【正文】 2022/5/27 1 第三章 煤化作用 第 1節(jié) .煤化作用的階段 第 2節(jié) .煤化作用的特點 第 3節(jié) .煤化作用的影響因素 第 4節(jié) .煤的變質(zhì)指標(biāo)和變質(zhì)階段的劃分 第 5節(jié) .煤的變質(zhì)作用類型 高等植物從死亡到變成泥炭過程 → 泥炭化作用 低等植物從死亡到變成腐泥過程 → 腐泥化作用 泥 炭（腐 泥）變成褐煤的過程 → 成 巖 作 用 褐煤 → 煙煤 → 無煙煤的過程 → 變 質(zhì) 作 用 植物從死亡、堆積到轉(zhuǎn)變?yōu)槊? 所經(jīng)歷的一系列演化過程 成煤作用 高等植物 低等植物 沼澤 湖泊或淺海 泥炭 腐泥 煤 褐煤 → 煙煤 → 無煙煤 地下 石 墨 泥炭（腐泥）化作用 成巖作用 變質(zhì)作用 煤化作用 植物從死亡、堆積到轉(zhuǎn)變?yōu)槊核?jīng)歷的一系列演化過程植物從死亡、堆積到轉(zhuǎn)變?yōu)槊核?jīng)歷的一系列演化過程煤褐煤 → 煙煤 → 無煙煤植物從死亡、堆積到轉(zhuǎn)變?yōu)槊核?jīng)歷的一系列演化過程石墨煤褐煤 → 煙煤 → 無煙煤植物從死亡、堆積到轉(zhuǎn)變?yōu)槊核?jīng)歷的一系列演化過程石墨煤褐煤 → 煙煤 → 無煙煤植物從死亡、堆積到轉(zhuǎn)變?yōu)槊核?jīng)歷的一系列演化過程石墨煤褐煤 → 煙煤 → 無煙煤植物從死亡、堆積到轉(zhuǎn)變?yōu)槊核?jīng)歷的一系列演化過程石墨煤褐煤 → 煙煤 → 無煙煤植物從死亡、堆積到轉(zhuǎn)變?yōu)槊核?jīng)歷的一系列演化過程石墨煤褐煤 → 煙煤 → 無煙煤植物從死亡、堆積到轉(zhuǎn)變?yōu)槊核?jīng)歷的一系列演化過程煤化作用石墨煤褐煤 → 煙煤 → 無煙煤植物從死亡、堆積到轉(zhuǎn)變?yōu)槊核?jīng)歷的一系列演化過程泥炭（腐泥）化作用 煤化作用石墨煤褐煤 → 煙煤 → 無煙煤植物從死亡、堆積到轉(zhuǎn)變?yōu)槊核?jīng)歷的一系列演化過程泥炭（腐泥）化作用 煤化作用石墨煤褐煤 → 煙煤 → 無煙煤植物從死亡、堆積到轉(zhuǎn)變?yōu)槊核?jīng)歷的一系列演化過程泥炭（腐泥）化作用 煤化作用石墨煤褐煤 → 煙煤 → 無煙煤植物從死亡、堆積到轉(zhuǎn)變?yōu)槊核?jīng)歷的一系列演化過程2022/5/27 2 第三章 煤化作用 第三章 煤化作用 煤作為一種可燃有機(jī)巖石 ， 對溫度和壓力的反應(yīng)比無機(jī)礦物靈敏得多 ，由于近代各種指示不同物理化學(xué)的煤化作用程度指標(biāo)測試技術(shù)迅速發(fā)展 ， 更加促進(jìn)人們應(yīng)用 煤化作用 的各種特征來研究和解決地質(zhì)問題 ， 以及煤炭資源的加工利用問題 。 近年來 煤化作用研究 在煤盆地的構(gòu)造形成與演化中已得到廣泛地應(yīng)用 ，例如 確定沉積盆地原始邊界 、 分析盆地形成的古構(gòu)造格局及演化 、 闡明盆地形成后的構(gòu)造形變 、 盆地?zé)嵫莼难芯?， 以及確定地層剝蝕厚度 、 研究大規(guī)模構(gòu)造形變 、 研究推覆構(gòu)造的形成與演化 、 確定斷裂變形特征 、 研究古地溫 、圈定隱伏侵入體 、 分析淺層變質(zhì)作用 、 找油氣及找煤層甲烷資源等 。 2022/5/27 3 2022/5/27 4 ? 一 、 煤的成巖作用 ? 