1、泥炭化作用和腐泥化作用,第二章,本章重点,泥炭化作用、腐泥化作用定义。凝胶化作用、丝炭化作用、残植化作用定义。区别凝胶化作用、丝炭化作用与残植化作用发生的条件。各种作用形成的条件、机制与形成产物的主要区别。煤的成因分类有哪几种？并阐述其形成环境,2018/6/19,3,成煤作用： 煤是植物遗体经过复杂的生物、地球化学、物理化学作用转变而成的。从植物死亡、堆积到转变成为煤是经过一系列的演化过程的，这个过程称为成煤作用。,第二章 泥炭化作用和腐泥化作用,2018/6/19,4,成煤作用的阶段： 成煤作用大致上可以分为两个阶段： 一是植物在泥炭沼泽、湖泊或浅海中不断繁殖，其遗体在微生物参与下不断被分
2、解、化合、聚积的过程。 在这个阶段起主导作用的是生物地球化学作用，低等植物经过生物地球化学作用形成腐泥，高等植物就形成泥炭，因此成煤第一阶段可称为腐泥化阶段或泥炭化阶段。,第二章 泥炭化作用和腐泥化作用,2018/6/19,第二章 泥炭化作用和腐泥化作用,成煤作用的阶段： 当已经形成的泥炭和腐泥，由于地壳的下沉等原因而被上覆沉积物所掩埋时，成煤作用就转入第二个阶段即煤化作用阶段，在这个阶段就是泥炭、腐泥在以温度和压力为主的作用下变化为煤的过程。,1 泥炭化作用,第二章 泥炭化作用和腐泥化作用,7,1、腐朽作用高等植物死亡后转化为泥炭，低等植物死亡后转变为腐泥，都经过了复杂的生物化学作用。植物有
3、机残骸在充足的大气中将完全分解，其最终的主要产物是二氧化碳和水。植物物质中只有树脂、蜡质仍在地表被保留下来。在这种条件下，植物物质所遭受的生物化学氧化分解，称为腐朽作用。,一、植物的破坏、分解,8,2、腐败作用腐败作用出现在与大气不能充分沟通，而植物物质充分被水浸润的条件下，此时有机物质未能完全分解，其最终产物虽仍为CO2和H2O，但仍留存富碳的残骸，形成暗色的腐植物质。,一、植物的破坏、分解,9,1、泥炭化作用的特点定义：植物物质经受生物化学分解及合成的复杂的过程且最终形成泥炭的作用.属性:也是种植物物质的生物化学分解作用，它与水解作用、氧化与还原作用有关。条件:发生于覆水地区的水位以下，即
4、与大气局部沟通的状态下。泥炭化作用的直接产物除了泥炭以外，分解出的气态产物有二氧化碳、水、沼气和少量氮。,二、泥炭化作用（重点）,2、泥炭沼泽的垂直剖面氧化环境的表层、中间层及还原环境的底层。泥炭沼泽表层又称为泥炭形成层：植物的氧化分解和水解作用主要是在泥炭沼泽表层进行。泥炭沼泽表层含有大量微生物，随深度变化喜氧细菌与厌氧细菌呈规律性变化.,二、泥炭化作用（重点）,二、泥炭化作用（重点）,3、泥炭化作用阶段划分两个阶段第一阶段，植物遗体中的有机化合物，经过氧化分解和水解作用，转化为简单的化学性质活泼的化合物；第二阶段，分解产物相互作用进一步合成新的较稳定的有机化合物，如腐植酸、沥青质等。 这两
5、个阶段不是截然分开的。,二、泥炭化作用（重点）,2018/6/19,13,1）生物化学分解作用需氧细菌中无芽孢杆菌分解蛋白质，在泥炭初期占优势；某些真菌分解糖类、淀粉、纤维素、木质素、丹宁等有机质；放线菌及芽孢杆菌也可分解纤维素、木质素、丹宁及较难分解的腐殖质。,二、泥炭化作用（重点）,2018/6/19,14,1）生物化学分解作用 在生物化学分解作用中，植物组织的各种有机组分的抗分解能力各不相同，最易分解的是:原生质脂肪、果胶质、纤维素、半纤维素木质素、木栓质、角质、孢粉质、蜡质和树脂。,二、泥炭化作用（重点）,（1）蛋白质最终分解为 水、氨、二氧化碳及硫、磷的氧化物，可以生成氨基酸、卟啉等
6、含氮化合物，参与泥炭作用。（2）纤维素易于被强无机酸水解或被喜氧和厌氧细菌、真菌等菌类所分解，水解后形成简单的单糖；进而在充氧的条件下单糖变为CO2和H2O， 在缺氧条件下，纤维素、果胶在厌氧细菌作用下发酵形成甲烷，二氧化碳、氢气、丁酸、醋酸等中间产物。,二、泥炭化作用（重点）,（3）脂肪分解成甘油和较复杂的脂肪酸，在菌类及细菌活动下可在分解成简单的脂肪酸、 CO2和H2O,也可分解出沼气。（4）木质素中有甲氧基官能团，具有芳烃特征，抵抗分解能力较强。也能被特种真菌和芽孢杆菌分解，形成简单酚类，进一步被细菌分解形成脂肪族产物，再进一步分解成CO2和H2O，但速度缓慢。（5）蜡质、树脂、角质膜、
