煤的生成0課件

第二章煤的生成第一節(jié)年代地層系統(tǒng)和主要聚煤期第二節(jié)成煤物質(zhì)第三節(jié)成煤環(huán)境第四節(jié)成煤作用過(guò)程第二章煤的生成煤是植物遺體經(jīng)過(guò)生物化學(xué)作用，又經(jīng)過(guò)物理化學(xué)作用而轉(zhuǎn)變成的沉積有機(jī)礦產(chǎn)，是多種高分子化合物和礦物質(zhì)組成的混合物。它是極其重要的能源和工業(yè)原料。成煤作用包括(泥炭化作用、腐泥化作用)和煤化作用兩個(gè)階段。第二節(jié)成煤物質(zhì)一、植物的演化

植物在地史上，逐步由低級(jí)向高級(jí)發(fā)展演化，并經(jīng)過(guò)多次飛躍。五個(gè)階段：菌藻植物時(shí)代、裸蕨植物時(shí)代、蕨類和種子植物時(shí)代、裸子植物時(shí)代和被子植物時(shí)代。高等植物有根、莖、葉等器官的分化，包括苔蘚植物、蕨類植物、裸子植物和被子植物，地史上這些類別的植物除了苔蘚外常能形成高大的喬木，具有粗壯的根和莖，成為重要的成煤物質(zhì)。高等植物經(jīng)成煤作用生成的煤為腐植煤。低等植物經(jīng)成煤作用生成的煤為腐泥煤。高等植物和低等植物經(jīng)成煤作用生成的煤為腐植腐泥煤。二、植物的有機(jī)組成高等植物和低等植物的基本組成單元都是細(xì)胞。植物細(xì)胞是由細(xì)胞壁和細(xì)胞質(zhì)構(gòu)成的。細(xì)胞壁的主要成分是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，細(xì)胞質(zhì)的主要成分是蛋白質(zhì)和脂肪。從化學(xué)角度看，植物的有機(jī)組成可以分為四類（1）糖類及其衍生物（2）木質(zhì)素（3）蛋白質(zhì)（4）脂類化合物（1）糖類及其衍生物糖類及其衍生物包括纖維素、半纖維素和果膠質(zhì)等成分。①纖維素是一種高分子的碳水化合物，屬于多糖，其鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)可用通式(C5H10O5)n表示。②半纖維素也是多糖，其結(jié)構(gòu)多種多樣，例如多維戊糖(C5H8O4)n就是其中的一種。它們也能在微生物作用下分解成單糖。③果膠質(zhì)屬糖的衍生物，主要由半乳糖醛酸甲酯縮合而成，呈果凍狀存在于植物的果實(shí)和木質(zhì)部中。果膠質(zhì)分子中有半乳糖醛酸，故呈酸性。果膠質(zhì)不太穩(wěn)定，在泥炭形成的開(kāi)始階段，即可因生物化學(xué)作用水解成一系列的單糖和糠醛酸。(三)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)是構(gòu)成植物細(xì)胞原生質(zhì)的主要物質(zhì)，是生命起源最重要的有機(jī)物基礎(chǔ)，是由許多不同的氨基酸分子按照一定的排列規(guī)律縮合而成的具有多級(jí)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的高分子化合物。植物物死后，蛋白質(zhì)在氧化條件下可分解為氣態(tài)產(chǎn)物；在泥炭沼澤中，它可水解生成氨基酸、卟啉等含氮化合物，參與成煤作用。(四)脂類化合物脂類化合物通常指不溶于水，而溶于苯、醚和氯仿等有機(jī)溶劑的一類有機(jī)化合物，包括脂肪、樹(shù)脂、蠟質(zhì)、角質(zhì)、木栓質(zhì)和孢粉質(zhì)等。①脂肪脂肪屬于長(zhǎng)鏈脂肪酸的甘油酯。低等植物脂肪較多，如藻類含脂肪可達(dá)20%。