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1、现代煤地质学的研究领域现代煤地质学的研究领域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第1页/共87页地学新理论新方法对煤地质学的促进与影地学新理论新方法对煤地质学的促进与影响响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法。路和方法。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。煤层气地质理论的
2、形成与发展也是煤地质学的重煤的共、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部分。要组成部分。第2页/共87页参考文献参考文献李增学.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,1991E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第3页/共87页1.煤的形成与煤的形成与煤化作用煤化作用第4页/共87页煤的形成煤的形成煤的形成煤的形成1 煤的形成煤的形成3.成煤原始物质2.煤及其成因类型1.人类对煤形成的认识内内容容提提要要4.
3、煤化作用第5页/共87页1 人类对煤形成的认识人类对煤形成的认识在十九世纪以前，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
4、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第6页/共87页1 1鳞木类细根鳞木类细根2 2栉羊齿羽片上栉羊齿羽片上的原位聚合孢的原位聚合孢子囊子囊3 3植物结构纵切植物结构纵切片太原西山片太原西山7 7号煤层号煤层1 12 2 3 3第7页/共87页1 12 2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据丁丕训据丁丕训第8页/共87页煤中的显微组分煤中的显微组分第9页/共87页2 煤及其成因类型煤及其成因类型 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
5、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，也是冶金和化学工业的重要原料。高等植物高等植物高等植物沼泽环境沼泽环境沼泽环境沼泽环境腐植煤腐植煤低等植物低等植物低等植物湖泊环境湖泊环境湖泊环境湖泊环境腐泥煤腐泥煤高等植物高等植物高等植物低等植物低等植物低等植物沼泽、湖泊环境沼泽、湖泊环境沼泽、湖泊环境沼泽、湖泊环境混合煤混合煤第10页/共87页第11页/共87页3 成煤原始物质成煤原始物质概概 述述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
6、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。第12页/共87页3 成煤原始物质成煤原始物质概概 述述高等植物苔藓植物、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：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。第13页/共87页3 成煤原始物质成煤原始物质植物的演化史植物的演化史从地史
7、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：菌菌藻藻类类时时期期：元元古古代代-D1，广广阔阔、稳稳定定的的浅浅海海环环境境提提供供了了藻藻类类大大量量繁繁殖殖的的良良好好条条件件，因因此此形形成成了了具具有有工工业业价价值值的的煤煤，这这是是地地史史上上最最早早的的聚聚煤煤时时期期。本本时时期期所所形形成成的的煤煤，一一般般属属于于高高灰灰分分的的腐腐泥泥无无烟烟煤煤类类。主主要要分分布布在在南方寒武纪地层。南方寒武纪地层。裸裸蕨蕨类类时时期期：S3-D1/D2。目目前前所所知知的的最最早早陆陆生生植植物物，植植物物仍仍没没有有根根。植植物物
