| 词条 | 煤地质学 |
| 释义 | 煤是重要能源之一，也是炼焦工业和冶金工业的重要原料。煤地质学是以地质理论为基础，研究煤、煤层、含煤岩系、煤盆地以及与煤共生的其他矿产(油页岩、煤成气等)的物质成分、成因、性质及其分布规律的学科。也称煤田地质学。是地质学中形成较早的分支学科。煤地质学与大地构造学、构造地质学、沉积学、矿床学、地球物理探矿和石油地质学等密切相关。 《煤田地质学》(绪论 第一章 成煤原始物质与堆积环境 第一节 成煤物质 第二节 植物遗体的堆积环境 第三节 泥炭沼泽 第四节 泥炭的主要组成及性质 第二章 第一节 泥炭化作用 第二节 残植化作用 第三节 腐泥化作用 第四节 泥炭成分、性质不同的影响因素 第五节 煤的成因分类 第三章 煤化作用及煤的变质作用类型 第四章 煤岩学基础与研究方法概述 第五章 含煤沉积体系 第六章 聚煤盆地与聚煤规律 第七章 煤的伴生矿产资源) 中国煤层气资源分布(1 煤层气资源的概念 2 煤层气资源的分级 3 煤层气资源的分区 4 按省份排名 5 煤层气资源量的计算：) 煤的重要性煤炼焦过程中可获得焦油、煤气和氨水等副产品，从中还可制取化学工业原料苯、甲苯、酚和萘等。这些化学工业原料是染料、药品、肥料、炸药、人造纤维等几百种产品的重要原料。20世纪70年代初期石油危机出现后，煤的液化和气化燃料又使煤作为洁净燃料成为能源的组成部分。煤或煤灰中还可提取有益的金属元素如锗、镓、钒、金、铀等。煤在国民经济中不仅是重要的能源，也是多种工业的重要原料。 历史中国是世界上最早发现和利用煤的国家。辽宁新乐古文化遗址(6000多年前)中，就发现过煤制工艺品。《山海经》中称煤为“石涅”，并载有几处煤产地。中国现已发现河南巩县西汉时用煤饼炼铁的遗迹。魏晋时称煤为“石墨”或“石炭”，晋《水经注》中有“石墨可书，又燃之难烬，亦谓之石炭”，说明当时对煤的染手、耐烧等特性已有了认识。 “煤”和“煤炭”两词始见于《本草纲目》。在《天工开物》一书中，记述了煤矿开采的通风排气、顶板支护等，还对煤的块度进行分类，并对产地作了记述，如“明煤产北，碎煤产南”；关于煤的性质与用途分类则有： “炎(焰)高者曰饭炭，用于炊烹；炎平者曰铁炭，用于冶铁”；还有“凡取煤经久者，从土面能辨有无之色，然后掘挖深至五丈许方始得煤”的记载。 希腊和古罗马也是用煤较早的国家，希腊学者泰奥弗拉斯托斯在约公元前300年所著《石史》中载有煤的性质和产地；古罗马大约在2000年前开始用煤加热。 18世纪后半期，蒸汽机的应用使煤的需求量大增。19世纪中期，欧洲许多国家成立地质机构，开办矿业学校，开展地质调查，采煤工业迅速发展。此后，炼焦工业兴起，气化工业诞生。1870年左右首次在显微镜下发现煤是从植物转变而来，证明了煤的有机成因说。 19世纪末期到20世纪初期，电力工业、冶金工业、有机合成工业蓬勃发展，用煤量大幅度增加。为了适应煤炭生产的需要，大力开展大煤田的地质调查研究，这一时期对煤系地层、构造、煤的成因和性质等方面，有较多的著述，如怀特和蒂森的《煤的起源》、蒂森的《古生代烟煤的构造》等。煤地质学的研究和发展，使其从矿床学和采矿学中分了出来，成为独立的学科。 20世纪30年代以后，煤地质学得到比较系统的发展，并进一步分化形成几个分支学科，如煤岩学和煤化学在研究煤的成因、成分、物理化学性质、工艺性质的同时，引进其他有关学科进行综合性研究，强调煤质、煤层、含煤岩系的变化和分布规律与地质因素之间的关系。 用岩石学方法研究煤的物理组成和类型的学科为煤岩学；用化学方法研究煤的元素组成和工艺性质的学科为煤化学。 成煤作用研究泥炭化作用阶段、成岩作用阶段和变质作用阶段的转变因素、条件、过程和内容，找出煤的成分和性质复杂多样的原因，认识煤质的变化和分布规律，进行煤质评价和预测。 