煤的变质作用类型讲解

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1、第四章,煤的变质作用类型,煤地质学,Goal of study,深成变质作用含义及其影响因素 深成变质作用特征 希尔特定律的内涵 岩浆变质作用类型及其特征 动力变质作用定义,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。,第四章 煤的变质作用类型,成煤作用的阶段划分,第四章 煤的变质作用类型,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 烟煤 无烟煤,

2、煤化作用的阶段与特征,在煤化作用过程中，热增温对煤的变质起着主导的作用。 由于引起煤变质的热源和增热的方式及变质特征的不同，将煤的变质划分为深成变质作用、岩浆变质作用(区域岩浆热变质作用和接触变质作用)、动力变质作用。,第四章 煤的变质作用类型,1 深成变质作用,第四章 煤的变质作用类型,1.深成变质作用 1)概念 深成变质作用是指煤层因沉降而埋藏于地下深处，由于地热及上覆岩系静压力作用下煤所发生的变质作用。 地热变质作用 / 区域变质作用,第四章 1深成变质作用,2)深成变质作用的热源及影响因素 地热来源于: 原始的地球残余热; 化学反应热; 潮汐摩擦热; 放射性元素衰变热; 重物质位移热等

3、。,第四章 1深成变质作用,第四章 1深成变质作用,放射性元素蜕变热： 酸性岩中的含量比基性岩中高 结晶基底中的含量比盖层高 不同地质构造单元（火山、洋脊、岛弧等）也存在差别 隆起带较坳陷带的地温高,第四章 1深成变质作用,地表下恒温带的温度和恒温带的深度在各地不同,影响因素: 热源不同外; 大地构造特征; 构造断裂破坏程度; 岩石导热性; 地下深处岩浆岩性质和活动特征; 地下水活动特征等。 这些因素将造成各地区地温梯度的差异。,第四章 1深成变质作用,第四章 1深成变质作用,地壳上的地热等温面不是水平的，反映了世界各地等温梯度也是不同的。,煤的变质梯度: 常用煤中干燥无灰基挥发分减少的数值(

4、Vdaf-即挥发分梯度是指向地下每加深100m挥发分减少的数值); 镜质组反射率增大的数值(Rmax，即镜质体反射率梯度)来表示。 不同煤田由于地温梯度不同，挥发分梯度也不相同。,第四章 1深成变质作用,第四章 1深成变质作用,不同位置煤层在同一深度，即使同一煤田，其煤的变质程度也是有差别； 在地质历史时期，同一地点的地温梯度也不会是一成不变的。,2深成变质的特点 1)希尔特定律 德国学者希尔特(Hilt，1873）曾针对西欧若干煤田变质规律提出：在地层大致水平的条件下，每百米煤的挥发分降低约2.3，即煤的变质程度随埋藏深度的加深而增高。称为希尔特定律。,第四章 1深成变质作用,1)希尔特定律

5、 用煤的变质梯度表示。变质梯度是指煤在地壳恒温层之下，每加深100m煤变质程度增高的幅度。 希尔特定律几乎在各个煤田都得到了证实。 构造异常、岩浆侵入煤系、煤岩成分、还原程度或煤的成因类型的差异有时会引起与希尔特定律不符合情况,第四章 1深成变质作用,第四章 1深成变质作用,希尔特定律,2)煤变质的分带性 (1)垂直分带原始分带 在煤的深成变质过程中，由于煤系下部煤层或煤组受到大于上部的温度及压力，因而变质程度高低不同。这种煤质随沉降深度呈现规律性的变化，即为煤质的垂直分带。,第四章 1深成变质作用,（2）垂直分带的影响因素 煤质垂直分带的明显程度与分带的宽窄，主要决定于煤的变质梯度，变质梯度

6、的大小又取决于地热梯度和煤本身的特征。 煤的变质梯度与带的关系。 受热时间与带的关系。 不同变质程度的煤，其挥发分梯度各异。,第四章 1深成变质作用,梯度与带的关系：地热梯度大挥发分梯度和变质梯度也大引起相同煤质变化所需要的沉降深度也就愈小煤质的垂直分带就窄。,第四章 1深成变质作用,受热时间与带的关系：受热时间的延长会使煤质变化所需的深度变的更小，煤质垂直分带则更窄。,第四章 1深成变质作用,第四章 1深成变质作用,不同变质程度的煤，其挥发分梯度各异。 中变质煤的变质梯度最大，因此中变质程度煤的分带现象明显，变质带厚度一般较小，这也是焦煤分布一般不如低和高变质煤广泛的原因之一。,3）水平分带

