1、第四章 煤的岩石组成煤是一种固体可燃有机岩。煤岩学是把煤作为一种有机岩石，以物理方法为主研究媒的物质成分、结构、性质、成因及合理利用的学科。它是煤地质学的一个分支，与古生物学、沉积岩石学、煤地球化学、煤工艺学和石油地质学等学科密切相关。煤岩学研究始于1830年，英国人赫顿(Hutton)发展了在显微镜下用透射光观察煤薄片的技术，发现了煤中存在着大量的植物结构，并提出了煤是由植物生成的论断。1919年英国人斯托普斯(M.Stapes)用肉眼观察煤时，将宏观煤岩成分分为镜煤、亮煤、暗煤和丝炭四种类型，并详细描述了它们的特征和性质的差别。1924年波托涅编写了普通煤岩学概论一书，第一次提出了“煤岩学
2、“这个术语。1925年德国人斯塔赫(E.Stach)介绍了煤的光片技术，利用反射光观察煤的光片，并使用了油浸物镜研究煤。1928年斯塔赫和屈耳魏恩又发明了粉煤光片。1935年斯托普斯建议使用煤岩显微组分这一术语，使煤岩学的研究向微观方向前进了一步。20世纪初期广泛开展煤的显微镜下的观察、研究，使煤岩学逐渐发展形成一门独立的学科。显微镜下研究煤是煤岩学的主要手段。煤的应用领域不断扩大，需求量与日俱增，为使煤得到综合、合理利用，必须加强对煤的物质成分的研究。煤的显微组分、显微类型和煤化作用是煤岩学的主要研究内容。煤岩学在地质学领域和工业中的应用日益广泛。应用煤岩学方法确定的煤岩组成和煤化程度，是评
3、定煤的性质和用途的重要依据，也是研究煤的生成和变质的重要基础。第一节 宏观煤岩组成一、宏观煤岩成分宏观煤岩成分是用肉眼可以区分的煤的基本组成单位。在国际煤岩学界，宏观煤岩成分称为煤岩类型(Lithotype of coal).指煤层中肉眼可以识别的不同条带，是用肉眼区分煤的岩石分类的基本组成单位。腐植煤煤层通常由镜煤(光亮条带)、亮煤(半光亮条带)、暗煤、(暗淡条带)和丝炭(矿物木炭)组成。根据颜色、光泽、断口、裂隙、硬度等性质，用肉眼可以将煤区分为镜煤、亮煤、暗煤和丝炭四种宏观煤岩成分。镜煤和丝炭是简单的煤岩成分，而亮煤和暗煤是复杂的煤岩成分。(一)镜煤( vitrain)镜煤是颜色最黑、光
4、泽最亮、质地均匀、常具有内生裂隙的宏观煤岩成分。镜煤呈黑色，光泽强，结构均匀，性脆，易碎成小立方块，具贝壳状断口;内生裂隙发育，垂直于条带，裂隙面呈眼球状，有时填充有方解石、黄铁矿薄膜。在煤层中镜煤常呈透镜状或条带状，大多厚度为几毫米到12 cm.有时呈线理状夹杂在亮煤或暗煤中，但有明显的分界线。在成煤过程中，镜煤是由成煤植物的木质纤维组织经凝胶化作用而形成的。显微镜下观察，镜煤的轮廓清楚，质地纯净，显微组成比较单一，是一种简单的宏观煤岩成分。(二)丝炭(fusain)丝炭是外观像木炭、颜色灰黑、性脆、具有明显的纤维状结构和微弱的丝绢光泽的宏观煤岩成分。丝炭疏松多孔，性脆易碎，能染指。丝炭按其
5、孔隙和细胞腔内有无填充物而分成硬、软两种丝炭。软丝炭孔内无填充物，疏松多孔，硬度小，性脆易碎，能染指。硬丝炭的空腔常被矿物质所充填，又称为矿化丝炭。矿化丝炭坚硬致密，密度大。在煤层中一般丝炭数量不多，常呈扁平透镜体沿煤的层面分布，大多数厚度12 mm至几毫米，有时也能形成不连续的薄层。不同煤化程度煤中所含的丝炭，性质很少变化。其特点是碳含量高，氢含量低，没有黏结性，含油少。因为丝炭孔隙率大，吸氧性强，往往是造成煤自燃的重要因素。在成煤过程中，丝炭是由成煤植物的木质纤维组织经丝炭化作用而形成的。在显微镜下观察，丝炭是具有明显的植物细胞结构的丝炭化组织丝质体和半丝质体。(三)亮煤(clarain)
6、亮煤的光泽仅次于镜煤，较脆，内生裂隙也较发育，程度次于镜煤，密度较小，有时也有贝壳状断口。亮煤是最常见的煤岩成分，不少煤层以亮煤为主组成较厚的煤层，甚至整个煤层。亮煤的均匀程度不如镜煤，表面隐约可见微细的纹理，是由镜煤、暗煤(有时还有丝炭)等薄的分层交织组成的。在显微镜下观察，亮煤的组成复杂。它是在覆水的还原条件下，由植物的木质纤维组织经凝胶化作用，并掺入一些由水或风带来的其他组分和矿物杂质转变而来的，以镜质组为主，还含有数量不等的惰质组和壳质组。(四)暗煤(durain)暗煤光泽暗淡，一般呈灰黑色，结构致密或呈粒状，密度大，硬度和韧性都大，断面比较粗糙，一般不发育内生裂隙。在煤层中，暗煤是常