二 、 煤的變質(zhì)作用 第一節(jié) 煤化作用的階段 2022/5/27 5 煤的成巖作用 泥炭形成后 ， 由于盆地的沉降 ， 在上覆沉積物的覆蓋下被埋藏于地下 ， 經(jīng) 壓實 、 脫水 、 增碳 作用 ， 游離纖維素消失 ， 出現(xiàn)了凝膠化組分 ， 逐漸固結(jié)并具有了微弱的反射力 ， 經(jīng)過這種 物理化學(xué)變化 轉(zhuǎn)變成 年輕褐煤 。 這一轉(zhuǎn)變所經(jīng)歷的作用稱為 煤的成巖作用 。 一、煤的成巖作用 2022/5/27 6 在成巖作用中 ， 煤受到復(fù)雜的 化學(xué)煤化作用 和 物理煤化作用 ： （ 1） 化學(xué)煤化作用 ：主要反映在泥炭內(nèi)的腐植酸 、 腐植質(zhì)分子側(cè)鏈上的親水官能團(tuán) ， 以及環(huán)氧數(shù)目不斷地減少 ，形成各種揮發(fā)性產(chǎn)物 ， 并導(dǎo)致碳含量增加 ， 氧和水分含量減少 。 一、煤的成巖作用 2022/5/27 7 一、煤的成巖作用 2022/5/27 8 （ 2） 物理煤化作用 ：主要反映在發(fā)生了 物理膠體反應(yīng) ，即 成巖凝膠化作用 ， 從而使未分解或未完全分解的木質(zhì)纖維組織 ， 不斷轉(zhuǎn)變?yōu)楦菜?、 腐植質(zhì) ， 使已經(jīng)形成的腐植酸 、 腐植質(zhì)變?yōu)楹谏哂?微弱光澤的凝膠化組分 。 成巖作用中 ， 絲炭化組分和穩(wěn)定組分也發(fā)生了變化 。 一、煤的成巖作用 2022/5/27 9 煤的變質(zhì)作用 煤的變質(zhì)作用是指年輕褐煤 ， 在較高的 溫度 、 壓力 及較長地質(zhì)時間 等因素的作用下 ， 進(jìn)一步受到物理化學(xué)變化 ，變成 老褐煤 (亮褐煤 )、 煙煤 、 無煙煤 、 變無煙煤 的過程 。 （ 1） 化學(xué)煤化作用 ：表現(xiàn)為腐植物質(zhì)進(jìn)一步聚合 ， 失去大量的含氧官能團(tuán) ， 腐植酸進(jìn)一步減少 ， 使腐植物質(zhì)由酸性變?yōu)橹行?， 出現(xiàn)了更多的腐植復(fù)合物 。 二、煤的變質(zhì)作用 2022/5/27 10 （ 2） 物理煤化作用 ：表現(xiàn)為結(jié)束了成巖凝膠化作用 ，形成凝膠化組分 ， 植物殘體己不存在 ， 穩(wěn)定組分發(fā)生瀝青化作用 ， 使葉片表皮蠟質(zhì)和孢粉質(zhì)的外層脫去甲氧基 ， 形成易軟化 、 塑性強(qiáng) ， 具粘結(jié)性的瀝青質(zhì) ， 并開始具有微弱的光澤 。 在 溫度 、 壓力 的繼續(xù)作用下 ， 腐植復(fù)合物不斷發(fā)生聚合反應(yīng) ， 使稠環(huán)芳香系統(tǒng)不斷加大 ， 側(cè)鏈減少 ， 不斷提高芳香化程度和分子排列的規(guī)則化程度 ， 變質(zhì)程度不斷提高 ，進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)闊熋?、 無煙煤和變無煙煤 。 二、煤的變質(zhì)作用 一、煤化過程中煤的成分和性質(zhì)的變化 二、煤化作用物理 — 化學(xué)實質(zhì)的探討 第二節(jié)、煤化作用的特點 2022/5/27 11 2022/5/27 12 一、煤化過程中煤的成分和性質(zhì)的變化 煤的成分變化 (一 ) 元素組成方面 （ 1） 增碳化趨勢 隨著 煤化程度的增加 ， 煤中揮發(fā)物減少 ， 碳含量增加 ，但以褐煤至氣煤階段和無煙煤階段增高的幅度最大 （ 圖） 。 即由泥炭階段含有 C、 H、 O、 N、 S五種主要元素 ，演變到無煙煤階段基本上只含碳一種元素 。 因此 ， 煤化作用 ， 又稱作 異種元素的排出過程 。 