【正文】 后到變無煙煤階段 ， 鏡質(zhì)組反射率值相當(dāng)離散 ， 雙反射率明顯增大 ， 因此影響該指標(biāo)應(yīng)用的準(zhǔn)確性 。 在變無煙煤階段 ， 鏡質(zhì)組的最小反射率反應(yīng)更為靈敏 。 ③ 無煙煤階段 ， 揮發(fā)分含量 已很少 ， 變化不大 ； 鏡質(zhì)組反射率自貧煤以后 ， 由于煤化作用增加了芳環(huán)族單元層排列的有序性 ， 它仍是 良好的煤化程度指標(biāo) 。 故在 肥煤到貧煤階段 ， 鏡質(zhì)組反射率 和 揮發(fā)分 是良好的煤化程度指標(biāo) 。 ① 在 氣肥煤到瘦煤 的煤化階段中 ， 鏡質(zhì)組反射率隨芳香稠環(huán)縮合程度的增加而增高 。因此， 煤中灰分是一項(xiàng)在煤質(zhì)特性和利用研究中起重要作用的指標(biāo)。 煤的 灰分產(chǎn)率 與 礦物質(zhì) 含量間有一定的相關(guān)關(guān)系，可以用灰分來估算煤中礦物質(zhì)含量。 一、 煤化程度指標(biāo) 煤化程度指標(biāo)（ 5） 灰分 煤的灰分不是煤中的固有成分，而是煤在規(guī)定條件下完全燃燒后的殘留物。 從 肥煤到貧煤 的階段內(nèi) ， 碳含量僅從 87％ 增加到91％ ， 在 軟褐煤和暗褐煤階段 的變化也不明顯 。 因此 ，氫含量 是 無煙煤和變無煙煤階段 較敏感的煤化指標(biāo) 。 一、 煤化程度指標(biāo) 2022/5/27 58 （ 3） 氫含量 煤中氫含量一般小于 6％ 。 隨著水分的降低 ， 發(fā)熱量大致成比例地增高 。 因此 ， 水分 是 低煤化階段 的較敏感的煤化程度指標(biāo) 。 2022/5/27 55 表 36 2022/5/27 56 一、 煤化程度指標(biāo) 深成變質(zhì)煤 （ 1） 水分 在褐煤與尚未壓固的低煤化階段 ， 由于上覆巖層壓力 ， 使得煤中的孔隙度很快降低 ， 親水官能團(tuán)分解 ， 水分迅速減少 。 水分 、 發(fā)熱量 、 氫含量 、 碳含量 、 揮發(fā)分 （ 化學(xué)指標(biāo) ） 及 鏡質(zhì)組反射率 、 X射線衍射曲線 （ 物理指標(biāo) ） 等 。 2022/5/27 53 三、時(shí)間的影響 溫度 、 時(shí)間與煤化程度的關(guān)系 圖 圖 2022/5/27 54 第四節(jié) 煤化程度指標(biāo)和變質(zhì)階段劃分 煤化程度指標(biāo) 簡稱 煤化指標(biāo) ， 又稱 煤級指標(biāo) ， 指可作為衡量煤的變質(zhì)程度的物理和化學(xué)指標(biāo) 。 2022/5/27 52 三、時(shí)間的影響 溫度 和壓力持續(xù)作用于煤的 時(shí)間 長短 ， 也是影響煤化作用的重要因素 。 在煤化作用的最后階段， 特別是變無煙煤的形成階段，煤化作用除了高溫和壓力作用外， 剪切應(yīng)力的作用亦較為明顯 。 構(gòu)造應(yīng)力對煤的 物理變化 有強(qiáng)烈影響。 2022/5/27 49 前蘇聯(lián)學(xué)者列文施琴（ 1963）對卡拉干達(dá)煤田按5MPa/min遞增的速度進(jìn)行 加壓實(shí)驗(yàn) ，直到高達(dá)相當(dāng)于地下 15km處的 500MPa的壓力，煤的 Vdaf,Cdaf,Hdaf和 Y值都未發(fā)生變化。 壓力因素雖阻礙化學(xué)反應(yīng)，但引起煤的物理結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。 