7、见的宏观煤岩成分，一般来讲，在煤层中暗煤分层出现的频率较亮煤和镜煤小，常呈厚薄不等的分层出现，但有时暗煤也有相当厚度的分层而单独成层且延伸很远距离。暗煤与亮煤的主要不同点在于暗煤中含有较多的惰质组和壳质组(见表4-1)。当暗煤中这两种组分的比例发生变化时，对其性质影响很大，一般含壳质组较多的暗煤性质优于含惰质组较多的暗煤。显微镜下观察，暗煤的组成比较复杂。它是在活水有氧的条件下，富集了壳质组、惰质组或掺入较多的矿物质转变而成的。富含惰质组的暗煤，宏观往往略带丝绢光泽，挥发分低，黏结性差;富含壳质组的暗煤，宏观略带油脂光泽，挥发分和氢含量较高，黏结性较好，且密度较小;含大量矿物质的暗煤，则密度大
8、，灰分产率高，煤质差。二、烟煤的宏观煤岩类型宏观煤岩成分是煤的岩石分类的基本单位，其中的镜煤与丝炭一般只以细小的透镜体或者不规则的薄层出现，难以形成独立的分层;亮煤和暗煤虽然分层较厚，但常有互相过渡的现象，分层界限往往不很明确。所以在了解煤层的岩石组成和性质时，如果以宏观煤岩成分作为单位，则不便于进行定量，也不易于了解煤层的全貌，给煤层的划分和描述带来一定的困难。因此，通常根据煤的平均光泽强度、煤岩成分的数量比例和组合情况划分出宏观煤岩类型，作为观察煤层的单位。所谓平均光泽强度是对同一纵剖面上，相同煤化程度的煤而言的。按平均光泽的强弱依次分为:光亮煤、半亮煤、半暗煤及暗淡煤四种基本宏观煤岩类型
9、，根据煤种的“光亮成分“镜煤和亮煤在分层中的含量及其反映出的总体相对光泽强度，分层划分的厚度一般不小于5 cm(见表4-2)。(一)光亮煤主要由镜煤和亮煤组成，含量大于75%，在四种类型中光泽最强。光亮煤由于成分较均一，条带状结构一般不明显。光亮煤具有贝壳状断口，内生裂隙发育，脆性较大，易破碎。在显微镜下观察，镜质组含量一般在80%以上，显微煤岩类型以微镜煤为主。光亮煤的质量最好，中煤化程度时是最好的炼焦用煤。(二)半亮煤镜煤和亮煤含量占50%75%，常以亮煤为主，由镜煤、亮煤和暗煤组成，也可能夹有丝炭，平均光泽强度较光亮煤稍弱。半亮煤的特点是条带状结构明显，内生裂隙较发育，常具有棱角状或阶梯
10、状断口。半亮煤是最常见的煤岩类型。如华北晚石炭世煤层多半是由半亮煤组成的。显微镜下观察，镜质组含量一般在60%80%，显微煤岩类型多以微镜煤、微亮煤和微惰煤为主。(三)半暗煤镜煤和亮煤的含量占25%50%，由暗煤及亮煤组成，常以暗煤为主，有时也夹有镜煤和丝炭的线理、细条带和透镜体。半暗煤的特点是光泽比较暗淡，硬度和韧性较大，密度较大，内生裂隙不发育，断口参差不齐。显微镜下观察，镜质组含量为40%60%，有时即使镜质组含量大于60%，但是由于矿物质含量高，而使煤的相对光泽强度减弱而成为半暗煤。半暗煤的质量多数较差。(四)暗淡煤主要由暗煤组成，镜煤和亮煤含量低于25%，有时有少量镜煤、丝炭或夹矸透
11、镜体。暗淡煤光泽暗淡，通常呈块状构造，致密，坚硬，韧性大，密度大，层理不明显，内生裂隙不发育。个别煤田，如青海大通煤田有以丝炭为主组成的暗淡煤。显微镜下观察，镜质组含量低于40%，而惰质组含量可达50%以上，与其他宏观煤岩类型相比，暗淡煤的矿物含量往往最 高，煤质也多数很差。但含壳质组多的暗淡煤的质量较好，密度小。三、褐煤的宏观煤岩类型按褐煤的煤化程度由低到高，可将褐煤细分为软褐煤(或土状褐煤)、暗褐煤和亮褐煤三个煤级。其中，暗褐煤和亮褐煤又统称为硬褐煤。亮褐煤的宏观特征接近于烟煤，四种宏观煤岩成分清楚可见，因此可以借用硬煤的宏观分类方法来划分煤岩类型。但软褐煤和暗褐煤的宏观特征与硬煤大不相同
12、，它们无光泽，不能划分出四种宏观煤岩成分，其宏观煤岩类型不同于烟煤和无烟煤。国际煤岩学委员会(lCCP)于1993年提出软褐煤煤岩类型分类系统(见表4-3)。该分类系统是根据褐煤组成成分体积分数和结构分出4种煤岩类型组，即基质煤、富木质煤、富丝质煤和富矿物质煤，用来描述软褐煤中独特的岩相单元。每一种煤岩类型组还可根据结构分为煤岩类型，如层状基质煤和非层状基质煤。进一步可按凝胶化作用的程度、颜色、腐植化程度和腐植凝胶含量细分为煤岩类型种，如黄色煤(未凝胶化)、褐色煤(弱凝胶化)和黑色煤(凝胶化)。结构要在新鲜面上观察，颜色应以干燥后(约2 d)的颜色为准。我国褐煤资源丰富，以中生代的晚侏罗世时期