7、孢子、花粉等抵抗化学和微生物的分解作用能力最强。,二、泥炭化作用（重点）,泥炭沼泽中植物遗体的氧化分解作用往往是不充分的，影响微生物对植物的分解因素主要有：地下水位、植物遗体堆积速度泥炭沼泽的富水程度的增强和植物遗体堆积厚度的增加，都能使正在分解的植物遗体逐渐与大气隔绝，削弱或终止氧化分解作用。PH值中性-弱碱性（7.0-7.5）有利于微生物的生长，随着泥炭化过程的进行，沼泽的酸度变大，不利于微生物的生长，因此，植物结构得以保存。植物组成成分 有些植物本身就有防腐杀菌的成分。,二、泥炭化作用（重点）,2018/6/19,18,2）生物化学合成作用 定义：形成于若干新的有机物质，其中最主要的就是
8、构成泥炭特征性组分的腐植酸（黄褐色塑性物质，据胶体特征），还有沥青质。 注意：腐植酸不是单一的有机化合物，而是一组由近似的、分子大小不等且结构不一的羟基芳香羧酸组成的复杂混合物。这种复杂混合物的形成作用，称为腐植化作用。,二、泥炭化作用（重点）,3）腐植化作用 是泥炭化过程较为重要的作用，它不是一种生物作用，而是在泥炭表面或近表面的泥炭形成层中，由缓慢的氧化作用所引起的一种化学作用，其结果是腐植物质的形成。 腐植物质主要来源于植物的何种有机组分，曾有过长期的争论（即“木质素说”和“纤维素说”），实际上木质素、纤维素、丹宁酸、蛋白质、类脂物质等植物物质参与了腐植化作用，它们对腐植物质形成的贡献程
9、度，还存在不同认识。,二、泥炭化作用（重点）,2018/6/19,20,腐植酸 迄今还没有弄清腐植酸的分子结构和分子量大小。分子结构大体为：中间是一个含芳环、脂环的骨架，周围有许多羧基、羟基等官能司和一些氨基、氨基糖等残片。通常认为，从黄腐酸、棕腐酸到黑腐酸，分子量逐渐增大，从102103、103104到104106。 一般含碳45-70%，氢2-6%，氧30-50%，氮1-6%，有时含硫。,二、泥炭化作用（重点）,2018/6/19,21,腐植酸 腐植酸广泛应用于农林牧、石油、化工、建材、医药卫生、环保等各个领域，横跨几十个行业。特别是眼下提倡生态农业建设、无公害农业生产、绿色食品、无污染环
10、保产品等，更使腐植酸备受推崇，事实证明，人类的生活和生存离不开腐植酸，它的确是一个发展中的有希望的朝阳产业，属于一个新型的特殊行业。 中国腐植酸的综合利用方面，虽然起步晚，其技术水平在世界上并不落后，一些技术产品还达到了国际领先水平。如HA有机肥、FA抗旱剂、SPNH高温高压降滤失剂、HA多功能无污染水处理剂等环保产品。像“乌金口服液”等医药保健品还是国粹。,二、泥炭化作用（重点）,植物转变为泥炭后，植物中含有的蛋白质在泥炭中消失了，木质素、纤维素等在泥炭中很少，而产生了植物中没有的大量腐植酸。分解元素组成中，泥炭的碳含量比植物增高，氮含量有所增加，而氧含量减少。说明泥炭化过程中，植物的各种有
11、机组分发生了复杂的变化，变成新的产物。这些产物的组分和性质与原来植物的组分和性质是不同的。合成,二、泥炭化作用（重点）,二、泥炭化作用（重点）,4、泥炭有机组分：腐植酸：是泥炭中的主要成分；沥青质：合成作用形成，也可以由树脂、蜡质、孢粉质转化而来；未分解或未完全分解的纤维素、半纤维素、果胶质和木质素；变化不大的稳定组分：如角质膜、树脂、孢粉等。泥炭化过程实质上就是形成腐植酸、沥青质的过程。,二、泥炭化作用（重点）,泥炭泥炭化作用的最终产物，颜色一般为棕色、棕黑色；质轻、持水、透气、富含有机质；广泛应用于农业、园艺、建筑、工业、医疗等领域。,二、泥炭化作用（重点）,28,1、凝胶化作用的特点 概
