煤的變質(zhì)作用類型

第四章煤的變質(zhì)作用類型

煤地質(zhì)學(xué)Goalofstudy深成變質(zhì)作用含義及其影響因素深成變質(zhì)作用特征希爾特定律的內(nèi)涵巖漿變質(zhì)作用類型及其特征動(dòng)力變質(zhì)作用定義

成煤作用是原始成煤物質(zhì)最終轉(zhuǎn)化成煤的全部作用，它分成兩個(gè)相繼的階段：從成煤原始物質(zhì)的堆積，經(jīng)生物化學(xué)作用直到泥炭的形成，稱為泥炭化作用階段；

當(dāng)泥炭形成后，由于沉積盆地的沉降，泥炭被埋藏于深處，在溫度、壓力增高等物理、化學(xué)作用下，形成褐煤、煙煤、無煙煤、變無煙煤，稱為煤化作用階段。

第四章煤的變質(zhì)作用類型成煤作用的階段劃分

第四章煤的變質(zhì)作用類型亮褐煤→長焰煤→氣煤→肥煤→焦煤→瘦煤→貧煤→無煙煤→變無煙煤褐煤煙煤無煙煤煤化作用的階段與特征在煤化作用過程中，熱增溫對(duì)煤的變質(zhì)起著主導(dǎo)的作用。由于引起煤變質(zhì)的熱源和增熱的方式及變質(zhì)特征的不同，將煤的變質(zhì)劃分為深成變質(zhì)作用、巖漿變質(zhì)作用(區(qū)域巖漿熱變質(zhì)作用和接觸變質(zhì)作用)、動(dòng)力變質(zhì)作用。

第四章煤的變質(zhì)作用類型§1深成變質(zhì)作用第四章煤的變質(zhì)作用類型1.深成變質(zhì)作用

1)概念深成變質(zhì)作用是指煤層因沉降而埋藏于地下深處，由于地?zé)峒吧细矌r系靜壓力作用下煤所發(fā)生的變質(zhì)作用。地?zé)嶙冑|(zhì)作用/區(qū)域變質(zhì)作用第四章§1深成變質(zhì)作用2)深成變質(zhì)作用的熱源及影響因素地?zé)醽碓从?

①原始的地球殘余熱;②化學(xué)反應(yīng)熱;③潮汐摩擦熱;④放射性元素衰變熱;⑤重物質(zhì)位移熱等。

第四章§1深成變質(zhì)作用第四章§1深成變質(zhì)作用放射性元素蛻變熱：酸性巖中的含量比基性巖中高結(jié)晶基底中的含量比蓋層高不同地質(zhì)構(gòu)造單元（火山、洋脊、島弧等）也存在差別隆起帶較坳陷帶的地溫高第四章§1深成變質(zhì)作用地表下恒溫帶的溫度和恒溫帶的深度在各地不同影響因素:①熱源不同外;②大地構(gòu)造特征;③構(gòu)造斷裂破壞程度;④巖石導(dǎo)熱性;⑤地下深處巖漿巖性質(zhì)和活動(dòng)特征;⑥地下水活動(dòng)特征等。這些因素將造成各地區(qū)地溫梯度的差異。

第四章§1深成變質(zhì)作用第四章§1深成變質(zhì)作用地殼上的地?zé)岬葴孛娌皇撬降模从沉耸澜绺鞯氐葴靥荻纫彩遣煌?。煤的變質(zhì)梯度:①常用煤中干燥無灰基揮發(fā)分減少的數(shù)值(ΔVdaf--即揮發(fā)分梯度是指向地下每加深100m揮發(fā)分減少的數(shù)值);②鏡質(zhì)組反射率增大的數(shù)值(ΔRmax，即鏡質(zhì)體反射率梯度)來表示。

不同煤田由于地溫梯度不同，揮發(fā)分梯度也不相同。第四章§1深成變質(zhì)作用第四章§1深成變質(zhì)作用不同位置煤層在同一深度，即使同一煤田，其煤的變質(zhì)程度也是有差別；在地質(zhì)歷史時(shí)期，同一地點(diǎn)的地溫梯度也不會(huì)是一成不變的。2．深成變質(zhì)的特點(diǎn)1)希爾特定律德國學(xué)者希爾特(Hilt，1873）曾針對(duì)西歐若干煤田變質(zhì)規(guī)律提出：在地層大致水平的條件下，每百米煤的揮發(fā)分降低約2.3％，即煤的變質(zhì)程度隨埋藏深度的加深而增高。稱為希爾特定律。

第四章§1深成變質(zhì)作用

1)希爾特定律用煤的變質(zhì)梯度表示。變質(zhì)梯度是指煤在地殼恒溫層之下，每加深100m煤變質(zhì)程度增高的幅度。希爾特定律幾乎在各個(gè)煤田都得到了證實(shí)。構(gòu)造異常、巖漿侵入煤系、煤巖成分、還原程度或煤的成因類型的差異有時(shí)會(huì)引起與希爾特定律不符合情況

