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X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%，0： 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/cm3④ 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/Kg3、 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泥炭类型灰分含量分解能力酸碱度含水量颜色弹性草本泥炭较高较强微酸碱性较少暗较差木本泥炭较低较弱少红褐色差藓类泥炭低弱酸性高淡强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 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 主要成分的胶体物质的过程。
由于植物的木质素和纤维素在物理化学性质上都属于凝胶体， 吸水能力强，在还原环境中逐渐分解，细胞壁先吸水膨胀，胞腔缩小，最后完全丧失细胞结 构，形成无结构胶体，或进一步转化为溶胶；当电性、酸碱性、温度变化时，产生胶体化学 变化，上述物质形成凝胶状态因为这一过程既有厌氧生物作用，又有胶体化学作用，所以 又称“生物化学凝胶化作用”3、丝炭化作用当沼泽表面比较干燥，氧供应充足的情况下，植物细胞壁中的木质素和纤维素在微生物参与 下脱氢、脱水，碳含量增加，氧化到一定阶段后植物遗体迅速转入弱氧化或还原环境中，或 被泥沙覆盖后中断氧化作用，这个过程称为丝炭化作用如果丝炭化过程持续进行，将可能导致植物遗体全部分解当植物遗体存在氧化和还原环境交替变化时，丝炭化和凝胶化作用可能交替进行需说明的 是，当丝炭化作用充分形成丝炭物质后，凝胶化作用也就终止了第二节残植化作用残植化作用是泥炭化作用中的一种特殊情况当泥炭沼泽水流畅通时，在长期供氧充足情况 下，不稳定组分被充分分解，被流水带走，稳定组分富集的过程还有一种情况是，当沼泽 潜水面下降，植物遗体没有被水覆盖而强烈氧化，造成稳定组分富集残植化作用的产物经煤化作用形成残植煤。
第三节腐泥化作用在湖泊、沼泽水深地带、海湾、浅海等水体中，低等植物藻类和浮游生物遗体在还原环境中 厌氧微生物的参与下，经过复杂的生物化学变化形成富含水分的有机软泥这个过程称腐泥 化作用低等植物经分解、缩合和聚合，形成富水棉絮状的胶体物质，经脱水和压实，形成腐泥腐 泥的颜色一般为黄色、暗褐色和黑灰色第四节泥炭成分、性质不同的影响因素1、 植物群落木本植物富含纤维素和木质素，易形成凝胶化物质，形成的煤以光亮煤为特征；草本植物含 有较多的纤维素和蛋白质，不稳定成分分解，稳定组分富集，形成富含稳定组分（壳质组） 的煤，氢含量和焦油产出率高；苔藓植物能分泌防腐剂，因此苔藓类泥炭常保留较多的不稳 定组分2、 营养供应根据植物生长的营养供应，可分为三种类型：富营养型、中营养型和贫营养型低位泥炭沼泽常形成富营养型泥炭，高位泥炭沼泽常形成贫营养型泥炭，中位泥炭沼泽常形 成中营养型泥炭3、 介质的酸度酸度高不利于细菌生存，中性或弱碱性有利于细菌繁殖富钙的沼泽中，多以石灰岩为基底，喜氧细菌活跃，水生植物为主，形成的煤中S、N含量 高，可能与硫细菌的强烈活动有关高位泥炭沼泽中，酸度高，加上藓类可分泌防腐剂（酚类），不利于细菌生存，所以植物的 细胞结构能保存下来。
4、 氧化还原条件泥炭的表层处于氧化环境中，容易被氧化形成丝炭；泥炭的底层处于还原环境中，容易形成 镜质组煤第五节煤的成因分类根据成煤的原始物质和堆积环境，煤分为三类：① 腐植类：腐植煤、残植煤高等植物在沼泽环境中形成② 腐植腐泥类：腐植腐泥煤高低等植物混合，在湖泊和沼泽环境中形成③ 腐泥类：腐泥煤低等植物和少量动物在湖泊、沼泽深水部位形成第三章煤化作用及煤的变质作用类型第一节煤化作用的阶段和特征1、 煤化作用的两个阶段① 煤的成岩作用泥炭形成后，由于盆地沉降，在上覆沉积物的覆盖下埋藏于地下，经压实、脱水、增碳作用， 逐渐固结，经过物理化学作用转变成年轻的褐煤，称为煤的成岩作用在成岩过程中，木质 素和纤维素继续参与形成腐植酸，已形成的腐植质形成凝胶化组分② 煤的变质作用年轻的褐煤在较高的温度、压力和较长的时间作用下，进一步发生物理化学变化，变成老褐 煤、烟煤、无烟煤和变无烟煤的过程在这个过程中，腐植质不断发生聚合反应，稠环芳香 系统的。