12、念：指植物的主要组成部分在泥炭化过程中经过生物化学变化和物理化学变化，形成以腐植酸和沥青质为主要成分的胶体物质（凝胶和溶胶）的过程。 条件:较为停滞的、不太深的覆水条件下，弱氧化至还原环境，厌氧细菌的参与。 植物的木质纤维组织一方面进行生物化学变化，一方面进行胶体化学变化，二者同时发生和进行导致物质成分和物理结构两方面都发生变化。,三、凝胶化作用（重点）,29,2、生物化学凝胶化作用：植物的木质纤维组织在沼泽水的浸泡下，吸水膨胀，并通过真菌和细菌的作用在形成腐植酸等物质的同时，还经历着一个胶体化学变化：既有因微生物活动而引起的化学成分的变化；又有胶体化学的变化，故全称应为“生物化学凝胶化作用”
13、。,三、凝胶化作用（重点）,30,3、凝胶化作用的产物 凝胶化作用进行的强烈程度不同:产生了形态和结构不同的凝胶化物质。 (1)如果植物组织的细胞壁在变化过程中只发生了微弱的膨胀，则植物的细胞组织仍能保持规则的排列（在横截面上还常显示清楚的年轮），细胞腔明显。 (2)凝胶化作用的程度不同，产生的凝胶化物质的结构和形态亦不同，再经过煤化作用的转化，则形成不同的显微组分。,三、凝胶化作用（重点）,松木结构镜质体，横切面，显示生长轮,科达木结构镜质体，横切面，近正方形或近等径多边形大管胞,32,科达木结构镜质体，径切面，显示交叉场和紧挤的纹孔,33,如果植物细胞壁在变化过程中膨胀作用较强，细胞腔显著
14、缩小或仅保存极小的空隙。,结构镜质体2胞壁膨胀，胞腔变小，胞腔大小不一，排列不整齐,江苏徐州夏桥，P11，太原组16煤层，透射光。,结构镜质体1（红）、树脂体（黄）,甘肃礼县任家湾，J2，延安组52煤层，透射光。,35,若细胞腔也充满了凝胶化物质，但植物结构通过凝胶化物质深浅色调的不同仍可以辨认时，即转变成结构镜煤体。,均匀镜质体,江苏徐州张小楼， P22 ，下石盒子组煤层，透射光。,36,当凝胶化作用进行的十分强烈，植物的细胞结构完全消失，形成了均匀的凝胶化物质，转变成煤后即成为无结构镜煤体。,均质镜质体，有细粒黄铁矿分布,37,2018/6/19,38,1.概念:植物的主要组成部分在泥炭化
15、过程中，经过氧化分解、脱氢作用和脱水作用，形成贫氢富碳的丝碳物质的过程。 2.物质:丝炭化物质和凝胶化物质一样，主要也是由植物的木质纤维组织转变而形成的;从有机组成来看主要也是植物细胞壁中的木质素和纤维素。,四、丝炭化作用（重点）,2018/6/19,39,3.形成环境: 沼泽表面变得比较干燥； 氧的供应较为充分; 需氧细菌； 迅速转入覆水较深的弱氧化-还原环境，或者被泥沙覆盖与空气隔绝。,四、丝炭化作用（重点）,40,4.几种学说 (1)“森林火灾说”，即认为丝炭是古代沼泽森林起火后造成的木炭状残余物转化而成的。(2)丝炭化物质的形成主要是由于氧化作用和脱氢、脱水作用，它是在沼泽覆水程度起了
16、变化，当沼泽表面变得比较干燥，氧的供应较为充分的情况下发生的。,四、丝炭化作用（重点）,41,特点:氧化过程中有机物在微生物参与下由于失去被氧化的原子团而脱氢、脱水，碳含量相对地增加。 部分丝炭没有经过明显地凝胶化作用，因而植物细胞结构几乎未经膨胀变形，仍然保留完整的植物组织结构。,四、丝炭化作用（重点）,丝质体；微丝煤,42,43,凝胶化丝炭化过渡 有一些丝炭化物质首先曾经历过不同程度的凝胶化作用，而后由于环境发生变化(特别是覆水程度的变化)，又发生丝炭化作用。 因此, 同一植物遗体可先后经历两种不同的转变过程, 并形成相应的组分。那些已经经受不同程度凝胶化作用的植物组织, 如果由于潜水面下
17、降等原因, 沼泽变得较为干涸, 从而转入充分氧化的条件时, 凝胶化的植物组织即因脱氢、脱水, 相对地增碳而向丝炭化物质转化。,四、丝炭化作用（重点）,44,凝胶化丝炭化过渡 如果后期丝炭化进行的彻底，凝胶化的植物组织可形成丝炭体、木质镜煤丝炭体、结构镜煤丝炭体、丝炭化基质体等。 如果后期丝炭化进行的不彻底，则形成一系列的过渡产物，半凝胶化物质、半丝炭化物质。 但是，凝胶化物质一旦已完成向丝炭化物质的彻底转变后就不可能再产生逆向的转化。,四、丝炭化作用（重点）,45,结构镜质体到丝质体渐变过渡,46,作用的结束时间 以上所述凝胶化作用和丝炭化作用, 都是指泥炭形成阶段发生的生物化学和物理化学变化