7、垂直分带的表现 煤变质的水平分带是垂直分带性的一种表现，由于地壳构造运动的影响，同一煤田内同一煤层或煤组在形成和形变过程中沉降深度不同，这就表现在煤系本身厚度变化和煤系上覆岩系厚度变化的不相同。 因此，使同一煤层或煤组所经受的变质程度不同，反映在平面上就构成煤质的水平带状分布特征。,第四章 1深成变质作用,煤质分带示意图,第四章 1深成变质作用,第四章 1深成变质作用,德国鲁尔煤田石炭纪煤系厚度约5000m，挥发份随深度而递减，大致是每100m降低2.3%，在垂直剖面可以划分四个带。,3）深成变质作用与上覆岩系厚度 煤系与上覆岩系为连续沉积或有小的间断-上覆岩系厚度与煤系本身的沉降有关，对煤的

8、深成变质有较大影响； 如果上覆岩系与煤系之间存在长期间断，甚至经历了不同的构造运动复杂的关系。,第四章 1深成变质作用,4）深成变质作用与煤层赋存深度的关系 煤层现今赋存的深度对煤的变质也有影响。在含煤岩系发生构造变动之后，由于后期形变造成了更大埋藏深度，在这种条件下由于温度、压力和时间因素的影响，仍然可使煤的变质程度累积加深。尽管经受的温度低于构造变形之前(不低于50)，但由于经历足够长的时间，煤的变质仍会继续加深。,第四章 1深成变质作用,图4-3 鲁尔煤田煤化作用史 a-主要煤化作用时间1200万年；b-隆起后剥蚀；c-28000万年无煤化作用变化,第四章 1深成变质作用,镜质组反射率

9、1-小于1.1%； 2-1.11.6%； 3-大于1.6%,第四章 1深成变质作用,5）深成变质与褶皱的关系 在急倾煤层中，可以根据等质线与煤层的交角来判断褶皱前后煤化作用的强弱。交角越大，即等变质面近于水平，则褶皱期及褶皱后的煤化作用较强。,图4-4 根据剖面中等变质线与煤层交角判断构造变形前后煤化作用的强弱 a-褶皱期和褶皱后的煤化作用较强； b-褶皱期和褶皱后的煤化作用较弱，褶皱期前的煤化作用较强,第四章 1深成变质作用,思考： “Vdaf”的减少或增加是不是就一定说明随深度而变化？如果是多个煤层，上部煤层的V值是不是一定比下部的煤层高？,第四章 1深成变质作用,答案是：不一定。 就是说

10、有很多情况下，下部的煤层的V值比上部煤层的V值还高。这就是反“希尔特定律”现象。 为什么存在这种现象？ 主要是因为成煤环境不同，导致成煤作用不同，特别是泥炭化作用不同，最终导致煤岩组分不同。煤岩组分不同，煤的V值就不同。 如山东乃至华北地区CP煤系：太原组的煤层V值比山西组煤的V值高。,第四章 1深成变质作用,2 岩浆变质作用,第四章 煤的变质作用类型,岩浆变质作用：由于岩浆热、挥发分气体和压力的影响，使煤发生的变质作用。 这种变质作用形成的条件是由于岩浆的侵入、穿过或靠近煤层或煤系。进一步划分为两种类型：一种是与浅成侵入岩有关的接触变质作用；另一种是与地下庞大的深成侵入体有关的区域岩浆热力变

11、质作用。,第四章 2岩浆变质作用,一、区域岩浆热力变质作用 这种变质作用又称区域热力变质作用或远程岩浆变质作用等。,第四章 2岩浆变质作用,主要特征： (1) 煤变质的垂直分带明显，变质带厚度及平面宽度都较小。 (2)这种变质作用所产生的变质带，在平面上的展布特征与深成岩体分布有一定关系。 (3)煤的变质程度决定于岩体大小，以及与岩体距离的远近。,第四章 2岩浆变质作用,黑龙江双鸭山煤田的煤质分带,第四章 2岩浆变质作用,区域岩浆热变质作用的标志： 在这种区域热力变质过程中，由于岩浆热液作用，无烟煤带的围岩往往发生蚀变，如硅化、叶蜡石化、绢云母化、碳酸盐化、绿泥石化、黄铁矿化作用等，且石英砂岩