第四章§1深成變質(zhì)作用第四章§1深成變質(zhì)作用希爾特定律√√×2)煤變質(zhì)的分帶性(1)垂直分帶—原始分帶

在煤的深成變質(zhì)過程中，由于煤系下部煤層或煤組受到大于上部的溫度及壓力，因而變質(zhì)程度高低不同。這種煤質(zhì)隨沉降深度呈現(xiàn)規(guī)律性的變化，即為煤質(zhì)的垂直分帶。第四章§1深成變質(zhì)作用

（2）垂直分帶的影響因素

煤質(zhì)垂直分帶的明顯程度與分帶的寬窄，主要決定于煤的變質(zhì)梯度，變質(zhì)梯度的大小又取決于地?zé)崽荻群兔罕旧淼奶卣?。①煤的變質(zhì)梯度與帶的關(guān)系。②受熱時(shí)間與帶的關(guān)系。③不同變質(zhì)程度的煤，其揮發(fā)分梯度各異。第四章§1深成變質(zhì)作用①梯度與帶的關(guān)系：地?zé)崽荻却蟆鷵]發(fā)分梯度和變質(zhì)梯度也大→引起相同煤質(zhì)變化所需要的沉降深度也就愈小→煤質(zhì)的垂直分帶就窄。

第四章§1深成變質(zhì)作用②受熱時(shí)間與帶的關(guān)系：受熱時(shí)間的延長會(huì)使煤質(zhì)變化所需的深度變的更小，煤質(zhì)垂直分帶則更窄。第四章§1深成變質(zhì)作用第四章§1深成變質(zhì)作用

③不同變質(zhì)程度的煤，其揮發(fā)分梯度各異。中變質(zhì)煤的變質(zhì)梯度最大，因此中變質(zhì)程度煤的分帶現(xiàn)象明顯，變質(zhì)帶厚度一般較小，這也是焦煤分布一般不如低和高變質(zhì)煤廣泛的原因之一。3）水平分帶—垂直分帶的表現(xiàn)

煤變質(zhì)的水平分帶是垂直分帶性的一種表現(xiàn)，由于地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，同一煤田內(nèi)同一煤層或煤組在形成和形變過程中沉降深度不同，這就表現(xiàn)在煤系本身厚度變化和煤系上覆巖系厚度變化的不相同。

因此，使同一煤層或煤組所經(jīng)受的變質(zhì)程度不同，反映在平面上就構(gòu)成煤質(zhì)的水平帶狀分布特征。第四章§1深成變質(zhì)作用

煤質(zhì)分帶示意圖第四章§1深成變質(zhì)作用第四章§1深成變質(zhì)作用德國魯爾煤田石炭紀(jì)煤系厚度約5000m，揮發(fā)份隨深度而遞減，大致是每100m降低2.3%，在垂直剖面可以劃分四個(gè)帶。3）深成變質(zhì)作用與上覆巖系厚度①煤系與上覆巖系為連續(xù)沉積或有小的間斷--上覆巖系厚度與煤系本身的沉降有關(guān)，對(duì)煤的深成變質(zhì)有較大影響；②如果上覆巖系與煤系之間存在長期間斷，甚至經(jīng)歷了不同的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)—復(fù)雜的關(guān)系。第四章§1深成變質(zhì)作用4）深成變質(zhì)作用與煤層賦存深度的關(guān)系

煤層現(xiàn)今賦存的深度對(duì)煤的變質(zhì)也有影響。在含煤巖系發(fā)生構(gòu)造變動(dòng)之后，由于后期形變?cè)斐闪烁舐癫厣疃龋谶@種條件下由于溫度、壓力和時(shí)間因素的影響，仍然可使煤的變質(zhì)程度累積加深。盡管經(jīng)受的溫度低于構(gòu)造變形之前(不低于50℃)，但由于經(jīng)歷足夠長的時(shí)間，煤的變質(zhì)仍會(huì)繼續(xù)加深。

第四章§1深成變質(zhì)作用

圖4-3魯爾煤田煤化作用史a-主要煤化作用時(shí)間1200萬年；b-隆起后剝蝕；c-28000萬年無煤化作用變化第四章§1深成變質(zhì)作用鏡質(zhì)組反射率1-小于1.1%；2-1.1~1.6%；3-大于1.6%第四章§1深成變質(zhì)作用5）深成變質(zhì)與褶皺的關(guān)系在急傾煤層中，可以根據(jù)等質(zhì)線與煤層的交角來判斷褶皺前后煤化作用的強(qiáng)弱。交角越大，即等變質(zhì)面近于水平，則褶皺期及褶皺后的煤化作用較強(qiáng)。圖4-4根據(jù)剖面中等變質(zhì)線與煤層交角判斷構(gòu)造變形前后煤化作用的強(qiáng)弱a-褶皺期和褶皺后的煤化作用較強(qiáng)；b-褶皺期和褶皺后的煤化作用較弱，褶皺期前的煤化作用較強(qiáng)第四章§1深成變質(zhì)作用

