煤化学第02章煤的生成精讲

2.85 3.3 4.0 4.4 5.2 6.0 9.0 25 38 46
古 生 代
陆上时代 孢子植物
元 古 代 太 古 代
震旦纪
原始细菌 （最低等原始生命产生） 20
地球初期发展阶段
依据地层中发现的古生物化石，将地壳的发展历史相对地 划分成若干级地质年代单位，即为：宙、代、纪、世、期
代
纪
世
距今年龄 （亿年）
主导作用：生物地球化学作用 低等植物 高等植物 生物地球化学作用 生物地球化学作用 腐泥 泥炭
成煤第一阶段：腐泥化阶段 或：泥炭化阶段
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泥炭 煤化程度最低的煤 -- 煤最原始的状态 随著周围环境的转变，如压力的加大，可 以使泥炭变得更加坚固，使之成为煤。 泥炭是沼泽在形成过程中的产物，也是沼泽地形的特征之一 主要来源是泥碳苔或泥碳藓，沼泽植物，也有部分动物与 昆虫的尸体。 这些物质在死亡后沉积在沼泽底部，由于潮湿与偏酸性的 环境，而无法完全腐败分解，因而形成所谓的泥炭层。
2
有人对上述煤的成因机制提出了质疑： 1．储量问题
1ｍ厚的煤需6ｍ厚的木料，数十米的植物残骸堆积形成。 有些煤矿的煤层厚度可达数十米，甚至超过100米，如：
潞安矿区的煤层厚度30ｍ左右，仅现在大量开采的3#煤 层就有7ｍ厚，而且潞安的煤田属于沁水煤田，南北长300ｋ ｍ，东西宽200ｋｍ
抚顺露天煤矿煤层厚度达120ｍ 如此大量的植物残骸来源？ 2．赋存问题 如果煤炭真由植物堆积而成，那他的顶底板就不会那样平
含黄铁 矿煤样
含碳酸盐 煤样
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第一节
地质年代和主要聚煤期
地球的年龄约有60亿年
新 生 代
第四纪
第 晚第三纪 三 纪 早第三纪 白垩纪 侏罗纪 三叠纪 二叠纪
一、地质年代
0.02~0.03
根据地层生成的次序排列的地质系统 最先(后)形成的地层代表的时间最老(新)
中 生 代
1.4 1.95
2.5
划分地层、确定地层生成次序的主要依据： 古生物化石
开始繁殖时期 植物 动物
古人类出现 被子植物大量繁 殖，为成煤提供 原始物质
全新世 第四纪 更新世 0～0.018 新 上新世 新近纪 生 中新世 代
～0.238
渐新世 古近纪 始新世 古新世
～0.65
哺乳动物
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代
纪 白垩纪
世 晚白垩世 早白垩世 晚侏罗世
距今年龄 （亿年）
开始繁殖时期 植物
被子植物
低等植物
植物体构造简单，无根、 茎、叶的分化，无胚
高等植物 裸子植物
植物体构造复杂，有根、 茎、叶的分化，有胚
种子植物
(以种子进行繁殖)
被子植物
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低等植物 最早出现的植物是低等植物，低等植物是由单细胞或多 细胞构成的丝状和叶片状植物体，没有根、茎、叶等器官的分 化，如细菌和藻类。
大多生活在水中，细菌的生存环境十分广泛，它们是地球 上最早出现的生物，藻类从太古代、元古代开始一直发展到现 在，其种类达两万种以上。 34
滑
3
在几乎所有的煤田中发现了各种各样的植物或动物的化石 如树干、树桩、树皮、灌木、草本植物、藻类、菌类等等，使 得这一学说很自然地为许多业内学者所接受。
煤是植物遗体经过 生物化学 — 物理化学 的作用而转变 成的沉积有机矿物，是多种高分子化合物和矿物质组成的混合 4 物。它是及其重要的能源和工业原料。
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第二节
成煤物质
一、植物的演化 植物是地史上逐步由低级向高级发展演化，从低等的菌藻 到高级的被子植物，其发展过程分为5个阶段： 菌藻植物时代 裸蕨植物时代 蕨类和种子植物时代 裸子植物时代 被子植物时代
与煤的形成和聚 集有直接的关系
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孢子植物
(以孢子进行繁殖)
植 物 界
藻类 菌类 地衣类 苔藓植物 蕨类植物
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Approximately 12 m of throw in the Meandu Mine highwall, Tarong Basin, southeast Queensland, Australia.