近年來，在不同壓力下的煤化實(shí)驗(yàn)更加確認(rèn)了 靜壓力對化學(xué)煤化作用的抑制作用 。靜壓力可導(dǎo)致巖石和煤體積的壓縮。 煤化（變質(zhì)）作用所需的溫度 2022/5/27 45 2022/5/27 46 煤化（變質(zhì)）作用所需的溫度 但是 受熱持續(xù)時(shí)間 和 不同古地?zé)崾?的影響，特定的 煤化程度 與精確的 最大溫度 之間的關(guān)系 較難確定 。 地?zé)岷偷販靥荻? 2022/5/27 43 、地?zé)岷偷販靥荻鹊責(zé)岷偷販靥荻? 圖 2022/5/27 44 近年來 ， 由于應(yīng)用地質(zhì) — 地球物理方法研究地?zé)釄鲎兓?， 用圍巖礦化推測古地溫及用熱動(dòng)力模擬計(jì)算煤化溫度 ，得出煤化作用所需的溫度比早先僅根據(jù)人工煤化實(shí)驗(yàn)所推斷的溫度 （ 如生成煙煤的溫度為 300℃ 500℃ ， 生成無煙煤的溫度大于 500℃ ） 要低得多的結(jié)論 ， 認(rèn)為古生代煙煤在 100℃ 200℃ 的溫度下即可形成 ， 如果作用時(shí)間足夠長的話 ， 還可形成無煙煤 。 例 : 聯(lián)邦德國薩爾煤田某鉆孔 （圖 ） ，在穿過近200m的砂巖帶時(shí)，明顯可見各項(xiàng)煤化指標(biāo)，如無灰基水分、干燥無灰基發(fā)熱量、干燥無灰基碳含量和平均油浸反射率，都幾乎處于停滯狀態(tài)。 地?zé)岷偷販靥荻? 2022/5/27 42 （ 2）巖石導(dǎo)熱性能對煤化梯度的影響 地?zé)釛l件相類似的地區(qū)，由于 下伏和共生巖石 的導(dǎo)熱性能不同，對于煤化梯度的影響也不相同。 現(xiàn)代地殼平均地溫梯度為 3℃ /100米，但其變化范圍可由 ℃ /100米到 25℃ /100米。 地?zé)岷偷販靥荻? 、地?zé)岷偷販靥荻取⒌責(zé)岷偷販靥荻?022/5/27 41 （ 1）地殼的等溫面： 由于地殼結(jié)構(gòu)和地質(zhì)構(gòu)造各處有異， 各種熱源分布的不均一性，因而地?zé)釄龅奶攸c(diǎn)也不一樣。 它首先決定于地區(qū)的地?zé)釛l件，即地?zé)崽荻茸兓? 、溫度因素的重要性溫度因素的重要性 表 32 2022/5/27 40 隨著沉降深度的變化，溫度的增加使得煤化作用程度提高，因此 煤化作用的演化決定于煤的受熱史 。 溫度再進(jìn)一步增高到 500℃ 時(shí) ， 產(chǎn)物則具有 無煙煤 的特性 。 溫度因素的重要性 地?zé)岷偷販靥荻? 煤化（變質(zhì)）作用所需的溫度 一、溫度的影響 地殼的等溫面以及地溫梯度 巖石導(dǎo)熱性能對煤化梯度的影響 38 2022/5/27 2022/5/27 39 溫度因素的重要性 1930年 Gropp和 Bode曾將 泥炭 或 年輕褐煤 置于密閉的容器內(nèi) ， 在 1000個(gè)大氣壓 的條件下逐漸加熱 ， 在 相當(dāng)長的時(shí)間 內(nèi)試樣并 無變化 ；但當(dāng) 溫度高過 200℃ 時(shí) ， 試祥 開始變化 ， 最終轉(zhuǎn)變?yōu)?煤化較深的褐煤 。 36 2022/5/27 37 第三節(jié) 煤化作用的影響因素 溫度 、 壓力 和 時(shí)間 是影響煤化作用的重要因素 ， 其中 溫度 是煤化作用的主要因素 。 鏡質(zhì)組的最大反射率在無煙煤階段以后有時(shí)可以超過惰質(zhì)組 。 碳含量隨埋藏深度的增加也明顯增大 ， 同時(shí)芳香單元的芳香度和縮合度也急劇增加 。 