第一章煤化作用

煤化作用03第一章煤化学Coalification第一章煤化作用及煤的蜕变作用类型成煤作用是原始成煤物质最终转化成煤的全部作用，它分成两个相继的阶段：从成煤原始物质的堆积，经生物化学作用直到泥炭的构成，称为泥炭化作用阶段；当泥炭构成后，由于堆积盆地的沉降，泥炭被埋藏于深处，在温度、压力增高等物理、化学作用下，构成褐煤、烟煤、无烟煤、变无烟煤，称为煤化作用阶段。对于腐泥来说，那么阅历了硬腐泥、腐泥褐煤、腐泥亚烟煤、腐泥烟煤到腐泥无烟煤的煤化作用。第一章煤化作用及煤的蜕变作用类型成煤作用的阶段划分植物泥炭化泥炭成岩作用褐煤蜕变作用烟煤、无烟煤煤化作用第一章03煤化作用及煤的蜕变作用类型§1煤化作用的阶段与特征

第一章§1煤化作用的阶段与特征一、煤的成岩作用与蜕变作用(diagenesis,metamorphism)煤的成岩与蜕变作用的分界:普通以为，由于亮褐煤(中国的老褐煤、美国的亚烟煤)已出现镜煤，具有剧烈的镜煤化作用，并且具有微弱的光泽。因此，蜕变作用开场于亮褐煤的构成。具有了光泽就进入了蜕变作用阶段.第一章§1煤化作用的阶段与特征(一)煤的成岩作用1.成岩作用概念由泥炭经过物理化学作用构成年青褐煤的过程,为煤的成岩作用.泥炭→年青褐煤〔不具光泽〕第一章§1煤化作用的阶段与特征2.成岩作用机制泥炭构成后，由于盆地的沉降，在上覆堆积物的覆盖下被埋藏于地下:①压实、脱水、增碳;②游离纤维素消逝;③凝胶化组分逐渐固结;④具有了微弱的反射力。这一转变所历经的作用称为煤的成岩作用。据stach以为，这种作用大致发生于地下200～400m的浅层。第一章§1煤化作用的阶段与特征3.成岩作用特点(1)成岩作用的化学作用结果①泥炭内的腐植酸、腐植质分子侧链上的亲水官能团，以及环氧数目不断地减少，构成各种挥发性产物;②碳含量添加，氧和水分含量减少—脱水。碳元素(C)主要集中于稠环中。稠环的结合力强，具较大的稳定性。第一章§1煤化作用的阶段与特征(2)煤的物理煤化作用主要反映在发生了物理胶体反响，即成岩凝胶化作用，从而使未分解或未完全分解的木质纤维组织，不断转变为腐植酸、腐植质，使曾经构成的腐植酸、腐植量变为黑色具有微弱光泽的凝胶化组分。成岩作用中，丝炭化组分和稳定组分也发生变化。第一章§1煤化作用的阶段与特征(二)煤的蜕变作用1.煤蜕变作用概念年青褐煤，在较高的温度、压力及较长地质时间等要素的作用下，进一步发生物理化学变化，变成老褐煤(亮褐煤)、烟煤、无烟煤、变无烟煤的过程。第一章§1煤化作用的阶段与特征2.特点①腐植物质进一步聚合，腐植酸进一步减少，使腐植物质由酸性变为中性，出现了更多的腐植复合物;②失去大量的含氧官能团(如羧基—COOH和甲氧基—OCH3)。转变为烟煤、无烟煤和变无烟煤。③终了了成岩凝胶化作用，构成凝胶化组分(煤岩);④植物残体己不存在，稳定组分发生沥青化作用:第一章§1煤化作用的阶段与特征二、煤化作用特点(一)普通特点1.煤在延续地系列演化过程中，可明显地显现出增碳化(相对)趋势(特点)即由泥炭阶段含有C、H、O、N、S五种主要元素，演化到无烟煤阶段根本上只含碳(C)一种元素。因此，煤化作用过程，也可称作异种元素的排出过程。煤化作用的最终结果:①排出的其它元素和碳结合构成挥发性化合物;②随煤化程度添加，煤中的挥发物减少，碳含量添加。第一章§1煤化作用的阶段与特征2.随着煤化作用进程,煤的有机分子表现为构造单一化趋势即由泥炭阶段含多种官能团的构造，逐渐演化到无烟煤阶段只含缩合芳核的构造，最后演化为石墨构造。