思考：“ΔVdaf”的減少或增加是不是就一定說明隨深度而變化？如果是多個(gè)煤層，上部煤層的V值是不是一定比下部的煤層高？第四章§1深成變質(zhì)作用

答案是：不一定。

就是說有很多情況下，下部的煤層的V值比上部煤層的V值還高。這就是反“希爾特定律”現(xiàn)象。為什么存在這種現(xiàn)象？主要是因?yàn)槌擅涵h(huán)境不同，導(dǎo)致成煤作用不同，特別是泥炭化作用不同，最終導(dǎo)致煤巖組分不同。煤巖組分不同，煤的V值就不同。如山東乃至華北地區(qū)C—P煤系：太原組的煤層V值比山西組煤的V值高。第四章§1深成變質(zhì)作用

§2巖漿變質(zhì)作用第四章煤的變質(zhì)作用類型巖漿變質(zhì)作用：由于巖漿熱、揮發(fā)分氣體和壓力的影響，使煤發(fā)生的變質(zhì)作用。這種變質(zhì)作用形成的條件是由于巖漿的侵入、穿過或靠近煤層或煤系。進(jìn)一步劃分為兩種類型：一種是與淺成侵入巖有關(guān)的接觸變質(zhì)作用；另一種是與地下龐大的深成侵入體有關(guān)的區(qū)域巖漿熱力變質(zhì)作用。第四章§2巖漿變質(zhì)作用一、區(qū)域巖漿熱力變質(zhì)作用這種變質(zhì)作用又稱區(qū)域熱力變質(zhì)作用或遠(yuǎn)程巖漿變質(zhì)作用等。第四章§2巖漿變質(zhì)作用主要特征：(1)煤變質(zhì)的垂直分帶明顯，變質(zhì)帶厚度及平面寬度都較小。(2)這種變質(zhì)作用所產(chǎn)生的變質(zhì)帶，在平面上的展布特征與深成巖體分布有一定關(guān)系。(3)煤的變質(zhì)程度決定于巖體大小，以及與巖體距離的遠(yuǎn)近。第四章§2巖漿變質(zhì)作用黑龍江雙鴨山煤田的煤質(zhì)分帶第四章§2巖漿變質(zhì)作用區(qū)域巖漿熱變質(zhì)作用的標(biāo)志：在這種區(qū)域熱力變質(zhì)過程中，由于巖漿熱液作用，無煙煤帶的圍巖往往發(fā)生蝕變，如硅化、葉蠟石化、絹云母化、碳酸鹽化、綠泥石化、黃鐵礦化作用等，且石英砂巖變?yōu)槭r，灰?guī)r變質(zhì)為結(jié)晶灰?guī)r或大理巖，泥質(zhì)巖變質(zhì)為板巖。

特別是熱液石英脈的發(fā)育，是區(qū)域巖漿熱變質(zhì)作用的標(biāo)志之一。第四章§2巖漿變質(zhì)作用二、接觸變質(zhì)作用1.概念

接觸變質(zhì)作用是指各種巖床、巖墻、巖脈等淺成巖體侵入或接近煤層，這些侵入體的熱能使煤層達(dá)1000℃以上而發(fā)生變質(zhì)。這種熱影響多是局部的、多變的，地質(zhì)時(shí)間上是短暫的。第四章§2巖漿變質(zhì)作用2.特征(1)臨近侵入體附近，有不規(guī)則的天然焦帶。(2)經(jīng)接觸變質(zhì)作用的煤性質(zhì)發(fā)生變化。顏色變淺，比重增大，灰分增高，揮發(fā)分和發(fā)熱量降低，粘結(jié)性消失，愈近巖體愈明顯。(3)在接觸帶中，煤的鏡質(zhì)組因經(jīng)受高溫溶解時(shí)氣體逸出而具氣孔狀構(gòu)造，形成多氣孔和溝槽的天然焦。第四章§2巖漿變質(zhì)作用(4)在接觸帶附近，常常存在規(guī)模較小且不規(guī)則的局部煤質(zhì)分帶現(xiàn)象。(5)在煤的裂隙或孔腔中新的物質(zhì)成分出現(xiàn)。大量的揮發(fā)分在煤的裂隙或孔腔中冷卻固化成焦油或類瀝青。(6)褐煤和無煙煤的接觸變質(zhì)與煙煤不同。①褐煤的變化是大量脫水、裂開和充填礦物質(zhì)，它不會(huì)因受熱變成膠質(zhì)體，只是收縮、彎曲，保留原顯微結(jié)構(gòu)。②煙煤靠近侵入體的地方變?yōu)樘烊唤埂?/p>

