煤的形成过程(PPT87页)

3 成煤原始物质－植物的演化史
蕨类、种子蕨类时期： D3~ P1。半陆生转变为陆 生的重要时期，也是第一个重要聚煤史。
裸子植物时期： D3~T1。海西和印支运动，陆地面 积增大，地形分化，气候改变，适应干旱气候的被 子植物繁盛。第二个重要聚煤史。
被子植物： K3~今。被子植物占优势，第三个重 要聚煤史。
4）角质与木栓质
植物保护组织产生的物质，化学性质稳定，能很好 地保存在煤中。
5）孢粉质
构成植物孢子与花粉外壁的主要有机组分。
3 成煤原始物质
－成煤植物的主要有机组分含量
植物
细菌
绿藻
苔藓
蕨类
草类
松柏及阔叶树
木质部
木本植物 不同部分
叶 木栓 孢粉质
原生质
碳水化合物
12-28 30-40 30-50 50-60 50-70 60-70 60-75
3 成煤原始物质－成煤植物的主要有机组分
一、植物的组成 高等植物的器官：根、茎、叶
二、高等植物的组织 1) 分生组织：具细胞分裂能力，处于植物生长部位。 2) 薄壁组织：基本组织，壁薄、有间隙、体积大。 3) 保护组织：多构成表皮，细胞有角质膜、蜡质充填、周皮、
木栓形成层、木栓、栓内层。 4) 输导组织：输送营养物质的筛管、输送水分和矿物质的导
沼泽的形成和发育是地质、地貌、气候、水文、 土壤、植被等多种自然因素综合作用的产物。
3 成煤原始物质－植物遗体的堆积环境
1）地貌 — 低洼的能够积水的地形和能够给植物提供 养分的土壤； 2）气候 — 年降水量大于蒸发量的气候条件； 3）水文 — 入水量（流入的地表水、地下水与大气降 水）>出水量（流出的地表水、地下水与蒸发量）。 2. 泥炭沼泽的发育地带 1）泥炭沼泽重要发育地带 — 滨海平原：海洋与陆地 相互作用的结果； 2）内陆有利发育泥炭沼泽的地区 — 河湖地带。
3 成煤原始物质－成煤植物的主要有机组分
2） 蜡质
在植物中呈薄层覆盖在茎、叶和果实外皮上。蜡 质成分比较复杂，化学性质稳定。在泥炭和褐煤中常 常可以看到蜡质。
3） 树脂
植物生长过程中的分泌物，当植物受伤时，就分 泌出胶状树脂保护伤口。树脂的化学性质十分稳定， 因此能很好地保存在煤中。
3 成煤原始物质－成煤植物的主要有机组分
件的中间层、还原环境的底层。 泥炭的形成与累积取决于：有机植物的增长量
2.植物残体的分解速度 影响分解速度的因素：主要有微生物的种类、数量、水热
条件、土壤的酸碱度、有机物的组成。 微生物的种类：喜氧的与厌氧的，喜氧的对泥炭的形成与
积累不利。
3 成煤原始物质－植物遗体的堆积环境
1）微生物数量：随土壤埋深增大而减少 2）水分和热量：微生物在土温20-30度，湿度达到
65 60 5 20
木质素
0 0 10 20-30 20-30 20-30 20-30 20 10 0 0
蛋白质
50-80 40-50 15-20 10-15 5-10
1-7 1 8 2 0 70
脂类化合物
5-20 10-20 8-10
3-5 5-10 1-3 2-3 5-8 25-30 90 10
深水陡岸泥炭沼泽化模式；小河泥炭沼泽化模式 2）陆地沼泽化比水域沼泽化更加广泛和面积更大.