13、形成的为主，约占全国褐煤储量的4/5左右，主要分布在内蒙古东部与东部三省相连的地区，如扎费诺尔、霍林河、伊敏、大雁等煤田。新生代古近纪和新近纪褐煤储量约占全国褐煤储量的1/5，主要分布于云南省，如昭通、小龙潭、先锋等煤田。软褐煤在褐煤储量中不足20%，但是软褐煤中保存有许多完整的或破碎状的腐植化植物茎干、树桩、树枝、树叶、种子等原始成煤物质以及成因标志，根据褐煤的岩石类型可以推测成煤沼泽环境，即煤相。褐煤是煤化程度最低的煤，所以深入研究软褐煤的岩石类型，对早期煤化作用的认识，丰富和完善成煤作用理论具有重要意义。第二节 煤的显微组分在显微镜下才能识别的煤中的基本组成单元，称为显微组分。这个术语1
14、935年由 M.Stapes提出，沿用至今。按其成分和性质煤的显微组分分为有机显微组分和无机显微组 分。由植物残骸转变而成的组分为有机显微组分，而矿物杂质则称为煤中无机显微组分。显微镜下通常用两种方法鉴定煤片:一种是把煤磨成薄片在透射光下鉴定显微组分的透光色、形态和结构等。在中低阶煤中显微组分有红、黄、棕、黑等各种颜色，易于区别，但到了中高阶煤，吸收指数随着煤级的增高而增加，显微组分逐渐不透明，所以高煤级的煤需要有非常薄的薄片，在挥发分小于25%或20%以下，制备足够薄的薄片是很困难的;薄片不能进行显微组分的定量分析，因为对不透明的惰质组的含量会估值过高，这些原因使煤的薄片研究受到一定的限制。
15、另一种方法是把煤块的表面磨光，在反射光下除了鉴定显微组分的反光色、形态和结构外，还有突起。因为煤中各种显微组分的磨损硬度不同，硬的组分不易磨损、显出突起，软的组分则不显突起。反射光下用油浸物镜代替干物镜时，由于浸油的折光率与制造物镜所用的光学玻璃的折光率相近，使物镜与光片之间形成一个介质均匀的整体，使射人物镜的成像光线增多，减少了有害的反射光，提高了视野中各种显微成分影响的反差和清晰度，使之更易于识别。因此反射光下通常用油浸物镜进行观察。相对于煤薄片制作的难度，煤光片和煤砖粉片因其制作方便，得到广泛的应用。一、煤的有机显微组分煤的有机显微组分是指煤在显微镜下能够区别和辨识的最基本有机质的组成成
16、分，是显微镜下能观察到的煤中成煤原始植物残体转变而成的有机成分。煤不是均一的物质，而是由各种性质不同的组分所组成。目前国际煤岩学术委员会(lCCP)的有机显微组分分类方案(见表4-4)是侧重于化学工艺性质的分类，常用反射光观察，按其成因和工艺性质的不同划分有机显微组分组，大致可分为镜质组、壳质组(稳定组或类脂组)和惰质组三大类，三个有机显微组分组之间在化学成分和性质上有相当明显的区别。依据颜色、形态、结构和突起等特征划分有机显微组分。根据各种成因标志，在有机显微组分中进一步细分出有机显微亚组分，如无结构镜质体分为四个亚组分即均质镜质体、胶质镜质体、基质镜质体和团块镜质体。有的有机显微组分根据形
17、态和结构特征以及它们所属的植物种类和植物器官，可以进一步划分出若干有机显微组分的种，如结构镜质体可细分为科达树结构镜质体、真菌质结构镜质体、木质结构镜质体、鳞木结构镜质体和封印木结构镜质体等五种。运用特殊方法，如浸蚀法、电子显微镜法、荧光法，还可以在某些组分中发现显微镜下无法识别的结构及细微特征，根据这些特征所确定的称为隐组分(Cryptamaceral)，如镜质组中可分出隐结构镜质体、隐团块镜质体、隐胶质镜质体和隐碎屑镜质体。(一)镜质组(vitrinite)镜质组是由植物的根、茎、叶的木质纤维组织受凝胶化作用转化形成的，是煤中最主要的有机显微组分，在我国大多数晚古生代煤中，镜质组含量在55
18、%80%以上。凝胶化作用是指泥炭化作用阶段成煤植物的组织在积水较深、气流闭塞的沼泽环境下，产生极其复杂的变化，一方面，植物组织在生物化学的作用下，分解、水解、化合形成新的化合物并使植物细胞结构遭到不同程度的破坏;另一方面，植物组织在沼泽水的浸泡下吸水膨胀，使植物细胞结构变形、破坏乃至消失，或进一步再分解为凝胶的过程。从低煤级到高煤级煤中，镜质组在油浸反射光下呈深灰至浅灰色，随着煤级的增高，反射色变浅，在高煤化烟煤和无烟煤中呈白色，无突起到微突起。反射率介于壳质组和惰质组之间，并随煤级升高而增加的规律明显。在透射光下呈橙红色、棕红色、棕黑色、黑色。部分低煤级烟煤中镜质组在蓝光激发下发暗褐色到褐色
19、荧光，被称为富氢镜质体或荧光镜质体。与其他两种有机显微组分相比，镜质组的氧含量最高，碳、氢含量和挥发分介于二者之间。由于镜质组是煤中最主要的有机显微组分，因此其性质对煤的工艺性质有很大影响。焦化时，烟煤中镜质组易熔，并具有黏结性;加氢液化时，镜质组转化率较高。镜质组按其凝胶化作用程度的不同，根据其镜下的结构和形状又可分为以下几种有机显微组分。1.结构镜质体结构镜质体是指在镜下可以看出植物细胞结构(木质、皮层和周皮细胞等)的镜质组组分。结构镜质体由于其胞壁已凝胶化，因而多看不出层、孔等内部结构，细胞腔往往被无结构镜质体充填，有时也被树脂体、微粒体或黏土矿物所充填，把细胞壁称为结构镜质体;胞腔填充