8、由由水水生生到到陆陆生生的的阶阶段段，是是聚聚煤煤史史和植物演化史的大事。和植物演化史的大事。第14页/共87页l l 蕨类、种子蕨类时期蕨类、种子蕨类时期蕨类、种子蕨类时期蕨类、种子蕨类时期：D D3 3PP1 1。半陆生转变为陆生的重要时期，也是。半陆生转变为陆生的重要时期，也是。半陆生转变为陆生的重要时期，也是。半陆生转变为陆生的重要时期，也是第一个重第一个重第一个重第一个重要聚煤史。要聚煤史。要聚煤史。要聚煤史。l l 裸子植物时期：裸子植物时期：裸子植物时期：裸子植物时期：D D3 3TT1 1。海西和印支运动，陆地面积增大，地形分化，气候改。海西和印支运动，陆地面积增大，地形分化，
9、气候改。海西和印支运动，陆地面积增大，地形分化，气候改。海西和印支运动，陆地面积增大，地形分化，气候改变，适应干旱气候的被子植物繁盛。变，适应干旱气候的被子植物繁盛。变，适应干旱气候的被子植物繁盛。变，适应干旱气候的被子植物繁盛。第二个重要聚煤史。第二个重要聚煤史。第二个重要聚煤史。第二个重要聚煤史。l l 被子植物：被子植物：被子植物：被子植物：K K3 3 今。被子植物占优势，今。被子植物占优势，今。被子植物占优势，今。被子植物占优势，第三个重要聚煤史。第三个重要聚煤史。第三个重要聚煤史。第三个重要聚煤史。3 成煤原始物质成煤原始物质植物的演化史植物的演化史第15页/共87页 植物的演化对
10、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:首首先先，煤煤的的形形成成和和大大量量聚聚积积始始于于植植物物出出现现之之后后。只只有有植植物物大大量量的的繁繁殖殖和和发发展展，才才会有聚煤作用的发生。会有聚煤作用的发生。其其次次，由由于于植植物物从从水水生生到到陆陆生生、从从低低级级向向高高级级的的发发展展和和演演化化，聚聚煤煤作作用用在在地地质质历历史史发发展展过过程程中中也也在在发发生生变变化化，成成煤煤环环境境从从浅浅海海到到滨滨海海直直至至扩扩大大到到内内陆陆，聚聚煤煤作作用用不不断增强。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
11、的聚煤时期的出现，都是以新门类植物群的出现为前提。3 成煤原始物质成煤原始物质植物、煤演化关系植物、煤演化关系第16页/共87页第17页/共87页一、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、：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。周皮、木栓形成层、木栓、栓内
12、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：输送营养物质的筛管、输送水分和矿物质的导管。的导管。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。3 成煤原始物质成煤原始物质成煤植物的主要有机组分成煤植物的主要有机组分第18页/共87页第19页/共87页3 成煤原始物质成煤原始物质成煤植物的主要有机组成煤植物的主要有机组分分 植植物物的的基基本本单单元元都都是是细细胞胞，细细胞胞的的构构成成：细细胞胞壁壁和和原原生生质。质。1.1.细胞壁细胞壁的主要组成是的主要组成是纤维素、半纤维
13、素和木质素纤维素、半纤维素和木质素。2.2.原原生生质质是是细细胞胞的的内内含含物物，它它是是由由蛋蛋白白质质和和碳碳水水化化合合物物组组成成。高高等等植植物物的的整整个个外外表表面面为为一一层层表表皮皮所所包包裹裹，表表皮皮的的外外层层为为角角质质层层，里里层层为为木木栓栓层层。叶叶子子的的表表皮皮除除有有角角质质层层外外还还有有毛、膜，它们都是由毛、膜，它们都是由树脂树脂、树蜡树蜡组成组成 植植物物还还有有花花粉粉、孢孢子子。花花粉粉是是所所有有种种子子植植物物的的繁繁殖殖器器官官，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，它们的外壳都比较稳定。从从化化学学
