有机岩石学第三讲2014

有机岩石学（第三讲）中国地质大学汤达祯2014年2月煤的显微组成煤与有机岩石学基础-显微组分

显微组分(maceral)是指显微镜下可辨认的煤及沉积岩的有机成分，以其透光性、透射色、反射率、反射色、结构、形态、大小、突起、荧光性、各向异性和硬度等差别而相互区分。显微组分来源于植（动）物的各种组织和器官的残体及降解产物(衍生物)。成因和性质大体相似的显微组分，在硬煤中相应地归并为：镜质组、惰质组、壳质组；在褐煤中相应地归并为：腐植组、惰质组、稳定组。据显微组分的成因、植物组织结构的保存情况等特征，可将显微组分进一步划分为显微亚组分。

显微组分组显微组分亚组显微组分显微亚组分显微组分种腐植组结构腐植体结构木质体松木结构木质体桦木结构木质体杉木结构木质体真菌结构体腐木质体木质结构腐木质体充分分解腐木质体碎屑腐植体细屑体密屑体无结构腐植体凝胶体多孔凝胶体均匀凝胶体团块腐植体鞣质体假鞣质体稳定组孢粉体大孢子体小孢子体花粉体松粉体角质体树脂体木栓质体叶绿素体沥青质体渗出沥青体荧光体藻类体碎屑稳定体惰质组丝质体半丝质体粗粒体原生粗粒体氧化粗粒体菌类体碎屑惰质体褐煤显微组分分类表显微组分组显微组分显微亚组分显微组分种镜质组结构镜质体结构镜质体1结构镜质体2科达木结构镜质体鳞木结构镜质体松柏—银杏结构镜质体封印木结构镜质体真菌结构镜质体无结构镜质体均质镜质体基质镜质体胶质镜质体团块镜质体碎屑镜质体半镜质组结构半镜质组无结构半镜质组均质半镜质体基质半镜质体团块半镜质体碎屑半镜质组惰质组丝质体半丝质体粗粒体粗粒体1粗粒体2微粒体菌类体菌类体1菌类体2碎屑惰质体壳质组孢子体大孢子体小孢子体角质体木栓质体树皮体树脂体藻类体结构藻类体层状藻类体皮拉藻类体轮奇藻类体沥青质体渗出沥青体荧光体碎屑壳质体烟煤显微组分分类表1、镜质组

镜质组是由植物的木质纤维组织受凝胶化作用转化形成的显微组分的集合。演化程度从低到高，镜质组在油浸反射光下呈深灰色到浅灰色，其反射率变高，各向异性增强；在透射光下呈橙红色—棕红色—棕黑色—黑色。

部分低煤级中的镜质组分在蓝光激发下发暗褐色到褐色荧光，被称为富氢镜质体(perhydrousvitrinite)或荧光镜质体(fluorescentvitrinite)(赵师庆，1991)。（1）结构镜质体(telinite)是显微镜下显示植物细胞结构(细胞壁)的镜质组分。根据细胞结构保存完好程度，结构镜质体又分为2个亚组分。

①结构镜质体1(telinite1)是植物细胞壁保存完好的镜质组分。植物细胞排列规则，细胞壁基本上呈原始状态，或有轻微的膨胀变形。细胞腔少数中空，多数充填矿物和其它显微组分。

②结构镜质体2(telinite2)是植物细胞壁膨胀变形，细胞结构保存较差或很差的镜质组分。植物细胞壁强烈膨胀，细胞腔完全变形或几乎消失，有时只显示细胞结构残迹。细胞腔闭合后常显示线条状结构。由细枝、嫩芽、树叶形成的结构镜质体2，常具有角质体镶边，有时显示团块状结构，这种结构镜质体有时发荧光，称为富氢结构镜质体。

a、结构镜质体1；b、结构镜质体2团块状结构

(2)无结构镜质体(collinite)

