第10章 可燃有机矿床.ppt

1、可燃有机矿床是指有机成因的，可以燃烧的矿产。 按其存在状态可分为3类： 固体燃料矿床，如煤、油页岩等； 液态燃料矿床，如石油等； 气体燃料矿床，如天然气等。 可燃有机矿产在国民经济建设中占有十分重要的地位，现代能源主要由石油、煤、天然气提供。此外，可燃有机岩矿产还是化工和医药的重要原料，单从石油中可提炼出1000多种产品。,第十章 可燃有机矿床,一、煤矿床的概念、特点,煤(coal)是指在沼泽盆地中堆积的大量植物（包括高等植物和低等植物）的遗体残骸，经过沉积成岩作用形成的固态可燃矿产。根据成煤植物性质不同可分为2类：腐殖煤，由高等植物在沼泽盆地中形成，包括褐煤、烟煤和无烟煤等；腐泥煤，由低等植

2、物在湖沼中形成，包括藻煤、石煤等。 煤矿床产于地质历史上温暖潮湿的气候带的沉降盆地内，分布面积广；产于一定时期沼泽相或湖沼过渡相黑色或灰黑色沉积岩系内，层位稳定，产状与沉积岩层一致；矿体多呈层状或似层状，亦可呈凸镜状或豆荚状；矿石以块状、薄层状构造为主，煤层中的有机组分极易氧化，经氧化后残留的部分主要是一些粘土矿物，多表现为灰白色粘土线。,成煤作用示意图,二、成煤作用,腐泥类成煤作用示意图,三、煤的形成条件 1 时代条件（植物条件） a 腐泥类自寒武纪至现代均可能形成； b 腐植类形成于泥盆纪之后，我国C、P、J、R分别是孢子植物、裸子 植物和被子植物极盛时期，也是主要的聚煤期。 2 古气候条

3、件 温暖潮湿气候有利植物生长、植物腐烂、植物遗体保存。 3 构造条件 a 地壳保持长期平稳、缓慢下降是形成较厚煤层的重要构造条件；理 想条件：地壳下降速度与植物埋藏、聚集速度平衡；形成多层煤的 条件：地壳升降或间隙性下降。 b 同沉积期构造控制聚煤盆地的升降速度及煤层的厚度。 c 成煤后构造影响煤层的保存和开采条件。,4 地理条件 大面积沼泽化、宽缓低洼地区，如滨海平原、内陆大湖泊、宽广 河谷、河口三角洲、海湾泻湖、山间盆地等。 5 我国重要的聚煤期 聚煤期指成煤的时代。总体上，我国主要的聚煤期有4个：石炭纪、 二叠纪、侏罗纪和第三纪。 北方：C3、P1、J、（R） 南方：C1、P2、J、R,

4、四、煤的物质组成及煤岩分类,1煤的物质组成 煤的化学组成可分为有机质和无机质两大类，其中有机组分主要为碳、氢、氧、氮等元素组成的化合物，是组成煤的主体部分；无机质包括水分和矿物杂质，是影响煤质量的有害组分。煤的主要成分及特征如下： （1）碳，是煤中最主要的成分和最主要的可燃物质。煤中碳含量越高，发热量越大，煤质也越好。通常碳含量随着煤变质程度的加深而增高。 （2）氢，在煤中含量较少，但比较重要，其燃烧热相当于同重量碳的4.2倍。煤中氢含量一般随变质程度加深而减少。,（3）氧，含量变化较大，并随着煤化程度加深而减少，风化煤层 中氧含量明显增高。 （4）氮，煤中氮含量较少，主要来自成煤植物中的蛋白

5、质。 （5）硫，是煤中最有害的杂质，燃烧生成SO2既腐蚀金属设备，又污染环境。焦炭中混入硫，严重影响钢材质量。煤中无机硫以黄铁矿、石膏等形式存在。 （6）磷，是煤中另一主要的有害杂质，以磷灰石和微量有机磷存 在于煤中。炼铁时，焦炭中的磷进入生铁中使钢铁性能变脆。 此外煤中还有砷、氯、汞、硒及氟等有害杂质，总体含量少，但局部集中时也易造成环境污染。,2煤岩分类 煤岩植物残留体组成的具一定形态分子(木质组织碎片、孢子、花粉、胶质层、树脂、藻类等）基质（无一定形状和轮廓的凝 胶化物质） 根据形态分子和基质的比例和配合关系，分为： 镜煤 黑色、光泽强、质匀、性脆、具贝壳状断口，垂直层理方向裂隙发育。成

