沉积有机质的物质组成

第一节煤的物质组成第二节石油、天然气、油页岩的物质组成,第二章沉积有机质的物质组成,一、煤的岩石组成二、煤的化学组成,第一节煤的物质组成,（一）概述思考题：研究煤的岩石组成有哪些方法？,一、煤的岩石组成,煤薄片,煤砖光片,粉煤光片,（二）煤的显微组成1、显微组分的定义光学显微镜下能够识别出来的组成煤的基本单位。镜质组Vitrinite有机显微组分惰质组Inertinite壳质组Exinite无机显微组分矿物质,2、镜质组煤中含量在5080%以上，强覆水、还原条件下经生物化学和地球化学凝胶化作用而形成。透射光下：橙红色、褐红色反射光下：灰色、浅灰色，具有弱的荧光性性脆，裂隙和微孔隙发育O较高，、挥发分中等，较低，粘结、结焦性好加氢液化时转化率较高煤化过程生成少量油，较多甲烷气在煤层中呈透镜状产生,结构镜质体按细胞保存程度和形态特征划分无结构镜质体碎屑镜质体（1）结构镜质体保存有植物的细胞结构，胞壁、胞腔清晰可辨。结构镜质体胞腔呈圆形，椭圆形，方形，纺锤形胞腔排列整齐，胞壁不膨胀或稍有膨胀。结构镜质体胞壁膨胀，胞腔压扁呈短线状，胞腔变小，大小不一，排列不规则,（2）无结构镜质体显微镜下观察不到植物的细胞结构。均质镜质体：透镜状或条带状产出，轮廓清楚，成分均一，不含杂质。基质镜质体：基质状，无固定形态，成分非均一，可包裹其它组分，矿物质含量较多。胶质镜质体：充填植物胞腔中，或其它空腔中沉淀成凝胶，成分均一团块镜质体：呈圆形或椭圆形，常呈个体或群体出现，团块状，轮廓清晰，成分均一。,（3）镜屑体粒度小于10um，比较少见，泥炭阶段分解的植物或腐植泥炭的碎屑，与基质镜质体在一起时不易区分，与壳质组或惰质组在一起时，易于辨认。,3、壳质组（类脂组、稳定组）透射光：黄色，少数为绿黄色，红橙色反射光：深灰色，灰色、有突起，发黄色的荧光腐泥煤、残植煤、油页岩中富集，密度低，重液易分离、Q、挥发分最高液化炼焦生油类型：孢子体角质体藻类体荧光体木栓体树脂体沥青质体渗透沥青质壳屑体,孢子体孢子体是孢子植物的繁殖器官，保存下来的是其外胞壁。特征：闭合长环状，拐角圆滑，有时表面具有纹饰。异孢植物，有雌雄之分同孢植物，无雌雄之分。雌：大孢子雄：小孢子花粉：种子植物的繁殖器官，大小约为0.05mm，与小孢子难以分别。,角质体叶、叶柄、细茎、种子、果实上的一层透明薄膜，不具有细胞结构。特征：细长条状，一边平滑，一边呈锯齿状，拐角尖锐薄壁角质体：厚520um厚壁角质体：50um取决于植物种类、植物组织、生长环境,树脂体植物分泌的产物：树脂、树胶、胶乳、脂肪、蜡质、琥珀特征：边缘平滑，球形、卵形、纺锤形，充填于胞腔中，内部均一，无细胞结构。有机化学成分：萜烯体、异戊间二烯的缩聚。,木栓质体树皮中木栓组织转变而来。特征：数层至十几层扁平的长方形木栓细胞所形成，波浪状排列紧密，纵切面呈叠瓦状结构，横切面呈鳞片状结构，荧光呈现褐黄色或暗褐色，荧光色不均匀。木栓化细胞壁除纤维素和木质素外，还含有25-50%木栓体。,藻类体腐泥煤，腐植、腐泥煤，油页岩中常见。