聚煤盆地分析以盆地为整体，从演化发展的观点进行古环境和古构造相结合的分析，并进行区域大地构造、古气候、海水进退以及盆地在古大陆的位置等背景分析。煤的区域分布规律则从植物演化、气候条件、古地理环境、古构造学等方面对较大区域直至全球的煤聚集规律进行研究。 已知有些含煤岩系产出石油、天然气，有的石油建造发育有煤层，因而从成因上研究煤、石油、天然气的共生关系，具有理论和实际意义。煤作为油气源岩已经成为煤岩学和油气勘探工作的一个重要研究课题。与煤相邻的矿产主要指区域岩浆热变质煤的附近有可能发育金属矿产。研究它们之间的关联，有助于更好地进行综合找矿勘探，提高矿产勘探效率，更有效地寻找、开发有关矿产。 1973年开始出现的石油危机，迫使人们寻找替代石油的能源，因而大力开发煤炭资源，已成为一些国家能源政策的重要组成部分。大力勘探煤炭资源，提高煤的利用效益，发展煤的热解液化、气化、合成等煤的综合利用，是世界解决能源问题的共同趋势。 煤和石油、天然气在形成上存在着密切的成因联系，因此，煤地质学和石油地质学的研究有相互渗透的趋势。由于寻找掩盖区煤田的任务加重，因此地球物理勘探的应用也日益重要。例如，应用反射地震成果来解释地下煤层的赋存部位和展布，已取得成功等。煤和黑色页岩中锗、镓、钒、金等元素富集的研究，已成了煤和黑色页岩有机地球化学的研究方向。 20世纪70年代以来，把沉积学的进展应用于煤地质学，在聚煤盆地分析、成煤沉积环境模式的建立和煤田煤质预测等方面都取得了成效，煤沉积学和煤盆地分析研究的重要性日益显著。 《煤田地质学》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，从年轻的河面转变为老褐煤、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/cm 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。 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 藓类泥炭 低 弱 酸性 高 淡 强 第二章 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，稠环芳香系统的侧链减少，芳构化程度提高，分子排列更加规则。 2、煤化作用特点 ①增碳化趋势。挥发分减少，碳相对含量增加。 ②结构单一化趋势。泥炭阶段含多种官能团，到无烟煤阶段只含缩合芳核，最后演化为石墨。 ③显微组分均一化趋势。 ④具有不可逆性。 ⑤发展的非线性。 ⑥结构致密化，定向排列化。 第二节 煤化作用的因素 1、温度：受地热梯度的影响。 2、时间：也是重要因素。 3、压力：压力不产生化学反应，但可以使煤的物理结构发生变化。例如孔隙率、水分含量降低，密度增加，有机大分子定向排列，光的反射率增加。 第三节 煤化程度指标 煤化程度指标，也称煤化指标，煤级指标。常用的煤化程度指标如下： ①水分。一般情况下，从低煤级到中高煤级，水分减小。 ②挥发分。在烟煤阶段，随煤化程度提高，挥发分降低。 ③镜质组反射率。随煤化程度提高，镜质组反射率增加。 ④碳含量。随煤化程度提高，C在有机质中的相对含量增加。 ⑤氢含量。从无烟煤到变无烟煤阶段，氢含量降低明显。 ⑥发热量。发热量与含水量有关，是低煤化阶段煤化程度指标。 ⑦壳质组荧光性。壳质组荧光性与反射率互为消长，是低煤化程度指标。 ⑧X射线衍射。随煤化程度提高，衍射曲线变陡，强度增加。 第四节 煤的变质作用类型 1、根据热源的类型，煤的变质作用可分为三种类型： ①深成变质作用。主要是地热引起，又称区域变质作用。 ②岩浆变质作用。由岩浆侵入产生的热变质作用。 ③动力变质作用。由构造运动产生的变质作用。构造运动产生的动压力不直接产生化学反应，而摩擦生热可以加速煤的变质作用。 2、希尔特定律 德国学者希尔特根据西欧煤田地质规律提出，在地层大致水平的情况下，深度每增加100米，煤的挥发分降低2.3%，即煤的变质程度随埋藏深度的增加而提高。 第五节 煤的工业分类 1、煤的工业分类中的一些基本概念 ①基的概念：基准，前提条件。例如d,ad,daf,dmmf,ar分别代表干燥基、空气干燥基，干燥无灰基、干燥无矿物质基和收到基。 ②煤的粘结性。是指煤粒（d<0.2mm）在隔绝空气加热后能否粘结其本身或惰性物质形成块的能力。 ③煤的结焦性。是指煤粒隔绝空气加热后能否生成优质焦炭的性质。 ④煤的全水分。是煤的外在水分（表面水）和内在水分之和。外在水是空气中干燥失去的水分，剩下的是内在水。 ⑤挥发分。空气干燥基煤样在900℃条件下隔绝空气加热7分钟后减少的质量扣除水和二氧化碳的质量。常用干燥无灰基挥发分表示。Vdaf/% ⑥灰分：空气干燥基煤样加热到815℃完全燃烧后残余物的质量。 ⑦弹筒发热量。是指单位质量的煤在充有过量氧气的弹筒中燃烧，最终产物为25的二氧化碳、氧气、氮气、硝酸、硫酸、液态水和固态灰时放出的热量。 ⑧高位发热量。是指单位质量的煤在充有过量氧气的弹筒中燃烧，最终产物为25的二氧化碳、氧气、氮气、二氧化硫、液态水和固态灰时放出的热量。其数值等于弹筒发热量扣除硝酸和硫酸的形成热。 ⑨低位发热量。是指单位质量的煤在充有过量氧气的弹筒中燃烧，最终产物为25的二氧化碳、氧气、氮气、二氧化硫、气态水和固态灰时放出的热量。其数值等于高位发热量扣除水的汽化热。 2、煤的用途 火力发电31%，工业锅炉31%，民用20%，炼焦8%，蒸汽机4%，煤化工3%，出口3% 3、煤的工业分类依据 根据煤化程度指标（挥发分等）和热加工工艺性质（粘结性、发热量等）。 4、中国煤炭分类表及说明 ①煤的数码编号说明：十位数表示干燥无灰基挥发分的大小，个位数表示它的粘结性大小。十位数字大，表示挥发分高；个位数字大，表示粘结性高。 ②无烟煤分类：3个编号。 类别 编号 无烟煤一号 01 老无烟煤 0-3.5 0-2 无烟煤二号 02 典型无烟煤 3.5-6.5 2-3 无烟煤三号 03 新无烟煤 6.5-10 3-4 ③烟煤分类：24个编号 挥发分10-20%，20-28%，28-37%，37%以上，分别为低、中、中高和高挥发分。 粘结指数G 0-5，5-20，20-50，50-65，65以上，分别为不粘、弱粘、中低粘、中高粘和强粘结性。 ④褐煤分类：2个编号 类别 编号 褐煤一号 51 新褐煤 37以上 ≤30 褐煤二号 52 老褐煤 37以上 30-50 ⑤中国煤的分类 14大类：褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤、1/2中粘煤、气煤、气肥煤、1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫瘦煤、贫煤和无烟煤。 17小类 5、煤的可选性及评价方法 ①选煤的概念 利用煤与矿物杂质物理化学性质的不同，设法除去矿物杂质，提高煤质量规格的过程。 ②选煤方法 主要是重力选煤，利用煤与矿物杂质密度的不同，采用跳汰选煤或重介质洗煤。 ③煤的可选性 把矿物杂质从煤中分离出来达到工业用煤要求的难易程度。用±0.1临近密度物产率表示。 ④评价方法 筛分试验和浮沉试验。 第四章 煤岩学基础与研究方法概述第一节 宏观煤岩组成及煤的物理性质 1、宏观煤岩成分：肉眼可以区分的煤的基本组成单位。 ①镜煤。