XX04《煤化学》讲稿02章煤的生成1.doc

XX04煤化学讲稿02章煤的生成1 1煤化学第二章煤的生成化学科学与工程学院郭绍辉xx年36月第一节年代地层系统和主要聚煤期第二节成煤物质第三节成煤环境第四节成煤作用过程课程编号0103012409-1学时40开课时间716周上课教室周二18:3020:153-302#周五15:3017:153-302#学生化工xx2-1时间3月314月5月6月周二 7、 14、 21、 283、 10、 17、 245、 12、 19、 261、 8、 15、 22、312周五52关于煤的成因的理论解释，目前学术界比较一致的观点煤是古代植物体在不透空气或空气不足的情况下受到地下的高温和高压而变质形成的。 辞海煤是由一定地质年代生长的繁茂植物,在适当的地质环境中,逐渐堆积成厚层,并埋没在水底或泥沙中,经过漫长地质年代的天然煤化作用而成。 第二章煤的生成34有人对上述煤的成因机制提出了质疑1储量问题1厚的煤需6厚的木料，数十米的植物残骸堆积形成。 有些煤矿的煤层厚度可达数十米，甚至超过100米，如潞安矿区的煤层厚度30左右，仅现在大量开采的3#煤层就有7厚，而且潞安的煤田属于沁水煤田，南北长300，东西宽200抚顺露天煤矿煤层厚度达120如此大量的植物残骸？2赋存问题如果煤炭真由植物堆积而成，那他的顶底板就不会那样平滑5在几乎所有的煤田中发现了各种各样的植物或动物的化石如树干、树桩、树皮、灌木、草本植物、藻类、菌类等等，使得这一学说很自然地为许多业内学者所接受。 煤是植物遗体经过生物化学物理化学的作用而转变成的沉积有机矿物，是多种高分子化合物和矿物质组成的混合物。 它是及其重要的能源和工业原料。 6从植物死亡、堆积到转变为煤经过一系列复杂的演变过程，这个过程称为成煤作用。 7沉积岩的形成1沉积岩的形成2沉积岩的形成3沉积岩的形成48沉积岩的形成5沉积岩的形成69石油和天然气的开采10植物的残骸埋在沙和泥中沉积物承受上覆岩层的巨大压力煤的形成经过数百万年后，转变成煤11在地质历史上，沼泽森林覆盖了大片土地，包括菌类、蕨类、乔木等植物。 但在不同时代海平面常有变化.当水面升高时，植物因被淹而死亡灌木、经过漫长的地质作用，在温度增高、压力变大的还原环境中，最后会转变为煤层。 因埋深和埋藏时间的差异，形成的煤也不尽相同死亡的植物被沉积物覆盖而不透氧气，植物就不会完全分解，而是在地下形成有机地层。 随着海平面的升降，会产生多层有机地层121314Anticline andsynclines of the lowerCretaceous GatesFormation overlyingthe No.4Seam atthe SmokyRiver Coals No.9Mine(east extensionPit).The miningbenches are12m inheight.15Structurally thickenedJewel Seam in the hinge of the LuscarAnticline inCardinal RiverMines51B3Pit(Langenberg etal.,1992).The coalhas movedfrom thelimbs intothehingespace providedby chevron folding ofenclosing sandstonelayers.The miningbenches are12minheight.16Picture1Coal-bearing stratain achevronfoldfrom CoptonCreek,Alberta,Canada.Some depositssubjected tointense pressionaldeformation canproduce uniqueand impressiveexamples offolds.17Approximately12m ofthrow inthe MeanduMine highwall,Tarong Basin,southeast Queensland,Australia.18Highwall exposureof ashallowly dippingmultiple seamdeposit atthe ColowyoMine,Piceance Basin,northwest Colorado.The pitis orientatedclosely tothe strikeof thedeposit.19Highwall exposureofthe23-m thickWyodak-Anderson Seam(Paleocene FortUnion Formation)overlain bymudstones,siltstones,coal,and thinsandstone bedsoftheEocene WasatchFormation.20植物在泥炭沼泽、湖泊或浅海中不断繁殖，其遗体在微生物参与下不断分解、化合、堆积的过程成煤作用大致可以分为两个阶段第一个阶段在植物大量生长的早期，大气中的CO2含量非常高，为植物的大量和迅速繁殖提供了必要的条件。 