20、物质不属于结构镜质体。根据细胞结构保存的完整程度，可以分为结构镜质体1和结构镜质体2两种亚组分。(1)结构镜质体1细胞结构清晰，保存完好，胞腔呈圆形、椭圆形、矩形或纺锤形，排列整齐，胞壁不膨胀或微膨胀。胞腔大多被胶质镜质体、树脂体、微粒体或黏土矿物所充填。(2)结构镜质体2胞壁膨胀，胞腔变小压扁呈线形，且大小不一，排列不整齐。当胞腔内无充填物时，压缩后的胞腔残痕呈平行短线。在各种镜质组组分中，结构镜质体的反射率往往最高，原生灰分、膨胀性、黏结性和挥发分稍低。在高煤级煤中，有时结构镜质体与半丝质体难以区分。2.无结构镜质体 无结构镜质体是指植物组织经历了强烈的凝胶化作用，在普通光学显微镜下看不出
21、植物细胞结构的镜质组组分。它常作为其他各种有机显微组分碎片和共生矿物的基质胶结物或充填物。根据形态、产状和成因的不同，无结构镜质体可再细分为四种亚显微组分:均质镜质体、胶质镜质体、基质镜质体和团块镜质体。(1)均质镜质体由植物组织经强凝胶化作用转变而成，常呈宽窄不等的带状或透镜状出现，均一、纯净，发育垂直于层面的裂纹。均质镜质体不显细胞结构的原因之一是由于填充细胞腔的腐植凝胶与凝胶化的细胞壁的折光率和颜色很相似。由于均质镜质体条带较宽，组成均一、纯净，具有较正常的反射率，因此是国内外作为测定镜质组反射率以确定煤级的标准组分。(2)胶质镜质体由胶体腐植溶液填充到植物胞腔或其他空腔中沉淀成凝胶演化
22、而成。胶质镜质体常充填到与层理近于垂直的裂隙中或菌核的空腔中，甚至沿孢子外壳裂缝充填到孢子腔中，无确定形态，不含其他杂质，是一种真正没有结构的凝胶，并可见到其流动的痕迹，其反射率稍高，氢含量稍低。胶质镜质体是煤中少见的镜质组亚组分。(3)基质镜质体 由植物木质纤维组织经彻底的凝胶化作用，变成极细的分散腐植凝胶或胶体溶液，再经凝聚而形成。多作为其他显微组分和同生矿物的肢结物，多见于微亮煤、微暗亮煤、微亮暗煤以及微三合煤中，呈条带状、分叉条带状，不显示任何细胞结构痕迹，没有固定形态，胶结其他各种显微组分和矿物，作为镜煤化基质出现，具有稍低的反射率和稍高的氢含量。在煤砖光片中，基质镜质体也常作为测定
23、反射率的组分。(4)团块镜质体 是由褐煤中团块腐植体演化而成，它既可能是植物细胞壁分泌出的树皮鞣质，也可能由腐植凝胶形成。团块镜质体是一种均质体，大多数呈圆形或卵圆形，呈单体或群体出现，或者作为细胞充填物存在。充填在胞腔中的与呈集合状出现的团块镜质体一般与胞腔大小相近，基本一致，多为20100m;而单独的团块镜质体可达150200m以上。团块镜质体的反射率通常比结构镜质体高，有时略高于均质镜质体。3.碎屑镜质体 碎屑镜质体是由镜质组碎屑颗粒(小于10m)所组成，多呈粒状或不规则形状，偶呈棱角状。多数来源于成煤早期阶段已被分解的植物细碎片和腐植泥炭的碎颗粒，很少是压力下被挤碎的镜质组碎片。碎屑镜
24、质体常被基质镜质体和胶质镜质体胶结，由于其颜色、突起、反射率和基质镜质体相近，往往被视为基质镜质体。在微三合煤中，碎屑镜质体与壳质体、惰质体共生时，或在炭质泥岩中与黏土矿物共生时，才容易鉴别，碎屑镜质体在煤中是少见的镜质组组分。(二)壳质组(exinite)壳质组又称稳定组，包括孢子体、角质体、树脂体、木栓质体、藻类体和碎屑壳质体等，来源于高等植物的孢粉外壳、角质层、木栓层等较稳定的器官、组织，树脂、蜡、脂肪和油等植物代谢产物以及藻类、微生物降解物。植物的类脂物及蛋白质、纤维素和其他碳水化合物也可参与壳质组的形成。壳质组是成煤植物中化学稳定性强的组成部分，在泥炭化和成岩阶段保存在煤中的组分几乎
25、没有发生什么质的变化。从低煤级烟煤到中煤级烟煤，它们在透射光下透明到半透明，颜色呈柠檬黄色-黄色-橘黄色至红色，轮廓清楚，外形特殊;反射光下呈现深灰色，大多数有突起;油漫反射光下呈现深灰色、灰黑色、黑灰色到浅灰色，低突起，反射率较镜质组低。蓝光激发下发绿黄色-亮黄色-橙黄色-褐色荧光。中-高级煤中壳质组与镜质组颜色不能区分。它与镜质组和惰质组相比，具有较高氢含量、挥发分和产烃率。多数壳质组组分具有黏结性，在焦化时，能产生大量的焦油和气体。在典型的腐植煤中，壳质组是次要的有机显微组分，在腐泥煤和油页岩中富含壳质组。1.孢子体孢子体来自成煤植物的繁殖器官孢子和花粉。煤中孢子体是指孢子和花粉的外孢壁