14、的的观观点点来来看看植植物物的的主主要要组组成成不不外外乎乎纤纤维维素素、半半纤纤维维素素、木木质质素素、蛋蛋白白质质、脂脂肪肪、树树脂脂、树树蜡蜡等等。这这些些组组成成又又可归纳成四类：可归纳成四类：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。第20页/共87页3 成煤原始物质成煤原始物质成煤植物的主要有机组成煤植物的主要有机组分分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
15、比纤维素更易水解为糖类和酸。第21页/共87页3 成煤原始物质成煤原始物质成煤植物的主要有机组成煤植物的主要有机组分分2.木质素 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。第22页/共87页3 成煤原始物质成煤原始物质成煤植物的主要有机组分成煤植物的主要有机组分3.蛋白质 细细细细胞胞胞胞中中中中的的
16、的的原原原原生生生生质质质质主主主主要要要要由由由由蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质组组组组成成成成。所所所所含含含含比比比比重重重重不不不不大大大大，蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质是是是是由由由由若若若若干干干干个个个个氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸按按按按一一一一定定定定键键键键结结结结合合合合而而而而成成成成的的的的结结结结构构构构复复复复杂杂杂杂的的的的高高高高分分分分子子子子化化化化合合合合物物物物，含含含含有有有有羧羧羧羧基基基基和和和和羟羟羟羟基基基基，具具具具有有有有酸酸酸酸性性性性和和和和碱碱碱碱性性性性，是是是是一一一一种种种种具具具具有有有有强强强强烈烈烈烈亲亲亲亲水水水水性性性性的的的的胶
17、胶胶胶体体体体。低低低低等等等等植植植植物物物物中中中中蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质含含含含量量量量高高高高，如如如如藻藻藻藻类类类类、细细细细菌菌菌菌等等等等；在在在在高高高高等等等等植植植植物物物物中中中中蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质含含含含量量量量较较较较少少少少。植植植植物物物物死死死死亡亡亡亡后后后后，蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质在在在在供供供供氧氧氧氧充充充充分分分分的的的的条条条条件件件件下下下下可可可可以以以以全全全全部部部部分分分分解解解解成成成成气气气气态态态态氨氨氨氨、硫硫硫硫化化化化氢氢氢氢等等等等气气气气体体体体。在在在在缺缺缺缺氧氧氧氧条条条条件件件件下下下下，主主主主要要要要
18、生生生生成成成成氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸、卟卟卟卟啉啉啉啉等等等等含含含含氮氮氮氮化化化化合合合合物物物物。煤煤煤煤中中中中的部分氮、硫就与植物的蛋白质有关。的部分氮、硫就与植物的蛋白质有关。的部分氮、硫就与植物的蛋白质有关。的部分氮、硫就与植物的蛋白质有关。第23页/共87页3 成煤原始物质成煤原始物质成煤植物的主要有机组分成煤植物的主要有机组分4.酯类化合物 不不不不溶溶溶溶于于于于水水水水，而而而而溶溶溶溶于于于于有有有有机机机机溶溶溶溶剂剂剂剂的的的的有有有有机机机机化化化化合合合合物物物物。包包包包括括括括脂脂脂脂肪肪肪肪、树树树树脂脂脂脂、树树树树蜡蜡蜡蜡、角角角角质质质质与与与与
