03 煤地质学第三章煤化作用

煤地质学第三章煤化作用

煤地质学第三章煤化作用

煤地质学

第三章 煤化作用及煤的 变质作用类型

煤地质学第三章煤化作用

第三章 煤化作用及煤的变质作用类型

成煤作用是原始成煤物质最终转化成煤的 全部作用，它分成两个相继的阶段： 从成煤原始物质的堆积，经生物化学作 用直到泥炭的形成，称为泥炭化作用阶段； 当泥炭形成后，由于沉积盆地的沉降， 泥炭被埋藏于深处，在温度、压力增高等物理、 化学作用下，形成褐煤、烟煤、无烟煤、变无 烟煤，称为煤化作用阶段。对于腐泥来说，则 经历了硬腐泥、腐泥褐煤、腐泥亚烟煤、腐泥 烟煤到腐泥无烟煤的煤化作用。

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第三章 煤化作用及煤的变质作用类型植物 遗体

泥

炭

褐

煤

烟 成岩 作用

煤

无 变

烟

煤 质 作 用 用

泥炭化 作用

煤 成 煤 作 用

化

作

图 7-1

成煤作用的阶段划分

成煤作用的阶段划分

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第三章 煤化作用及煤的变质作用类型

§1煤化作用的阶段与特征

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第三章

§1煤化作用的阶段与特征

一、煤的成岩作用与变质作用煤的成岩与变质作用的分界:

一般认为，由于亮褐煤(中国的老褐煤、美国的亚烟煤)已出现镜煤，具有强烈的镜

煤化作用，并且具有微弱的光泽。因此，变质作用开始于亮褐煤的形成。

具有了光泽就进入了变质作用阶段.

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第三章

§1煤化作用的阶段与特征

(一)煤的成岩作用1.成岩作用概念 由泥炭经过物理化学作用形成年 青褐煤的过程,为煤的成岩作用.

泥炭→年青褐煤(不具光泽)

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第三章

§1煤化作用的阶段与特征

2.成岩作用机制泥炭形成后，由于盆地的沉降，在上覆沉积物的覆盖 下被埋藏于地下: ①压实、脱水、增碳; ②游离纤维素消失;

③凝胶化组分逐渐固结;④具有了微弱的反射力。 这一转变所历经的作用称为煤的成岩作用。据stach 认为，这种作用大致发生于地下200~400m的浅层。

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第三章

§1煤化作用的阶段与特征

3.成岩作用特点(1)成岩作用的化学作用结果①泥炭内的腐植酸、腐植质分子侧链上的亲

水官能团，以及环氧数目不断地减少，形成各种挥发性产物; ②碳含量增加，氧和水分含量减少—脱水。 碳元素(C)主要集中于稠环中。稠环的结合力强， 具较大的稳定性。

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第三章

§1煤化作用的阶段与特征

(2)煤的物理煤化作用

主要反映在发生了物理胶体反应，即 成岩凝胶化作用，从而使未分解或未完全 分解的木质纤维组织，不断转变为腐植酸、 腐植质，使已经形成的腐植酸、腐植质变 为黑色具有微弱光泽的凝胶化组分。 成岩作用中，丝炭化组分和稳定组分 也发生变化。

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第三章

§1煤化作用的阶段与特征

(二)煤的变质作用 1.煤变质作用概念 年青褐煤，在较高的温度、压力及较长

地质

时间等因素的作用下，进一步发生物理化学变化，变成老褐煤(亮褐煤)、烟煤、无

烟煤、变无烟煤的过程。

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第三章2.特点

§1煤化作用的阶段与特征

①腐植物质进一步聚合，腐植酸进一步减少，使 腐植物质由酸性变为中性，出现了更多的腐植复合 物; ②失去大量的含氧官能团(如羧基—COOH和甲氧 基—OCH3)。 转变为烟煤、无烟煤和变无烟煤。 ③结束了成岩凝胶化作用，形成凝胶化组分(煤 岩); ④植物残体己不存在，稳定组分发生沥青化作用:

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第三章

§1煤化作用的阶段与特征二、煤化作用特点

(一)一般特点 1.煤在连续地系列演化过程中，可明显地显现出 增碳化(相对)趋势(特点)即由泥炭阶段含有C、H、O、N、S五种主要元素， 演变到无烟煤阶段基本上只含碳(C)一种元素。因此，煤 化作用过程，也可称作异种元素的排出过程。 煤化作用的最终结果: ①排出的其它元素和碳结合构成挥发性化合物; ②随煤化程度增加，煤中的挥发物减少，碳含量增加。

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第三章

§1煤化作用的阶段与特征

2.随着煤化作用进程,煤的有机分子表现 为结构单一化趋势即由泥炭阶段含多种官能团的结构，

逐渐演变到无烟煤阶段只含缩合芳核的结 构，最后演变为石墨结构。 煤化作用过程实际上是依序排除不稳定 结构的过程。即逐渐保存稳定结构。

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第三章

§1煤化作用的阶段与特征

3.随着煤化作用进程,煤的有机为分子结构表现为致 致密化和定向排列的趋势 ①煤的有机分子侧链由长变短，数目变少； ②腐植复合物的稠核芳香系统不断增大，逐渐趋于 紧密； ③分子量加大，缩合度提高；

④分子排列逐渐规则化，从混杂排列到层状有序排 列，因此反光性能增强。

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第三章 §1煤化作用的阶段与特征4.随着煤化作用进程,煤显微组分性质呈现为 均一性趋势。 在煤化作用的低级阶段，煤显微组分 的光性和化学组成结构差异显著，但随着 煤化作用的进行，这些差异趋于一致，变 得愈来愈不易区分。高变质煤的煤岩组分 不易识别。

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第三章 §1煤化作用的阶段与特征5.煤化作用是一种不可逆的反应。煤化作用只有由浅而深、或者被终止，不可 能发生由深变质的煤转变为浅变质的煤，不可逆 转性。煤化作用不是简单的化学反应。

煤化作用能否形成连续的系列演化过 程，决定于具体地质条件。 例如，含煤盆地由沉降转变为抬升， 这就会导致煤化作用的终止；如果后来由 于岩浆作用的加剧，或盆地再度沉降，那 么煤化作用还可能再次进行下去。

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第三章

§1煤化作用的阶段与特征

6.煤化作用的发展是非线性的，表现为 煤化作用的跃变，简称煤化跃变。 煤的各种

物理、化学性质的变化， 在煤化进程中，快、慢、多、少是不 均衡的。

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第三章 §1煤化作用的阶段与特征三、煤化作用跃变亮褐煤→长焰煤→气煤→肥煤→焦煤→瘦煤→贫煤→无烟煤→变无烟煤

褐煤

Ⅰ

烟煤

无烟煤

(一)第一次跃变(Ⅰ):发生在长焰煤开 始阶段 (Cdaf=75%~80%,Vdaf=43%,镜质体 反射率Romax=0.6%),与石油开始形成阶段 相当。即与生油阶段相当。

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第三章 §1煤化作用的阶段与特征特点是： 发生沥青化作用：生成沥青质。沥青化作用是指壳质组(包括藻类体)和镜质组在煤化 过程中形成沥青质，即石油型烃类的一种作用。这种作用 起始于硬褐煤阶段(Rom为0.5%),持续到早期肥煤阶段 (Rom=1.2%)。

随煤化程度的提高，各种含氧官能团逐渐脱落，在 Rom=0.6%以前主要以析出CO2和H2O为特征；当煤化 作用达到Rom=0.5%~0.6%阶段，芳香核稠环上开始① 脱落脂肪族和脂肪族官能团和侧链，②形成以甲烷为主的挥发物，于是开始了生成沥青质的沥青化作用。

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第三章

§1煤化作用的阶段与特征

亮褐煤→长焰煤→气煤→肥煤→焦煤→瘦煤→贫煤→无烟煤→变无烟煤

褐煤

Ⅱ

烟煤

无烟煤

(二)第二次煤化跃变(Ⅱ)出现在肥煤到 焦煤阶段 Cdaf=87%,Vdaf=29%,Romax=1.3%。镜质体发射率Romax=1.3%对应于石油的“死油线”

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