3 成煤原始物质－植物、煤演化关系
植物的演化对煤的形成和聚积有很重要的影响: 首先，煤的形成和大量聚积始于植物出现之后。 只有植物大量的繁殖和发展，才会有聚煤作用的发生。 其次，由于植物从水生到陆生、从低级向高级的 发展和演化，聚煤作用在地质历史发展过程中也在发 生变化，成煤环境从浅海到滨海直至扩大到内陆，聚 煤作用不断增强。 第三，新的聚煤时期的出现，都是以新门类植物 群的出现为前提。
十九世纪以后，人们应用显微镜发现煤 中还保留有一些植物的原来组成部分， 从此揭开了成煤原始物质之谜，证实了 煤是由植物变成的。例如将低煤级煤制 成薄片，放在显微镜下观察，可以看到 植物的原有构造(如植物的细胞结构)， 有时还可以看到植物成长过程中的年轮。 现在，在煤矿井下有时还可以看到煤层 顶板上有树皮碎片、根、茎、叶等化石， 在有些褐煤矿井中甚至可以看到折裂的 树干变成的煤。所以，成煤的原始物质 是植物是为无数事实所证明了的，并且 已为人们所公认的结论。
3 成煤原始物质
－成煤植物的主要有机元素
主要有机质元素: 碳、氢、氧、氮。 其他有机质元素：磷、钾、钠、硅、铝、锰、
硼、钡、锶。
3 成煤原始物质－植物遗体的堆积环境
一、植物残骸的堆积条件
植物遗体不是在任何环境下都能够堆积起来而转化成 泥炭和腐泥的，必须具备两个基本条件：
1）必须有大量植物的持续繁殖和发展，这是成煤的 物质基础；
60%-80%时，活动能力最强 3）酸碱度：pH=7-8对微生物活动有利 4）有机质的组成：泥炭藓<针叶木本植物<阔叶木本
植物<草本植物 5）泥炭的积累速度：0.5-2.2 mm/a。
3 成煤原始物质－植物遗体的堆积环境
二、植物残骸的堆积方式
1. 原地生成说 植物残体没有经过搬运，在原地堆积并转变为泥炭
3 成煤原始物质－成煤植物的主要有机组分
2. 木质素
植物细胞壁的主要成分。它在植物中主要起着增强 植物组织机械强度的作用。木质素是具有芳香结构的 化合物。它的结构复杂，至今尚不能用一个结构式来 表示，但是已知它是一个具有缩合芳香环，并带有侧 链，具有甲氧基、酚羟基、醇羟基、醛基等多种官能 团的物质。在碱性介质中容易氧化成类似腐植酸的多 环芳香羧酸。所以木质素是植物转变成煤的原始物质 中很重要的有机组分。
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3 成煤原始物质－植物遗体的堆积环境
3. 沼泽的形成方式
低洼地带发生沼泽化而形成沼泽。水流的停滞、地壳 的下降和潜水面的上升，湖泊、泻湖、海湾等水体，由于 水流携带或岸边冲刷的泥沙的堆积，水体变浅，高等植物 茂盛，形成沼泽。 方式：陆地泥炭沼泽化和水域泥炭沼泽化 1）水域泥炭沼泽化模式：浅水缓岸泥炭沼泽化模式；
工业出版社,1990
1.煤的形成与 煤化作用
煤的形成
1 煤的形成
1. 人类对煤形成的认识
内
容
2. 煤及其成因类型
提
要
3.成煤原始物质
4.煤化作用
1 人类对煤形成的认识
在十九世纪以前，人们还不能正确解释 煤的形成过程。 煤和地球上的其它岩石一样，一有 地球，就存在了； 煤是由岩石变化而来的； 煤是由植物变化来的。
高等植物
沼泽环境
腐植煤
低等植物
高等植物 低等植物
湖泊环境 沼泽、湖泊环境
腐泥煤 混合煤
3 成煤原始物质－概 述
成煤的原始物质是植物遗体或残体。 植物可以分为低等植物和高等植物两大类
低等植物 — 主要是菌类和藻类
1）由单细胞或多细胞构成，以蛋白质为其主要组成层分； 2）基本呈丝状体和叶状体； 3）构造简单，不具备各种植物器官的分化； 4）多生活于水体中而呈浮游状态，故称也为浮游生物。 5）在地史早期(元古代到早泥盆世)，它们构成了当时植物
3 成煤原始物质－成煤植物的主要有机组分
4. 酯类化合物
不溶于水，而溶于有机溶剂的有机化合物。包 括脂肪、树脂、树蜡、角质与木栓质、孢粉质、鞣 质、色素。
1）脂肪 在低等植物中含量较多，如藻类中脂肪达20％。但在
高等植物中一般仅含1％~2％，且大多集中在植物的孢子 和种子中。在生物化学作用过程中，脂肪能被水解，生 成脂肪酸和甘油。脂肪酸参加了成煤作用。
结构镜质体，胞腔充填角 质镜质体，透射光80×，
辽宁阜新J3－K1
12 3
1—鳞木类细根 2—栉羊齿羽片上
的原位聚合孢 子囊 3—植物结构纵切 片太原西山7 号煤层
1
植物细胞结 构(切片) 1—据田宝霖 2—据丁丕训 2
煤中的显微组分
2 煤及其成因类型