26、。孢子是孢子植物的繁殖器官，孢子细胞内部是由原生质组成，孢子壁是由内壁、外壁和周壁组成。内壁主要由纤维素组成，在成煤过程中，孢腔中的原生质容易破坏，周壁也不易保存，外壁主要由孢粉质组成，致密坚硬，抗分解能力强，容易保存下来。异孢植物的孢子有雌雄之分，一般雌性的孢子体称为大孢子，雄性的孢子体称为小孢子。大孢子体一般直径为O.13 mm，有时可达 510 mm，在煤中被挤压成扁平体，纵切面为封闭的长环状，折曲处呈钝圆形，大孢子表面常有瘤状、棒状和刺状等各种纹饰。有时3个或4个大孢子在一起，称为三孢体或四孢体。有些大孢子破碎成长条带状。其孢壁两边均较光滑，不显锯齿形而区别于角质层。小孢子体一般直径为
27、0.030.1 mm，在煤中多呈现扁环状、细短线状和蠕虫状等，沿层理分布，有时堆在一起，为小孢子群。花粉是种子植物的繁殖器官，其个体小，一般直径小于0.05 mm，形态与小孢子相似，难以区别。但花粉没有三射线裂缝。孢子体在透射光下呈浅黄色到橙黄色，反射光干物镜下为深灰色，中到高突起，油浸反光下为黑灰色，荧光下具黄、橙黄和褐黄的荧光色。低煤阶时，用荧光可以很好区别腐植组和孢子体。晚古生代是孢子植物繁盛时期，封印木、鳞木、芦木、楔叶木等都是产生大孢子的异孢植物，因此孢子多见于古生代的煤中。中新生代成煤植物以裸子植物及被子植物为主，煤中花粉较多，孢子减少。利用孢子体恢复成煤泥炭沼泽时必须谨慎研究，因
28、为一方面风媒孢粉出现的概率较大，另一方面是不同种类成煤植物的孢粉在不同介质环境中保存的完整程度差别很大。2.角质体 角质体是由覆盖在植物叶、种子、细茎、丫枝上的一层透明的角质表皮层转变而来的组分。角质层是植物表皮细胞向外分泌而形成的，存在于植物的叶、枝、芽的最外层，不具细胞结构，抗化学反应的能力强，细菌真菌很难破坏它，能防止水分蒸发，具有保护植物组织的作用。角质是角质层的主要成分，由一种复杂的脂类混合物质所组成。角质体根据厚度可以分为厚壁角质体和薄壁角质体两种。角质体的厚度与植物的种类、植物组织以及生长环境有关。旱生植物的角质层特别厚，而湿生植物的角质层较薄，而水下生长的植物没有角质体;叶的角
29、质体比茎的角质体薄;上表皮的角质体比下表皮的厚。角质体在显微镜下呈现宽度不等的长条带状，其一边(外缘)平滑，而另一边(内缘)呈现明显锯齿状(表皮细胞的印痕)，转折端为尖角状。一般顺层理分布，有时密集，可因受挤压而成叠层状。有时角质层被挤压成叠层状或盘肠状，末端折曲处多带尖角状折曲等特征，故易于与大孢体相区别。在透射光下多呈浅黄至橙黄色，受到氧化时颜色发红;反射光干物镜下为深灰色，中等突起，油浸物镜下为灰黑色，具黄至褐黄色的荧光，通常比孢子体强或相近。对由褐煤和低阶烟煤浸解得到的角质层进行的鉴定能够提供成煤植物属性和生态信息。3.树脂体 树脂体不仅可由成煤植物的树脂形成，也可以由树胶、胶乳、脂肪
30、和蜡质形成。树脂体是植物细胞分泌物，当植物受伤时流出体外，保护植物不致干枯腐烂，并具有防止微生物侵袭的作用。树脂体的化学性质稳定，能较好地保存在煤中。按化学组成，分为萜烯树脂体和类脂树脂体两种。萜烯树脂体由树脂、树胶、硬树脂、胶乳和香精油形成，萜烯是较稳定的异戊二烯(C 5H8)缩聚化合物;类脂树脂体由脂肪和蜡质形成，脂肪是含有不同脂肪酸的甘油酯的化学混合物，蜡是高级脂肪酸与高级脂肪醇的脂类(Teichmuller，1982)。显微镜下，树脂体的形状多样，垂直切片中，主要呈圆形、椭圆形、卵形、纺锤形等零星分布在煤中，也有不规则形状，轮廓清楚，没有结构，主要呈细胞充填物出现，有时也呈分散状或分层
31、状出现。透射光下树脂体色较浅，呈浅黄、黄色、橙黄色，透明到半透明;油浸反射光下颜色深于孢子体和角质体，呈灰色、深灰色，有时可见红色的内反射现象;由于磨蚀硬度与镜质体相近，故一般无突起或低突起，表面均一，无结构，轮廓清楚;荧光显微镜下往往具有很强的黄绿色荧光。中、新生代成煤植物群中有大量的针叶树，因此，富含树脂体。例如，黑龙江东宁晚白垩世成煤植物有南洋杉科、杉科和松科，煤中有大量的针棒状树脂体，以致形成树脂残植煤;辽宁抚顺和山东黄县古近纪始新世成煤植物以松科和罗汉松科植物为主，煤中富含树脂体。煤中的树脂体是一种重要的成油成气母质，加拿大、澳大利亚等地已发现某些与树脂体母质有关的油田。许多学者认为