颜色深黑，光泽最强，贝壳状断口，内生裂隙发育，呈条带状或透镜状，由植物的木质纤维组织经凝胶化作用形成，是一种简单的宏观煤岩成分。 ②丝炭。颜色灰黑，纤维状结构，丝绢光泽，疏松多孔，被矿物充填后坚硬致密，比重较大，由植物的木质纤维组织经丝炭化作用形成，也是一种简单的宏观煤岩成分。 ③亮煤。亮煤是复杂的宏观煤岩成分，由植物的木质纤维组织经凝胶化作用，并掺入一些由风或水带来的矿物杂质形成。光泽和亮度仅次于镜煤，断面平坦，内生裂隙不如镜煤发育，常呈较厚分层，是最常见的宏观煤岩成分。 ④暗煤。暗煤是复杂的宏观煤岩成分，富含壳质组、惰质组或矿物质，光泽暗淡，灰黑色，致密坚硬，比重大，韧性大，不易破碎，断面粗糙，一般不发育内生裂隙。较为常见。 2、宏观煤岩类型 按宏观煤岩成分组合及其反映出来的平均光泽强度划分为4种宏观煤岩类型。 ①光亮煤。主要由镜煤和亮煤组成（大于80%）。 ②半亮煤。亮煤和镜煤占多数（50-80%）。 ③半暗煤。亮煤和镜煤占20-50%，硬度、韧性、比重较大。 ④暗淡煤。镜煤与亮煤小于20%，硬度、韧性、比重大。 二、煤的物理性质 1、光学性质 ①颜色：表色、粉色、体色、反射色、反射荧光色 表色指普通白光照射下煤表面反射的颜色。 粉色指煤研成粉末或用钢针刻划煤表面形成条痕的颜色。又称条痕色。 体色指把煤表面磨光，在显微镜下观察反射光的颜色。 反射荧光色：把煤表面磨光，用蓝光或紫外光激发后呈现的颜色。 煤类 表色 粉色 体色 反射色 反射荧光色 褐煤 褐色 褐色 煤级越高，透光性越差 煤级越高，反射色越浅 煤级越高，荧光色越弱 低阶烟煤 黑色 深褐色 高阶烟煤 黑色 黑色 无烟煤 黑色 深黑色 ②光泽。煤的新鲜断面的反光能力。与煤成因、煤岩成分、煤化程度和风化程度有关。镜煤→亮煤→暗煤→丝炭，光泽减弱。随煤级增高，光泽增强。 ③反射率、折射率和吸收率 煤的反射率是在垂直照明条件下，煤岩组分磨光面的反射光强度与入射光强度之比。 煤的折射率是在光线入射煤的界面时，入射角和折射角的正弦之比。 煤的吸收率是被吸收的光能与入射光能量之比。 2、机械性质 ①硬度。抵抗硬物压入表面的能力，分为刻划硬度、压痕硬度和磨损硬度。 刻划硬度指用标准矿物刻划煤得到的相对硬度。 压痕硬度指用专门的仪器测定的煤的显微硬度。 抗磨硬度指用煤磨光面上耐磨阻力的大小表示的硬度。 ②脆度。物体受外力作用后破碎的性质。脆度大，韧性差，与硬度不直接相关。焦煤脆度最大。 ③可磨性。研磨的难易程度。煤的可磨性系数指风干状态下将相同重量的标准煤样和试验煤样由相同粒度研磨到相同细度所消耗的能量比。 ④压缩性。煤在恒温加压下体积变化的百分数。 ⑤断口。煤受力后断开的截面。 ⑥比重、密度。 ⑦比表面积。每克煤具有的总表面积。M2/g 可采用湿润法、BET法、Langmuir等温吸附法、气相色谱法。褐煤和无烟煤比表面积最大。 ⑧孔隙率。煤中孔隙和裂隙总体积与煤总体积之比，又称孔隙度。 ⑨导电性。通常用电阻率表示。与煤化程度、水、矿物质、孔隙度和风化程度有关。 ⑩磁性。煤是抗磁性物质。 ⑾导热性。煤的比热介于水和矿物之间。水比热大，矿物比热小。 三、煤中的裂隙 1、内生裂隙：凝胶化物质在温度、压力作用下均匀收缩产生内张力而形成的裂隙。与层理面垂直发育两组。 2、外生裂隙：后期构造应力作用的产物，与层理面呈不同角度相交，裂隙内有煤屑。 四、煤的结构与构造 1、煤的结构分为原生结构和次生结构。原生结构指煤化作用过程中未经构造运动作用形成的煤结构。次生结构指煤层遭受构造运动后的结构，包括碎裂、碎粒、縻棱结构。 2、煤的构造 煤作为一种沉积岩，具有沉积构造，包括层理、波痕等；有些不具有层理特征，呈块状构造。原生构造经构造运动后产生次生构造，如滑动镜面、鳞片状构造、揉皱构造等。 