煤的形成过程课件.ppt

1、1 煤的形成与煤化作用煤的形成与煤化作用2 煤的组成煤的组成3 煤的指标与煤级划分煤的指标与煤级划分4 含煤沉积体系含煤沉积体系5 聚煤盆地与聚煤规律聚煤盆地与聚煤规律+沉积体系分析和层序地层学等新概念、新学科沉积体系分析和层序地层学等新概念、新学科的提出和发展给煤地质学带来了新的思路和方的提出和发展给煤地质学带来了新的思路和方法。法。+传统的海退成煤和陆相成煤经典理论被补充。传统的海退成煤和陆相成煤经典理论被补充。+煤的共、伴生矿产也作为研究对象。煤层气地煤的共、伴生矿产也作为研究对象。煤层气地质理论的形成与发展也是煤地质学的重要组成质理论的形成与发展也是煤地质学的重要组成部分。部分。+李增

2、学. 煤地质学. 地质出版社, 2005+韩德馨, 杨起. 中国煤炭地质学,煤炭工业出版社, 1980+杨起. 中国煤变质作用. 煤炭工业出版社,1996+赵师庆. 实用煤岩学. 地质出版社, 1991+E斯塔赫等著, 杨起等译. 斯塔赫煤岩学教程. 煤炭工业出版社,1990+在十九世纪以前，人们还不能正确解释煤的形成过程。 煤和地球上的其它岩石一样，一有地球，就存在了； 煤是由岩石变化而来的； 煤是由植物变化来的。+十九世纪以后，人们应用显微镜发现煤中还保留有一些植物的原来组成部分，从此揭开了成煤原始物质之谜，证实了煤是由植物变成的。例如将低煤级煤制成薄片，放在显微镜下观察，可以看到植物的原

3、有构造(如植物的细胞结构)，有时还可以看到植物成长过程中的年轮。现在，在煤矿井下有时还可以看到煤层顶板上有树皮碎片、根、茎、叶等化石，在有些褐煤矿井中甚至可以看到折裂的树干变成的煤。所以，成煤的原始物质是植物是为无数事实所证明了的，并且已为人们所公认的结论。结构镜质体，胞腔充填角质镜质体，透射光80，辽宁阜新J3K1植物细胞结植物细胞结 构构(切片切片)1据田宝霖据田宝霖2据丁丕训据丁丕训 煤是由植物遗体经过复杂的生物化学、地球化学、物理化学作用转变而成的一种固体可燃有机岩，是由多种高分子化合物和矿物质所组成的复杂混合物，是一种极其重要的沉积矿产，它不仅是国民经济发展重要的能源，也是冶金和化学

4、工业的重要原料。 腐植煤腐植煤 腐泥煤腐泥煤 混合煤混合煤+成煤的原始物质是植物遗体或残体。+植物可以分为低等植物和高等植物两大类 低等植物 主要是菌类和藻类主要是菌类和藻类1）由单细胞或多细胞构成，以蛋白质为其主要组成层分；2）基本呈丝状体和叶状体；3）构造简单，不具备各种植物器官的分化；4）多生活于水体中而呈浮游状态，故称也为浮游生物。5）在地史早期(元古代到早泥盆世)，它们构成了当时植物界的主体。高等植物苔藓植物、蕨类植物、种子植物苔藓植物、蕨类植物、种子植物 1）它们的结构复杂，根、茎、叶等器官分明； 2）组成植物的基本结构单元是细胞。细胞由细胞壁和原生质组成。 3）细胞壁的主要组分是

5、：纤维素、半纤维素、木质素。 4）原生质是细胞的内含物，它是由蛋白质、脂肪和果胶质等一些碳水化合物组成的。从地史上与成煤作用关系，植物的演化大体上可以分为：从地史上与成煤作用关系，植物的演化大体上可以分为：+菌藻类时期：菌藻类时期：元古代元古代-D1，广阔、稳定的浅海环境提供了，广阔、稳定的浅海环境提供了藻类大量繁殖的良好条件，因此形成了具有工业价值的藻类大量繁殖的良好条件，因此形成了具有工业价值的煤，这是地史上最早的聚煤时期。本时期所形成的煤，煤，这是地史上最早的聚煤时期。本时期所形成的煤，一般属于高灰分的腐泥无烟煤类。主要分布在南方寒武一般属于高灰分的腐泥无烟煤类。主要分布在南方寒武纪地层