6、分中凝胶化物质一般在95以上，挥发分和含氢量高，灰分低，粘结性强。含镜煤较多的烟煤宜炼焦。 亮煤 黑色但颜色比镜煤稍浅，光泽较强，仅次于镜煤，性较脆，有时具贝壳状断口，均一程度较镜煤差，隐约可见微细层理。成分由多量凝胶化物质与少量形态分子组成。亮煤可用于炼焦。,暗煤 灰黑色，光泽暗淡，坚硬，致密，韧性较大，断口呈不规则状，不显层理，成分中凝胶化物质较少，矿物质含量较多，形态分子多而复杂。暗煤不适合单独炼焦。 丝碳 暗黑色，具纤维状结构和丝绢光泽，形如天然木炭，硬度小，脆性大，染手。薄片中丝炭的植物组织、细胞结构保存清清楚，细胞腔常被矿物填充，碳含量高，氢含量低，灰分高，不宜炼焦。,3煤的分类

7、工业分类：根据工业用途的不同，我国将煤分为10大类，除褐煤和无烟煤之外，某余8种统称为烟煤，其主要特征和用途如下： 褐煤 长焰煤 气煤 肥煤 焦煤 瘦煤 弱粘煤 不粘煤 贫煤 无烟煤 比 重 轻 重 含碳量 少 多 挥发份 多 少,五、煤层和含煤岩系,1煤层 煤层(coal bed)是指泥炭层经过煤化作用，由有机质和矿物质转变而成的层状、似层状或多种复杂形态的地质体。它是人们开采和利用的对象。 在含煤岩系正常层序中，直接伏于煤层下面的沉积表层称为煤层的底板；直接盖在煤层上面的沉积岩层称为煤层的顶板。 煤层底板主要是沼泽相的粘土岩，泥质岩和粉砂岩。底板中多富含植物根化石或痕木化石，表明它曾经是成

8、煤植物生长的土壤。 煤层顶板岩石由于沉积环境的不同可分为主要的两类，即湖泊相的泥质岩、粉砂岩和浅海相的石灰岩和泥质岩；前者常含丰富的植物枝、叶化石，后者常保存较多的正常海相动物化石。,煤层的厚度是指顶底板之间的垂直距离（图10-2），目前按煤层可采厚度分为薄煤层（小于1.3m）、中厚煤层（1.33.5m）、厚煤层（大于3.5m）。 煤层分不含夹石层的简单结构煤层和含夹石层的复杂结构煤层。 复杂结构煤层中夹石层少者几层，多者十几层至几十层。夹石层的岩性主要有炭质泥岩、泥质岩、砂岩，其次有粘土岩、石灰岩和砂岩，有时可见到油页岩、菱铁矿层、火山碎屑岩等,2.煤系 聚煤盆地中的一套含有煤层的沉积岩系（

9、含煤建造）。 含煤岩系特点： a 沉积环境（相）为陆相（煤系）或海陆交互相（煤系），含煤段均 为沼泽相。 b 岩性为黑色及灰色碎屑岩系，可夹有碳酸盐岩（海陆交互相）。 c 岩系具有明显的旋回结构。 d 富含植物化石。 e 常伴有铝土矿、高岭土、耐火粘土、硫铁矿、菱铁矿等。 根据含煤岩系特点划分： （1）陆相含煤岩系 根据堆积时地理环境可进一步划分内陆山间盆地型和内陆盆地型。 （2）海陆交互相含煤岩系 根据地理环境可划分浅海型、滨海平原型和海湾型。,1聚煤盆地 是指在同一构造单元内为含煤岩系提供沉积场所的盆地。按成因聚煤盆地可分成侵蚀盆地和坳陷盆地。 （1）侵蚀盆地：盆地的形成与构造运动无关，完