18、。现代对煤中各种显微组分的研究, 发现凝胶化组分和丝炭化组分的形成并不终止于泥炭化阶段的晚期, 在年轻褐煤的植物残体中还经常发现有相当比例未经变化的木质素和纤维素, 它们在成岩过程中仍有可能继续向凝胶化物质或向丝炭化物质转化。,四、丝炭化作用（重点）,47,泥炭化作用过程的复杂性 自然界所见煤的结构、构造往往是十分复杂的，常看到煤的不同岩石类型的频繁交替， 沼泽覆水条件、介质化学性质等方面的改变可以引起不同岩石类型分层的形成； 同一粗大的植物树干在沼泽中由于埋藏状态的不同，可以有不同的转变经历，甚至树干表层和里层的转变条件也存在着差别(这种现象在露天开采的褐煤层中经常见到)，这些都会导致煤和煤
19、层组成的不均一性。,第二章 1 泥炭化作用,Attention:凝胶化作用与丝炭化所发生环境不同：凝胶化作用是在弱氧化至还原环境下形成，丝炭化作用是在氧化环境中发生，后迅速转入弱氧化或还原环境下。经历作用不同，成分不一样：部分丝炭没有经历凝胶化作用，细胞结构几乎未经历膨胀变形，保持了植物的组织结构。同一植物遗体可以经历两种不同的过程，形成相应的组分,第二章 1 泥炭化作用,五、泥炭的积累速度,泥炭的积累速度与大气和土壤的温度密切有关。温度影响植物的生长速度和生长量；温度影响微生物的繁殖和活动，从而影响植物死亡后的分解速度。与植物类型、沼泽富水程度、介质酸碱性及微生物活动、植物遗体分解速度等多因
20、素有关。,泥炭的积累厚度地质历史时期地质特征 如地质构造运动、气候、冰期等。,五、泥炭的积累速度,2 残植化作用,第二章 泥炭化作用和腐泥化作用,1.残植化作用的概念 当泥炭化过程中水介质流通较畅，长期有新鲜氧供给的条件下，凝胶化作用和丝炭化作用的产物被充分分解破坏，并被流水带走，稳定组分大量集中的过程称为残植化作用。 可以认为残植化作用是泥炭化作用中的一种特殊情况。,第二章 2 残植化作用,2.形成的的环境和条件 (1)泥炭沼泽是开放型的,水介质具有流动特性; (2)长期有新鲜氧供应,发生氧化作用; (3)有较多的稳定组分，泥炭化形成的物质一部分被带走,稳定组分聚集。,第二章 2 残植化作用
21、,图2-2 由于潜水面降低原地生成的残植煤1-在泥炭中分散存在的植物稳定组分；2-集中后的植物稳定组分；3-有氧的环境下遭受氧化分解的泥炭层,第二章 2 残植化作用,3.在煤层中的分布 (1)整个煤层或者分层或者煤岩条带 通过镜下研究，有时发现煤层的某些分层甚至整个煤层中稳定组的成分特别富集，角质体、木栓体、树脂体等物质有时可达到90以上。,第二章 2 残植化作用,(2)一般的组分组合特点 显微镜下观察发现稳定组分大量富集的情况下，煤的基质常以不透明的丝炭化基质为主，这一点亦可做为氧化作用较强的证据。,第二章 2 残植化作用,57,角质残植煤；厚壁角质体,角质体，富集成层,树脂体，树皮体,4.
22、异地残植煤 残植煤的形成也有异地生成的方式。如在泥炭被搬运过程中，大部分凝胶化组分和丝碳化组分被破坏，而稳定组分相对得以富集，从而形成残植煤。,第二章 2 残植化作用,图2-3 异地生成的残植煤（据煤田地质学，邹常玺等主编，1989）1-稳定组分集中的泥炭层；2-受到剥蚀的泥炭层,第二章 2 残植化作用,3 腐泥化作用,第二章 泥炭化作用和腐泥化作用,1.腐泥化作用的概念 低等植物(藻类)和浮游生物遗体在滞流还原环境和厌氧微生物参与下，经过复杂的生物化学变化形成的富含水分的有机软泥(腐泥) 的过程称为腐泥化作用。2.腐泥化作用形成的环境和条件 (1)水体较深:湖泊、沼泽水深地带及泻湖、海湾和浅
23、海等水体. (2)还原环境:滞流、还原环境 (3)厌氧微生物参与 (4)低等植物(藻类)和浮游生物,第二章 3 腐泥化作用,3.腐泥化作用的产物 腐泥化作用的产物主要是富含水分的有机软泥-腐泥。 (1)气态产物:在腐泥化过程中，形成的气态产物主要有CH4、NH3、N2O、N2、H2S和CO2。 (2)富含氢的液态或固态沥青质物质。,第二章 3 腐泥化作用,4.腐泥化作用的程度不同形成不同的煤岩组分 腐泥化作用的程度不同，形成腐泥的原始物质的腐解程度亦不尽相同，有的保存或部分保存原生的低等植物组织形态或结构，有的则被彻底分解，形成的腐泥煤其显微组分的特征也不相同。,第二章 3 腐泥化作用,第二章
