chap1煤的的形成課件

2009年11月在新疆沙爾湖煤田勘查區(qū)鉆孔，鉆探出可采煤層11層，總厚度達(dá)301米，其中一處單一煤層的最大厚度達(dá)217.14米，再次刷新了全國紀(jì)錄。

第一節(jié)成煤物質(zhì)1、煤是由植物形成的

煤是由植物遺體經(jīng)過生物化學(xué)作用和物理化學(xué)作用演變而成的沉積有機(jī)巖。

0.0180.2-0.61.442.032.512.983.544.104.404.955.45低等植物——海帶低等植物——地衣高等植物——松樹3

我國主要聚煤期

我國主要聚煤期：新生代新近紀(jì)-古近紀(jì)（約0.24～0.65億年）中生代晚侏羅世-早白堊世（約1.44億年）早、中侏羅世（約2.03億年）晚三疊世（約2.5億年）晚古生代晚二疊世（約3億年）晚石炭世-早二疊世（約3～3.54億年）早石炭世（約3.54億年）早古生代

早寒武世（約5.45億年）

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植物的主要化學(xué)組成

（1）碳水化合物

（2）木質(zhì)素

（3）蛋白質(zhì)

（4）脂類化合物4.2木質(zhì)素

木質(zhì)素也是植物細(xì)胞壁的主要成分，常分布在植物根、莖部的細(xì)胞壁中。木本植物的木質(zhì)素含量高，木質(zhì)素是具有苯基丙烷芳香結(jié)構(gòu)的高分子聚合物，含甲氧基、羥基等官能團(tuán)。木質(zhì)素的單體以不同的鏈連接成三度空間的大分子，比纖維素穩(wěn)定，不易水解，易于保存下來。在泥炭沼澤中，在水和微生物作用下發(fā)生分解，與其他化合物共同作用生成腐植酸類物質(zhì)，這些物質(zhì)最終轉(zhuǎn)化成為煤。所以木質(zhì)素是植物轉(zhuǎn)變?yōu)槊旱脑嘉镔|(zhì)中最重要的有機(jī)組分。針葉樹的松柏醇落葉樹的芥子醇喬木的－香豆醇

木質(zhì)素，其組成因植物的種類不同而異，見圖。4.3脂類化合物

脂類化合物是指不溶于水而溶于醚、苯、氯仿等有機(jī)溶劑的有機(jī)化合物。在植物中脂類化合物主要有以下幾種。

脂肪：屬于長(zhǎng)鏈脂肪酸的甘油酯。高等植物中含量少(1-2%)，低等植物含量高(20%左右)。在生化作用下在酸性或堿性溶液中分解生成脂肪酸和甘油，參與成煤作用。

蠟質(zhì)：主要是長(zhǎng)鏈脂肪酸與含有24～26個(gè)碳原子的高級(jí)一元醇形成的脂類，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易受細(xì)菌分解。

4.4蛋白質(zhì)

蛋白質(zhì)：由若干個(gè)氨基酸結(jié)合而形成的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的高分子。由于含羧基和羥基，蛋白質(zhì)具有酸性和堿性官能團(tuán)，強(qiáng)烈親水性膠體。

高等植物中蛋白質(zhì)含量少；低等植物中蛋白質(zhì)含量高。

植物死亡后，完全氧化條件下，蛋白質(zhì)完全分解為氣態(tài)物質(zhì)；在泥炭沼澤和湖泊的水中，蛋白質(zhì)分解成氨基酸、喹啉等含氮化合物，參與成煤作用，但對(duì)煤的性質(zhì)沒有決定性的影響。

是煤中硫、氮元素的來源之一。4.5不同植物化學(xué)組成的差異性植物碳水化合物木質(zhì)素蛋白質(zhì)脂類化合物細(xì)菌綠藻苔蘚蕨類草類松柏及闊葉樹12~2830~4030~5050~6050~7060~70001020~3020~3020~3050~8040~5015~2010~155~101~75~2010~208~103~55~101~3木本植物的不同部分木質(zhì)部葉木栓孢粉質(zhì)原生質(zhì)60~75656052020~302010001825702~35~825~3090105煤炭的成因類型