高等植物一般僅含1%~2%，且多集中在植物的孢子或種子中。脂肪受生物化學(xué)作用可被水解，生成脂肪酸和甘油，前者參與成煤作用。③蠟質(zhì)蠟質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)類似于脂肪，但比脂肪更穩(wěn)定，通常以薄層覆蓋于植物的葉、莖和果實(shí)表面，成分比較復(fù)雜，蠟質(zhì)的主要成分是長(zhǎng)鏈脂肪酸和含有24~36(或更多)個(gè)碳原子的高級(jí)一元醇形成的酯類(如甘油硬脂酸類)，其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易分解。在泥炭和褐煤中常常發(fā)現(xiàn)有蠟質(zhì)存在。④角質(zhì)角質(zhì)是角質(zhì)膜的主要成分，植物的葉、嫩枝、幼芽和果實(shí)的表皮常常覆蓋著角質(zhì)膜。角質(zhì)是脂肪酸脫水或聚合作用的產(chǎn)物，其主要成分是含有16~18個(gè)碳原子的角質(zhì)酸。⑤木栓質(zhì)木栓質(zhì)主要成分是ω脂肪醇酸、二羧酸、碳原子數(shù)大于20的長(zhǎng)鏈羧酸和醇類。⑥孢粉質(zhì)孢粉質(zhì)是構(gòu)成植物繁殖器官孢子花粉外壁的主要有機(jī)成分，具有脂肪-芳香族網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，耐酸耐堿且不溶于有機(jī)溶劑，并可耐較高的溫度而不發(fā)生分解。三、成煤植物對(duì)煤炭性質(zhì)的影晌由于植物的種類不同，其有機(jī)組分的百分含量也不同。低等植物主要是由蛋白質(zhì)和碳水化合物組成，脂肪含量比較高，而高等植物的組成則以纖維素、半纖維素和木質(zhì)素為主。相同植物其不同部分的有機(jī)組分百分含量也不同，如木本植物各部分的有機(jī)組成差別很大。高等植物和低等植物都是成煤的重要原始物質(zhì)。由于成煤的原始物質(zhì)不同，必然導(dǎo)致煤炭在性質(zhì)上的差異和用途上的不同。由不同種類的成煤植物所形成的各種類型的煤，稱為不同成因類型的煤。“腐植煤”：由高等植物形成的煤叫“腐植煤”。腐泥煤：由低等植物形成的煤叫“腐泥煤”，腐植腐泥煤：而由高等植物、低等植物共同形成的煤叫“腐植腐泥煤”。第三節(jié)成煤環(huán)境植物遺體不是在任何情況下都能順利地堆積并能轉(zhuǎn)變?yōu)槟嗵康?，而是需要一定的條件。首先需要有大量植物的持續(xù)繁殖，其次是植物遺體沒(méi)有被全部氧化分解，能夠保存下來(lái)轉(zhuǎn)變?yōu)槟嗵?。具備這樣條件的場(chǎng)所就是沼澤。泥炭沼澤形成條件古植物：植物遺體的大量堆積是泥炭形成的基礎(chǔ)，亦是成煤的物質(zhì)來(lái)源。只有植物演化到一定階段，高大的木本植物大量繁殖堆積，才可形成廣泛的、工業(yè)意義的煤層。古氣候：植物生長(zhǎng)需適宜的溫度和濕度，即溫暖潮濕的氣候。其中潮濕時(shí)最重要的，只要有足夠的濕度，熱帶、亞熱帶、溫帶和寒帶都可發(fā)育泥炭沼澤，并形成泥炭層。古地理:提供成煤的場(chǎng)所(泥炭形成環(huán)境)—常年積水的洼地。包括地形和沉積環(huán)境在內(nèi)的總體景觀。大地構(gòu)造(地殼運(yùn)動(dòng)):提供成煤作用緩慢而均勻的沉降運(yùn)動(dòng)(均衡補(bǔ)償)和成煤拗陷，同時(shí)也產(chǎn)生拗陷內(nèi)部的次級(jí)隆起以及拗陷所導(dǎo)致的沉積作用分異。地殼的劇烈或過(guò)緩沉降運(yùn)動(dòng)都不利于厚層泥炭層的形成，植物的堆積和地殼沉降的平衡，決定泥炭層形成厚度。