24、 3 腐泥化作用,4 影响泥炭成分和性质的因素,第二章 泥炭化作用和腐泥化作用,沼泽的植物群落、营养供应、介质的酸度和其中所含盐分的种类、氧化还原条件等都影响着泥炭的成分和性质。,第二章 4影响泥炭成分和性质的因素,一、植物群落植物是成煤的原始质料，因此植物群落不同就会影响泥炭的性质。木本植物构成的森林沼泽，由于植物本身富含木质纤维组织，在其它条件适合时就容易形成凝胶化物质较多的泥炭。,第二章 4影响泥炭成分和性质的因素,芦苇沼泽，由于其植物组成缺乏木质素，含较多的纤维素和蛋白质，这些不稳定的成分容易被分解破坏，从而使稳定组分富集，成煤后形成富含稳定组(壳质组)的煤，其含氢量及焦油产率均较高。
25、苔藓植物，由于其富含防腐剂(酚)，故抗分解的能力很强，在苔藓泥炭中就保留了较多的不稳定的纤维素和半纤维素；在组成上可以看到细碎屑状的地苔和由混生的针叶树形成的凝胶化物质的条带。半水生植物形成的泥炭成煤后则多为暗淡煤。,第二章 4影响泥炭成分和性质的因素,二、营养供应沼泽根据对植物所需的营养供应分为滋育的，中滋育的和低滋育的三种类型，其所形成的泥炭相应地称为富营养型泥炭，中营养型泥炭和贫营养型泥炭。由地下水供给的低位沼泽通常是滋育沼泽，因为地下水带来了大量矿物质，有利于植物的大量繁殖。这种沼泽形成的富营养型泥炭的灰分一般较高。我国的第四纪泥炭中90%属于这种类型。地史上各成煤期的沼泽亦以滋育沼泽
26、为主。,第二章 4影响泥炭成分和性质的因素,二、营养供应由大气降水补给的高位沼泽，由于缺乏矿物质，故属低滋育沼泽。在这种沼泽中钙、磷酸、碳酸钾、氮等仅是低位沼泽的15左右。由于矿物质少，泥炭化作用所产生的腐植酸不易形成腐植酸盐，因而腐植酸逐渐积累，并使沼泽水的酸度增强，微生物活动减弱，形成酸性较高的泥炭，其中常具有保存完好的植物结构，转变而成的煤低硫、低灰，易于提取大量的沥青质。中位沼泽的营养供应条件介于二者之间，属中滋育沼泽。,第二章 4影响泥炭成分 和性质的因素,东北各类泥炭化学组成比较表（绝对干燥物质）,第二章 4影响泥炭成分和性质的因素,三、介质的酸度沼泽水的酸度直接影响细菌的生存和活
27、动，因而对泥炭化作用有重要影响。介质酸度越高愈不利于细菌的生存；中性至偏弱碱性的介质(pH值7.07.5)最利于细菌的繁殖；特别是当含钙离子的水与充分的氧共同存在时，细菌活动最盛。细菌的活动程度影响植物遗体在沼泽水中的分解程度和化学变化。细菌活动愈强烈，分解作用进行得愈充分，原来的植物结构保存得愈差。,第二章 4影响泥炭成分和性质的因素,四、介质的氧化还原条件沼泽中氧的供给情况决定了介质的氧化还原条件，从而对细菌的种类和活动情况有重要影响。同样的植物群落和生态条件下，氧化还原条件不同，影响着生物化学作用的强烈程度，进而影响到泥炭的组成和性质。,第二章 4影响泥炭成分和性质的因素,四、介质的氧化
28、还原条件泥炭表层，植物遗体直接和大气中的氧接触，容易受到较强的氧化而产生贫氢的丝炭；而在停滞的沼泽水的覆盖下，氧的供应受到限制，容易产生富含镜质组的煤；当地下水或地表水长期缓慢地流入沼泽，带来了新鲜的氧，并将分解产物带走，植物遗体受到强烈破坏，稳定组分即相对富集，容易形成残植煤。从以上几种情况可见氧化还原条件主要决定于覆水程度和水的流通程度。,第二章 4影响泥炭成分和性质的因素,五、古地理环境对泥炭的影响1、聚积环境与硫含量近海型煤田的许多煤层，煤中硫分都相当高，尤其当煤层具有海相顶板时更为突出，有时硫含量甚至高达8-12%，而远海型煤田的煤层一般硫分都比较近，这和成煤的泥炭沼泽聚积环境有关。
29、,第二章 4影响泥炭成分和性质的因素,五、古地理环境对泥炭的影响1、聚积环境与硫含量滨海沼泽泥炭硫含量高，不仅与成煤植物富硫有关，更重要的是和滨海泥炭沼泽的介质有关。海水中硫平均含量是0.0888%，主要以硫酸根离子形式存在，而河水中硫酸根离子含量不超过十万分之几。海水中丰富的硫酸根离子是造成滨海泥炭富硫的重要物质基础。海水具有弱碱性。经常被海水淹没的某些滨海沼泽泥炭的pH值达7.0-8.5。这种介质条件对于硫酸盐还原菌和许多微生物的活动很有利（硫酸盐还原菌最有利的生存条件是pH值为6.2-7.9，Eh值为-50-150mV）。,第二章 4影响泥炭成分和性质的因素,五、古地理环境对泥炭的影响2