当时的植物生长速度与今天看到的情况不同21成煤第一阶段腐泥化阶段或泥炭化阶段高等植物低等植物主导作用生物地球化学作用植物遗体及部分动物遗体在沼泽、湖泊或浅海中在微生物参与下不断分解、化合、堆积腐泥泥炭生物地球化学作用生物地球化学作用22泥炭煤化程度最低的煤-煤最原始的状态随著周围环境的转变，如压力的加大，可以使泥炭变得更加坚固，使之成为煤。 泥炭是沼泽在形成过程中的产物，也是沼泽地形的特征之一主要是泥碳苔或泥碳藓，沼泽植物，也有部分动物与昆虫的尸体。 这些物质在死亡后沉积在沼泽底部，由于潮湿与偏酸性的环境，而无法完全腐败分解，因而形成所谓的泥炭层。 23泥炭和腐泥由于地壳的下沉等原因而被上覆沉积物所掩埋时，成煤作用转化为第二阶段煤化作用阶段第二阶段煤化作用阶段泥炭腐泥褐煤烟煤和无烟煤温度和压力温度和压力成岩作用变质作用主导作用物理化学作用24引起煤质千差万别的原因，与成煤物质、成煤环境和成煤作用有关。 煤与煤之间的性质千差万别不同煤田的煤质差别较大同一煤田中不同煤层的煤质，其差异也很大同一煤田同一煤层不同地点采样，其煤质也有较大的差别同一煤田同一煤层同一地点采样，将煤层从上到下分成若干个分层采样，各分层的煤质也有差别含碳酸盐煤样含黄铁矿煤样25第一节地质年代和主要聚煤期其中演化快、生存时间短、且分布广泛的生物化石，称为标准化石地球的年龄约有60亿年根据地层生成的次序排列的地质系统最先(后)形成的地层代表的时间最老(新)划分地层、确定地层生成次序的主要依据古生物化石生存于某一段地质历史时期的生物(古生物)保存在地质中的古生物遗骸和遗迹(化石)二叠纪震旦纪寒武纪奥陶纪志留纪泥盆纪石炭纪三叠纪侏罗纪白垩纪早第三纪晚第三纪第四纪第三纪地球初期发展阶段太古代元古代古生代中生代新生代460.020.031.41.952.52.853.34.04.45.26.09.02538 一、地质年代26二叠纪震旦纪寒武纪奥陶纪志留纪泥盆纪石炭纪三叠纪侏罗纪白垩纪早第三纪晚第三纪第四纪第三纪地球初期发展阶段太古代元古代古生代中生代新生代460.020.031.41.952.52.853.34.04.45.26.09.02538爬行动物时代哺乳动物时代两栖动物时代鱼类时代人类时代海洋无脊椎动物时代动物孕育萌芽发展初期时代海生藻类时代陆上时代孢子植物裸子植物时代被子植物时代原始细菌（最低等原始生命产生）27依据地层中发现的古生物化石，将地壳的发展历史相对地划分成若干级地质年代单位，即为宙、代、纪、世、期代纪世距今年龄（亿年）开始繁殖时期植物动物新生代第四纪全新世更新世00.018被子植物大量繁殖，为成煤提供原始物质古人类出现哺乳动物新近纪上新世中新世0.238古近纪渐新世始新世古新世0.6528中生代白垩纪晚白垩世1.442被子植物裸子植物极盛，为成煤提供原始物质爬行动物早白垩世侏罗纪晚侏罗世2.03中侏罗世早侏罗世三叠纪晚三叠世2.51中三叠世早三叠世代纪世距今年龄（亿年）开始繁殖时期植物动物29代纪世距今年龄（亿年）开始繁殖时期植物动物古生代晚古生代二叠纪晚二叠世2.98裸子植物孢子植物极盛，为成煤提供原始物质两栖动物中二叠世早二叠世石炭纪晚石炭世3.54早石炭世泥盆纪晚泥盆世中泥盆世早泥盆世4.1030古生代早古生代志留纪顶志流世晚志流世中志流世早志流世4.40裸蕨植物海藻大量繁殖，为石煤的形成提供原始物质鱼类无脊椎动物奥陶纪晚奥陶世中奥陶世早奥陶世4.95寒武纪晚寒武世中寒武世5.45早寒武世代纪世距今年龄（亿年）开始繁殖时期植物动物31代纪世距今年龄（亿年）开始繁殖时期植物动物新元古代震旦纪晚震旦世早震旦世6.80菌藻类南华纪晚南华世早南华世8.00青白口纪晚青白口世早青白口世10.00中元古代蓟县纪晚蓟县世早蓟县世14.00长城纪晚长城世早长城世18.0032代纪世距今年龄（亿年）开始繁殖时期植物动物古元古代滹沱纪25.00新太古代28.00中太古代32.00古太古代36.00始太古代45.003334 二、我国的主要聚煤期自从地球上出现植物，便有了成煤的物质条件加之当时受地表海陆分布、隆起与沉降状况、沉积作用等因素的影响，故使各时期聚煤作用的强弱有很大差异。 但由于地史上大的地壳运动，常常使地形、气候和空气中CO2的含量以及气体条件发生变化。 