19、木栓质、孢粉质、鞣质、色素木栓质、孢粉质、鞣质、色素木栓质、孢粉质、鞣质、色素木栓质、孢粉质、鞣质、色素。1 1）脂肪）脂肪）脂肪）脂肪 在在在在低低低低等等等等植植植植物物物物中中中中含含含含量量量量较较较较多多多多，如如如如藻藻藻藻类类类类中中中中脂脂脂脂肪肪肪肪达达达达2020。但但但但在在在在高高高高等等等等植植植植物物物物中中中中一一一一般般般般仅仅仅仅含含含含1 122，且且且且大大大大多多多多集集集集中中中中在在在在植植植植物物物物的的的的孢孢孢孢子子子子和和和和种种种种子子子子中中中中。在在在在生生生生物物物物化化化化学学学学作作作作用用用用过过过过程程程程中中中中，脂脂脂脂肪
20、肪肪肪能能能能被被被被水水水水解解解解，生生生生成脂肪酸和甘油。脂肪酸参加了成煤作用。成脂肪酸和甘油。脂肪酸参加了成煤作用。成脂肪酸和甘油。脂肪酸参加了成煤作用。成脂肪酸和甘油。脂肪酸参加了成煤作用。第24页/共87页3 成煤原始物质成煤原始物质成煤植物的主要有机组分成煤植物的主要有机组分2 2）蜡质蜡质蜡质蜡质 在植物中呈薄层覆盖在茎、叶和果实外皮上。蜡质成分比较复杂，化学性质稳在植物中呈薄层覆盖在茎、叶和果实外皮上。蜡质成分比较复杂，化学性质稳在植物中呈薄层覆盖在茎、叶和果实外皮上。蜡质成分比较复杂，化学性质稳在植物中呈薄层覆盖在茎、叶和果实外皮上。蜡质成分比较复杂，化学性质稳定。在泥炭和
21、褐煤中常常可以看到蜡质。定。在泥炭和褐煤中常常可以看到蜡质。定。在泥炭和褐煤中常常可以看到蜡质。定。在泥炭和褐煤中常常可以看到蜡质。3 3）树脂树脂树脂树脂 植物生长过程中的分泌物，当植物受伤时，就分泌出胶状树脂保护伤口。树脂植物生长过程中的分泌物，当植物受伤时，就分泌出胶状树脂保护伤口。树脂植物生长过程中的分泌物，当植物受伤时，就分泌出胶状树脂保护伤口。树脂植物生长过程中的分泌物，当植物受伤时，就分泌出胶状树脂保护伤口。树脂的化学性质十分稳定，因此能很好地保存在煤中。的化学性质十分稳定，因此能很好地保存在煤中。的化学性质十分稳定，因此能很好地保存在煤中。的化学性质十分稳定，因此能很好地保存在
22、煤中。第25页/共87页3 成煤原始物质成煤原始物质成煤植物的主要有机组分成煤植物的主要有机组分4 4）角质与木栓质）角质与木栓质）角质与木栓质）角质与木栓质 植物保护组织产生的物质，化学性质稳定，能很好地保存在煤中。植物保护组织产生的物质，化学性质稳定，能很好地保存在煤中。植物保护组织产生的物质，化学性质稳定，能很好地保存在煤中。植物保护组织产生的物质，化学性质稳定，能很好地保存在煤中。5 5）孢粉质）孢粉质）孢粉质）孢粉质 构成植物孢子与花粉外壁的主要有机组分。构成植物孢子与花粉外壁的主要有机组分。构成植物孢子与花粉外壁的主要有机组分。构成植物孢子与花粉外壁的主要有机组分。第26页/共87
23、页3 成煤原始物质成煤原始物质成煤植物的主要有机组分含量成煤植物的主要有机组分含量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50-7020-305-105-10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第27页/共87页3 成煤原始物质成煤原始物质成煤植物的主要有机元素成煤植物的
24、主要有机元素主要有机质元素:碳、氢、氧、氮。其他有机质元素：磷、钾、钠、硅、铝、锰、硼、钡、锶。第28页/共87页3 成煤原始物质成煤原始物质植物遗体的堆积环境植物遗体的堆积环境一、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，这是成煤的物）必须有大量植物的持续繁殖和发展，这是成煤的物质基础；质基础；2 2）植物遗体堆积起来后应及时与空气隔绝，以使植物）植物遗体堆积起来后应及时与空气隔绝，以使植物