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Highwall exposure of the 23-m thick Wyodak-Anderson Seam (Paleocene Fort Union Formation) overlain by mudstones, siltstones, coal, and thin sandstone beds of the 13 Eocene Wasatch Formation.
成煤作用大致可以分为两个阶段： 第一个阶段 植物在泥炭沼泽、湖泊或浅海中不断繁殖，其遗体在微生 物参与下不断分解、化合、堆积的过程 在植物大量生长的早期， 大气中的CO2含量非常高，为 植物的大量和迅速繁殖提供了 必要的条件。 当时的植物生长速度与今 天看到的情况不同
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植物遗体及部分动物遗体在沼泽、湖泊或浅海中在微生物 参与下不断分解、化合、堆积
如此大量的植物遗体来源需要很长 的时间，因此煤层的形成时间以十万年、 百万年为单位。
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晚侏罗纪
东北、内蒙
早、中侏罗纪
西北
石炭二叠纪
华北
中、新生代
滇藏
晚二叠纪
华南
第三纪
台湾
中国聚煤区划分示意图
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晚侏罗纪
东北、内蒙
早、中侏罗纪
西北
石炭二叠纪
华北
中、新生代
滇藏
晚二叠纪
华南
第三纪
台湾
30
3 1 2
但在不同时代海平面常有变化...... 当水面升高时，植物因被淹而死亡 死亡的植物被沉积物覆盖而不透 氧气，植物就不会完全分解，而是在 地下形成有机地层。随着海平面的升 降，会产生多层有机地层 经过漫长的地质作用，在温度增 高、压力变大的还原环境中，最后会 转变为煤层。 因埋深和埋藏时间的差异，形成 的煤也不尽相同
第二章
煤的生成
第一节 年代地层系统和主要聚煤期
第二节 成煤物质 第三节 成煤环境 第四节 成煤作用过程
1
关于煤的成因的理论解释，目前学术界比较一致的观点：
煤是古代植物体在不透空气或空气不足的情况下受到地下 的高温和高压而变质形成的。
《辞海》：煤是……由一定地质年代生长的繁茂植物,在适 当的地质环境中,逐渐堆积成厚层,并埋没在水底或泥沙中,经过 漫长地质年代的天然煤化作用而成。
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第二阶段——煤化作用阶段 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，成煤作用转化为第二阶段——煤化作用阶段 泥炭 腐泥
温度和压力
褐煤
成岩作用
温度和压力 变质作用
烟煤和无烟煤
主导作用：物理化学作用
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煤与煤之间的性质千差万别
不同煤田的煤质差别较大 同一煤田中不同煤层的煤质，其差异也很大 同一煤田同一煤层不同地点采样，其煤质也有较大的差别 同一煤田同一煤层同一地点采样，将煤层从上到下分成若 干个分层采样，各分层的煤质也有差别 引起煤质千差万别的原因，与成煤物质、成煤环境和成煤 作用有关。
海藻大量繁殖， 无脊椎 为石煤的形成提 动物 供原始物质
早寒武世
～5.45
24
25
二、我国的主要聚煤期
自从地球上出现植物，便有了成煤的物质条件 但由于地史上大的地壳运动，常常使地形、气候和空气中 CO2的含量以及气体条件发生变化。 早期大气中高浓度的CO2有利于植物的生长 促使各阶段植物体本身演化，而且各个时期植物的繁盛程 度和堆积强度也不同 加之当时受地表海陆分布、隆起与沉降状况、沉积作用等 因素的影响，故使各时期聚煤作用资源分布： 侏罗纪最多，占总量的 39.6% 石炭—二叠纪（北方），38.0% 白垩纪，12.2% 二叠纪（南方），7.5%
★ ★ ★ ★
第三纪，2.3%
三叠纪，0.4% 与全球性主要聚煤期的储量分布基本一致 形成1m厚的煤层，需要～100m厚的 植物遗体堆积，有的煤层厚达几十米， 需要几千米厚的植物遗体的堆积。
生存于某一段地质历史时期的生物(古生物) 保存在地质中的古生物遗骸和遗迹(化石) 其中演化快、生存时间短、且分布广 泛的生物化石，称为标准化石
古 生 代
石炭纪 泥盆纪 志留纪 奥陶纪 寒武纪
2.85 3.3 4.0 4.4 5.2 6.0 9.0
25
19 38
元 古 代 太 古 代
震旦纪
地球初期发展阶段
