氫化合物，這就是石油。

門捷列夫在世的時候，石油的無機成因說是主流學說。但在他去世后，石油的有機成因學說逐漸興起，并成為主流，無機成因學說暫時沉寂下去。但是進入新的世紀，近年來，在俄羅斯，石油的無機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，而且在化學因素構成上，極為相似，構成石油和煤炭的主要物質都是碳、氫、氧、氮、硫和磷等。石油的無機生成假設促使部分學者對煤炭的有機生成產生了懷疑。

煤炭無機生成的研究者認為煤炭有機生成存在五大疑點：

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

二是有機成煤理論無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露天礦區，煤厚達510米，我國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成煤理論的有效證據。煤顯微組分的研究并未涉及生成煤的原始物質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機合成的碳氫氧化合物這個最基本問題。所以，煤的顯微研究不可能提供生煤的原始物質究竟是什么的判斷，即煤的顯微研究沒有提供任何有機成煤論的有效證據。

四是碳同位素成分問題目前尚不能作為有機成煤論的證據。認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，而與無機物中碳的同位素成分有明顯的差別，那么，煤和油氣一樣，都是各種碳氫化合物的混合體。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面積的比例太小。地球上成煤植物生長的面積很大但聚煤面積相對太小。或者說，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的成煤植物遺體沒有生煤？根據這個事實我們可以得到的結論只能是：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，煤炭無機生成的主要觀點大致分為以下三點：

一是地下核燃燒形成了煤炭。長期實踐表明，鈾是煤的伴生元素，在煤里總會含有微量的鈾我國煤炭資源最集中的東西向聚煤區和我國的鈾資源區相重合。地下核燃燒為地殼淺部碳氫氧元素以及催化物質都很豐富的區域提供適宜的溫度和壓力使爆炸區域自動產生煤。

二是褐煤生成以后的煤化作用過程，無機成煤論和有機成煤論是相同的。也就是說褐煤是無機生成的，褐煤轉變成煙煤和無煙煤的過程原理與傳統教科書上的觀點是一致的。無機成煤理論和有機成煤理論的關鍵區別就在于泥炭或褐煤是由什么原始物質生成的。有機成煤理論認為是由植物遺體經過腐爛、氧化分解和水解作用后轉化為簡單化合物再進一步合成為復雜的有機質后生成的。而無機成煤理論則認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、壓力條件下自動生成簡單碳氫氧化合物再進一步合成為更復雜的有機質后生成的。

三是土衛六（又稱為泰坦星）上的固態碳氫化合物引發的思考。土衛六是太陽系第二大行星土星的最大衛星（半徑 2575 公里），也是太陽系的第二大衛星，土衛六上的巨量烴遠遠超過了地球上已知煤和油氣的數量。根據更精確的數據，到 2014 年底地球上煤的剩余探明可采總儲量為892×109噸 ，則土衛六上的固態烴數量是地球上煤的剩余探明可采總儲量的258倍。土衛六的地下核燃燒產生了土衛六上的巨量烴。而烴是有機化合物的一種。這種化合物只由碳和氫組成。土衛六擁有比地球上煤和石油天然氣已探明總儲量多得多的巨量烴。這是人類進行太空探測取得的新成果。土衛六上的巨量烴對有機成烴論構成了巨大的沖擊。

至今，關于煤炭有機生成與無機生成的爭論，我們無法做出一個讓爭論雙方都認可的結論。科學是人類認識客觀世界的過程，是揭示自然、社會和思維規律的知識體系。就目前的科學體系發展的現狀分析，煤炭的有機生成理論獲得絕大多數地質科學家的認可，我們在科學的道路上還在不斷探索，人類認識世界、改造世界的能力也在不斷提高，隨著各種新技術的應用，我們認識世界的手段和載體也在不斷更新。

煤炭的有機生成現在還上升不到科學的理論體系，甚至還不稱其為理論，僅僅屬于一種科學上的“假設”，但是，即便如此，我們對任何一種假說都應給予足夠的尊重，我們可以討論，也可以不同意甚至批判對方的學說，但不能封殺，更不應該表現出視而不見的冷漠。在有機論居主流地位時，我們仍需要不那么教條化地尊奉某些被驗證的觀點，也需要認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容，這是健康的科學發展生態。只有這樣，才能促進科學的真正發展。

（作者單位：中國煤炭博物館）