显微镜下不显示植物细胞结构的镜质组分。根据形态特征，无结构镜质体又分为4个亚组分。

①均质镜质体(telocollinite)②基质镜质体(desmocollinite)③胶质镜质体(gelocollinite)④团块镜质体(corpocollinite)均质镜质体：呈宽窄不等的条带状和透镜状，均一、纯净。低、中煤级煤中的均质镜质体，在透射光下呈橙红色到鲜红色；在油浸反射光下呈深灰色到灰色；在蓝光激发下有时发暗褐色荧光。

均质镜质体在油浸反射光下呈深灰色到灰色；在蓝光激发下有时发暗褐色荧光。

主要由植物的木质部(b)、树皮(c)和树叶(d)等组织经受强凝胶化作用转变而成的均质镜质体。富氢均质镜质体(perhydroustelocollinite)含不定形微细类脂物质，与贫氢均质镜质体相比，其在透射光下偏黄色；在油浸反射光下更暗且不均匀；蓝光激发下发暗褐色荧光。基质镜质体：没有固定形态，充当其它各种显微组分和矿物质的“胶结物”

。基质镜质体不显示任何细胞结构痕迹，反映了成煤质料曾遭受强烈的凝胶化(降解)作用。富纤维素的植物易转化为基质镜质体。富氢基质镜质体(perhydrousdesmocollinite)在低煤级煤中透射光下呈不均一的橙黄色到橙红色；在蓝光激发下发褐色到褐黄色荧光。胶质镜质体：常充填在植物组织的细胞腔或其它空隙中，由腐植凝胶转变而成。无确定形态，不含其它杂质。团块镜质体：呈圆形、椭圆形单体或群体分布。与其它镜质组分相比，有时透射光颜色略深；在油浸反射光下颜色略浅，有微突起，边界清晰，内部均一。(3)碎屑镜质体(vitrodetrinite)是粒径小于lOμm的镜质组分碎屑，多呈粒状或不规则形状，偶呈棱角状，常与碎屑惰质体等混合堆积。2、惰质组

主要是成煤植物的木质纤维组织经受丝炭化作用形成的显微组分的集合。少数惰质组分来源于具深色色素的真菌遗体，或是在热演化过程中次生的显微组分。在油浸反射光下呈灰白色、亮白色、亮黄白色，大多具中高突起；在透射光下呈棕黑色到黑色、微透明或不透明；在蓝光激发下一般不发荧光。惰质组是烟煤中很常见的显微组分，包括6种显微组分。(1)丝质体(fusinite)

是植物细胞结构保存完好的惰质组分。有时可见清晰的原始胞壁、胞间隙、管胞纹孔等。根据成因丝质体分为火焚丝质体和氧化(降解)丝质体2种显微亚组分。火焚丝质体(pyro-fusinite)在油浸反射光下呈亮白色、亮黄白色，基本上显示焚前植物的原结构，有时细胞壁略有膨帐，有时可见生长轮构造，被挤压破碎后则形成“弧形”或“星状”结构。氧化丝质体(degradofusinite)在油浸反射光下突起低于火焚丝质体，以亮白色或白色为主。氧化丝质体虽然也显示植物细胞结构，但原始胞壁常发生不同程度的膨胀加厚。火焚丝质体同一植物组织碎块上见到由结构镜质体渐变过渡形成的氧化丝质体(2)半丝质体(semifusinite)

指油浸反射色介于丝质体与结构半镜质体之间的过渡型显微组分。在油浸反射光下，与丝质体相比颜色偏灰，突起略低。植物细胞结构保存较差，细胞壁膨胀或强烈膨胀，有时只显现不规则的胞腔残迹。(3)粗粒体(macrinite)