32、树脂体不仅具有较高的生烃能力，而且成怪转化作用发生在煤化作用低级阶段，并以形成凝析油和轻质油为特征。4.木栓质体 木栓质体是由植物木栓层细胞壁，主要是植物树皮的木栓组织以及茎、果实上的木栓化细胞壁转变而来。木栓化细胞由纤维素、木质化纤维素和木栓质组成，在木栓组织中木栓质含量达25%50%，木栓质的主要组成是脂肪酸醇及二羧酸、含大量碳原子(C20)的长链酸类和醇类。它是构成植物良好的保护组织，具有抵抗高温、强酸和细菌的能力，并且不透水、不透气。因此，它能较好地保存在煤中。多数木栓保持原有木栓细胞的形态和结构特征，常以轮廓清晰的宽条状块体或碎片状出现，由数层至十几层扁平的长方形木栓细胞组成，排列紧
33、密，其纵切面呈叠砖状或叠瓦状构造，弦切面呈鳞片状。细胞腔有时中空，木栓化细胞壁为木栓质体，胞腔多为团块镜质体。透光镜下呈橙黄色、红棕色等，色调不均匀。反光镜下呈深灰色，灰色。木栓质体的荧光呈褐黄色或暗褐色，荧光色不均匀，至烟煤木栓质体多已不具荧光。在我国古生代煤中，木栓质体的分布相当广泛，尤其在我国南方晚二叠纪的龙潭组煤中更加丰富，如江西乐平、浙江长广等地的树皮残植煤。其中树皮体含量大于50%或更高。木栓质体受早期热降解而有能力生成大量烃类，而且成油门限相当低。对我国吐鲁番-哈密煤成油盆地研究发现，煤中基质镜质体(占镜质组20%70%)和壳质组是主要的生烃组分，尤其是壳质组中木栓质体(平均含量
34、4%)，是一种早期生烃物质，其生烃历程从R o。仅为0.35%即开始，R o达0.65%时生烃结束，而且主要生成链烷烃(程克明，1994)。 5.藻类体 藻类体是腐泥煤和一些油页岩的主要有机显微组分，是由低等植物藻类形成的组分。煤中常见的藻类体是绿藻和蓝绿藻，如皮拉藻、轮奇藻等。它们是由几十个至几百个黄绿色单细胞组成的群体，单细胞个体直径为510m，呈放射状、菊花状排列，纵切面为椭圆形、纺锤形。群体直径几十至几百微米，群体中有时中部有空洞或裂口，成为群体的中央空隙。群体外缘不规则，表面呈蜂窝状或海绵状结构，其中深色斑点为胞腔。分解程度较深时，结构模糊或完全不显结构。在透射光下，透明并呈淡黄绿色
35、、柠檬黄色、黑褐色等。反射光下，呈各种色调的灰色、深灰色，低突起，油浸反射光下近乎黑色。藻类体中可以细分出两种亚组分:结构藻类体和层状藻类体。结构藻类体源于群体藻类或厚壁单细胞藻类，在纵切面上呈透射镜状、扇形、纺锤形，在水平切面上近圆形。群体外形清晰，边缘大多不平整，呈齿状，表面呈蜂窝状或海绵状，有时可见由几百个管状单细胞组成的群体，呈放射状(见图4-1)。结构藻类体的透射色为柠檬黄色到褐色，油浸反射光下比孢子体暗，呈灰黑色至暗黑色，具有黄色、褐色或红色的内反射。荧光下，结构藻类体呈绿黄、柠檬黄、橙色到褐黄色，取决于煤级，具正突起，有时在抛光后易留下擦痕。层状藻类体源于小的单细胞藻、薄壁浮游藻
36、类或者底栖藻类群体。在纵切面上呈细薄层状，或单独出现，或与其他组分互层，植物内部结构难以辨认，平行切面可见薄层由扁平的小浑圆体所组成。在普通的透射光和反射光下难以辨认。油浸反射光下，反射率小于0.1%，无内反射，难辨认。荧光下具有弱到中等强度的浅绿、绿黄、黄、橙色荧光，取决于煤级。与沥青质体相比，反射率低而荧光性强;与结构藻类体相比，层状藻类体比较小，长宽比大，且不与微粒体共生。煤中常见的结构藻类体是皮拉藻，在石炭二叠纪和侏罗纪煤中都有分布，我国的山西浑源和蒲县、山东新汶、安徽淮南、贵州水城等地，都发现大量皮拉藻类体。结构藻类体是重要的油源型组分，主要由长链脂族结构组成，并且生烃潜力也高，因此
37、具有高的液态烃产率。与之相比，丝质体的产油率最小，角质体和镜质体的液态烃产率中等。6.荧光体 荧光体是在煤化过程中，在生油阶段由植物油或脂肪酸所形成。荧光体呈透镜状或油滴状集合体产出，或充填于胞腔内;有时也能密集成1050m宽的薄层。具有很强的荧光性，以亮绿黄色或亮黄色区别于树脂体。透光镜下，为柠檬黄色;在正常的反射光下呈灰黑色或黑灰色;在油浸物镜下呈黑色，具有内反射，微突起，难与煤中黏土矿物或孔洞相区别。在我国的鲁南、苏北、淮南、河北任丘、辽宁阜新等地区的低煤化烟煤中，都发现有荧光体。至高挥发分烟煤阶段荧光体逐渐减少，以至消失。7.沥青质体 沥青质体也是在荧光下才能确认的有机显微组分，是由藻