25、遗体不被分解，能保存下来并进一步转化成泥炭或腐泥。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）。第29页/共87页3 成煤原始物质成煤原始物质植物遗体的堆积环境植物遗体的堆积环境1.1.泥炭的形成与累积过程泥炭的形成与累积过程 堆积的增长量超过分解量才有可能形成泥炭层。堆积的增长量超过分解量才有可能形成泥炭层。泥炭沼泽的垂直剖面可划分为：泥炭沼泽的垂直剖面可划分为：氧化环境的表层、过渡条氧化环境的表层、过渡条件的中间层、还原环境的底层。件的中间层、还原环境
26、的底层。泥炭的形成与累积取决于：有机植物的增长量泥炭的形成与累积取决于：有机植物的增长量2.2.植物残体的分解速度植物残体的分解速度 影响分解速度的因素：主要有影响分解速度的因素：主要有微生物的种类、数量、水热微生物的种类、数量、水热条件、土壤的酸碱度、有机物的组成条件、土壤的酸碱度、有机物的组成。微生物的种类：微生物的种类：喜氧的与厌氧的，喜氧的对泥炭的形成与喜氧的与厌氧的，喜氧的对泥炭的形成与积累不利。积累不利。第30页/共87页3 成煤原始物质成煤原始物质植物遗体的堆积环境植物遗体的堆积环境1 1）微生物数量）微生物数量：随土壤埋深增大而减少：随土壤埋深增大而减少2 2）水分和热量）水分
27、和热量：微生物在土温：微生物在土温20-3020-30度，湿度达到度，湿度达到60%-80%60%-80%时，活动能力最强时，活动能力最强3 3）酸碱度）酸碱度：pH=7-8pH=7-8对微生物活动有利对微生物活动有利4 4）有机质的组成有机质的组成：泥炭藓：泥炭藓 针叶木本植物针叶木本植物 阔叶木本植物阔叶木本植物 出出水水量量（流流出出的的地地表表水水、地下水与蒸发量）。地下水与蒸发量）。2.2.泥炭沼泽的发育地带泥炭沼泽的发育地带1 1）泥炭沼泽重要发育地带）泥炭沼泽重要发育地带 滨海平原：海洋与陆地相互作用的结果；滨海平原：海洋与陆地相互作用的结果；2 2）内陆有利发育泥炭沼泽的地区）
28、内陆有利发育泥炭沼泽的地区 河湖地带。河湖地带。3 成煤原始物质成煤原始物质植物遗体的堆积环境植物遗体的堆积环境第34页/共87页3.3.沼泽的形成方式沼泽的形成方式低低洼洼地地带带发发生生沼沼泽泽化化而而形形成成沼沼泽泽。水水流流的的停停滞滞、地地壳壳的的下下降降和和潜潜水水面面的的上上升升，湖湖泊泊、泻泻湖湖、海海湾湾等等水水体体，由由于于水水流流携携带带或或岸岸边边冲冲刷刷的的泥泥沙沙的的堆堆积积，水水体体变变浅浅，高高等等植植物物茂茂盛，形成沼泽。盛，形成沼泽。方式方式：陆地泥炭沼泽化陆地泥炭沼泽化和和水域泥炭沼泽化水域泥炭沼泽化1 1）水域泥炭沼泽化模式：）水域泥炭沼泽化模式：浅水缓
29、岸泥炭沼泽化模式；浅水缓岸泥炭沼泽化模式；深水陡岸泥炭沼泽化模式；小河泥炭沼泽化模式深水陡岸泥炭沼泽化模式；小河泥炭沼泽化模式2 2）陆地沼泽化比水域沼泽化更加广泛和面积更大）陆地沼泽化比水域沼泽化更加广泛和面积更大.3 成煤原始物质成煤原始物质植物遗体的堆积环境植物遗体的堆积环境第35页/共87页第36页/共87页第37页/共87页4.4.沼泽的类型沼泽的类型1 1）低低位位沼沼泽泽：地地形形低低洼洼，潜潜水水面面较较高高，主主要要由由地地下下水水补补给水，潜水面与沼泽水位基本相同。对成煤最为有利。给水，潜水面与沼泽水位基本相同。对成煤最为有利。2 2）高高位位沼沼泽泽：水水源源主主要要是是
30、由由大大气气降降水水补补给给的的沼沼泽泽。其其水水面面位位于于潜潜水水面面之之上上，水水源源不不充充足足，水水中中缺缺少少矿矿物物质质，因因而而一一般般没没有有高高大大的的植植物物生生长长。团团此此，在在成成煤煤过过程程中中的的作作用用不不太重要。太重要。3 3）中中位位沼沼泽泽：介介于于两两者者之之间间，潜潜水水面面位位于于泥泥炭炭层层内内，水水源来自地下水和大气降水。源来自地下水和大气降水。3 成煤原始物质成煤原始物质植物遗体的堆积环境植物遗体的堆积环境第38页/共87页低位沼泽低位沼泽高位沼泽高位沼泽第39页/共87页3 成煤原始物质成煤原始物质泥炭的主要组成及性质泥炭的主要组成及性质一