结构藻类体藻类群体，厚壁单细胞藻类特征：水平切面上呈圆形，垂直切面上呈透镜状，扇状、纺锤状，外形清晰，边缘呈锯齿状，表面呈蜂窝状或海绵状、放射状，纹层状，云朵状轮廓。层状藻类体单细胞藻薄壁浮游藻类底栖藻类群体特征：水平切面呈扁平的小浑圆体，垂直切面呈细薄层状，个体小，长宽比大，不易辨认。,沥青质体类脂物质、藻类、浮游生物、细菌。特征：无固定形态，基质状，线理状或细小透镜状产出。随紫外线辐射时间加长，荧光性增强。渗出沥青体次生煤岩组分：充填于孔隙裂隙中特征：母质为壳质组时，较强的荧光，为绿黄色、亮黄色；母质为富氢镜质体时，较弱的荧光，呈褐黄，褐色。煤生烃，排烃的证据，煤成油的重质烃类富集物。,荧光质体叶肉细胞中油或脂肪，果实中的油或脂肪，煤化过程中的油或脂肪。特征：呈小透镜状或粒状集合体充填于细胞腔内或集合成10-50um宽的薄层。壳屑体特征：各种壳质组分的碎屑体，不易与黏土矿物区分，但具有荧光性。,3、惰质组在结焦过程中不软化，呈惰性。成因：植物遗体在缺水多氧的环境中，氧化而成。森林火灾，植物不完全燃烧C60泥炭表层受真菌等微生物的腐解强烈的煤化作用特征：透射光：不透明反射光：亮白色，黄色或灰白色，无荧光，正突起高，中等，和挥发分低，热解不具有粘结性显微组分：丝质体半丝质体粗粒体微粒体菌类体惰屑体,丝质体植物的根、茎、叶经丝碳化作用而成，在煤层中呈薄层状，透镜状。显微亚组分：火焚丝质体氧化丝质体原生丝质体火焚丝质体特征：细胞结构保存良好，细胞壁薄，胞间隙甚至植物的年轮都能见到，性脆，呈星状、孤形等碎片。氧化丝质体特征：细胞结构保存较好，细胞壁较厚，有时胞腔大小不一，排列不很整齐。原生丝质体特征：有些植物在生长过程中，能将黑色素沉淀在细胞膜中。,半丝质体丝炭作用，半透明，可见结构。透射光：深棕色，黑棕色反射光：灰白色，灰色粗粒体无定形、无结构的凝胶状惰质组分，条带状、团块状成因：泥炭强烈氧化和干燥作用富脂类形成煤化丝质体火焚泥炭微粒体特征：95%单组分组类型组微壳煤E95%微惰煤I95%,按主要显微组分、亚组分组再细划分为类型；考虑优势组分命名，含量小于5%的不计；ICCP的镜质组=中国的镜质组+半镜质组；精煤（矿物总量20%或硫化物含量20%，密度2.0g/cm3为矿质类型,2、成因分类（1）前苏联热姆丘日尼可夫和金兹堡分类煤与煤层的形成条件显微研究与宏观研究结合起来按凝胶化组分（镜质组）含量划分六种类型，再按各显微组分划分亚型,（2）地科院、重庆煤研所的分类据腐植煤镜质组百分含量划为四种类型再按惰质组、壳质组、矿物质划分15种亚型镜质组/%类型80亮煤型思考题：1.生物质、沉积有机质、煤岩类型的成因意义？2.显微煤岩类型的环境意义？3.成因分类中各类型的成因意义？,（五）煤的宏观组成1、腐植煤的宏观煤岩成分（1）镜煤：乌黑，色深光强，成分均一，性脆，贝壳状断口，轮廓清晰，粘结性好，矿物杂质少，裂隙发育，大多由结构镜质体，均质镜质体组成。（2）丝炭：外观像木炭，颜色黑灰色或浅灰色，纤维状结构，丝绢光泽，疏松多孔，丝质体为主，质轻者性脆，易污手，质重者，被矿物充填。（3）亮煤：表面隐约可见微细层理，光泽较强，结构不均一（4）暗煤：含壳质组多，灰黑色，韧性好，油脂光泽，水介质活动性强；含矿物质多，煤质差；含惰质组多，成分结构不均一，氧化环境。