在以上4個(gè)條件中，大地構(gòu)造因素往往起主導(dǎo)作用②中位沼澤或過(guò)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、部分由大氣降水補(bǔ)給的沼澤。③高位沼澤主要以大氣降水為補(bǔ)給來(lái)源的泥炭沼澤，其地下水面經(jīng)常低于凸起的沼澤表面。（二）根據(jù)沼澤距離海岸的遠(yuǎn)近（1）近海泥炭沼澤（2）內(nèi)陸泥炭沼澤（1）近海泥炭沼澤①濱海泥炭沼澤—在北美大西洋、墨西哥灣沿岸的濱海平原，寬達(dá)五百余千米;而大部分濱海平原海拔不及30m，地勢(shì)低平。濱海平原上分布著許多寬闊的河流盆地，由于泄水不良，有泥炭沼澤發(fā)育，有些面積可達(dá)幾千平方千米。②三角洲平原泥炭沼澤美國(guó)密西西比河三角洲及墨西哥灣北岸發(fā)育著大片的濱海沼澤，局部伸入到大陸內(nèi)部達(dá)50km。③紅樹(shù)林泥炭沼澤——紅樹(shù)林泥炭沼澤是一種特殊類型的濱海泥炭沼澤。紅樹(shù)林是熱帶地區(qū)的海岸植物，它生長(zhǎng)在濱海的淺海灘上。（2）內(nèi)陸泥炭沼澤內(nèi)陸泥炭沼澤發(fā)育在山間盆地、內(nèi)陸湖泊、沖積扇前緣、河漫灘階地和牛扼湖等處。（三）根據(jù)沼澤內(nèi)的植物群（1）草本泥炭沼澤（2）木本泥炭沼澤。（四）擔(dān)根據(jù)水介質(zhì)的含鹽度（1）淡水沼澤（2）半咸水沼澤（3）咸水沼澤淡水沼澤一般是內(nèi)陸的沼澤，在大陸上分布很廣，有些是由湖泊淤泥形成的，有些是由河流兩側(cè)的泛濫平原和扇前地區(qū)形成的。咸水沼澤和半咸水沼澤，都是與海有關(guān)的近海泥炭沼澤三、煤相的發(fā)育在關(guān)“煤相”的概念，一部分學(xué)者強(qiáng)調(diào)環(huán)境因素，一部分學(xué)者強(qiáng)調(diào)物質(zhì)因素。大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為煤相應(yīng)一定的形成環(huán)境下所沉積的泥炭物質(zhì)的表現(xiàn)，是煤的原始成因類型，它取決于泥炭形成時(shí)的環(huán)境。煤相是通過(guò)煤的顯微組分、礦物含量(顯微煤巖類型組合)、與煤級(jí)關(guān)系不大的某些化學(xué)參數(shù)(如硫、氮的含量和鏡質(zhì)組的氫碳比)以及某些結(jié)構(gòu)特征來(lái)表現(xiàn)的。同時(shí)它也反映了不同的工藝類型Hacquebard（1964，1967）-Marchioni（1980）用四端元-雙三角法劃分出陸地森林沼澤煤相（FTM)、森林沼澤煤相（FM)、蘆葦沼澤煤相（RM）和開(kāi)闊水體沼澤煤相（OM）。不同的煤相類型，成因不同，工藝性質(zhì)也不相同。第四節(jié)成煤作用過(guò)程由植物轉(zhuǎn)化為煤要經(jīng)歷復(fù)雜而漫長(zhǎng)的過(guò)程，一般需要幾千萬(wàn)年到幾億年的時(shí)間，逐步由低級(jí)向高級(jí)轉(zhuǎn)化，依次是：植物、泥炭(腐泥)、褐煤、煙煤(長(zhǎng)焰煤、氣煤、肥煤、焦煤、瘦煤、貧煤)、無(wú)煙煤。一、泥炭化作用與腐泥化作用（1）泥炭化作用：高等植物死亡后，在生物化學(xué)作用下，變成泥炭的過(guò)程稱為泥炭化作用。一般認(rèn)為，泥炭化過(guò)程中的生物化學(xué)作用大致分為兩個(gè)階段階段。