0maxR二、煤化作用物理 — 化學(xué)實(shí)質(zhì)的探討 2022/5/27 34 （ 1） 四次煤化作用躍變： ④ 第四次躍變 ： 為 無煙煤與變無煙煤的分界 (Cdaf＝ ％ ， Hdaf=%, Vdaf＝ ％ ， 鏡質(zhì)組反射率 = 4%， = %） 。 0maxR0maxR二、煤化作用物理 — 化學(xué)實(shí)質(zhì)的探討 2022/5/27 33 （ 1） 四次煤化作用躍變： ③ 第三次躍變 ： 發(fā)生于 煙煤變?yōu)闊o煙煤 階段 (Cdaf＝ 91％ ， Vdaf＝ 8％ ， = %） 。 到 焦煤階段 （ Cdaf＝ 89％ ， Vdaf＝ 20％ ， = % ） ， 腐植凝膠基本完成了脫水作用 ， 水分和孔隙度都達(dá)到了最低值 ， 發(fā)熱量則升高到最大值 。 本階段開始 ， 由于富氫的側(cè)鏈和鍵的大量縮短及減少 ， 使煤的比重下降到最小值 。 0maxR0mR0mR二、煤化作用物理 — 化學(xué)實(shí)質(zhì)的探討 2022/5/27 32 （ 1） 四次煤化作用躍變： ② 第二次躍變 ： 出現(xiàn)在 肥煤到焦煤 階段 （ 約 Cdaf＝ 87％ ， Vdaf＝ 29％ ， = %） 。 二、煤化作用物理 — 化學(xué)實(shí)質(zhì)的探討 二、煤化作用物理 — 化學(xué)實(shí)質(zhì)的探討二、煤化作用物理 — 化學(xué)實(shí)質(zhì)的探討二、煤化作用物理 — 化學(xué)實(shí)質(zhì)的探討30 2022/5/27 2022/5/27 31 (1)四次煤化作用躍變： ① 第一次躍變 ： 發(fā)生在 長焰煤 開始階段 (Cdaf＝ 75％ ~80％ ， Vdaf＝ 43％ ， 鏡質(zhì)組反射率 = %） ， 它與石油開始形成階段相當(dāng) 。從化學(xué)變化上說，此時(shí)腐植物質(zhì)分子由于進(jìn)一步聚合，失去大量酸性官能團(tuán)，如羥基（ —COOH）和甲氧基（ — OCH3），使腐植物質(zhì)由酸性向中性轉(zhuǎn)變，愈來越多地成為腐植復(fù)合物。 二、煤化作用物理 — 化學(xué)實(shí)質(zhì)的探討 二、煤化作用物理 — 化學(xué)實(shí)質(zhì)的探討二、煤化作用物理 — 化學(xué)實(shí)質(zhì)的探討二、煤化作用物理 — 化學(xué)實(shí)質(zhì)的探討二、煤化作用物理 — 化學(xué)實(shí)質(zhì)的探討29 2022/5/27 （ 1）物理變化： 在成巖和變質(zhì)作用過渡的老褐煤階段，腐植物質(zhì)的成巖凝膠化作用已結(jié)束，即 鏡質(zhì)組分 全部生成， 已沒有未變化的植物殘余成分存在。 （ 1）物理變化表現(xiàn)在 煤發(fā)生物理膠體反應(yīng)（成巖凝膠化作用），未分解的木質(zhì)素和纖維素不斷轉(zhuǎn)變成腐植酸和腐植質(zhì)，而腐植酸和腐植質(zhì)又逐漸變成黑色具光澤的鏡質(zhì)組。 也就是說 “ 化學(xué)煤化作用 ” 和 “ 物理煤化作用 ” 基本上是平行進(jìn)行的 ， 但也不也完全一致 。 透明度逐漸降低，反射率增強(qiáng)，各顯微組分差異變??； 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26 2022/5/27 （ 8） 煤的 導(dǎo)電性 在煙煤階段增長很慢，電阻率常為2022— 200歐姆 米，而無煙煤則增長很快，電阻率常為 50— 米 （圖） 。 一、煤化過程中煤的成分和性質(zhì)的變化 23 2022/5/27 一、煤化過程中煤的成分和性