是反射率较半镜质组强、突起较高、无细胞结构、粒径大于30μm的块体。有时呈无定形“基质”状。根据反射率，粗粒体可分为2个亚组分。①粗粒体1(macrinite1)反射率和突起与半丝质体的相当。②粗粒体2(macrinite2)反射率和突起与丝质体的相当。粗粒体1粗粒体2(4)菌类体(sclerotinite)是真菌遗体和高等植物的分泌物所形成的外形浑圆的惰质组分。突起明显，反射率很高；透射光下呈黑色。根据成因菌类体可分为2个亚组分。①菌类体1(sclerotinite1)主要指真菌遗体。反射率很高，近圆形或被压扁成环形，大小不等，胞腔封闭、中空，单细胞、双细胞子和多细胞结构。②菌类体2(sclerotinite2)主要指由高等植物的分泌物形成的“分泌菌类体”，如氧化树脂体，在油浸反射光下呈亮黄白色，反射率很高，周边致密且显示双层结构，内部物质中分布有极细小的气孔，形态与菌核体非常类似。菌类体2菌类体1(5)微粒体(micrinite)是粒径小于1μm的惰质组分。在透射光下呈褐黑色到黑色；在蓝光激发下不发荧光。腐植煤中的微粒体，常充填结构镜质体细胞腔；少数情况下聚积成薄层或透镜体分布在镜质组分中，有时在微粒体薄层中见残留或岛状的镜质组分；偶见微粒体分布于大孢子体腔内。腐泥煤中的微粒体非常丰富，常分布于沥青质体或矿物沥青基质(mineral-bituminousgroundmass)中。M．Teichmuller(1974)认为，大多数微粒体是壳质组分经歧化作用产生液态沥青之后的残留物。因此，微粒体多为煤化过程中的次生显微组分。

(6)碎屑惰质体(inertodetrinite)是粒径小于30μm的惰质组分。很少具细胞结构，呈棱角状或不规则形状。通常是丝质体、半丝质体、粗粒体和菌类体等的碎片，往往具有再沉积的特征。碎屑惰质体在水下沉积相形成的煤，如富孢微暗煤、烛煤中含量较高。3、壳质组