6、。纪地层。+裸蕨类时期：裸蕨类时期：S3- D1 /D2。目前所知的最早陆生植物，植。目前所知的最早陆生植物，植物仍没有根。植物由水生到陆生的阶段，是聚煤史和植物仍没有根。植物由水生到陆生的阶段，是聚煤史和植物演化史的大事。物演化史的大事。 植物的演化对煤的形成和聚积有很重要的影响植物的演化对煤的形成和聚积有很重要的影响: : 首先首先，煤的形成和大量聚积始于植物出现之后。只有植物大量的繁殖和发展，煤的形成和大量聚积始于植物出现之后。只有植物大量的繁殖和发展，才会有聚煤作用的发生。才会有聚煤作用的发生。 其次其次，由于植物从水生到陆生、从低级向高级的发展和演化，聚煤作用在地质，由于植物从水生到

7、陆生、从低级向高级的发展和演化，聚煤作用在地质历史发展过程中也在发生变化，成煤环境从浅海到滨海直至扩大到内陆，聚煤作用历史发展过程中也在发生变化，成煤环境从浅海到滨海直至扩大到内陆，聚煤作用不断增强。不断增强。 第三第三，新的聚煤时期的出现，都是以新门类植物群的出现为前提。，新的聚煤时期的出现，都是以新门类植物群的出现为前提。一、植物的组成一、植物的组成 高等植物的器官：根、茎、叶高等植物的器官：根、茎、叶二、高等植物的组织二、高等植物的组织1) 分生组织分生组织：具细胞分裂能力，处于植物生长部位。：具细胞分裂能力，处于植物生长部位。2) 薄壁组织薄壁组织：基本组织，壁薄、有间隙、体积大。：基

8、本组织，壁薄、有间隙、体积大。3) 保护组织保护组织：多构成表皮，细胞有角质膜、蜡质充填、周皮：多构成表皮，细胞有角质膜、蜡质充填、周皮、木栓形成层、木栓、栓内层。、木栓形成层、木栓、栓内层。4) 输导组织输导组织：输送营养物质的筛管、输送水分和矿物质的导：输送营养物质的筛管、输送水分和矿物质的导管。管。5) 机械组织机械组织：起支撑作用。：起支撑作用。6) 分泌组织分泌组织：由植物体内能产生特殊物质的细胞组成。：由植物体内能产生特殊物质的细胞组成。 植物的基本单元都是细胞，细胞的构成：植物的基本单元都是细胞，细胞的构成：细胞壁和原生质细胞壁和原生质。 1.1.细胞壁细胞壁的主要组成是的主要组

9、成是纤维素、半纤维素和木质素纤维素、半纤维素和木质素。 2.2.原生质原生质是细胞的内含物，它是由是细胞的内含物，它是由蛋白质和碳水化合物蛋白质和碳水化合物组组成。高等植物的整个外表面为一层成。高等植物的整个外表面为一层表皮表皮所包裹，表皮的外层为所包裹，表皮的外层为角质层角质层，里层为，里层为木栓层木栓层。叶子的表皮除有角质层外还有毛、膜。叶子的表皮除有角质层外还有毛、膜，它们都是由，它们都是由树脂树脂、树蜡树蜡组成组成 植物还有植物还有花粉、孢子花粉、孢子。花粉是所有种子植物的繁殖器官，。花粉是所有种子植物的繁殖器官，孢于是孢子植物的繁殖器官，它们的外壳都比较稳定。孢于是孢子植物的繁殖器官

10、，它们的外壳都比较稳定。 从化学的观点来看植物的主要组成不外乎从化学的观点来看植物的主要组成不外乎纤维素、半纤维纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质、脂肪、树脂、树蜡素、木质素、蛋白质、脂肪、树脂、树蜡等。这些组成又可归等。这些组成又可归纳成四类：纳成四类：碳水化合物碳水化合物、木质素木质素、蛋白质蛋白质和和酯类化合物酯类化合物。1. 碳水化合物 植物细胞壁的主要成分包括纤维素、半纤维素和果胶质等。纤维素在溶液中呈胶体，容易水解；植物死亡后，在氧化条件下容易受喜氧性细菌、霉菌等微生物的作用而分解成CO2、CH4和水。半纤维素和果胶的化学组成和性质与纤维素相近，但比纤维素更易水解为糖类和酸。2. 木