在巨藻生长茂盛的地方，巨大的叶片层层叠叠地可以铺满 几百平方公里的海面。 巨藻是世界上生长最快的植物之一。在适宜的条件下， 每棵巨藻一天内就可以生长30～60厘米。一年里，一棵巨藻 可以长到50多米。 生长在热带的巨藻全年都在生长，巨藻的寿命一般在4到 37 8年之间。最长寿的巨藻可以生长12年。
～2.98
孢子植物极盛，为 成煤提供原始物质 两栖动物
～3.54
～4.10
23
代
纪
世
距今年龄 （亿年）
开始繁殖时期
植物 动物 鱼类
顶志流世 晚志流世 志留纪 中志流世 早志流世 早 古 晚奥陶世 古 生 生 奥陶纪 中奥陶世 代 早奥陶世 代 晚寒武世 寒武纪 中寒武世
～4.40
裸蕨植物
～4.95
从植物死亡、堆积到转变为煤经过一系列复杂的演变过程， 这个过程称为成煤作用。
5
沉积岩的形成-1
沉积岩的形成-2
沉积岩的形成-3
沉积岩的形成-4
沉积岩的形成-5
沉积岩的形成-6
6
煤的形成：
植物的残骸埋在沙和泥中
沉积物承受上覆岩层的巨大压力
经过数百上千上万万年后，转变成煤
7
在地质历史上，沼泽森林覆盖了 大片土地，包括菌类、蕨类、 灌木、 乔木等植物。
动物
～1.442
裸子植物极盛，为 成煤提供原始物质
中 侏罗纪 中侏罗世 生 早侏罗世 代
～2.03
晚三叠世
三叠纪 中三叠世 早三叠世
～2.51
爬行动物
22
代
纪
世
距今年龄 （亿年）
开始繁殖时期
植物
裸子植物
动物
晚二叠世 二叠纪 中二叠世 早二叠世 晚 古 古 晚石炭世 生 生 石炭纪 早石炭世 代 代 晚泥盆世 泥盆纪 中泥盆世 早泥盆世
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我国几个较强的聚煤作用时期： 新生代 8.新近纪—古近纪 中生代 以腐植煤 ★ 7.晚侏罗世—早白垩世 为主 ★ 6.早、中侏罗世
★
★ ★ ★ ★ ★
5.晚三叠世
晚古生代 ★ 4.晚二叠世
★ 4个聚煤 作用最强的 聚煤期
★ 3.晚石炭世—早二叠世
2.早石炭世 早古生代 1.早寒武世 属菌藻植物时代 形成腐泥无烟煤
藻
类
海藻
蓝绿藻
赤潮异弯藻 Pennate and Centric
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2007年05月太湖蓝藻爆发
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巨藻
属于褐藻类
藻类中最长的一族
大多数巨藻可以长到几十米，最长的甚 至可以达到200～300米，重达200公斤。 靠1米多长的固着器将藻体固定在礁石上 巨藻的中心是一条主干，上面生长着100多个 树枝一样的小柄，柄上生有小叶片，有的叶 片长达1米多，宽度达到6～17厘米宽
Picture 1 Coal-bearing strata in a chevron fold from Copton Creek, Alberta, Canada. Some deposits subjected to intense compressional deformation can produce unique and impressive examples of folds.
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Structurally thickened Jewel Seam in the hinge of the Luscar Anticline in Cardinal River Mine’s 51B3 Pit (Langenberg et al., 1992). The coal has moved from the limbs into the hinge space provided by chevron folding of enclosing sandstone layers. The mining 10 benches are 12 m in height.
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新 生 代 中 生 代
第四纪 第 三 纪 晚第三纪 早第三纪 白垩纪 侏罗纪 三叠纪 二叠纪 石炭纪 泥盆纪 志留纪 奥陶纪 寒武纪
人类时代
0.02~0.03
哺乳动物时 代
被子植物时代
1.4 1.95
2.5
爬行动物时 裸子植物时代 代 两栖动物时 代 鱼类时代 海洋无脊椎 动物时代
动物孕育萌芽 发展初期时代 海生藻类时代
8
Anticline and synclines of the lower Cretaceous Gates Formation overlying the No. 4 Seam at the Smoky River Coal’s No. 9 Mine (east extension Pit). The mining benches are 12 m in height.