促使各阶段植物体本身演化，而且各个时期植物的繁盛程度和堆积强度也不同早期大气中高浓度的CO2有利于植物的生长35我国几个较强的聚煤作用时期新生代8.新近纪古近纪中生代7.晚侏罗世早白垩世6.早、中侏罗世5.晚三叠世晚古生代4.晚二叠世3.晚石炭世早二叠世2.早石炭世早古生代1.早寒武世4个聚煤作用最强的聚煤期以腐植煤为主属菌藻植物时代形成腐泥无烟煤36各主要聚煤期所形成的我国煤炭资源分布侏罗纪最多，占总量的39.6%石炭二叠纪（北方），38.0%白垩纪，12.2%二叠纪（南方），7.5%第三纪，2.3%三叠纪，0.4%与全球性主要聚煤期的储量分布基本一致形成1m厚的煤层，需要100m厚的植物遗体堆积，有的煤层厚达几十米，需要几千米厚的植物遗体的堆积。 如此大量的植物遗体需要很长的时间，因此煤层的形成时间以十万年、百万年为单位。 37中国聚煤区划分示意图晚侏罗纪东北、内蒙早、中侏罗纪西北华北石炭二叠纪中、新生代滇藏晚二叠纪华南第三纪台湾38晚侏罗纪东北、内蒙早、中侏罗纪西北华北石炭二叠纪中、新生代滇藏晚二叠纪华南第三纪台湾3921340第二节成煤物质 一、植物的演化植物是地史上逐步由低级向高级发展演化，从低等的菌藻到高级的被子植物，其发展过程分为5个阶段与煤的形成和聚集有直接的关系被子植物时代裸子植物时代蕨类和种子植物时代裸蕨植物时代菌藻植物时代41植物界孢子植物(以孢子进行繁殖)种子植物(以种子进行繁殖)藻类菌类地衣类苔藓植物蕨类植物裸子植物被子植物高等植物低等植物植物体构造简单，无根、茎、叶的分化，无胚植物体构造复杂，有根、茎、叶的分化，有胚42最早出现的植物是低等植物，低等植物是由单细胞或多细胞构成的丝状和叶片状植物体，没有根、茎、叶等器官的分化，如细菌和藻类。 大多生活在水中，细菌的生存环境十分广泛，它们是地球上最早出现的生物，藻类从太古代、元古代开始一直发展到现在，其种类达两万种以上。 低等植物43海藻蓝绿藻Pennate andCentric赤潮异弯藻藻类44xx年05月太湖蓝藻爆发45在巨藻生长茂盛的地方，巨大的叶片层层叠叠地可以铺满几百平方公里的海面。 巨藻是世界上生长最快的植物之一。 在适宜的条件下，每棵巨藻一天内就可以生长3060厘米。 一年里，一棵巨藻可以长到50多米。 生长在热带的巨藻全年都在生长，巨藻的寿命一般在4到8年之间。 最长寿的巨藻可以生长12年。 巨藻属于褐藻类藻类中最长的一族大多数巨藻可以长到几十米，最长的甚至可以达到200300米，重达200公斤。 靠1米多长的固着器将藻体固定在礁石上巨藻的中心是一条主干，上面生长着100多个树枝一样的小柄，柄上生有小叶片，有的叶片长达1米多，宽度达到617厘米宽46C16脂肪酸C18脂肪酸C14脂肪酸C15脂肪酸472菌类:无叶绿素及其它光合色素，属异养生物。 蓝藻细菌48假单胞菌influenza AH5N1-bird-flu肠球菌cell-chilodonella-unbacterie-penicillium菌类493地衣类:菌类和藻类组合的复合有机体（共生体），是植物界中最特殊的类型。 共生体由藻类行光合作用制造营养物质供给菌体，而菌类主要行吸收水分和无机盐。 红色和黄色地衣生长的椿物50地衣黑瘿地卷地衣皮果衣地衣梅衣51高等植物有根、茎、叶等器官的分化常能形成高大的乔木具有粗壮的根和茎成为重要的成煤物质包括苔藓植物蕨类植物裸子植物被子植物524.苔藓植物一群小型的多细胞的绿色植物体，一般高仅数厘米，多适生于阴湿环境。 53苔藓植物图片545.蕨类植物有根、茎、叶的分化，具有维管系统，以孢子繁殖。 55蕨类植物继菌藻植物和苔藓植物时代之后出现的是蕨类植物。 我国最早陆生植物发现于贵州和，约4亿年前的志留系，是世界上迄今所知最古老的陆生植物之一。 56蕨类植物图片576.裸子植物多年生木本植物，具有维管束，保留有颈卵器，能产生种子，但种子裸露，没有果实或果皮包被，因此称裸子植物。 华北落叶松(Lari xpri南洋杉(Araucari acun58裸子植物图片侧柏(Platycladus ori池杉(Taxodium ascend水松(Glyptostrobus p柳杉(Cryptomeria for水杉(Metasequoia gly辽东冷杉(Abies holop59裸子植物很多为重要林木，尤其在北半球，大的森林80以上是裸子植物，如落叶松、冷杉、华山松、云杉等裸子植物出现于离今天约2.7亿年前的二叠纪上半期。 1.2亿年前，在白垩纪里裸子植物中的一组演化为被子植物侏罗纪是裸子植物最昌盛的时期，今天只有从化石中还可以感受到过去有多少种不同的裸子植物。 现在只有松柏纲还比较繁茂，依然有350多个种。 607.被子植物有真正的花，