12、变为石英岩，灰岩变质为结晶灰岩或大理岩，泥质岩变质为板岩。 特别是热液石英脉的发育，是区域岩浆热变质作用的标志之一。,第四章 2岩浆变质作用,二、接触变质作用 1.概念 接触变质作用是指各种岩床、岩墙、岩脉等浅成岩体侵入或接近煤层，这些侵入体的热能使煤层达1000以上而发生变质。这种热影响多是局部的、多变的，地质时间上是短暂的。,第四章 2岩浆变质作用,2.特征 (1)临近侵入体附近，有不规则的天然焦带。 (2)经接触变质作用的煤性质发生变化。 颜色变浅，比重增大，灰分增高，挥发分和发热量降低，粘结性消失，愈近岩体愈明显。 (3)在接触带中，煤的镜质组因经受高温溶解时气体逸出而具气孔状构造，形

13、成多气孔和沟槽的天然焦。,第四章 2岩浆变质作用,(4)在接触带附近，常常存在规模较小且不规则的局部煤质分带现象。 (5)在煤的裂隙或孔腔中新的物质成分出现。 大量的挥发分在煤的裂隙或孔腔中冷却固化成焦油或类沥青。 (6)褐煤和无烟煤的接触变质与烟煤不同。 褐煤的变化是大量脱水、裂开和充填矿物质，它不会因受热变成胶质体，只是收缩、弯曲，保留原显微结构。 烟煤靠近侵入体的地方变为天然焦。 无烟煤在侵入期间不软化，保存无烟煤的结构，在化学组成、光学和其它性质上近似于石墨，具极大的各向异性。,第四章 2岩浆变质作用,3.浅成岩体的接触变质作用强度的影响因素： 1)岩体的产状。 岩墙与岩脉/岩床 2)

14、岩体的大小、侵入部位和侵入次数。 3)岩浆的成分、性质及煤层围岩的物理性质。 酸性/基性 孔隙度大/导热性,第四章 2岩浆变质作用,3 动力变质作用,第四章 煤的变质作用类型,1.概念:动力变质作用是指煤系形成后由于地壳构造变动的直接原因而造成煤发生变质的作用。 压力,不论是静压力还是动压力,只促进煤的物理结构变化,本身并不促进变质过程中的化学反应.煤层在遭受强大的动力作用下发生碎裂、揉搓、摩擦等作用,由机械能转化为热能,成为增高煤变质程度的因素,从这一意义上说,它也是一种热变质作用.,第四章 3动力变质作用,动力变质作用与深成变质作用的区别,2.特点 当构造应力作用于煤岩层而产生大量摩擦热后

15、，而导致煤的变质。由于这种热量往往较少，因此动力变质作用主要发生在煤层围岩导热差，且热量易于集中的相对密闭的环境。,第四章 3动力变质作用,含煤建造的形成与演变过程常是复杂的，所以在一些煤中煤的变质作用也往往以多种复合型式出现。,第四章 3动力变质作用,第四章 煤的变质作用类型,4 煤变质研究在地质上的应用,第四章 煤的变质作用类型,在深成变质作用条件下，煤的变质程度随煤层沉降的深度而升高，因此在地层层序与煤级关系的基础上，可以利用岩层中煤包体的变质程度确定新老地层的层序。,第四章 煤的变质作用类型,第一，同一煤层在古隆起边缘的变质程度较在坳陷中心部位为低； 如鲁尔煤盆地南缘的含煤岩系薄，产炼

16、焦煤，而在煤盆地中心的沉积厚，产无烟煤。 通过做等变质线图可以发现煤系剖面中的构造问题。 如鲁尔煤田一张发热量与深度关系图上，发现在550m深处发热量曲线出现了位移。,第四章 煤的变质作用类型,第四章 煤的变质作用类型,在钻进近水平或缓倾斜煤系的过程中。若在变质较高的煤层之下突然遇到较低变质的煤层指明了遇到 断层。 反之，若从变质程度较低煤层很快进入变质程度高得多的煤层，则表明了 断层。,逆,正,第四章 煤的变质作用类型,第四章 煤的变质作用类型,地温梯度直接影响煤的变质程度，因此，沉降幅度相同的煤层，在地温梯度大的地区，煤的变质梯度大；地温梯度小的地区，煤的变质梯度下。进而可以肯定，在现在地温梯度小而煤的变质程度大的地区，在地史上经受的地温相对较低。,第四章 煤的变质作用类型,在区域岩浆热变质发育