30、.聚煤环境与煤的“还原程度”苏联的煤田地质工作者认为，这种现象和滨海泥炭沼泽的介质化学特征有关。具有上述特点的煤被称为“强还原煤”。“强还原煤”是在碱性介质、停滞和厌氧的还原环境中形成的，其凝胶化组分的透光色比“弱还原煤”浅，往往带橙色色彩，而反射率低。“强还原煤”富集的煤层中黄铁矿含量高，粘土矿物以水云母、蒙脱石为主；而“弱还原煤”以高岭石为主。,第二章 4影响泥炭成分和性质的因素,五、古地理环境对泥炭的影响2.聚煤环境与煤的“还原程度”前西德煤岩学者Stach认为，这种煤的成因与滨海沼泽环境的pH值高、细菌活跃有关，在这种厌氧的碱性环境中有机质逐步腐烂分解，形成富含脂肪、沥青质的分解产物。
31、由于富含沥青质，所以在煤化程度较低时，在蓝色光激发下呈明显的浅红棕色荧光；在炼焦煤阶段，粘结性强。人工煤化作用的实验也证明了在碱性介质条件下，形成的煤具有粘结性强的特点。,第二章 4影响泥炭成分和性质的因素,五、古地理环境对泥炭的影响2.聚煤环境与煤的“还原程度”中国科学院煤化学所、煤炭科学研究院和淮南煤炭学院等单位对我国贾汪、鲁西等煤田不同“还原程度”的煤进行了研究。这些地区晚石炭世太原组某些煤层与早二叠世山西组煤层相比，具有还原程度较强的特点。,第二章 4影响泥炭成分和性质的因素,第二章 4影响泥炭成分和性质的因素,虽然目前对于不同“还原程度”煤形成的机理还不十清楚，对于“还原程度”的不同
32、是否受原始物质的影响还有不同的看法，但是聚积环境不同对煤的组成和性质的影响是客现存在的，也是在研究煤质变化原因和规律时所必须考虑的。运用煤岩、煤化学、地球化学、沉积岩石学等方法对煤层及其围岩进行综合研究，有可能使我们对这一问题的认识深入一步。,第二章 4影响泥炭成分和性质的因素,5 煤的成因分类,第二章 泥炭化作用和腐泥化作用,1.煤的成因分类的依据 成煤的原始质料和总的聚积环境。腐植煤类是高等植物在沼泽条件下聚积而成的；腐泥煤类则是低等植物包括少量水生动物在湖泊等较深的水体中形成的。腐植腐泥混合类在原始质料和聚积环境上都处于二者过渡的情况 。,第二章 5 煤的成因分类,2.分类方案,第二章
33、5 煤的成因分类,腐植煤与腐泥煤主要特征,第二章 5 煤的成因分类,一、残植煤 残植煤主要是由高等植物中的稳定组分富集而成，在典型的残植煤中稳定组分含量一般都在5060%以上。残植煤常呈薄层或透镜体夹在腐植煤中，或与其逐渐过渡，但有时也能单独构成具有工业价值的煤层。残植煤光泽较暗，或具油脂光泽，韧性较大，化学工艺性质的特点是：挥发分高、氢含量高、焦油产率高，与腐泥煤相近。根据残植煤的主要稳定组分的成分可分为：角质残植煤、树皮残植煤、孢子残植煤和树脂残植煤等几种类型。,第二章 5 煤的成因分类,1.角质残植煤（1）煤呈灰黑色或褐黑色，光泽暗淡，新鲜断面具油脂光泽，叶片状结构，往往沿层理剥成薄片，
34、坚韧稍具弹性，易燃有沥青味。（2）显微镜下观察：主要由厚薄不同的两种角质膜互层组成，以厚壁角质膜为主，在透光下呈黄色，含量达6075%以上，此外亦有大孢子和少量凝胶化基质和丝炭化基质。（3）矿物杂质含量较高，以黄铁矿细晶和粘土矿物透镜体为主。云南禄劝泥盆纪（裸蕨植物为主）前苏联库兹涅茨煤田泥盆纪（裸蕨茎干角质膜）,第二章 5 煤的成因分类,角质残植煤；厚壁角质体，显示原生氧化痕迹和溶蚀现象,薄壁角质体,2.树皮残植煤(1)树皮残植煤略具油脂光泽，韧性较大，易燃，带沥青味，以线理状结构为主，垂直断面上亮暗成分相间，显微波状水平层理，沿层理易分成薄片。(2)其显微组成以木栓组织和栓内层为主，木栓组