煤是由植物遗体经过复杂的生物化学、地球化学、物理化 学作用转变而成的一种固体可燃有机岩，是由多种高分子化合 物和矿物质所组成的复杂混合物，是一种极其重要的沉积矿产， 它不仅是国民经济发展重要的能源，也是冶金和化学工业的重 要原料。
管。 5) 机械组织：起支撑作用。 6) 分泌组织：由植物体内能产生特殊物质的细胞组成。
3 成煤原始物质－成煤植物的主要有机组分
植物的基本单元都是细胞，细胞的构成：细胞壁和原生质。 1.细胞壁的主要组成是纤维素、半纤维素和木质素。 2.原生质是细胞的内含物，它是由蛋白质和碳水化合物组 成。高等植物的整个外表面为一层表皮所包裹，表皮的外层为 角质层，里层为木栓层。叶子的表皮除有角质层外还有毛、膜， 它们都是由树脂、树蜡组成 植物还有花粉、孢子。花粉是所有种子植物的繁殖器官， 孢于是孢子植物的繁殖器官，它们的外壳都比较稳定。 从化学的观点来看植物的主要组成不外乎纤维素、半纤维 素、木质素、蛋白质、脂肪、树脂、树蜡等。这些组成又可归 纳成四类：碳水化合物、木质素、蛋白质和酯类化合物。
3 成煤原始物质－成煤植物的主要有机组分
3.蛋白质
细胞中的原生质主要由蛋白质组成。所含比重不大，蛋 白质是由若干个氨基酸按一定键结合而成的结构复杂的高分 子化合物，含有羧基和羟基，具有酸性和碱性，是一种具有 强烈亲水性的胶体。低等植物中蛋白质含量高，如藻类、细 菌等；在高等植物中蛋白质含量较少。植物死亡后，蛋白质 在供氧充分的条件下可以全部分解成气态氨、硫化氢等气体。 在缺氧条件下，主要生成氨基酸、卟啉等含氮化合物。煤中 的部分氮、硫就与植物的蛋白质有关。
质理论的形成与发展也是煤地质学的重要组成 部分。
参考文献
李增学. 煤地质学. 地质出版社, 2005 韩德馨, 杨起. 中国煤炭地质学,煤炭工业出版社,
1980 杨起. 中国煤变质作用. 煤炭工业出版社,1996 赵师庆. 实用煤岩学. 地质出版社, 1991 E·斯塔赫等著, 杨起等译. 斯塔赫煤岩学教程. 煤炭
煤地质学
现代煤地质学的研究领域
1 煤的形成与煤化作用 2 煤的组成 3 煤的指标与煤级划分 4 含煤沉积体系 5 聚煤盆地与聚煤规律
地学新理论新方法对煤地质学的促进与影响
沉积体系分析和层序地层学等新概念、新学科 的提出和发展给煤地质学带来了新的思路和方 法。
传统的海退成煤和陆相成煤经典理论被补充。 煤的共、伴生矿产也作为研究对象。煤层气地
3 成煤原始物质－成煤植物的主要有机组分
1. 碳水化合物
植物细胞壁的主要成分包括纤维素、半纤维素和 果胶质等。纤维素在溶液中呈胶体，容易水解；植物 死亡后，在氧化条件下容易受喜氧性细菌、霉菌等微 生物的作用而分解成CO2、CH4和水。半纤维素和果胶 的化学组成和性质与纤维素相近，但比纤维素更易水 解为糖类和酸。
界的主体。
3 成煤原始物质－概 述
高等植物—苔藓植物、蕨类植物、种子植物
1）它们的结构复杂，根、茎、叶等器官分明； 2）组成植物的基本结构单元是细胞。细胞由细胞壁
和原生质组成。 3）细胞壁的主要组分是：纤维素、半纤维素、木质
素。 4）原生质是细胞的内含物，它是由蛋白质、脂肪和
果胶质等一些碳水化合物组成的。
2. 异地生成说 泥炭层形成的地方不是成煤植物生长的地方。证据：
树根倒置的木化石等。
3 成煤原始物质－植物遗体的堆积环境
三、泥炭沼泽
1. 沼泽及其形成条件 沼泽是指有植物生长的常年积水的洼地。沼泽中
植物死亡后其遗体能够被沼泽水所覆盖，使其与空气 隔绝而不被完全氧化分解，并在逐渐堆积过程后经以 生物化学作用为主的变化后可转变成泥炭的，称为泥 炭沼泽。
2）植物遗体堆积起来后应及时与空气隔绝，以使植 物遗体不被分解，能保存下来并进一步转化成泥炭或腐泥。
自然界中，符合这两个条件的堆积环境中，最主要的 是沼泽（或泥炭沼泽）。
3 成煤原始物质－植物遗体的堆积环境
1.泥炭的形成与累积过程 堆积的增长量超过分解量才有可能形成泥炭层。 泥炭沼泽的垂直剖面可划分为：氧化环境的表层、过渡条
3 成煤原始物质－植物的演化史
从地史上与成煤作用关系，植物的演化大体上可以分为： 菌藻类时期：元古代-D1，广阔、稳定的浅海环境提供了
藻类大量繁殖的良好条件，因此形成了具有工业价值的 煤，这是地史上最早的聚煤时期。本时期所形成的煤， 一般属于高灰分的腐泥无烟煤类。主要分布在南方寒武 纪地层。 裸蕨类时期：S3- D1 /D2。目前所知的最早陆生植物，植 物仍没有根。植物由水生到陆生的阶段，是聚煤史和植 物演化史的大事。