煤地质学

2019/8/171煤地质学第二章泥炭化作用和腐泥化作用2019/8/172第二章泥炭化作用和腐泥化作用引言⒈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。2019/8/173第二章泥炭化作用和腐泥化作用引言⒉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孚泥，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。2019/8/174第二章泥炭化作用和腐泥化作用引言⒉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。2019/8/175第二章泥炭化作用和腐泥化作用§1泥炭化作用2019/8/176第二章泥炭化作用和腐泥化作用一、植物的破坏、分解⒈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。2019/8/177第二章泥炭化作用和腐泥化作用一、植物的破坏、分解⒉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。2019/8/178第二章泥炭化作用和腐泥化作用二、泥炭化作用泥炭化作用是植物物质经受生物化学分解及合成的复杂的过程。最终形成泥炭的作用.属性:泥炭化作用也是—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:泥炭化作用发生于覆水地区的水位以下，即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。2019/8/179第二章泥炭化作用和腐泥化作用二、泥炭化作用泥炭化过程的生物化学变化大致可分儿两个阶段;第一阶段：植物残骸中的有机化合物经过氧化分解、水解，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。2019/8/1710第二章泥炭化作用和腐泥化作用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，→其次为脂肪、果胶质、纤维素、半纤维素，→最后是木质素、木栓质、角质、孢粉质、蜡质和树脂。2019/8/1711第二章泥炭化作用和腐泥化作用2．生物化学合成作用生物化学合成作用--形成于若干新的有机物质，其中最主要的就是构成泥炭特征性组分的腐植酸。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。2019/8/1712第二章泥炭化作用和腐泥化作用三．凝胶化作用(一)概念与条件:1.概念:凝胶化作用: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的要成分的胶体物质（凝胶和溶胶）的过程。2.条件:凝胶化作用的条件:①较为停滞的、不太深的覆水条件下，②弱氧化至还原环境，在③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。2019/8/1713第二章泥炭化作用和腐泥化作用3.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---①既有因微生物活动而引起的化学成分的变化，②又有胶体化学的变化，故全称应为“生物化学凝胶化作用”2019/8/1714第二章泥炭化作用和腐泥化作用4.凝胶化作用进行的强烈程度不同的结果:产生了形态和结构不同的凝胶化物质:(1)煤的细胞结构不同：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。反之则不明显。(2)形成的显微组分不同：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。在泥炭化作用中，植物物质转化为泥炭，微生物活动起了相当重要的作用。2019/8/1717第二章泥炭化作用和腐泥化作用四、丝炭化作用1.概念:植物物质应受的氧化分解、脱水、脱氢及增碳化过程称为丝炭化作用。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.2019/8/1718第二章泥炭化作用和腐泥化作用3.形成环境:①沼泽覆水程度发生变化;②沼泽表面变得比较干燥，氧的供应较为充分;③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.2019/8/1719第二章泥炭化作用和腐泥化作用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)氧化作用：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。2019/8/1720第二章泥炭化作用和腐泥化作用特点:①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。②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。2019/8/17212019/8/1722第二章泥炭化作用和腐泥化作用5.丝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，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。2019/8/17232019/8/1724第二章泥炭化作用和腐泥化作用结果：①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；②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层组成的不均一性。2019/8/1725第二章泥炭化作用和腐泥化作用§2残植化作用2019/8/1726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。2019/8/1727第二章泥炭化作用和腐泥化作用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)泥炭化形成的物质一部分被带走,稳定组分聚集.2019/8/1728第二章泥炭化作用和腐泥化作用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。(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。2019/8/1729第二章泥炭化作用和腐泥化作用4.异地残植煤残植化作用的产物经过煤化作用即成为残植煤。国内有些煤岩工作者在乐平等地的煤中发现稳定组分大量富集的情况下，煤的基质却以凝胶化物质占主要比例，也即是没有反映多氧环境的标志。稳定组分也可能是在沼泽中经过短距离搬运而聚积在覆水较深的环境中的。2019/8/1730第二章泥炭化作用和腐泥化作用§3腐泥化作用2019/8/1731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2019/8/1732第二章泥炭化作用和腐泥化作用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—源岩与泥炭化作用类似，腐泥化作用除了对植物物质的生物化学分解外，还有原有植物物质的转化和新生有机物质的合成。这就是经分解后大量出现的富含氢的液态或固态沥青质物质，如脂肪酸和其它类脂化合物等，芳香族含量低，脂肪族含量高。2019/8/1733第二章泥炭化作用和腐泥化作用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。形成于大湖泊中的腐泥，一般灰分含量较高，可达20％～30％，形成于森林沼泽、湖泊中的腐泥，灰分含量低。2019/8/1734第二章泥炭化作用和腐泥化作用§4煤的成因分类2019/8/1735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.2019/8/1736第二章泥炭化作用和腐泥化作用大类类型成煤原始质料的类别和聚积环境腐植类腐植煤高等植物在沼泽环境中形成残植煤腐植腐泥类腐植腐泥煤高等植物和低等植物都占重要地位，聚积于湖、沼过渡的环境腐泥类腐泥煤低等植物和少量动物在湖泊或沼泽中积水较深部分形成2.分类方案2019/8/1737第二章泥炭化作用和腐泥化作用本章小结: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。2019/8/1738第二章泥炭化作用和腐泥化作用（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。2019/8/1739第二章泥炭化作用和腐泥化作用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:①较为停滞的、不太深的覆水条件下，②弱氧化至还原环境，在③厌氧细菌的参与.3)结果:①导致物质成分和物理结构两方面都发生变化.②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。2019/8/1740第二章泥炭化作用和腐泥化作用(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:①沼泽覆水程度发生