38、类、浮游动物、细菌等强烈分解的产物。镜下没有固定的形状，常呈细小的透镜状、线理状或作为其他显微组分的基质产出，很软，难以抛光。透射光下呈绿黄、黄、褐黄色;反射光下呈深灰色;具有浅褐、灰黄或黄色的荧光，并且随着照射时间的增长，荧光强度增大。在低煤化烟煤中，沥青质体的反射率比共生的孢子体高。沥青质体多见于低煤化程度煤中，在煤化过程中沥青质体在生油和运移后，留下的固体残渣为微粒体。沥青质体是腐泥煤和其他富壳质组分的微亮煤和微暗煤的特征组分，也是油页岩和其他油源岩中占优势的组分。8.渗出沥青体 渗出沥青体是煤化过程中新产生的组分，属于次生有机显微组分，是由树脂体或其他壳质组分、腐植凝胶化组分在煤化作用
39、第一次跃变阶段产生的。渗出沥青体产状特殊，多充填在煤的裂隙、植物组织和菌类体的空腔或其他孔隙中，呈脉状穿插，有时切割层理。透射光下呈黄、橙黄色，浅于共生的镜质体;反射光下为灰黑、深灰色;荧光下呈黄、橙到红褐色，当母质为树脂体或其他壳质组分时，其荧光强度较强;当母质为镜质体时，其荧光强度较弱。渗出沥青体在亮褐煤和低煤化程度烟煤中最为常见，多出现在富含壳质组和基质镜质体的煤岩类型中。9.壳屑体 又称为碎屑壳质体，由孢子、角质层、树脂体、木栓层或藻类的细碎屑颗粒或分解残体组成。大小一般小于30m，形态不同，低反射率和强的荧光性是它们共同的特点。在低煤化阶段煤中，壳屑体和黏土矿物在油浸反光物镜下很难区
40、别，由于碎屑壳质体具有荧光性，用高倍的荧光显微镜可以较容易地把它们区分开。壳屑体在水下环境中形成的腐泥煤和一些微亮煤、微暗煤、微三合煤中含量丰富。(三)惰质组(inertinite)又称丝质组，是煤中常见的显微组分。惰质组的成因多种多样，植物组织的火焚作用，植物组织的腐解、受真菌侵袭和氧化脱水作用(丝炭化作用)以及地球化学煤化作用等都能导致惰质化，但以丝炭化作用和火焚作用为主。惰质组包括丝质体、半丝质体、微粒体、粗粒体、菌类体和碎屑惰质体等显微组分。惰质组在透射光下呈棕黑色到黑色、微透明或不透明;反射光下呈白色至亮白色，具有较高突起和较高反射率;油浸反光下呈灰白色、亮白色、亮黄白色，大多具中高
41、突起;蓝光激发下一般不发荧光。由于先期氧化，惰质组在煤化作用期间变化较小。与其他两个有机显微组分组相比，惰质组碳含量最高，氢含量最低，挥发分产率最少，没有黏结性(微粒体除外)。在我国西北地区早、中侏罗世煤中，惰质组含量高达35%50%，导致了大量低中煤化烟煤在分类上归属于不黏煤或弱黏煤。华北晚石炭世煤中惰质组含量大多不超过25%30%，早二叠世山西组煤中惰质组含量不超过45%，而新生代煤中惰质组含量最低，大多低于2%。1.丝质体丝质体是由植物的根、茎干、枝的木质部，经过强烈的丝炭化作用而形成的，常指具有清晰而且比较规则的木质细胞结构的丝炭化组分。丝质体在透射光下细胞壁为黑色，不透明;反射光下突
42、起高而反射力强。保存着明显的细胞结构，胞腔大而且胞壁薄，胞腔形状有长方形、圆形或扁圆形。薄壁丝质体有时易破碎成弧状、星状结构，其胞腔常被黏土矿物或黄铁矿填充。按成因的不同可分为火焚丝质体和氧化丝质体两种亚有机显微组分。火焚丝质体是植物的木质组织在泥炭沼泽中遭到火灾，未充分燃烧炭化而形成。所以植物的细胞结构保存完好，甚至细胞的导管和胞间隙也清晰可辨，细胞腔较大，细胞壁很薄，反射率和突起很高，反射色呈黄白色;中空，只有少数被矿物质充填，故常构成所谓的“筛孔状结构”，如细胞壁受挤压破裂，则形成“星状结构“。氧化丝质体是在成煤作用的早期，经受丝炭化作用形成的。丝炭化作用是指成煤植物的组织在积水较少、湿
43、度不足的条件下，木质纤维组织经脱水作用和缓慢的氧化作用后，又转入缺氧的环境，进一步经煤化作用后转化为氧化丝质体。氧化丝质体中，植物的细胞结构保存较差，细胞壁较厚或细胞排列不规则，透射光下呈棕色、深棕色，反射光下呈灰色，灰白色，微突起，反射率低于火焚丝质体。氧化丝质体可以由植物木质部经真菌分解形成;也可以是泥炭表层遭受氧化作用，由于脱水和氧化而形成。丝炭化作用也可以作用于已经受不同程度凝胶化作用的组分上，但经丝炭化作用后的组分不能再发生凝胶化作用成为凝胶化组分。丝质体能完好地保存植物组织和器官的解剖结构，甚至细胞的细微结构，为鉴别成煤植物的种类提供了重要的依据。在煤中常呈透镜状或碎块状产出，有时
44、也可形成一薄层单独出现。澳大利亚石炭二叠纪煤中惰质组组分含量很高，可达82%，且以半丝质体和惰屑体为主，有时由微惰煤组成的煤分层厚达1 m。Smyth(l980) 认为，这些煤是在冰川作用后在副极带气候条件下，由矮化的阔叶木本植物、矮灌木以及草本植物、苔藓等形成。这种沼泽夏季很湿、缺氧，而冬季干旱处于氧化环境，在副极带的特殊季节性气候变化条件下形成了富惰质组的煤。2.半丝质体 丝炭化作用强烈时形成丝质体，作用中等或较弱时形成半丝质体。半丝质体是丝质体与结构镜质体之间的过渡型丝炭化组分，细胞结构保存较差;磨蚀硬度、显微硬度中等。透射光下呈褐色至黑色，具各向异性；反射光下呈灰白色或浅灰色，突起较高