31、、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%。第40页/共87页3 成煤原始物质成煤原始物质泥炭的主要组成及泥炭的主要组成及性质性质可溶性有机物质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 用热水从泥炭中提取的物质，包括单糖类和有机酸。3）易水解物
32、在无机酸中存在的经水解后溶解的物质，包括纤维素。第41页/共87页3 成煤原始物质成煤原始物质泥炭的主要组成及泥炭的主要组成及性质性质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。第42页/共87页3 成煤原始物质成煤原始物质泥炭的主要组成及泥炭的主要组成及性质性质2.矿物质成分 来来源源于于水水和和风风力力作作用用运运移移和和形形成成泥泥炭炭的的植植物物体体本本身身，从从化化学学成成分分上上来来说说常常
33、见见的的有有氧氧化化物物、氢氢氧氧化化物物、碳碳酸酸盐盐类类；从从矿矿物物成成分分上上来来说说有有石石英英和和粘粘土土矿矿物物；从从元元素素种种类类上上来来说说有有Si、Ca、Mg、Fe、Al、K、Na和一些微量元素。和一些微量元素。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。第43页/共87页3 成煤原始物质成煤原始物质泥炭的主要组成及泥炭的主要组成及性质性质二、泥炭的主要物理化学特性1.分解度分解度 植植物物残残体体内内由由于于腐腐解解作作用用而而失失去去细细胞胞结结构构物物质质的的相相对对含含量量。即即泥泥炭炭中中无无定定形形腐腐植植质质占占有有机机质质的的百
34、百分分含量。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.结结构构和和颜颜色色：疏疏松松、多多孔孔，力力学学稳稳定定差差，颜颜色色多多样样5.可燃性可燃性：1012MJ/kg。第44页/共87页3 成煤原始物质成煤原始物质泥炭的主要组成及泥炭的主要组成及性质性质三、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
35、极少有，大、小兴安岭及高山地带少量分布。第45页/共87页4 成煤作用成煤作用概概 念念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 用用植物从死亡、堆积到转变为煤植物从死亡、堆积到转变为煤所经历的一系列演化过程所经历的一系列演化过程成煤作用成煤作用高等植物高等植物低等植物低等植物沼泽 湖泊或浅海 泥炭腐泥 煤煤褐煤烟煤无烟煤地下石墨泥炭（腐泥）化作用成岩作用变质作用煤化作用第46页/共87页第47页/共87页4 成煤作用成煤作用植物残骸的分解方式
36、植物残骸的分解方式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。第48页/共87页4 成煤作用成煤作用植物残骸的分解方式植物残骸的分解方式uu 泥炭化作用泥炭化作用泥炭化作用泥炭化作用高等植物遗体在沼泽中堆积经生物化学变化转变成泥炭的过程。可分为两个阶段：高等植物遗体在沼
37、泽中堆积经生物化学变化转变成泥炭的过程。可分为两个阶段：高等植物遗体在沼泽中堆积经生物化学变化转变成泥炭的过程。可分为两个阶段：高等植物遗体在沼泽中堆积经生物化学变化转变成泥炭的过程。可分为两个阶段：生物化学分解作用生物化学分解作用生物化学分解作用生物化学分解作用与与与与合成作用合成作用合成作用合成作用。uu 分解作用分解作用分解作用分解作用原生质原生质原生质原生质 脂肪脂肪脂肪脂肪 果胶质果胶质果胶质果胶质 纤维素纤维素纤维素纤维素 半纤维素半纤维素半纤维素半纤维素 木质素木质素木质素木质素 木栓质。木栓质。木栓质。木栓质。第49页/共87页4 成煤作用成煤作用植物残骸的分解方式植物残骸的分
38、解方式uu 合成作用合成作用合成作用合成作用：合成腐植酸：合成腐植酸：合成腐植酸：合成腐植酸 在在在在低低低低洼洼洼洼沼沼沼沼泽泽泽泽中中中中，因因因因为为为为充充充充满满满满着着着着水水水水，植植植植物物物物死死死死亡亡亡亡后后后后的的的的残残残残骸骸骸骸就就就就逐逐逐逐渐渐渐渐堆堆堆堆积积积积在在在在水水水水中中中中，最最最最上上上上面面面面的的的的一一一一层层层层植植植植物物物物因因因因与与与与水水水水面面面面很很很很接接接接近近近近或或或或露露露露出出出出在在在在水水水水面面面面之之之之上上上上，空空空空气气气气仍仍仍仍可可可可进进进进入入入入。在在在在这这这这样样样样条条条条件件件件