11、质素 植物细胞壁的主要成分。它在植物中主要起着增强植物组织机械强度的作用。木质素是具有芳香结构的化合物。它的结构复杂，至今尚不能用一个结构式来表示，但是已知它是一个具有缩合芳香环，并带有侧链，具有甲氧基、酚羟基、醇羟基、醛基等多种官能团的物质。在碱性介质中容易氧化成类似腐植酸的多环芳香羧酸。所以木质素是植物转变成煤的原始物质中很重要的有机组分。植植 物物碳水化合物碳水化合物木质素木质素蛋白质蛋白质脂类化合物脂类化合物细 菌12-28050-805-20绿 藻30-40040-5010-20苔 藓30-501015-208-10蕨 类50-6020-3010-153-5草 类50-7020-30

12、5-105-10松柏及阔叶树60-7020-301-71-3木本植物不同部分木质部60-7520-3012-3叶652085-8木栓6010225-30孢粉质50090原生质2007010+主要有机质元素: 碳、氢、氧、氮。 +其他有机质元素：磷、钾、钠、硅、铝、锰、硼、钡、锶。一、植物残骸的堆积条件一、植物残骸的堆积条件 植物遗体不是在任何环境下都能够堆积起来而转化成植物遗体不是在任何环境下都能够堆积起来而转化成泥炭和腐泥的，必须具备两个基本条件：泥炭和腐泥的，必须具备两个基本条件： 1 1）必须有大量植物的持续繁殖和发展，这是成煤的）必须有大量植物的持续繁殖和发展，这是成煤的物质基础；物质

13、基础； 2 2）植物遗体堆积起来后应及时与空气隔绝，以使植）植物遗体堆积起来后应及时与空气隔绝，以使植物遗体不被分解，能保存下来并进一步转化成泥炭或腐泥。物遗体不被分解，能保存下来并进一步转化成泥炭或腐泥。 自然界中，符合这两个条件的堆积环境中，最主要的自然界中，符合这两个条件的堆积环境中，最主要的是是沼泽（或泥炭沼泽）。沼泽（或泥炭沼泽）。二、植物残骸的堆积方式二、植物残骸的堆积方式1. 原地生成说原地生成说 植物残体没有经过搬运，在原地堆积并转变为泥炭植物残体没有经过搬运，在原地堆积并转变为泥炭2. 异地生成说异地生成说 泥炭层形成的地方不是成煤植物生长的地方。证据：树根倒置的木化石等。泥

14、炭层形成的地方不是成煤植物生长的地方。证据：树根倒置的木化石等。 三、泥炭沼泽三、泥炭沼泽 低位沼泽低位沼泽高位沼泽高位沼泽一、泥炭的化学成分1. 有机质成分 植物残体与腐植质。我国以富营养草本泥炭为主，有机质含量50%70%，泥炭藓泥炭有机质含量高达90%以上。不同泥炭的碳、氢、氧、氮、硫元素含量高低不同。1）碳：主要组成元素，50%60% 木本草本藓类（降低）。2）氢：4.7%-7.5% ；3）氧：30%-40% 4）氮：1.5%-3.5%；5）硫：0.08%-0.66%，平均0.3%。可溶性有机物质1）类脂或沥青 用有机溶剂(苯、苯-醇、氯仿)从泥炭中萃取的物质。2）水溶物 用热水从泥炭

15、中提取的物质，包括单糖类和有机酸。3）易水解物 在无机酸中存在的经水解后溶解的物质，包括纤维素。4）不水解物 木质素、角质和木栓类物质。5）腐植酸 以稀碱溶液从泥炭中提取的物质，是泥炭的特有成分，是一种复杂混合物，在有机质中占20%40%，木本泥炭含量最高，草本次之，藓类最低，又分为黄腐酸和棕腐酸和黑腐酸。2. 矿物质成分 来源于水和风力作用运移和形成泥炭的植物体本身来源于水和风力作用运移和形成泥炭的植物体本身，从化学成分上来说常见的有，从化学成分上来说常见的有氧化物氧化物、氢氧化物氢氧化物、碳碳酸盐类酸盐类；从矿物成分上来说有；从矿物成分上来说有石英石英和和粘土矿物粘土矿物；从元；从元素种类

16、上来说有素种类上来说有Si、Ca、Mg、Fe、Al、K、Na和一些和一些微量元素。微量元素。 贫营养泥炭灰分少，富营养泥炭灰分高。贫营养泥炭灰分少，富营养泥炭灰分高。二、泥炭的主要物理化学特性1. 分解度分解度 植物残体内由于腐解作用而失去细胞结构物质的相植物残体内由于腐解作用而失去细胞结构物质的相对含量。即泥炭中无定形腐植质占有机质的百分含量对含量。即泥炭中无定形腐植质占有机质的百分含量。2. 含水性质含水性质：湿度和持水量：湿度和持水量3. 比重和容重比重和容重：小：小4. 结构和颜色结构和颜色：疏松、多孔，力学稳定差，颜色多样：疏松、多孔，力学稳定差，颜色多样5. 可燃性可燃性：1012

