煤田地质学讲义

煤田地质学讲义

绪论

1、煤田地质学的概念

它是研究煤在地壳中分布、聚集规律的科学。

2、煤田地质学简史

18世纪后半叶，蒸气机的广泛应用带来了工业革命，促进了煤炭资源的需求。为了寻找煤炭资源，欧洲许多国家成立了地质调查机构，进行地质找矿。

19世纪末到20世纪初，电力、冶金和炼钢等工业飞速发展，加速了对煤炭资源的需求，一些发达国家进行了大规模地质调查，发表了许多煤地质学方面的学术成果。1924年，德国学者波多涅发表了《普通煤岩学概论》一书。

我国煤地质学的研究起源于鸦片战争。

1922年，中国地质学会成立。

新中国成立后，开展了两次大规模煤田预测工作，出版了许多区域性煤田地质著作。

目前，煤地质学发展日趋成熟，综合地层学、沉积学等理论，煤地质学的发展仍呈现勃勃生机。

3、研究内容

①成煤的原始物质和植物的堆积环境。②泥炭化作用和腐泥化作用。③煤化作用及变质作用类型。④煤的物理性质。⑤含煤沉积体系。⑥聚煤盆地及聚煤规律。⑦煤的伴生矿产资源（煤层气）。⑧中国煤田地质特征。

4、研究方法

结合植物学、沉积学、地层学和构造地质学等理论，利用现代测试技术手段进行综合研究。

5、学习的意义

掌握煤田分布的规律，可以为预测和开发煤炭资源服务；了解煤的物理化学性质，可以为煤的加工利用及开发新产品服务。

第一章成煤原始物质与堆积环境

1、煤的概念：煤是一种固态的可燃有机岩。

2、成煤作用的概念：从植物死亡、堆积一直到转变成煤，经历了复杂的生物化学、物理化学及地球化学等一系列变化，这些作用总称为成煤作用。

3、成煤作用的两个阶段：第一阶段是腐泥化阶段或泥炭化阶段。在这一阶段，植物的遗体被微生物分解、化合、聚积，低等植物转变为腐泥，高等植物转变为泥炭。第二阶段为煤化作用阶段。由于地壳沉降，植物死亡后形成的泥炭或腐泥埋藏于地下深处，在温度和压力条件下发生固结成岩作用和变质作用。泥炭转变为年轻的褐煤所经历的作用是成岩作用，从年轻的褐煤转变为老褐煤、烟煤和屋檐煤所经历的作用称为变质作用。

第一节成煤物质

1、植物的演化与成煤作用的关系：

植物是成煤的主要原始物质，因此植物的演化直接影响煤的形成。

①菌藻类植物时代。太古代到早泥盆世。

②早期维管植物时代。晚志留世到中泥盆世，水生植物向陆生植物过渡。

③蕨类和古老裸子植物时代。晚泥盆世到晚二叠世，高等植物繁盛时期，典型植物是高大的乔木，聚煤作用强，石炭-二叠纪是第一大聚煤期。

④裸子植物时代。晚二叠世到中生代，受海西和印支构造运动影响，陆地面积扩大，地形高

差明显，侏罗纪和早白垩纪是第二大聚煤期。我国西部侏罗纪煤炭资源是全国煤炭资源总量的60%左右。

⑤被子植物时代。早白垩世到古近纪和新近纪，构造活动强烈，气候分带明显，是第三大聚煤期。

2、植物的组成：植物主要由碳水化合物（纤维素、半纤维素和果胶质）、木质素、蛋白质和脂类化合物组成。低等植物主要由蛋白质和碳水化合物组成，脂类含量较高。高等植物以纤维素、半纤维素和木质素为主。

①碳水化合物（纤维素、半纤维素和果胶质）：纤维素是构成植物细胞壁的主要物质，易于水解，水解后呈胶体状。

②木质素：木质素也是构成植物细胞壁的主要物质，比纤维素稳定，不易水解。在沼泽环境中被微生物分解，参与形成腐植质。

③蛋白质：蛋白质是植物细胞质的主要物质，在植物体中所占比例不大，亲水性强，煤中的N和S与植物的蛋白质有关。

④脂类化合物：不溶于水，可溶于有机溶剂。脂类化合物包括脂肪、蜡质、树脂、角质、木栓质和孢粉质。脂肪性质较稳定，分解形成脂肪酸；蜡质、树脂、角质、木栓质性质稳定，孢粉质性质很稳定，能耐一定的温度和酸、碱处理，常保存于煤中。

第二节植物遗体的堆积环境

1、沼泽的概念

沼泽是地表土壤充分湿润、季节性或长期积水，丛生着喜湿性植物的低洼地段。形成泥炭层堆积的沼泽称泥炭沼泽。它既不是真正的陆地，也不是水体，而是介于二者之间的过渡状态。