35、织的细胞具多角形、椭圆形等外形，其大小为0.020.08毫米，在垂直切面上常呈迭瓦状排列；(3)凝胶化基质条带和丝炭化基质透镜条带与木栓组织交互成层，有少量镜煤、木质镜煤丝炭，角质膜碎片；木栓组织和基质中黄铁矿较多，煤中粘土矿物也比较多。(4)树皮残植煤的挥发分高、氢含量高、焦油出率高。江西乐平、浙江长广煤田晚二叠世煤层,第二章 5 煤的成因分类,木栓体，叠瓦状构造；微树皮煤,96,97,树皮体，鳞片状结构,树皮体，叠瓦状构造,3.孢子残植煤显微组成以孢子外壁为主，常具粒状结构，致密暗淡，具韧性，大多呈透镜状或夹层出现在煤层中。晚古生代孢子植物繁盛，世界上孢子残植煤多发育于晚古生代地层中。澳大
36、利亚石炭二叠纪塔斯马尼亚煤（完全有压扁的小孢子体组成）前苏联斯科煤田、基泽尔煤田早石炭世煤中国山西大同煤中有少量夹层。,第二章 5 煤的成因分类,100,大孢子体；,101,小孢子体，富集成层,4.树脂残植煤以树脂体为主的残植煤。德国泽茨-魏森费尔特的古近-新近纪地层。,琥珀（树脂）残植煤,采于中国辽宁抚顺第三纪煤田,第二章 5 煤的成因分类,第二章 5 煤的成因分类,形成残植煤需要两个条件相配合:一是成煤原始物质中稳定组分较多，二是有利的聚积环境使稳定组分富集。以我国树皮残植煤为例，成煤植物以鳞木和种子蕨、真蕨为主，而鳞木的皮层占茎部80%，为残植煤的形成提供了物质基础。 树皮残植煤中木栓组
37、织受不同程度的膨化，细胞结构较模糊，木栓组织中散布着黄铁矿微晶，很少木质纤维组织，仅有一些凝胶化基质和少量丝炭化基质。这些表明，聚积环境是一种还原环境，由于受海水的影响介质呈碱性，由木质纤维组织形成的腐植煤在碱性介质中溶解度大，不断被水流带走，而化学稳定性较强的木栓组织相对富集。,第二章 5 煤的成因分类,树皮残植煤煤层底板的沼泽相根土岩普遍发育，煤层的结构和层位都比较稳定，表明成煤植物主要是原地形成的。在含介屑和石英砂粒较多的煤中，木栓组织比较破碎，各种木质纤维组织碎片较多，显微组成和结构都比较杂乱，显然是经过水流搬运后再次堆积的，其成因可能属于微异地堆积的范畴。,第二章 5 煤的成因分类,
38、二、腐泥煤腐泥煤主要是湖沼、泻湖中的藻类等浮游生物在还原环境下经过腐解形成的。腐泥煤大多呈透镜体或薄层夹在腐植煤中，有时也能形成单独的可采煤层。如我国山东鲁西煤田晚石炭世煤系就有达可采厚度的腐泥煤层。,第二章 5 煤的成因分类,1.藻煤藻煤光泽暗淡，结构均一，呈块状构造，常具贝壳状断口，韧性较大，灰分低时，比重小，易燃，有沥青味。显微组分以密集的藻类为主，藻类有不同程度的膨化，均匀地分布在基质中。基质中常有细分散的粘土矿物，其他显微组分很少，显微层理不明显。与煤化程度相等的腐植煤相比，藻煤的挥发分高、氢含量高、焦油率高，有时灰分也较高。我国山西浑源的藻煤外观均一，近似炭质粘土岩，但质轻，挥发分
39、Vdaf达72.77%，Hdaf8.43%，Ad33.26%。山西蒲县、山东肥城、兖州亦有藻煤。,第二章 5 煤的成因分类,藻煤；皮拉藻类体,藻煤；皮拉藻类体,2.胶泥煤胶泥煤的特点是成煤植物分解彻底，几乎完全由基质组成，看不见轮廓清楚的藻类，其物理和化学性质与腐泥煤相似，但挥发分、氢含量和发热量比腐泥煤略低。如山西浑源的胶泥煤，显微镜下主要由褐黄色基质组成，未发现轮廓清晰的藻类。当腐泥煤的灰分高达5070%时，一般就称为油页岩。我国抚顺、茂名、山东黄县等地都有大量油页岩。,第二章 5 煤的成因分类,油页岩是一种棕色至黑色的纹层状页岩。含液态及气态的碳氢化合物，含油率一般为4-20%。它是低等
40、生物遗体及粘土物质在闭塞海湾或湖泊环境中共同埋藏后，在还原条件下转化形成的。,油页岩属于非常规油气资源，以资源丰富和开发利用的可行性而被列为21世纪非常重要的接替能源。油页岩经低温干馏可以得到页岩油，类似原油，可以制成汽油、柴油或作为燃料油。除单独成藏外，油页岩还经常与煤形成伴生矿藏。,第二章 5 煤的成因分类,三、腐植腐泥煤腐植腐泥煤是原始物质为高等植物和低等植物共同形成的煤，为腐植煤和腐泥煤的过渡类型。 一般认为，典型的腐泥煤是在水盆地中离岸较远的地方形成的，成煤原始物质主要是藻类，仅少量腐植煤带入。藻类彻底分解时，形成胶泥煤。而腐植腐泥煤则是在水盆地滨岸地带形成的，所以带入的腐植煤多，这