煤化作用过程实践上是依序排除不稳定构造的过程。即逐渐保管稳定构造。第一章§1煤化作用的阶段与特征3.随着煤化作用进程,煤的有机为分子构造表现为致致密化和定向陈列的趋势①煤的有机分子侧链由长变短，数目变少；②腐植复合物的稠核芳香系统不断增大，逐渐趋于严密；③分子量加大，缩合度提高；④分子陈列逐渐规那么化，从混杂陈列到层状有序陈列，因此反光性能加强。第一章§1煤化作用的阶段与特征4.随着煤化作用进程,煤显微组分性质呈现为均一性趋势。在煤化作用的低级阶段，煤显微组分的光性和化学组成构造差别显著，但随着煤化作用的进展，这些差别趋于一致，变得愈来愈不易区分。高蜕变煤的煤岩组分不易识别。第一章§1煤化作用的阶段与特征5.煤化作用是一种不可逆的反响。煤化作用只需由浅而深、或者被终止，不能够发生由深蜕变的煤转变为浅蜕变的煤，不可逆转性。煤化作用不是简单的化学反响。煤化作用能否构成延续的系列演化过程，决议于详细地质条件。例如，含煤盆地由沉降转变为抬升，这就会导致煤化作用的终止；假设后来由于岩浆作用的加剧，或盆地再度沉降，那么煤化作用还能够再次进展下去。第一章§1煤化作用的阶段与特征6.煤化作用的开展是非线性的，表现为煤化作用的跃变，简称煤化跃变。煤的各种物理、化学性质的变化，在煤化进程中，快、慢、多、少是不平衡的。第一章§1煤化作用的阶段与特征三、煤化作用跃变亮褐煤→长焰煤→气煤→肥煤→焦煤→瘦煤→贫煤→无烟煤→变无烟煤褐煤Ⅰ烟煤无烟煤〔一〕第一次跃变〔Ⅰ〕：发生在长焰煤开场阶段(Cdaf=75％～80％，Vdaf＝43％，镜质体反射率Romax＝0.6％)，与石油开场构成阶段相当。即与生油阶段相当。第一章§1煤化作用的阶段与特征特点是：发生沥青化作用：生成沥青质。沥青化作用是指壳质组(包括藻类体)和镜质组在煤化过程中构成沥青质，即石油型烃类的一种作用。这种作用起始于硬褐煤阶段(Rom为0.5％)，继续到早期肥煤阶段(Rom=1.2％)。随煤化程度的提高，各种含氧官能团逐渐零落，在Rom＝0．6％以前主要以析出CO2和H2O为特征；当煤化作用到达Rom＝0.5％～0.6％阶段，芳香核稠环上开场①零落脂肪族和脂肪族官能团和侧链，②构成以甲烷为主的挥发物，于是开场了生成沥青质的沥青化作用。第一章§1煤化作用的阶段与特征亮褐煤→长焰煤→气煤→肥煤→焦煤→瘦煤→贫煤→无烟煤→变无烟煤褐煤Ⅱ烟煤无烟煤〔二〕第二次煤化跃变〔Ⅱ〕出如今肥煤到焦煤阶段Cdaf＝87％，Vdaf＝29％，Romax＝1.3％。镜质体发射率Romax＝1.3％对应于石油的“死油线〞第一章§1煤化作用的阶段与特征特点(8个方面)：①煤中甲烷的大量逸出，释放出大量的氢。富氢的侧链和键的大量缩短及减少；②煤的比重下降到最小值；③煤的显微孔隙度逐渐减少，水分减少。到焦煤阶段(Cdaf=89％，Vdaf≈20％，Romax≈1.7％)腐植凝胶根本上完成了脱水作用，水分和孔隙度都到达了最低值；第一章§1煤化作用的阶段与特征④发热量那么升高到最大值(这是和镜质组的硬度、密度的最小值，以及炼焦时可塑性最大值相一致)；⑤焦煤阶段，由于化学构造的变化，水分含量〔主要是内在水分〕又有所上升；第一章§1煤化作用的阶段与特征⑥煤的物理、工艺性质发生转机：耐磨性、焦化流动性、粘结性、内生裂隙数目等都到达极大值，内面积、潮湿热等到达最小值。称为煤化作用转机。第一章§1煤化作用的阶段与特征