2、泥炭的形成与积累

植物死亡后，经生物化学作用分解、合成和聚积，当有机物堆积量超过分解量时，才会形成泥炭层。泥炭沼泽垂直剖面分三层：表层（氧化环境）、中间层（过渡海景）、底层（还原环境）。

3、植物残骸的堆积方式

以原地堆积为主，少数是异地堆积。具有工业可采意义的煤层大都是原地堆积。

第三节泥炭沼泽

1、泥炭沼泽的类型

根据泥炭沼泽的表面形态、水源补给、营养和植被特征，可以分为三种类型：

①低位泥炭沼泽：低位泥炭沼泽潜水位较高，水源补给充足、营养丰富、植被茂盛。易堆积泥炭层。

②高位泥炭沼泽：高位泥炭沼泽潜水位较低，水源补给主要依靠降水，营养差，多为草本和苔藓，不利于泥炭层形成。

③中位泥炭沼泽：中位泥炭沼泽的状态介于上述二者之间。

2、泥炭沼泽的发育地段

①滨海平原。具有低位泥炭沼泽发育环境。②内陆的河流、湖泊。③山地和高原地段。

3、泥炭沼泽形成的方式

①水域转化为泥炭沼泽，又包括三种模式：

浅水缓岸湖转化为泥炭沼泽，植物生长类型具有分带现象，在泥炭形成过程中，湖水不断淤浅，植物类型也相应推移。

深水陡岸湖转化为泥炭沼泽，浮游植物死亡后，沉入湖底，转化为泥炭。

河流转化为泥炭沼泽，类似浅水缓岸湖转化模式。

②陆地沼泽化

地面上封闭的洼地可能形成沼泽。

第四节泥炭的主要组成及性质

1、泥炭的化学组成

泥炭中除了含有大量的水分外，还包括有机质和矿物质。

①有机质。包括植物残体和腐植质。

泥炭有机质含量是指有机质占泥炭干物质总量的百分比。我国泥炭以草本泥炭为主，有机质含量占60%左右。

有机质中，C：55%，O：35%，H：6%，N：2%，S：0.3%

在泥炭有机质中，以稀碱溶液提取的物质称为腐植酸，是泥炭的特征组分，腐植酸不是单一化合物，而是由分子大小不同、结构也不同的羟基芳香羧酸组成的混合物。

②矿物质

泥炭中的矿物质主要来源于风、水流挟带的矿物质通过沉积作用，转化为泥炭的组分。常见的矿物质有石英、次生粘土矿物。元素以硅为主，其次是铁、铝、钙、镁，矿物质的另一来源是植物本身。

2、泥炭的物理化学性质

①分解度：是指植物残体由于腐解作用失去细胞结构物质的相对含量，或者是泥炭中无定形腐植质占有机质的百分含量。

②含水性

有湿度和持水量两种表示方法。泥炭湿度是指泥炭中水分占泥炭总重的百分比。持水量是指泥炭中水分占泥炭干物质重量的百分比。

③泥炭的比重和容重

泥炭的比重一般为1.4左右，藓类泥炭较轻，木本泥炭和草本泥炭偏重。无量纲。

泥炭在自然状态下的容重称湿容重，干燥后的容重称干容重。单位是g/cm3

④结构和颜色

泥炭结构疏松多孔，力学稳定性差。苔藓泥炭呈海绵状，草本泥炭呈纤维状，木本泥炭为碎块状。

泥炭的颜色与植物、分解度和矿物质有关。例如，苔藓泥炭呈黄色，分解转变为腐植质呈黑色，含蓝铁矿呈蓝色，含菱铁矿呈浅绿色。

⑤泥炭的可燃性

泥炭具有可燃性，用发热量表示。我国泥炭发热量多在10-12MJ/Kg。

3、泥炭的类型

根据植物的组成，泥炭分为草本泥炭、木本泥炭和藓类泥炭。

第二章泥炭化作用和腐泥化作用

第一节泥炭化作用

1、泥炭化的生物化学变化可分为两个阶段：生物化学分解和生物化学合成。

①植物残骸中的有机化合物经氧化分解、水解，转化为简单的化学性质活泼的化合物。

②分解产物之间合成较稳定的有机化合物，如腐植酸、沥青质。形成腐植酸的过程或作用称为腐植化作用，腐植化作用不是生物作用，而是在氧化环境中的化学作用。

2、凝胶化作用

植物在泥炭化过程中经历了腐植化作用后，继而将经历凝胶化作用；凝胶化作用是指植物的