第二节 煤的显微组成 一、煤的有机显微组分 1、镜质组。由植物的木质纤维组织在还原条件下经凝胶化作用形成。镜质组分为结构镜质体、无结构镜质体和碎屑镜质体。保存有植物细胞结构的称为结构镜质体，没有植物细胞结构的称为无结构镜质体，呈碎屑状分布的称为碎屑镜质体。 2、惰质组。又称丝质组，是木质纤维组织在氧化环境下经丝炭化作用形成。C含量高，芳构化程度高，较硬，反射率高，挥发分低，无粘结性。 3、壳质组。又称稳定组，类脂组。壳质组还有大量脂肪族成分，氢含量高，加热时产生大量的焦油和气体。粘结性较差或没有，具有荧光性。 二、煤的无机显微组分 1、煤中矿物质来源 ①原生矿物。植物通过根吸收的矿物质。 ②同生矿物。由风、水携带与泥炭同时沉积的矿物质。 ③后生矿物。煤层形成后，由于水或岩浆的侵入形成于煤体内的矿物。 2、煤中矿物质种类 粘土矿、碳酸盐矿、氧化物、硫化物、氢氧化物等。 第三节 煤岩学应用 1、根据煤层剖面、生物化石、煤核可以推断煤层沉积史。 2、根据煤层形成曲线可以推断沉积历史。 3、利用同等深度不同变质程度可以推断构造运动史。 第四节 煤岩学研究方法 一、宏观研究方法 肉眼观察煤层剖面，绘制煤岩柱状图，描述分层名称、厚度、结构、构造、矿物质等。 二、显微研究方法 1、显微煤岩组分定量 煤粒d≤1mm，平均d=0.8mm 2cm 颗粒数约为25×25=625 2cm 测量步距0.6mm时，测量点数是33×33=1089。统计原则：以目镜十字丝交点下组分进行统计，十字丝交点下没有显微组分的不统计。判断原则：如果十字丝交点落在组分边界时，按充满某个象限的组分参与统计。 2、显微煤岩类型定量 目镜插入网格微尺，网格数20，网格尺寸0.5mm×0.5mm，测量步距0.6mm。统计原则：网格与煤粒交叉点数在10个以上时参与统计。数据点的判断原则：①矿物点数<20%且无硫化物时，该数据点定为显微煤岩；②矿物点数>50%或硫化物点数>15%重叠点数时，该点定为矿物体；③其它数据点定为微矿质煤。 3、显微组分和显微煤岩类型综合分析 在目镜中插入网格微尺，以网格微尺某一点作为十字丝，综合前面的统计和判断依据进行统计和分析。 三、煤的反射率测定 显微光度计 四、仪器设备 1、自动显微光度计 根据灰度值计算出反射率，判断煤化程度、显微组分或煤岩类型。 2、扫描电子显微镜：用于研究固体的表面形态。 3、核磁共振：特定的原子核在特定的外加磁场中，只吸收特定频率的射频能量。用于研究煤分子的化学结构。芳香度改变，相当于外加磁场改变，被吸收的射频频率也改变。 4、电子顺磁共振 第五章 含煤沉积体系1、 含煤岩系的概念 是指充填于盆地内含有煤层的具有共生关系的沉积总体。含煤岩系的颜色主要由灰色、灰绿色和黑色组成，岩石类型包括砂、泥岩、炭质泥岩、灰岩、煤等。 2、 煤层形成的条件 煤层的前身是泥炭层，泥炭层的形成和保存与沼泽中的水位密切相关，根据植物遗体的堆积速度和沼泽水面的上升速度对比，可分为三种情况，又称为三种补偿方式：过度补偿、均衡补偿和欠补偿。 3、 煤层的结构 煤层包含煤分层和岩石夹层，煤层内不含夹石层者称为简单结构煤层，煤层内含夹石层者称为复杂结构煤层。 4、 煤层的底板和顶板 煤层底板以泥岩、粘土岩最为常见，富含植物根茎化石，俗称根土岩；如果底板为砾岩或石灰岩，则为植物遗体异地沉积。根土岩含有伊利石、蒙脱石、高岭石和其他粘土矿物，呈灰白色。 煤层顶板的岩石类型有多种，最常见的是泥岩、砂岩和石灰岩，与沉积环境有关。例如，我国华北石炭二叠纪含煤岩系太原组是海进型充填序列，成煤环境主要为泻湖-障壁岛体系，发育石灰岩顶板。华北地区山西组为海退型充填序列，成煤环境主要为三角洲、河流体系，煤层顶板为湖相泥岩、冲击相砂岩。 