根據(jù)形成煤炭的物質(zhì)基礎(chǔ)劃分煤炭的類型稱為成因類型。主要是：腐植煤、腐泥煤、殘植煤和腐植腐泥煤。（1）腐植煤：由高等植物經(jīng)過成煤過程中復(fù)雜的生化和地質(zhì)變化作用生成。（2）腐泥煤：主要由湖沼或淺水海灣中藻類等低等植物形成。儲(chǔ)量大大低于腐植煤，工業(yè)意義不大。（3）殘植煤：由高等植物殘骸中對(duì)生物化學(xué)作用最穩(wěn)定的組分(孢子、角質(zhì)層、樹皮、樹脂)富集而成。（4）腐植腐泥煤：由高等植物、低等植物共同形成的煤。第三節(jié)成煤作用過程

由高等植物轉(zhuǎn)化為腐植煤要經(jīng)歷復(fù)雜而漫長(zhǎng)的過程，一般需要幾千萬年到幾億年的時(shí)間。腐植煤成煤作用可劃分為兩個(gè)階段：即泥炭化作用

和煤化作用。煤化作用又分為兩個(gè)連續(xù)的過程即成巖作用和變質(zhì)作用.

圖示如下：植物泥炭化泥炭成巖作用褐煤變質(zhì)作用煙煤、無煙煤煤化作用第三節(jié)成煤作用過程煤化程度的概念：在褐煤向煙煤、無煙煤轉(zhuǎn)化的進(jìn)程中，由于地質(zhì)條件和成煤年代的差異，使煤處于不同的轉(zhuǎn)化階段。煤的這種轉(zhuǎn)化階段稱為煤化程度，有時(shí)稱為變質(zhì)程度，或煤級(jí)。按煤化程度由低到高依次是：褐煤

煙煤

（長(zhǎng)焰煤、氣煤、肥煤、

焦煤、瘦煤、貧煤）無煙煤。1泥炭化作用第二階段：缺氧條件下

在沼澤水的覆蓋下，出現(xiàn)缺氧條件，喜氧微生物被厭氧細(xì)菌所替代。分解產(chǎn)物相互作用，進(jìn)一步合成新的較穩(wěn)定的有機(jī)化合物，如腐植酸、瀝青質(zhì)等。這兩個(gè)階段不是截然分開的，在植物分解作用進(jìn)行不久，合成作用也就開始了。1.3植物經(jīng)泥炭化作用成為泥炭，在兩方面發(fā)生巨大變化：

（1）組織器官（如皮、葉、莖、根等）基本消失，細(xì)胞結(jié)構(gòu)遭到不同程度的破壞，變成顆粒細(xì)小、含水量極大、呈膠泥狀的膏狀體－－泥炭；

（2）組成成分發(fā)生了很大的變化，如植物中大量存在的纖維素和木質(zhì)素在泥炭中顯著減少，蛋白質(zhì)消失，而植物中不存在的腐植酸卻大量增加，并成為泥炭的最主要的成分之一，通常達(dá)到40%以上。1

泥炭化作用表2—6植物與泥炭化學(xué)組成的比較

元素組成，%有機(jī)組成，%植物與泥炭CHNO+S纖維素半纖維素木質(zhì)素蛋白質(zhì)瀝青腐植酸莎草47.205.611.6139.3750.0020~305~105~100木本植物50.156.201.0542.1050.6020.301~71~30樺川草本泥炭55.876.352.9034.9719.690.7503.5043.58合浦木本泥炭65.466.531.2026.75o.890.390042.882煤化作用

煤化作用包括成巖作用和變質(zhì)作用兩個(gè)連續(xù)的過程。2.1成巖作用

泥炭在沼澤中層層堆積，越積越厚，當(dāng)?shù)貧は陆邓俣容^大時(shí)，泥炭將被泥沙等沉積物覆蓋。在上覆沉積物的壓力作用下，泥炭發(fā)生了壓緊、失水、膠體老化、固結(jié)等一系列變化，微生物的作用逐漸消失，取而代之的是緩慢的物理化學(xué)作用。這樣，泥炭逐漸變成了較為致密的巖石狀的褐煤。2.2變質(zhì)作用