⑦第二次跃变的结果--煤化台阶：壳质组与镜质组在颜色、突起、反射率等的差别愈加变小.因此，壳质组从Vdaf=29％～22％这一阶段的明显变化又称为煤化台阶。

第一章§1煤化作用的阶段与特征⑧生油→生气：本阶段与油气构成的深成阶段后期(即热裂解气开场构成阶段)相当，石油烃转化为气体烃，因此它对应于石油的“死亡线〞(现有质疑?)。第一章§1煤化作用的阶段与特征亮褐煤→长焰煤→气煤→肥煤→焦煤→瘦煤→贫煤→无烟煤→变无烟煤褐煤烟煤Ⅲ无烟煤〔三〕第三次跃变〔Ⅲ〕发生于烟煤变为无烟煤阶段Cdaf=91％，Vdaf＝8％，Romax＝2.5％。煤化作用的第三次跃变以后，就是有人称为无烟煤化作用和半石墨化作用的阶段，代表了煤化作用的最终阶段，其产物是无烟煤和变无烟煤的构成。第一章§1煤化作用的阶段与特征〔四〕第四次跃变为无烟煤与变无烟煤分界Cdaf＝93.5％，Hdaf=2.5％，Vdaf＝4.0％，镜质体反射率Rmax＝4％，Rmin＝3.5％。曾经不属于煤化作用阶段。特点是：①在化学煤化作用方面，主要表现为氢含量与氢碳原子比的急剧下降。碳含量随埋藏深度的添加也明显地增大，同时芳香单元的芳香度和缩合度也急剧添加。②硬度增大、光泽加强，到变无烟煤时几乎呈金属光泽，宏观上微层理已不明显。第一章煤化作用及煤的蜕变作用类型§2煤化作用的要素

第一章§2煤化作用的要素一、温度煤化作用最重要的影响要素。随着沉降深度的变化，温度的添加使得煤化作用程度提高，因此煤化作用的演化决议于煤的受热史。煤化程度增高的速度，有人称为“煤级梯度〞或“煤化梯度〞。它首先决议于地域的地热条件，即地热梯度变化。大地热流值高→地热梯度高→煤化梯度高→煤的蜕变程度高。第一章§2煤化作用的要素温度的影响要素：〔1〕当地的大地热流及古地温梯度：盆地地温场；〔2〕地球深部岩浆活动，岩浆热的叠加情况；〔3〕构造热流场；〔4〕放射性物质产生的热；〔5〕下伏和共生岩石的导热性能。等。热演化史研讨是煤化作用研讨与油气地质研讨的重点。第一章§2煤化作用的要素二、时间在煤化作用中，煤在温度、压力作用下所阅历的时间长短，特别是在地质上的时间延续，都是不可忽视的要素。时间要素在较高的温度下往往更加明显，当温度过低，时间要素就不易起作用了。时间要素还涉及到由于沉陷快慢所引起的受热速率问题。在同样沉降幅度的盆地，由于到达一样埋藏深度的沉降速率不同，其受热增温速率也不同。第一章§2煤化作用的要素三、压力：压力的双重特点在不同压力下的煤化实验更加确认了静压力对化学煤化作用起着抑制造用。在煤化作用中，起决议作用的是化学煤化作用，而不是物理煤化作用。压力要素虽妨碍化学反响，但却引起煤的物理构造发生变化。第一章§2煤化作用的要素三、压力：压力的双重特点①在构造压应力作用下，剪切与拉伸能使芳香族单元层沿石墨构成的方向更加陈列有序，这在半石墨化、石墨化阶段表现的更为明显。②静压力使煤的孔隙率和水分降低、比重添加，还促使芳香族稠环平行于层面作有规那么的陈列。③构造应