5、 煤层中的结核、包体和化石 顶板为海相沉积物的煤层，煤层中、顶部常见黄铁矿结核，煤层下半部常见硅质结核。 泥炭中混入外来漂砾，形成包体。 煤层中有时可见到动植物化石。 6、 煤层厚度、形态及其控制因素 煤层总厚度、有益厚度、可采厚度、可采煤层、厚度级别 煤层形态控制因素：泥炭沼泽基底形状、沉积环境（冲积扇、河流、湖泊、三角洲、泻湖-障壁岛）、同期构造变动（河流或湖泊相碎屑沉积体侵入煤层产生煤层分叉现象、基底发生断裂、褶皱）、后期构造变动（褶皱、断裂、岩浆侵入、岩溶陷落柱） 7、 含煤沉积体系 山地冲积扇地带沉积体系成煤特征：扇间、扇内或扇前盆地可形成煤层，侧向连续性差 河流沉积体系成煤特征：岸后沼泽和废弃河道有利于形成煤层 湖泊沉积体系成煤特征：湖泊淤浅过程中，沉积粒度下细上粗 三角洲沉积体系成煤特征：上三角洲平原地带，近河岸由于决口扇沉积而出现煤层分岔和灰分增高现象，多形成低硫煤；下三角洲平原，受海水和潮汐影响明显，煤层顶板多为海相沉积，硫分含量高。 泻湖-障壁岛沉积体系成煤特征：泻湖淤浅沼泽化形成煤层，厚度变化较大，煤层硫分含量较高。 第六章 聚煤盆地与聚煤规律1、根据聚煤盆地的形成条件，分为凹陷型聚煤盆地，断陷型聚煤盆地和构造侵蚀型聚煤盆地。 ①我国华北石炭二叠纪聚煤盆地是一个比较典型的波状凹陷型聚煤盆地。盆地南侧是秦岭-大别山构造带，盆地北侧是阴山构造带，总体是一个西北向东南方向缓倾斜的簸箕状盆地，呈现“东西向分带，南北向迁移”的格局。 ②断陷型聚煤盆地。由断裂作用和断块沉陷作用形成。 ③侵蚀型聚煤盆地。基底为具有剥蚀面的凹地。 2、聚煤盆地的演化 ①聚煤盆地的演化受古植物、古气候、古地理和古构造的影响。 ②盆地内存在不均匀沉降现象。 ③聚煤盆地在构造运动、海水进退和气候影响下，具有侧向迁移现象。 涉及的词汇：海进、海退、海退退覆、超覆、进积（海退时）、退积（海进时）、沉积基准面 3、聚煤规律 在古植物、古气候、古地理和古构造影响下，聚煤作用总是发生于盆地中的一定部位，在时空上表现出一定的规律性。 ①富煤带。指煤层发育较好、相对富集的块段，在空间上具有带状分布的特点。 ②富煤中心。富煤带内煤层厚度较大的部位。 一般情况下，大型盆地富煤带呈圆形或椭圆形，受地质构造控制时沿构造线延展方向展布。 4、成煤作用研究 受海水影响的煤中，硫含量高，黄铁矿含量高，富集云母、白云石、方解石和磷灰石等矿物。 具有海相顶板的煤层，由于是深水环境，暗煤发育。 第七章 煤的伴生矿产资源第一节 油页岩 油页岩中的有机物质几乎完全由藻类遗体组成，油页岩的形成环境主要为静水沉积还原环境。 第二节 煤层气 中国煤炭资源的分布1 煤炭资源的概念 具有开采价值的煤炭储层称为煤炭资源。 2 煤炭资源的分级 按照认识和掌握的程度，分为2个级别：保有储量和预测储量。根据1997年统计资料，保有储量为1万亿吨，1000米以浅的预测储量为1.8万亿吨，1000米以浅的煤炭资源总量为2.8万亿吨；2000米以浅的预测储量为4.6万亿吨，2000米以浅的资源总量为5.6万亿吨。 3 煤炭资源的分区 根据地理位置，分为4个区：华北区，西北区，东北区和华南区。 ①华北区：煤炭资源量排第一，占全国的50%。覆盖的省份：长江以北的中原地带，北到内蒙古。煤系地层以侏罗纪和石炭二叠纪地层为主，煤阶以长焰煤、气煤、肥煤、焦煤和瘦煤为主。 ②西北区：煤炭资源量排第二，占全国的35%。覆盖的省份：新疆、甘肃和宁夏。煤系地层以侏罗纪地层为主，煤阶以长焰煤为主。 ③东北区：煤炭资源量排第三，占全国的7%。覆盖的省份：东北三省。煤系地层以白垩纪地层为主，煤阶以褐煤为主。 ④华南区：煤炭资源量排第四，占全国的6.8%。