當(dāng)褐煤層繼續(xù)沉降到地殼較深處時(shí)，上覆巖層壓力不斷增大，地溫不斷增高，褐煤中的物理化學(xué)作用速度加快，煤的分子結(jié)構(gòu)和組成產(chǎn)生了較大的變化。碳含量明顯增加，氧含量迅速減少，腐植酸也迅速減少并很快消失，褐煤逐漸轉(zhuǎn)化成為煙煤。隨著煤層沉降深度的加大，壓力和溫度提高，煤的分子結(jié)構(gòu)繼續(xù)變化，煤的性質(zhì)也發(fā)生不斷的變化，最終變成無煙煤。2煤化作用2.2.1變質(zhì)作用類型根據(jù)變質(zhì)條件和變質(zhì)特征的不同，煤的變質(zhì)作用可以分為深成變質(zhì)作用、巖漿變質(zhì)作用和動(dòng)力變質(zhì)作用三種類型。（溫度、壓力的來源）（1）深成變質(zhì)作用深成變質(zhì)作用是指在正常地溫狀態(tài)下，煤的變質(zhì)隨煤層的沉降幅度的加大、地溫的增高和受熱時(shí)間的持續(xù)而增高。這種變質(zhì)作用與大規(guī)模的地殼升降活動(dòng)直接相關(guān)，具有廣泛的區(qū)域性，過去常被稱為區(qū)域變質(zhì)作用。（1）深成變質(zhì)作用希爾特定律：它是煤變質(zhì)程度的垂直分布規(guī)律，指在同一煤田大致相同的構(gòu)造條件下，隨著煤層埋深的增加，煤的揮發(fā)分逐漸減少，變質(zhì)程度逐漸增加。深成變質(zhì)作用的另一個(gè)重要特點(diǎn)就是：煤變質(zhì)程度具有水平分帶規(guī)律。因?yàn)樵谕幻禾镏?，同一煤層或煤層組原始沉積時(shí)沉降幅度可能不同，成煤后下降的深度也可能不同。按照希爾特定律，這一煤層或煤層組在不同深度上變質(zhì)程度也就不同，反映到平面上即為變質(zhì)程度的水平分帶規(guī)律。2.3變質(zhì)作用的因素：

影響煤變質(zhì)的因素主要有溫度、壓力和時(shí)間。2.3.1溫度的影響

促成煤變質(zhì)作用的主要因素是溫度。溫度過低（<50～60℃），褐煤的變質(zhì)就不明顯了，如莫斯科煤田早石炭世煤至今已有3億年以上，但仍處于褐煤階段。通常認(rèn)為，煤化程度是煤受熱溫度和持續(xù)時(shí)間的函數(shù)。溫度越高，變質(zhì)作用的速度越快。因?yàn)樽冑|(zhì)作用的實(shí)質(zhì)是煤分子的化學(xué)變化，溫度高促進(jìn)了化學(xué)反應(yīng)速度的提高。

2.3變質(zhì)作用的因素：

影響煤變質(zhì)的因素主要有溫度、壓力和時(shí)間。2.3.2時(shí)間的影響時(shí)間是影響煤變質(zhì)的另一重要因素。時(shí)間因素的重要性表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：第一，在溫度、壓力大致相同的條件下，受熱時(shí)間越長(zhǎng)，煤化程度越高。第二，煤受短時(shí)間較高溫度的作用或受長(zhǎng)時(shí)間較低溫度（超過變質(zhì)臨界溫度）作用，可以達(dá)到相同的變質(zhì)程度。2.3.3壓力的影響壓力可以使煤壓實(shí)，孔隙率降低，水分減少；并使煤巖組分沿垂直壓力的方向作定向排列。靜壓力促使煤的芳香族稠環(huán)平行層面作有規(guī)則的排列。盡管一定的壓力有促進(jìn)煤物理結(jié)構(gòu)變化的作用，但只有化學(xué)變化才對(duì)煤的化學(xué)結(jié)構(gòu)有決定性的影響。人工煤化實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)靜壓力過大時(shí)，由于化學(xué)平衡移動(dòng)的原因，壓力反而會(huì)抑制煤結(jié)構(gòu)單元中側(cè)鏈或基團(tuán)的分解析出，從而阻礙煤的變質(zhì)。因此，人們一般認(rèn)為壓力是煤變質(zhì)的次要因素。什么是沼澤?

沼澤是在一定的氣候、地貌和水文條件下，常年積水或極其潮濕的地段，內(nèi)有大量植物生長(zhǎng)和堆積。沼澤的分類（1）按水分補(bǔ)給來源的不同，可劃分為三種類型：

低位沼澤：主要由地下水補(bǔ)給、潛水面較高的沼澤；

高位沼澤：主要以大氣降水為補(bǔ)給來源的泥炭沼澤；

中位沼澤或過渡沼澤：兼有低位沼澤和高位沼澤的特點(diǎn)，其水源部分由地下水補(bǔ)給，部分又由大氣降水補(bǔ)給的沼澤。（2）根據(jù)沼澤距離海岸的遠(yuǎn)近，分為近海泥炭沼澤與內(nèi)陸泥炭沼澤。（3）根據(jù)水介質(zhì)的含鹽度，沼澤又可分為淡水的、半咸水的和咸水的。

湖