39、下下下下，喜喜喜喜氧氧氧氧细细细细菌菌菌菌活活活活跃跃跃跃，残残残残骸骸骸骸发发发发生生生生半半半半败败败败作作作作用用用用而而而而变变变变成成成成腐腐腐腐殖殖殖殖土土土土。随随随随着着着着植植植植物物物物的的的的不不不不断断断断死死死死亡亡亡亡和和和和堆堆堆堆积积积积，它它它它们们们们就就就就完完完完全全全全与与与与空空空空气气气气隔隔隔隔绝绝绝绝，氧氧氧氧气气气气停停停停止止止止进进进进入入入入，厌厌厌厌氧氧氧氧细细细细菌菌菌菌随随随随之之之之活活活活跃跃跃跃。此此此此时时时时植植植植物物物物残残残残骸骸骸骸就就就就依依依依靠靠靠靠本本本本身身身身所所所所含含含含的的的的氧氧氧氧发发发发生
40、生生生去去去去羧羧羧羧基基基基、脱脱脱脱水水水水等等等等作作作作用用用用。放放放放出出出出二二二二氧氧氧氧化化化化碳碳碳碳、水水水水及及及及甲甲甲甲烷烷烷烷，从从从从而而而而使使使使碳碳碳碳含含含含量量量量相相相相对对对对增增增增大大大大，氢氢氢氢及及及及氧氧氧氧含含含含量量量量则则则则减减减减少少少少。植植植植物物物物残残残残骸骸骸骸经经经经过过过过这这这这些些些些作作作作用用用用后后后后，就就就就部部部部分分分分地地地地改改改改变变变变了了了了原原原原来来来来的的的的形形形形态态态态和结构，变成了一种新的物质和结构，变成了一种新的物质和结构，变成了一种新的物质和结构，变成了一种新的物质泥炭
41、泥炭泥炭泥炭。第50页/共87页u凝胶化作用凝胶化作用凝胶化作用凝胶化作用堆堆积积在在沼沼泽泽中中的的植植物物遗遗体体的的主主要要组组成成部部分分(木木质质纤纤维维组组织织)在在覆覆水水较较深深、水水体体滞滞流流的的、缺缺氧氧的的弱弱氧氧化化至至还还原原的的环环境境中中，由由于于厌厌氧氧细细菌菌的的参参与与和和长长期期浸浸润润的的作作用用而而转转变变成成以以腐腐植植酸酸和和沥沥青青质质为为主主要要成成分分的的凝凝胶胶、溶溶胶胶等等胶胶体体物物质质的的过过程程。经经凝凝胶胶化化作作用用产产生生的的不不同同形形态态和和结结构构的的凝凝胶胶化化物物质质，再再经经过过煤煤化化作作用用即即形形成成为为煤
42、煤中中的的凝凝胶胶化化组分组分木煤、木质镜煤、镜煤和凝胶化基质。木煤、木质镜煤、镜煤和凝胶化基质。4 成煤作用成煤作用植物残骸的分解方式植物残骸的分解方式第51页/共87页u 丝丝炭炭化化作作用用：指指植植物物遗遗体体的的木木质质纤纤维维组组织织，在在沼沼泽泽覆覆水水浅浅且且水水流流畅畅通通或或比比较较干干燥燥的的氧氧化化条条件件和和有有氧氧细细菌菌的的条条件件下下，遭遭氧氧化化分分解解、脱脱水水、脱脱氢氢和和增增炭炭化化作作用用转转变变成成贫贫氢氢、富炭的腐植物的过程。富炭的腐植物的过程。uu 残残植植化化作作用用：是是泥泥炭炭化化作作用用的的一一种种特特殊殊情情况况，即即：在在泥泥炭炭化化
43、过过程程中中的的水水介介质质流流动动通通畅畅、经经常常有有新新鲜鲜氧氧气气供供给给的的条条件件下下，凝凝胶胶化化作作用用和和丝丝炭炭化化作作用用的的产产物物被被充充分分分分解解破破坏坏并并不不断断被被流流水水带带走走，使使植植物物残残体体中中的的稳稳定定组组分分大大量量集集中中并并集中形成残植煤的过程。集中形成残植煤的过程。4 成煤作用成煤作用植物残骸的分解方式植物残骸的分解方式第52页/共87页u 腐败作用腐败作用（腐泥化作用腐泥化作用）指低等生物遗体在沼泽中经生物化学变化转变成腐泥的过程。指低等生物遗体在沼泽中经生物化学变化转变成腐泥的过程。生生长长在在静静水水湖湖泊泊中中的的微微生生物物