壳质组是由高等植物繁殖器官、树皮、分泌物及藻类等形成的反射率最弱的显微组分组。从低煤级烟煤到中煤级烟煤，壳质组的颜色，在透射光下呈柠檬黄色—黄色—桔黄色—红色；在油浸反射光下呈深灰色到浅灰色；在蓝光激发下发绿黄色—亮黄色—橙黄色—褐色荧光。壳质组在低煤级煤中，具中高突起，中—高煤级煤中壳质组与镜质组颜色不能区分。壳质组包括10种显微组分。(1)孢子体(sporinite)主要是来源于高等植物的繁殖器官——孢子。根据个体大小，可分出大孢子体(>0.lmm)和小孢子体(<0.lmm)2种亚组分。①大孢子体(macrosporinite)长轴一般都大于0.1mm,巨大者达4～5mm，在垂直层理的切面中、呈封闭的、压扁的长环形，大孢子壁有时可见内外两个结构不同的分层。华北晚古中代煤中的大孢子体比较丰富，常见光面大孢子体和瘤刺大孢子体；有时还见到孢子囊中的四分体。低煤级烟煤中的大孢子体有排烃现象。②小孢子体(microsporinite)长轴小于0.1mm，在垂直层理的切片上多呈扁环状或蠕虫状。一般外缘平整光滑，有时偶见少量瘤剌状纹饰。在煤中以单个体出现较多，时而可见小孢子体堆或小孢子囊堆。(2)角质体(cutinite)在垂直层理的切面中呈长条带状，具外缘平滑、内缘锯齿状，且末端折曲处呈尖角状的典型特征。角质体来源于成煤植物的叶片、嫩枝和细茎的外部保护层（角质层）。由于成煤植物种类和生长环境不同，煤中的角质体因时因地差别很大。根据角质体条带宽度，可分出厚壁角质体（>50μm）和薄壁角质体(仅几微米)。从晚古生代至中新生代，煤中角质体含量有逐渐变低、角质体条带有逐渐变薄的趋势(g)。角质体常排烃形成渗出沥青体(d)。（3）木栓质体(suberinite)木栓层的栓质细胞壁，主要是由植物茎(少数由根)的周皮组织中的木栓层转变而来。细胞腔有时中空，有时充填团块镜质体，常显示叠砖状或叠瓦状构造。(4)树皮体(barkinite)是由细胞壁和胞腔充填物都已栓质化的植物茎或根的形成层以外的所有组织形成的壳质组分。树皮体颜色，在油浸反射光和透射光下都不均匀；在蓝光激发下荧光强度中等或较弱。（5）树脂体(resinite)由成煤植物的树脂、蜡质和脂类物质形成的壳质组分。常呈大小不等的圆形、椭圆形及不规则形态，零星分布在煤中或充填于植物组织的细胞腔中；在蓝光激发下不同的树脂体颜色各异，发亮黄色、橙黄色、黄绿色或翠绿色荧光。常见渗出沥青体与树脂体相连，母体与馏出物的荧光强度和颜色相同或有差别，有时见树脂体中有微粒体残留，留下煤成烃标志。（6）渗出沥青体（exsudatinite）主要由树脂体、角质体、树皮体、孢子体和富氢镜质体形成的次生显微组分。常呈楔形成沿—定方向延伸，充填于裂隙或胞腔中，常与母体相连，其光性特征与母体基本一致或有差别。（7）藻类体(alginite)由藻类遗体形成的、主要在腐泥煤中出现的壳质组分。与多数壳质组分相比，藻类体发较强的荧光。根据有无细胞结构分为结构藻类体和层状藻类体2个亚组分。①结构藻类体(telalginite)能识别出藻类形态和结构的显微组分。煤中最常见的是皮拉藻类体（pila-alginite），呈不规则的椭圆形和纺锤形等形态；在垂直层理的切面中，表面呈斑点状、蜂窝状或海绵状，边缘呈放射状、似菊花状的群体细胞腔结构特征。

轮奇藻类体(reinschia-alginite)在垂直层理切面中，显示压扁状空腔和外缘锯齿状的结构特征。该组分少见，仅在山西浑源太原组藻煤中发现。

沟鞭藻、盘星藻、葡萄藻？

中国早古生代烃源岩中含有原始形藻和类胶球藻②层状藻类体(lamalginite)纹层状的藻类体，不显示藻类原始形态和结构特。在垂直层理的切面中，呈纹层状、短线条状。油页岩中的层状藻类体，在垂直层理的切面中呈弯曲的短线条状，均匀散布在矿物沥青基质中(8)沥青质体(bituminite)由藻类、浮游生物、细菌等类脂质分解的产物，出现在腐植腐泥煤、腐泥煤和油页岩中。在油浸反射光下呈灰黑色或深灰色，有时显示内反射现象，反射率很低；在透射光下呈褐黄色或黄色；在蓝光激发下，发褐黄色荧光，正光变。呈基质状的沥青质体称为基质沥青质体。在油页岩中沥青质体经常与矿物混杂形成矿物沥青基质沥青质体热解发生排烃作用后残留物为微粒体。早古生代烃源岩中含有“沥青砂”和运移沥青(9)荧光体(fluorinite)由植物分泌的油脂等转化形成的具强荧光的壳质组分。在蓝光激发下发很强的亮黄色或亮绿黄色荧光，荧光体常呈单体或成群的粒状、油滴状、小透镜状。主要分布在叶镜质体中。(10)碎屑壳质体(1iptodetrinite)粒径小于3μm的壳质组分。常成群出现，在油浸反射光下呈深灰色，在蓝光激发下发亮黄色荧光。显微组分组显微组分显微亚组分显微组分种镜质组结构镜质体结构镜质体1结构镜质体2科达木结构镜质体鳞木结构镜质体松柏—银杏结构镜质体封印木结构镜质体真菌结构镜质体无结构镜质体均质镜质体基质镜质体胶质镜质体团块镜质体碎屑镜质体半镜质组结构半镜质组无结构半镜质组均质半镜质体基质半镜质体团块半镜质体碎屑半镜质组惰质组丝质体半丝质体粗粒体粗粒体1粗粒体2微粒体菌类体菌类体1菌类体2碎屑惰质体壳质组孢子体大孢子体小孢子体角质体木栓质体树皮体树脂体藻类体结构藻类体层状藻类体皮拉藻类体轮奇藻类体沥青质体渗出沥青体荧光体碎屑壳质体烟煤显微组分分类表有机显微组分分类命名及基本特征所研究的海相下组合烃源岩的生烃母质全部属于低等生物：菌藻类、浮游动物和细菌等。水生低等生物门类繁多，大多数种群死亡后生物形貌特征和组织结构完整保存下来的很少，因此在早古生代烃源岩中能鉴别出来的有机显微组分很少，加之形体欠完整，含量低，且热演化程度很高，致使研究工作难度很大。显微组分组显微组分藻类组藻类体腐泥组腐泥基质体矿物沥青基质动物有机组动物皮层体虫颚体热变组（次生组）碳沥青体微粒体有机显微组分分类命名有机显微组分组合及有机质类型