第一階段，植物遺體中的有機(jī)化合物，經(jīng)過(guò)氧化分解和水解作用，轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的化學(xué)性質(zhì)活潑的化合物;第二階段，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、瀝青等。這兩個(gè)階段不是截然分開(kāi)的，在植物分解作用進(jìn)行不久，合成作用也就開(kāi)始了。泥炭沼澤的垂直剖面分為氧化環(huán)境表層、中間層及還原環(huán)境底層。如果氧化分解作用一直進(jìn)行到底，植物遺體將全部遭到破壞，變成氣態(tài)或液態(tài)產(chǎn)物而逸去，就不可能形成泥炭。但實(shí)際上泥炭沼澤中植物遺體的氧化分解作用往往是不充分的，其原因是：①泥炭沼澤覆水程度的增強(qiáng)和植物遺體堆積厚度的增加，使正在分解的植物遺體逐漸與大氣隔絕。②在泥炭化過(guò)程中，植物分解出的某些氣體、有機(jī)酸、酸膠體和微生物新陳代謝的酸性產(chǎn)物，使沼澤水變?yōu)樗嵝?，則不利于喜氧性細(xì)菌的生存。所以泥炭的酸度越大，細(xì)菌越少，植物的結(jié)構(gòu)就保存得越完好。③有的植物本身就具有防腐和殺菌的成分，如高位沼澤泥炭蘚辭能分泌酚類，某些闊葉樹(shù)有鞣質(zhì)保護(hù)纖維素，某些針葉樹(shù)含酚，并有樹(shù)脂保護(hù)纖維素，都使植物不致遭到完全分解。泥炭的有機(jī)組成①腐植酸:它是泥炭中最主要的成分。腐植酸是高分子是基芳香竣酸所組成的復(fù)雜混合物，具有酸性，溶于堿性溶液而呈黑褐色，是一種無(wú)定形的高分子膠體，能吸水而膨脹。②瀝青質(zhì):它是由合成作用形成的，也可以由樹(shù)脂、蠟質(zhì)、抱粉質(zhì)等轉(zhuǎn)化而來(lái)。瀝青質(zhì)溶于一般的有機(jī)溶劑。③未分解或未完全分解的纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)和木質(zhì)素。④變化不多的穩(wěn)定組分，如角膜、樹(shù)脂和泡粉等。（2）腐泥化作用：在還原條件下，有低等植物轉(zhuǎn)變?yōu)楦嗟淖饔茫Q為腐泥化作用。二、煤化作用煤化作用包括成巖作用和變質(zhì)作用至于成巖作用與變質(zhì)作用的分界線劃在煤化作用的哪一個(gè)階段則有不同意見(jiàn)。一種意見(jiàn)認(rèn)為從泥炭轉(zhuǎn)變?yōu)楹置菏浅蓭r過(guò)程，而從煙煤起則屬變質(zhì)階段的開(kāi)始，主要根據(jù)是煙煤已不含腐植酸。另一種意見(jiàn)則認(rèn)為成巖作用限于成熟的軟褐煤階段，軟褐煤只進(jìn)行少量的鏡煤化作用，為暗褐色，多為土狀、無(wú)光澤、孔隙大，水分含量高達(dá)35%以上;從暗褐煤階段就進(jìn)入了煤的變質(zhì)階段，暗褐煤能進(jìn)行較強(qiáng)的鏡煤化作用，為暗褐色到黑色，暗淡而略有光澤。褐煤與煙煤、無(wú)煙煤(超無(wú)煙煤)之間在物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和轉(zhuǎn)化的地質(zhì)條件上都有差別，但同時(shí)又有一定的過(guò)渡關(guān)系，區(qū)分成巖階段和變質(zhì)階段是必要的，但又不應(yīng)把它們之間的界限絕對(duì)化。三、煤化作用越變及實(shí)質(zhì)根據(jù)國(guó)外的近期研究，在煤的演變過(guò)程中，出現(xiàn)四次較明顯的變化，稱為煤化作用躍變，簡(jiǎn)稱煤化躍變。第一次躍變與與油母巖中石油開(kāi)始生成的階段相當(dāng)，均在