③無煙煤在侵入期間不軟化，保存無煙煤的結(jié)構(gòu)，在化學(xué)組成、光學(xué)和其它性質(zhì)上近似于石墨，具極大的各向異性。第四章§2巖漿變質(zhì)作用3.淺成巖體的接觸變質(zhì)作用強(qiáng)度的影響因素：1)巖體的產(chǎn)狀。

巖墻與巖脈/巖床2)巖體的大小、侵入部位和侵入次數(shù)。3)巖漿的成分、性質(zhì)及煤層圍巖的物理性質(zhì)。

酸性/基性

孔隙度大/導(dǎo)熱性第四章§2巖漿變質(zhì)作用§3動(dòng)力變質(zhì)作用第四章煤的變質(zhì)作用類型1.概念:動(dòng)力變質(zhì)作用是指煤系形成后由于地殼構(gòu)造變動(dòng)的直接原因而造成煤發(fā)生變質(zhì)的作用。壓力,不論是靜壓力還是動(dòng)壓力,只促進(jìn)煤的物理—結(jié)構(gòu)變化,本身并不促進(jìn)變質(zhì)過程中的化學(xué)反應(yīng).煤層在遭受強(qiáng)大的動(dòng)力作用下發(fā)生碎裂、揉搓、摩擦等作用,由機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能,成為增高煤變質(zhì)程度的因素,從這一意義上說,它也是一種熱變質(zhì)作用.第四章§3動(dòng)力變質(zhì)作用動(dòng)力變質(zhì)作用與深成變質(zhì)作用的區(qū)別區(qū)別動(dòng)力成因熱變質(zhì)作用深成變質(zhì)熱變質(zhì)作用持續(xù)的時(shí)間比較短,僅限于機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能這一時(shí)間比較長變質(zhì)煤的煤級(jí)取決于機(jī)械能轉(zhuǎn)變的熱能多少，熱能數(shù)量有限煤層的沉降深度及埋藏時(shí)間受影響的范圍比較小,僅限于動(dòng)力變質(zhì)煤本身或其周圍范圍大，平面上可以是整個(gè)含煤盆地,縱向上可以是整套煤系地層變質(zhì)均勻性生成、傳導(dǎo)、積聚和煤受熱的影響程度具有不均勻的特點(diǎn)變質(zhì)作用均勻的,符合希爾特規(guī)律2.特點(diǎn)當(dāng)構(gòu)造應(yīng)力作用于煤巖層而產(chǎn)生大量摩擦熱后，而導(dǎo)致煤的變質(zhì)。由于這種熱量往往較少，因此動(dòng)力變質(zhì)作用主要發(fā)生在煤層圍巖導(dǎo)熱差，且熱量易于集中的相對(duì)密閉的環(huán)境。第四章§3動(dòng)力變質(zhì)作用含煤建造的形成與演變過程常是復(fù)雜的，所以在一些煤中煤的變質(zhì)作用也往往以多種復(fù)合型式出現(xiàn)。第四章§3動(dòng)力變質(zhì)作用第四章煤的變質(zhì)作用類型§4煤變質(zhì)研究在地質(zhì)上的應(yīng)用第四章煤的變質(zhì)作用類型在深成變質(zhì)作用條件下，煤的變質(zhì)程度隨煤層沉降的深度而升高，因此在地層層序與煤級(jí)關(guān)系的基礎(chǔ)上，可以利用巖層中煤包體的變質(zhì)程度確定新老地層的層序。第四章煤的變質(zhì)作用類型第一，同一煤層在古隆起邊緣的變質(zhì)程度較在坳陷中心部位為低；如魯爾煤盆地南緣的含煤巖系薄，產(chǎn)煉焦煤，而在煤盆地中心的沉積厚，產(chǎn)無煙煤。通過做等變質(zhì)線圖可以發(fā)現(xiàn)煤系剖面中的構(gòu)造問題。如魯爾煤田一張發(fā)熱量與深度關(guān)系圖上，發(fā)現(xiàn)在550m深處發(fā)熱量曲線出現(xiàn)了位移。第四章煤的變質(zhì)作用類型第四章煤的變質(zhì)作用類型在鉆進(jìn)近水平或緩傾斜煤系的過程中。若在變質(zhì)較高的煤層之下突然遇到較低變質(zhì)的煤層指明了遇到斷層。反之，若從變質(zhì)程度較低煤層很快進(jìn)入變質(zhì)程度高得多的煤