45、。油浸反光下，与丝质体相比颜色偏灰，突起略低。半丝质体的细胞结构大多没有丝质体保存完好，碳、氢含量处于丝质体和结构镜质体之间。3.粗粒体 粗粒体是由凝胶经氧化作用生成的一种无定形物质，或是泥炭表面氧化产物沉淀到水下形成的，也可能包括真菌和细菌等微生物代谢作用产物，受强烈氧化和干燥作用形成(Teichmuller， 1989)。粗粒体是一种无结构或者没有显示结构的无定形的凝胶状惰质组组 分。无定形，无结构，高反射率的非颗粒状基质，也可呈大小不等的浑圆形颗粒出现。透射光下为褐色至黑色，反射光下为白色至浅灰色，磨蚀硬度与镜质组接近，一般不显突起或低突起。粗粒体可呈基质状分布在微暗煤中，胶结着孢子体、
46、角质体、树脂体和丝质体等有机显微组分。4.菌类体 菌类体有一部分起源于真正的真菌，由真菌的遗体，包括菌核、菌丝和菌孢子等形成，又称真菌体;另一部分由植物细胞的树脂和丹宁的分泌物所形成，这些分泌物在沉积之前或沉积后不久就在泥炭的表层经历了氧化作用，又称为“氧化树脂体“。真菌体多出现在古近纪和新近纪煤中，在现代被子植物泥炭中也经常见到，显微镜下外形呈大小不等的圆形、椭圆形、新月形，个别为杆状或不规则状，内部显示单细胞、双细胞或多细胞结构，外缘平整，壁薄厚不等。形成于真菌菌核的真菌体，外形近圆形，内部显示蜂窝状或网状的多细胞结构，油浸反射光下呈灰白色、亮白色或亮黄白色，中高突起。相对于真菌体，氧化树
47、脂体形态变化较大，卵形最常见，也有圆形、长柱形或不规则形状，大小不一，轮廓清晰。一般致密、均匀。根据结构不同可分为无气孔、有气孔和具裂隙三种。无气孔的多为较小的浑圆状，表面光滑，轮廓清晰。有气孔的往往具有大小相近的圆形气孔。第三种则呈现方向大约一致或不一致的氧化裂纹。油浸反射光下为灰白色、白色至亮黄白色，中高突起。5.微粒体 微粒体是沥青质体、富氢镜质体等油源型显微组分在煤化作用过程中经歧化反应，排出液态沥青被腐植物质吸附后，剩下的高反射率的固态裂解残体。在低煤化烟煤阶段，也可由某些树脂体和孢子体生成，属于次生有机显微组分。微粒体是惰质组中比较特殊的有机显微组分，往往由粒径小于1m的圆形小颗粒
48、组成。透射光下为黑色或暗褐色，反射光下呈灰白色至白色，无突起，反射率高于镜质组，但其磨蚀硬度与镜质组相同。微粒体往往呈细分散状态存在于无结构镜质体中，有时充填于镜质组的胞腔中，或者聚集成显微微粒体层，其中可混有矿物质颗粒。微粒体常与孢子体紧密共生，藻煤中的微粒体十分丰富。微粒体在加热时能产生较多挥发分和氢，Salehi等(1988)用扫描电镜进行了亚烟煤和低煤化烟煤中微粒体的观察，发现微粒体的背散射电子图像灰度低，和壳质体相似，而不同于其他惰质组组分，认为微粒体像树脂体一样可以形成石油。6.碎屑惰质体 碎屑惰质体由于颗粒细小，难于确切识别其来源，多是丝质体、半丝质体、粗粒体和菌类体的碎片或残体
49、，这些碎屑是由风力或水流带入泥炭沼泽，往往具有再沉积的特征。碎屑惰质体粒度通常小于30m，很少具细胞结构，棱角状外形，也有圆形;透射光下呈黑色至暗褐色，反射光下呈浅灰色或白色，碎片的形状各异，多为棱角状或不规则状。碎屑惰质体是水下煤相和碎屑岩中常见的有机显微组分。二、煤的无机显微组分煤中除了有机显微组分，还有少量的无机显微组分。无机显微组分系指煤中的矿物质。通常把煤中的矿物质理解为除水分外所有无机质的总称，既包括肉眼和显微镜下可识别的矿物，也包括镜下难以识别的与有机质结合的金属和阴离子。无论是将煤作为能源还是作为原材料的来源，煤中的矿物质或灰分一般都是不利的，它对煤的发热量的高低、焦炭质量、燃烧和气化生产的操作条件和产品质量、设备以及煤的合理利用和环境保护都会造成不利影响。另一方面，煤中达到工业品位要求的稀有金属元素、放射性元素是伴生的有用矿产，煤矸石和煤灰可以生产建筑材料，有的矿物质在煤炭加工利用过程中能起催化作用，例如黄铁矿对加氢液化有催化作用，从而提高了煤的经济技术价值;同时煤中矿物质的成分和特征能反映聚煤环境的地质背景，以及煤层形成后所经历的各种地质作用过程，为煤的沉积环境分析提供辅助手段。因此，对煤中矿物质的成分、含量、分布状态及成因的研究，不仅对煤质评价以及煤炭的加工利用有重要意义，而且为煤沉积环境