17、MJ/kg。三、泥炭的类型1）草本泥炭：草本植物残体组成，灰分含量高，分解较强，含水量少，色暗弹性差，我国泥炭多属于这类型。2）木本泥炭：乔木与灌木残体组成。灰分低，含水量少，褐红色弹性差，我国泥炭少有这类型3）藓类泥炭：泥炭藓等贫营养植物残体组成，也称酸泽。灰分最低，含水量最高，色淡弹性强。我国这类泥炭极少有，大、小兴安岭及高山地带少量分布。高等植物从死亡到变成泥炭过程 泥炭化作用泥炭化作用低等植物从死亡到变成腐泥过程 腐泥化作用腐泥化作用泥炭（腐泥）变成褐煤的过程 成成 岩岩 作作 用用褐煤 烟煤 无烟煤的过程 变变 质质 作作 用用沼泽 湖泊或浅海 泥炭腐泥 煤煤褐煤烟煤无烟煤地下石墨泥

18、炭（腐泥）化作用成岩作用变质作用煤化作用u 全败作用全败作用 在空气充足的条件下，植物残骸被完全氧化，分解为二氧化碳和水。这个过程不能生成煤，而只能留下无机矿物质。u 半败作用半败作用 在空气不充足的条件下，植物残骸发生不完全的氧化分解过程。例如，在阔叶树林里堆积起来的潮湿树叶，由于空气进入困难，发生了不完全的氧化，形成一层黑色的“腐殖土”。这层物质存在的时间不长，或者进一步转变成泥炭，或者分解为二氧化碳和水。u u u 腐败作用腐败作用（腐泥化作用腐泥化作用） 一、植物群落 木本植物富含木质纤维素，容易形成凝胶化物质多的泥炭，石炭纪聚煤期形成的煤田多以富亮光型煤为主；芦苇沼泽植物缺乏木质素，

19、多含纤维素和蛋白质，性质不稳定，从而稳定组分富集，成煤后形成富含稳定组分壳质组，其含氢量及焦油产率高，苔藓植物由于富含防腐剂（酚），故抗分解能力强，保留了很多不稳定的纤维素和半纤维素，煤可以看得见碎屑状条带，半水生植物形成的泥炭成煤后多为暗淡煤。 植物的发展演化的影响：地史上各聚煤期的煤在煤岩成分上往往具有一定的特色，这与当时的植物面貌有关，如泥盆纪形成草席状角质残植煤。二、营养供应 富营养泥炭形成的煤灰分高，贫营养泥炭灰分低。三、介质的酸度 酸度越高越不利于细菌的生长，细菌活动愈强烈，分解作用愈彻底，原来的植物结构保存愈差，所形成的凝胶化物质常是无结构的，煤的挥发分高，焦化过程软化程度低，粘

20、结性好。 低位泥炭呈酸性:4.8-6.5；高位泥炭3.3-4.6，抑制细菌活动，植物原生结构保存完好；红树林沼泽泥炭7.0-8.1，凝胶化程度高，常形成无结构的凝胶化组分，含硫、氢、氮、灰分都高。 富钙的沼泽喜氧细菌活跃，分解作用强，煤中含有机硫、黄铁矿、氮高，富沥青质，焦化过程中软化温度低，膨胀性能强。四、介质的氧化还原条件1.植物条件 物质基础，即要有大量的植物，提供成煤的物质来源；2.气候条件 影响植物生长，同时影响植物的分解。即利于陆生植物的繁茂生长的温暖湿润气候；3.自然地理条件 植物堆积场所，利于生物细菌的繁衍和活动的缺氧条件-泥炭沼泽环境； 1. 1. 名词解释名词解释 腐植煤 腐泥煤 腐植腐泥煤 成煤作用 煤化作用 泥炭化作用 腐泥化作用 成岩作用 变质作用2. 2. 成煤阶段如何划分？成煤阶段如何划分？3. 3. 成煤的必要条件有哪些？成煤的必要条件有哪些？4. 4. 煤化作用的程度指标，如何划分？煤化作用的程度指标，如何划分？