以藻类－腐泥组、有机动物组和热变组百分含量为端元，大部分样品靠近藻类－腐泥组端元，页岩和多数砂质岩位于这一区间，有机质类型属于Ⅰ型无疑；少数碳酸盐岩和砂岩靠近热变组端元，从广义上讲属于“沥青砂岩”或储层沥青，从烃源岩角度来说也属于Ⅰ型有机质。动物有机组分含量不高，只少数样品超过20%，有机组分主体仍是藻类－腐泥组，总体上不会改变其Ⅰ型有机质属性。有机岩石学基础-矿物质按其成因分为：植物成因的、陆源碎屑成因的和化学或生物化学成因的3大类；按其成分分为：粘土类、碳酸盐类、硫化铁类和氧化硅类4大类。用普通显微镜在煤光片、煤薄片中能识别的常见矿物有微－隐晶质粘土、结晶高岭石、水云母、黄铁矿、白铁矿、方解石、菱铁矿、石英、云母及岩屑等。

矿物类别常见矿物空气反射光下油浸反射光下其它特征颜色突起表面特征颜色粘土类微－隐晶粘土暗灰色不显微粒状深灰色、黑色发褐色、褐黄色荧光结晶高龄石灰色微有时不平整深灰色、灰黑色蠕虫状、手风琴状、发亮黄色荧光碳酸盐类方解石乳灰色微光滑平整灰棕色内反射珍珠色强非均质性，菱形解理，双晶等菱铁矿深灰色低平整灰棕色内反射珍珠色略带浅灰褐色结核状，球粒状，表面放射状，强非均质性硫化铁类黄铁矿浅黄白色很高平整、有时蜂窝状亮黄白色各种形态，有时发血红色荧光白铁矿浅黄白色很高平整亮白色常为“葵花瓣”，板柱状形态，强非均质性，偏光下呈绿黄－浅紫－蓝灰色氧化硅类碎屑石英深灰色很高平整黑色次棱角状，次圆状自生石英深灰色很高平整黑色自形、半自形晶体煤中常见矿物鉴定特征(1)黄铁矿在煤中常呈结核状、鲕状、莓粒状、葵花状、细粒浸染状、自形晶状及被交代物显示的形状等。结核状黄铁矿中有时包有动、植物碎屑。鲕状黄铁矿很少单独出现，常见许多单鲕和复鲕紧密堆集，很多鲕粒显示矿化藻的形态特征。华南西部晚二叠世煤中见有黄铁矿化的菌落。莓粒状黄铁矿由许多莓子组成，在腐泥煤和深覆水腐植煤中很常见。“葵花”状黄铁矿的“花芯”常为莓粒状的黄铁矿，周边的“花瓣”常为板柱状的白铁矿。煤中经常见到黄铁矿化的植物组织。