44、(主主要要是是浮浮游游生生物物)死死亡亡后后，在在没没有有空空气气存存在在下下发发生生的的分分解解过过程程。其其结结果果生生成成一一种种含含碳碳、氢氢较较原原来来物物质质为为多多，含含氧氧较较原原来来物物质质少少的的新物质新物质腐泥。腐泥是一种富含水和沥青质的淤泥状物质。与泥炭特征有区别。腐泥。腐泥是一种富含水和沥青质的淤泥状物质。与泥炭特征有区别。4 成煤作用成煤作用植物残骸的分解方式植物残骸的分解方式第53页/共87页第54页/共87页4 成煤作用成煤作用植物残骸的分解过程植物残骸的分解过程 原始物质原始物质原始物质原始物质过程名称过程名称过程名称过程名称与氧的关系与氧的关系与氧的关系与氧
45、的关系与水的关系与水的关系与水的关系与水的关系作用的性质作用的性质作用的性质作用的性质产产产产 物物物物陆生植物陆生植物及沼泽植物及沼泽植物(高等植物高等植物)全败作用全败作用氧气自由进入氧气自由进入有水存在有水存在完全氧化完全氧化无固体含碳无固体含碳有机物残留有机物残留半败作用半败作用有少量氧气进入有少量氧气进入有水存在有水存在腐殖化腐殖化固体含碳化固体含碳化合物腐殖土合物腐殖土泥炭化作用泥炭化作用开始有氧进入开始有氧进入后来无氧后来无氧开始有水存在开始有水存在后来没于水中后来没于水中先腐殖化作用先腐殖化作用后还原作用后还原作用固体含碳化固体含碳化合物泥炭合物泥炭水中有机物水中有机物(低等植
46、物低等植物)腐败作用腐败作用（腐泥化作用）（腐泥化作用）无氧气无氧气在无死水中在无死水中主要为还主要为还原作用原作用固体富氢固体富氢化物腐泥化物腐泥第55页/共87页造成泥炭成分、性质不同的影响因素造成泥炭成分、性质不同的影响因素一、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，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
47、暗淡煤。第56页/共87页造成泥炭成分、性质不同的影响因素造成泥炭成分、性质不同的影响因素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。第57页/共87页造成泥炭成分、性质不同的影响因素造成泥炭成分、性质不同的影响因素三、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
48、，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。第58页/共87页造成泥炭成分、性质不同的影响因素造成泥炭成分、性质不同的影响因素 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第59页/共87页4 成煤作用成煤作用成煤的必要条件成煤的必要条件 煤的形成需要哪些条件？沉积有机质聚集条件：沉积有机质聚集条件：1 1）足够生物量的供给；）足够生物量的供给；2 2）存在生物聚合物向沉积聚合物转化的环境条件；）存在生物聚合物向沉积聚合物转化的环境条件
49、；3 3）保证沉积有机质不被无机沉积物过分）保证沉积有机质不被无机沉积物过分“稀释稀释”而而相对集中。相对集中。4 4）沉积有机质形成后能够得以妥善保存而在一定地）沉积有机质形成后能够得以妥善保存而在一定地质历史中不被再次破坏。质历史中不被再次破坏。第60页/共87页4 成煤作用成煤作用成煤的必要条件成煤的必要条件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；第61页/共87页4 成煤作用成煤作用成煤的必要条件
50、成煤的必要条件4.4.4.4.地壳运动条件（主导条件）地壳运动条件（主导条件）地壳运动条件（主导条件）地壳运动条件（主导条件）埋埋藏藏条条件件。持持续续下下陷陷的的盆盆 地地或或低低地地，以以便便造造成成植植物物残残骸骸和和无无机机沉沉积积物物的的大大量量堆堆集集等等。同同时时，沼沼泽泽水水位位的的逐逐步步抬抬升升，以以避避免免有有机机质质的的氧氧化化分分解解。再再次次，在沼泽生存过程中，碎屑沉积物的注入必须是贫乏的，以保证泥炭的质量。在沼泽生存过程中，碎屑沉积物的注入必须是贫乏的，以保证泥炭的质量。第62页/共87页4 成煤作用成煤作用成煤的必要条件成煤的必要条件三种补偿方式三种补偿方式1)