41、些腐植煤的冻胶很可能与藻类一起，也受到沥青化作用，使原有的性质起了变化。,第二章 5 煤的成因分类,1.烛煤易燃，发出明亮的焰，象蜡烛一样，故名烛煤。呈灰黑色或褐色，光泽比藻煤稍强，有时略带油脂光泽，具贝壳状断口，韧性大，致密块状。低灰分的烛煤比重约1.2。宏观与藻煤不易区分。显微镜下烛煤常具显微层理，含有少量藻类，也可能不含，小孢子较多，基质呈橙色或褐黄色，有时也有凝胶化团块、丝炭化碎片和少量角质膜碎片。烛煤的挥发分、氢含量和焦油出率较高。我国山西浑源、大同和山东新汶、兖州、枣庄等地均有。在煤层中常与藻煤互层并相互过渡。,第二章 5 煤的成因分类,2.煤精煤精产于抚顺，色黑，质轻，韧性大，呈
42、致密块状，为雕琢工艺美术品原料，因此，又称为煤玉。显微镜下观察，煤精的特征是植物质已强烈分解，未见残留的木质纤维组织碎片，以透明基质为主，基质的颜色和结构复杂多样，常见红褐色均匀透明的腐植基质，另外，也有棕褐色絮状腐泥质基质。有的基质中显示微波状层理。煤精的氢含量高于腐植煤。煤精可能是一种特殊的腐植-腐泥煤。,第二章 5 煤的成因分类,煤精,煤精,第二章 5 煤的成因分类,2018/6/19,本章小结:,1.成煤作用的第一阶段:泥炭化作用、腐泥化作用（1）泥炭化作用：高等植物死亡后在微生物参与下不断被分解、化合、聚积，发生生物地球化学作用形成泥炭的过程。（2）腐泥化作用：低等植物(藻类)和浮游
43、生物遗体在滞流还原环境和厌氧微生物参与下，经过复杂的生物化学变化形成的富含水分的有机软泥(腐泥) 的过程。,2018/6/19,（3）两者的区别 腐泥的原始物质、形成环境及演化过程与泥炭化作用不同。形成腐泥的原始物质主要是生活在水中的低等植物菌藻类和少量的浮游生物，以及异地成因的少量高等植物残体(如孢子、花粉、角质层和木质纤维素碎屑残片等)，还有一些水生动物及其排泻物。 泥炭的原始物质是高等植物，发生的作用比较复杂：凝胶化、丝炭化或残植化，或者交互作用。,本章小结:,2018/6/19,2.凝胶化、丝炭化或残植化作用发生的背景条件（环境）(1)凝胶化作用： 1) 指高等植物的主要组成部分在泥炭
44、化过程中经过生物化学变化和物理化学变化，形成胶体物质（凝胶和溶胶）的过程。 2)条件与环境: 较为停滞的、不太深的覆水条件下，弱氧化至还原环境，在厌氧细菌的参与. 3)结果:导致物质成分和物理结构两方面都发生变化.凝胶化作用进行的强烈程度不同:产生了形态和结构不同的凝胶化物质煤岩组分不同。,本章小结:,2018/6/19,124,(2)丝炭化作用 1)概念:高等植物物质经受的氧化分解、脱水、脱氢及增碳化的过程。 2)形成环境: 沼泽覆水程度发生变化，沼泽表面变得比较干燥，氧的供应较为充分;氧化过程中有机物在微生物参与下由于失去被氧化的原子团而脱氢、脱水，碳含量相对地增加.,本章小结:,2018
45、/6/19,125,3)对环境的要求: 氧化作用无限制继续并不能形成丝炭:这是因为氧化作用的持续发生将导致植物遗体的全部分解。只有当氧化到一定阶段后植物遗体迅速转入覆水较深的弱氧化以至还原条件下，或被泥砂所覆盖而与空气隔绝，中断了氧化作用，随后在煤化作用中才能转变成贫氢富炭的丝炭。,本章小结:,2018/6/19,126,(3)残植化作用: 1)概念:凝胶化作用和丝炭化作用的产物被充分分解破坏，并被流水带走，稳定组分大量集中的过程. 2)形成的的环境和条件 水介质具有流动特性敞流沼泽; 长期有新鲜氧供应,发生氧化作用; 稳定组分聚集.,本章小结:,2018/6/19,127,3.各种作用的关系 凝胶化作用、丝炭化作用和残植化作用在环境、条件发生变化的时候可以互相转化，一个煤层不是单一环境的产物。,本章小结:,煤的成因分类可以分腐植类（腐植煤、残植煤）、腐泥类（腐泥煤）及腐植腐泥类（腐植腐泥煤），其中，腐植类是在高等植物在沼泽环境中形成；腐植腐泥类是高等植物和低等植物都占重要地位，聚积于湖、沼过渡环境；腐泥类是低等植物和少量动物在湖泊或沼泽中积水较深部位形成。,本章小结:,