覆盖的省份：长江以南的省份，主要是云南、贵州、四川、江西和湖南等。煤系地层以二叠纪地层为主，煤阶以气煤、肥煤、焦煤和瘦煤为主。 4 按省份排名： 新疆1.9万亿吨，内蒙古1.4万亿吨，山西0.6万亿吨，陕西0.3万亿吨，贵州0.2万亿吨。 中国煤层气资源分布1 煤层气资源的概念具有经济开发价值的煤层气储层称为煤层气资源。 2 煤层气资源的分级按照认识和掌握的程度，分为3个等级：探明储量、预测储量和远景资源量。 探明储量是指已经进行勘探开发实验，已经全部掌握资料的储量。 预测储量是指已经掌握部分资料，计算得出的资源量。 远景储量是指根据地质规律、物探资料，利用统计学或类比的办法估计的资源量。 根据1997年资料，全国煤层甲烷含量≥4M/T，埋深2000m以浅的煤层气资源总量为14万亿M，其中，预测储量为1万亿M，远景资源量为13万亿M。 3 煤层气资源的分区按照地理位置，分为4个区：华北区，华南区，东北区和西北区。 ①华北区：9.5万亿M，排第一。 ②华南区：4.1万亿M，排第二。 ③东北区：0.4万亿M，排第三。 ④西北区：0.2万亿M，排第四。 4 按省份排名：山西，贵州，陕西，甘肃和河南。 5 煤层气资源量的计算：式中：——煤层气资源量；M ——计算面积；M ——煤层厚度；M ——煤的视密度；T/ M ——煤层无水基瓦斯含量。M/T 中国煤层气资源的含气性评价1 含气性评价的4个参数：含气量，瓦斯浓度，资源丰度和含气饱和度。 含气量：是指1吨煤中的瓦斯含量。M/T 瓦斯浓度：是指甲烷分子占气体分子总量的百分比。 资源丰度：是指从地理分布看，每平方公里面积范围内的资源量。M/KM 含气饱和度：是指由于某些煤层内含水，导致实际含气量低于同等温度和空隙压力条件下的无水基饱和含气量，实际含气量与无水基饱和含气量之比为含气饱和度。 2 中国煤层气含气性评价①含气量：华南>东北>华北>西北 ②瓦斯浓度都接近90%。 ③资源丰度：西北>东北>华北>华南 ④含气饱和度：东北>华南>华北>西北 就煤层气资源评价而言，资源丰度的意义更重要。厚度大而含气量低的煤层同样具有开发价值，使用资源丰度指标作为唯一指标，可以避免多重指标产生的不协调矛盾。 四、中国煤层气资源的地面开发简述 中国的煤层气开发始于上个世纪90年代中期。90年代以前，中国将矿井瓦斯看作是影响煤矿安全生产的有害气体；90年代以后，中国成立了中联煤层气有限公司，与美国煤层气开发公司合作，开发中国的煤层气。90年代中期，首先在山西沁水聚气区打了第一口井，进行煤层气开发实验，以后相继在内蒙古、新疆、东北、安徽、贵州等地进行煤层气开发实验。从开发的效果来看，山西省煤层气开发效果较好，其它地方较差。原因很多，其中主要的原因是煤层气的赋存和运移环境差异较大，山西沁水聚气区与美国的煤层气聚气区有相似性，可以直接利用美国的煤层气开发经验和技术，而其他地方地质条件差异大，开采的效果不理想。中国不仅是煤炭大国，也是煤层气大国，煤层气资源量占世界第三，有着巨大的开发潜力。 第三节 伴生微量元素 煤中微量元素的聚集决定于成煤原始物质组成、成煤环境，以及经历的物理化学和地球化学作用。煤中微量元素的富集基本是化学和物理的吸附作用，即成煤物质分解所形成的腐殖酸和腐植质具有很高的吸附能力；金属有机络合作用也影响元素富集和迁移。成煤环境中酸碱度和电位值也影响元素的聚集和分散。煤中微量元素的富集受接触变质作用和区域变质作用的影响。 第四节 碳沥青 碳沥青是油气演化系列的产物，由早古生代菌藻类低等生物遗体在滞流水环境下堆积，随埋藏深度和地温的增加，有机质形成油气，轻质部分逸散，重质部分形成碳沥青。 中国煤田地质特征概述一、古地理构造和聚煤期早古生代继承了新元古代的古构造轮廓。