结核状黄铁矿中有时包有动、植物碎屑鲕状黄铁矿很少单独出现，常见许多单鲕和复鲕紧密堆集，很多鲕粒显示矿化藻的形态特征莓粒状黄铁矿由许多莓子组成，在腐泥煤和深覆水腐植煤中很常见。“葵花”状黄铁矿的“花芯”常为莓粒状的黄铁矿，周边的“花瓣”常为板柱状的白铁矿。黄铁矿化的植物组织浸染状黄铁矿常呈许多细粒或微粒状分布在镜质组分中黄铁矿的自形或半自形晶体，切面中显示四边形、三角形、菱形等形状“珊瑚”枝状黄铁矿呈现出被交代物的形状脉状黄铁矿常分布在均质镜质体中与镜煤内生裂隙有关(2)菱铁矿在煤中主要呈球粒状和结核状。结核状菱铁矿在油浸反射光下表面颜色不均一，内反射明显，显示放射状特征。湖北秭归晚三叠世煤中的菱铁矿呈细晶状，与黄铁矿共生，反映了当时沼泽水体pH值中等的聚煤特点。华北广大地区侏罗纪煤中普遍含有菱铁矿结核，且黄铁矿很少，反映了中生代大型内陆盆地弱还原、弱碱性聚煤环境特点。(3)石英同生石英有自形和他形2种。自形石英粒径约lOμm，常与基质镜质体共生。他形石英宏观为煤层中断续分布的硅质结核和透镜体，厚度约lOcm；透射光下观察，他形石英颗粒中包裹有碎屑镜质组分。可以认为，当沼泽受海水影响强烈时，在强碱性介质中溶解了一些Si02；当沼泽受海水影响减弱时，其中的SiO2胶体在弱碱性介质中沉淀、结晶形成石英。自形石英的发育是华南西部晚二叠世煤的特点之一他形石英颗粒中包裹有许多红色的碎屑镜质组分脉状石英在正常煤中较少见，而在有岩浆活动和热液活动地区的煤中则常见。在福建漳平内林石墨的裂隙中见有后生石英脉(g)，镜下观察，脉中的石英呈晶簇状，形如菊花(h)。(4)高岭石结晶形态好时也称为结晶高岭石。结晶高岭石的前身可能是机械搬运作用形成的陆源矿物质。显然，机械沉积作用与化学沉积作用形成的结晶高岭石是无法截然分开的。在蓝光激发下，结晶高岭石发亮黄色荧光，聚片构造十分清晰。华南西部晚二叠世煤中的蚀变火山灰夹矸(tonstein)常由结晶高岭石组成。机械沉积作用与化学沉积作用形成的结晶高岭石是无法截然分开的。华北石炭二叠纪煤中的结晶高岭石，常呈小团块状、小透镜体状分布在镜质组分中，在油浸反射光下呈深灰色，在垂直透镜体延伸方向显示“聚片”状、“手风琴”状构造。煤中的粘土，常呈细分散状、团块状、透镜状、条带状和薄层状，与显微组分混生。湘中早石炭世煤中的粘土矿物，在油浸反射光下非常黑，与分布其中的菌类体形成强烈反差。煤级虽然很高（Ro,max为2.38％）,但这种黑色粘土在蓝光激发下仍发褐色荧光（c，d）。

(5)方解石煤中常见，宏观呈白色，显示根须、树枝等形状。镜下观察非均质性明显，聚片双晶发育。有机岩石学基础-动物化石有孔虫。海南儋州长坡，N，煤A、原始球形藻。新疆塔里木柯坪，O，反射荧光B、类胶球藻。新疆塔里木YM2井，O，反射荧光C、动物软体。血红