,条带厚度3-5mm构成一个煤岩成分，不到3-5mm则合并；过渡类型：暗亮煤、亮暗煤；宏观与微观的结合和联系；根据宏观煤岩成分绘制煤层的形成曲线，用于煤相研究。,2、腐植煤的宏观煤岩类型宏观煤岩类型光泽镜煤亮煤光亮型煤光泽极强75%半亮型煤光泽较强75%-50%半暗型煤光泽暗淡50%25%暗淡型煤光泽极暗10%；碎屑煤木煤，丝炭，均10%；矿化煤矿物质含量25%,4、煤的成因类型(1)腐植煤包括由高等植物木质纤维组成的狭义腐植煤和高等植物的壳质组分组成的残植煤。残植煤的特征：壳质组含量50%，一般为7090%黑灰色、灰黑色，油脂光泽，叶片状、粒状结构H和Vdaf含量、Tar产率高，韧性大活水、富氧的环境（2）腐植腐泥煤高等植物与低等植物混合而成。（3）腐泥煤低等植物组成和动物组成。,腐泥煤特征：灰黑、灰色，沥青光泽，致密均一，贝壳状断口，密度低、硬度大，韧性好，易点燃，具沥青气味表3-6煤的成因类型,1树脂残植煤，黑龙江东宁；2角质残植煤，云南禄劝；3烛藻煤，贵州水城；4藻烛煤（小孢子），山东腾州,1烛煤，小孢子体，山西大同；2烛煤，小孢子体，江苏徐州；3藻煤，山西浑源；4胶泥煤，层状藻类体，沥青质体，结构藻类体碎屑,（六）煤的结构与构造1、煤的宏观结构宏观煤岩成分的形态、大小、厚度、生物残体所表现出来的特征。宽条带状结构条带宽5mm条带状结构中条带状结构条带宽3-5mm细条带状结构条带宽1-3mm线理状结构：煤岩成分呈2cm碎粒构造粒度1cm糜棱构造层理，煤岩成分看不见思考题：构造煤研究的地质意义？,3、煤的构造煤岩成分空间排列和分布所表现出来的组合特征，与煤岩成分自身大小，形态无关，而与成煤物质聚积时的环境有关。层状构造：水平层理，水平波状层理、斜层理、同生变形构造，与水动力条件有关块状结构：岩石组成单一，看不到层理，覆水较深的滞水条件。,（一）概述有机质：主要由C、H、O、N、S等元素组成，是复杂的高分子有机化合物，是煤的主要组成部分；无机质：包括矿物杂质和水分，它降低了煤的利用价值。（二）煤中的水分1、水分的来源：植物本身水，泥炭堆积吸水，煤化脱水，地下水，开采、运输中掺入2、水在煤中的存在状态外在水分（Mf）:大毛细管（d200nm）中的游离水,二、煤的化学组成,内在水分（Minh）:存在d200nm中的吸附水MinhMad（空气干燥基水分）结晶水（化合水）：以分子或离子形式参加矿物晶格构造的水分。如CaSO42H2O、Al2O3SiO22H2O3、煤中水对工业利用的影响4、煤中水分的测定表3-8全水分（Mt）与空干基（Mad）水分测定条件,煤分类研究中常采用最高内在水分(MHC)：即煤样在30，相对湿度为9697%的条件下达到吸湿平衡时测得的内在水分。也即煤中毛细管吸附的水分达到饱和时的水分。最高内在水分与煤级有关，它不受空气湿度的影响，便于不同地区对比。