一、煤化過程中煤的成分和性質(zhì)的變化（ 2） 氫 、 氧含量減少 隨著煤化程度的增加 ， 氫 、 氧含量減少 ， 氫含量在碳含量大于 87%（ Vr為 29%） 時減少特別急劇 ， 而氧含量在碳含量小于 87%時比較顯著 （ 圖 ） 。 （ 二 ） 原生腐植酸的含量 原生腐植酸的含量在泥炭與年輕褐煤階段最高 ， 隨著成巖作用的加強(qiáng) ， 腐植酸逐漸變成腐植質(zhì) ， 而到了長焰煤階段腐植酸已經(jīng)完全消失 （ 圖 ） 。 一、煤化過程中煤的成分和性質(zhì)的變化 一、煤化過程中煤的成分和性質(zhì)的變化一、煤化過程中煤的成分和性質(zhì)的變化2022/5/27 13 （ 三 ） 甲烷生成量的變化 甲烷生成量的變化隨著煤化程度的增高而 遞增 （ 圖） 。 （ 四 ） 煤的結(jié)構(gòu)致密化和定向排列的趨勢 煤化作用過程實際上是依序排除不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的過程 。在煤化過程中 ， 煤的芳香化程度逐漸提高 ， 芳香族物質(zhì)逐漸縮合成較大的聚合體 ， 脂肪族成分逐漸脫落并以揮發(fā)物形式逸出 ， 分子排列逐漸定向化 （ 圖 ） 。 一、煤化過程中煤的成分和性質(zhì)的變化 一、煤化過程中煤的成分和性質(zhì)的變化一、煤化過程中煤的成分和性質(zhì)的變化2022/5/27 14 一、煤化過程中煤的成分和性質(zhì)的變化 一、煤化過程中煤的成分和性質(zhì)的變化一、煤化過程中煤的成分和性質(zhì)的變化2022/5/27 15 一、煤化過程中煤的成分和性質(zhì)的變化 2022/5/27 16 煤的結(jié)構(gòu)上 主要表現(xiàn)為芳香族稠環(huán)體系的縮合度進(jìn)一步增加 ， 側(cè)鏈更加減少 ， 芳香單元直徑加大 ，層系間空間減小 ，使得順層面三維的定向排列更加緊密 。 低煤級 高煤級 一、煤化過程中煤的成分和性質(zhì)的變化 2022/5/27 17 （ 五 ） 煤顯微組分性質(zhì)的均一性 在 煤化作用的低級階段 ，煤顯微組分的光性和化學(xué)組成結(jié)構(gòu) 差異顯著 ， 也就是說具有不同的煤化作用軌跡 （ 圖 ） 。但隨著煤化作用的進(jìn)行 ， 只是在高變質(zhì)階段 ， 這些 差異趨于一致 ， 變得愈來愈不易區(qū)分 。 一、煤化過程中煤的成分和性質(zhì)的變化 2022/5/27 18 一、煤化過程中煤的成分和性質(zhì)的變化一、煤化過程中煤的成分和性質(zhì)的變化 例如： 絲炭化組分中的碳、氫、氧含量在煤化過程中最為穩(wěn)定，鏡質(zhì)組分次之，孢子體等最不穩(wěn)定； 煤的揮發(fā)分產(chǎn)率、反射率（圖 ）以及真比重等的變化梯度以殼質(zhì)組為最大，惰性組最小，到高變質(zhì)階段則漸趨一致（圖 ） ， 煤化過程中各種顯微組分吸附水分的能力都逐漸降低，其中以鏡質(zhì)最為顯著，但到中變質(zhì)階段時彼此已接近一致。此外，煤的粘結(jié)性的變化主要取決于鏡質(zhì)和殼質(zhì)組，因為惰性組在任何煤化階段均無粘結(jié)性。鏡質(zhì)的粘結(jié)性以肥、焦煤階段最高；殼質(zhì)組的粘結(jié)性在老褐煤階段開始出現(xiàn)，到焦煤階段已消失，最大值大致在氣煤階段。 一、煤化過程中煤的成分和性質(zhì)的變化 2022/5/27 19 一、煤化過程中煤的成分和性質(zhì)的變化 2022/5/27 20 一、煤化過程中煤的成分和性質(zhì)的變化一、煤化過程中煤的成分和性質(zhì)的變化 煤的性質(zhì)變化 （ 一 ） 煤的工藝性質(zhì)方面 （ 1） 隨煤化程度的