早古生代经历了加里东构造运动，在中国东南部形成北东向加里东地槽，中国东南部产生早古生代腐泥质石煤；秦岭和阴山广大地区隆起，为华北石炭二叠纪聚煤盆地形成了良好的基底条件。早古生代末期，中国东南形成加里东期武夷云开褶皱，扬子陆块增生。 晚古生代大部分继承了早古生代的构造轮廓，华北地区仍处于隆起剥蚀状态。泥盆纪开始海侵，到晚石炭纪，海水漫及华北陆块，形成滨海含煤建造，华南为碳酸盐岩建造。二叠纪时，内蒙古-大兴安岭海槽闭合、隆起，华北地区成为过渡相和陆相含煤沉积体系，华南仍为广海碳酸盐岩建造。晚古生代海西运动，中国的天山、祁连山、秦岭和大兴安岭地槽褶皱回返，形成东西走向巨大山系，秦岭-昆仑以北广大地区隆起，并转化为内陆环境；东南沿海大陆增生；形成“南海北陆”古地理面貌。 晚古生代末到早中生代早期的三叠纪印支运动，改变了中国“南海北陆”的局面，西北“雪山海槽”全部褶皱隆起，陆地向西南方向增生，海水退至中国西南西藏一带，长江中下游和华南大部分由浅海转为陆地，中国南北陆地连为一体。 印支运动以后，中国东部形成北北东向巨大隆起和凹陷带，以大兴安岭、太行山、武陵山为界，西部发育晚三叠纪和早中侏罗纪大型聚煤盆地，内陆湖泊相沉积；东部的华北地区发育早中侏罗纪小型凹陷煤盆地，华南发育晚三叠狭长海湾成煤环境，东北发育晚侏罗纪和早白垩纪断陷和凹陷煤盆地。 侏罗纪和白垩纪期间的燕山运动之后，北京附近的燕山褶皱隆起，大兴安岭、太行山和雪峰山以西的内陆盆地相对稳定，如鄂尔多斯、四川、准葛尔、塔里木等盆地在中生代期间连续接受河、湖相沉积，盆地外围是古生代地槽，上述一线以东，构造活动强烈，发育大量北东向褶皱断裂和小型断陷，并伴随东南沿海一带岩浆侵入和火山运动。 新生代以来的造山运动是第三纪的喜马拉雅山构造运动，在印度板块的挤压下，中国西南强烈褶皱隆起。 早古生代煤形成于滨海-浅海环境，为菌藻类转化成的腐泥煤；晚古生代以滨海环境为主，中、新生代以内陆盆地为主。 二、主要聚煤期的古气候： 1、晚古生代聚煤期 二叠纪植物分区明显。我国大部分为亚热带湿润气候带，发育华夏植物群；东北和西北发育温带半潮湿安加拉植物群，藏南发育温带和冷温带半潮湿冈瓦那植物群，华北地区为亚热带半潮湿气候；晚二叠纪时，华北地区南部为温暖潮湿气候，发育煤层和紫斑泥岩，西北和华北大部气候干燥。 2、中生代聚煤期 三叠纪时，西北和华北为温带半潮湿气候。 早中侏罗纪时，古地中海海洋气团东进，西北气候湿润，降雨量增加，为重要的聚煤盆地； 晚侏罗纪到早白垩纪时，南方为热带、亚热带干旱气候，沉积红层；阴山以北为温带气候；东北受太平洋影响，湿润多雨，植物繁茂，为断陷煤盆地。 3、新生代聚煤期 新生代以来，我国从北向南依次为暖温带、亚热带和热带，随青藏高原隆起，欧亚大陆内地干燥；受太平洋和印度洋影响，东北和西南发育第三纪聚煤盆地。 三、中国煤的埋藏地质条件：1、东北区 含煤地层主要是晚侏罗纪-早白垩纪，聚煤盆地的形成大多与中国东部大规模的断陷作用有关，使盆地呈现半地堑或地堑式构造。这些断陷盆地都是在隆起的基础上发育，经常成群出现。 2、华北区 自中奥陶世以后，华北地区经过长期剥蚀，地台稳定期的海侵作用广泛发生，晚古生代近海型煤系遍布全区。上石炭-下二叠统为主要含煤层段；上二叠统累计厚度近千米，仅淮南一带上石盒子组仍含可采煤层。中生代和新生代，随着地台解体，内部块断运动加强，构造东、西分异明显，沉积盆地及聚煤区域自西向东规模变小。 3、西北区 印支运动期后，即三叠纪之后，在西北形成早中侏罗纪山间聚煤盆地。燕山和喜山运动使煤层埋深增加。 4、南方区 云贵川保存大量古生代煤。 |
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