图3-1MHC与Vdaf的关系5、影响煤中水分的因素表3-12中国不同煤级煤空气干燥基水分的变化范围,基准的换算arasreceivedbasis收到基adairdriedbasis空气干燥基ddrybasis干燥基dafdryash-freebasis干燥无灰基dmmfdrymineral-matterfreebasis干燥无矿物基mafmoistash-freebasis恒湿无灰基m,mmfmoistmineral-matterfreebasis恒湿无矿物基,图3-10煤质指标不同基准示意图,（二）煤的灰分1、灰分的概念煤中可燃质完全燃烧，煤中矿物质在一定温度下产生分解、化合等复杂反应后剩下的残渣。2、矿物质对煤加工利用的影响1）造成运输和贮存的浪费；2）降低了焦炭的质量和炼钢锅炉效率；3）降低了煤的发热量，增加了灰渣处理量；4）煤灰利用，提取Ga、Ge、V、Ti3、煤灰分产率的测定粒级0.2mmad1gO281551h测得Aad灰分产率是一个固定值，与水分无关。,4、影响煤灰分的因素1）煤岩成分、煤岩类型2）原生矿物、同生矿物、后生矿物3）人为因素5、灰分划分等级（Ad%）特低灰煤低灰煤中灰煤富灰煤高灰煤40%,（三）煤的挥发分1、测定方法粒级0.2mmad1g隔绝空气900107min煤样减轻的质量占原煤质量的百分数，减去煤的Mad.测得Vad，挥发分产率是一个固定值，与水分、灰分无关2、影响因素同一煤化程度，煤岩成分的影响表2-14不同煤岩成分的挥发分(Vdaf%)比较,相同煤岩成分，煤化程度影响表2-15不同煤级煤的挥发分变化范围3、焦渣特征分类号粉状：没有相互粘着的颗粒号粘着：用手指轻碰焦渣即成粉状或团块号弱粘结：用手指轻压即碎成小块号不熔融粘结：用手指用力压才裂成小块号不膨胀熔融粘结：呈扁平状，银白色光泽，颗粒界线不清号微膨胀熔融粘结：用手指压不碎，银白色光泽，有小膨胀泡号膨胀熔融粘结：焦渣h15mm，银白色光泽，强膨胀,（四）固定碳（FC）1、固定碳（FC）的概念FC不是纯碳，是由、组成的混合物。(FC)ad=100-(Mad+Aad+Vad)(FC)daf=100-Vdaf当以固定碳产率表示煤有机质特性时，必须用干燥无灰基表示，因为固定碳与煤中的水分矿物质无关。随煤阶的增高，煤的固定碳产率也逐渐升高。2、燃料比国外尤其是日本用FCdaf/Vdaf表示燃料比思考题：1.煤工业分析（水分、灰分、挥发分）方法如何更新？2.煤的灰分产率与矿物质含量的关系？,（五）元素分析1、煤中、含量测定燃烧法粒级0.2mmad0.2gO22H2O+CaCl2CaCl22H2O(吸H2O)CO2+2NaOHNa2CO3+H2O(吸CO2)4SO2+4PbCrO44PbSO4+2Cr2O3+O2(除S)4SO3+4PbCrO4PbSO4+2Cr2O3+3O2(除S)Cl2+2Ag2AgCl(除Cl)2NO2+MnO2Mn(NO3)2(除N),2、煤中N含量测定开氏蒸馏法粒级0.2mmad0.2混合催化剂(Na2SO4和HgSO4)和H2SO4加热分解，煤中的氮则转化为NH3，与H2SO4作用，转化为NH3(HSO4)。加入过量的NaOH溶液中和H2SO4，把NH3从NaOH溶液中蒸出，并吸收在硼酸溶液中。用H2SO4标准液滴定，根据用去H2SO4的量，计算煤中的氮含量。3、煤中O含量计算Oad=