10、全是由侵蚀作用而形成的，其特点是盆地基底常起伏不平，形成的煤系厚度小，变化大，分布零星，我国云南省第三纪的一些煤田中常见这种类型（图10-5）。,六、聚煤盆地、煤田,（2）坳陷盆地：盆地的形成直接受控于地壳的构造运动，构造运动引起基底逐渐沉降，沉降物不断地补偿过程中形成的聚煤盆地。 挤压作用引起的坳陷盆地：这类盆地常形成波状起伏的坳陷，盆地坳陷范围大，沉降幅度中间大、边部小，形成的煤系中间厚，最厚可达数百米，向两边逐渐变薄（图10-6）。,（3）断陷盆地：断块升降作用产生的聚煤盆地，其特点是盆 地一侧或两侧有断裂分布，基底面不连续（图10-7）。辽宁省 阜新煤盆地属断陷盆地，为侏罗纪以后断裂带

11、长期活动造成断 块下陷造成。煤系由一套洪积、冲积和湖相陆源碎屑岩组成 ，岩性厚度变化都很大。,2煤田 指聚煤盆地经后期构造改造后保留下来的产煤区域。 一个聚煤盆地被后期构造改造后常分隔成若干个煤田。煤田面积变化大，从数平方公里至数百平方公里，最大可达上千平方公里。,3我国主要的成煤时代 我国主要的成煤时期为石炭纪、二叠纪、三叠纪、侏罗纪、白垩纪和第三纪；其中以晚石炭-早二叠世、侏罗纪和第三纪最为重要，主要聚煤期、地理分布及主要特点如下（表10-1）。,石油：以液态形式存在于地下岩石孔隙中的可燃有机矿产。成分上以烃类为主，并含有非烃化合物及多种微量元素；相态上以液态为主，并溶有大量烃气和少量非烃

12、气以及固态物质。 石油是重要的燃料，被称为“工业的血液”，同时也是化工原料，是各种洗涤剂、合成纤维、合成橡胶、塑料以及农药、化肥、医药等方面的原料。 广义的天然气：自然界中的一切气体。如：宇宙气、大气、海洋气、岩浆岩中气体等等。 狭义的天然气：地壳上部各种天然气体，主要是指可燃的烃类气体。 天然气由于其热值高、燃烧充分、热效率高、运输方便，在工业和民用燃料、动力等方面得到越来越广泛的应用，同时也是化工产品、人造蛋白质及医药的原料。,石油和天然气,1石油的化学成分 石油没有固定的化学成分和元素含量，但元素含量变化有一定的范围。,一、石油的化学成分和物理性质,石油的元素组成主要是C、H，其次是O、

13、N 和S，并含有几十种微量元素。 石油元素的组成不同学者统计有所不同，但差别不大。 根据Hunt(1979)，石油元素含量如下表：,2石油的物理性质由于石油是有机化合物的混合物，所以不会有固定的物理常数。其一般的物理性质如下： 颜色多为黑绿色、深褐色、黑色； 原油多具有明显的气味，轻质石油有芳香味，浓而黑的石油有沥青味，少数含硫和氮的多有臭味； 密度一般在0.751.00g/cm3之间，大多数比水轻； 粘度取决于石蜡的含量，变化较大； 发热量大，燃烧时放热量约为(4.25)107J/kg； 为非导电体，电阻率为10111018cm。,1石油和天然气成因 多年来关于石油和天然气成因一直存在有机成

14、因说和无机成因说2种观点。随着生产实践和科学研究的进一步深入，目前有机成因说得到了广泛的承认。主要依据是：迄今已发现的油气田绝大部分分布于沉积岩中，油气中主要化学成分各种烃类与沉积岩中分散的烃类十分相似；主要成油时代往往是地史中生物大量繁殖时期。 原始生油物质为干酪根热降解成油。,二、石油和天然气的形成作用,沉积岩中不溶于碱、非氧化型酸和有机溶剂的分散有机质,陆相生油理论,创建人：李四光 人们一直认为只有在海相地层中才有可能出现的大的油田，西方人确认中国贫油，原因是中国一些大型中新生代盆地多为陆相沉积。 我们的科学家经过研究提出了只要条件适宜，陆相沉积也可能生成大油田的理论。这个基础理论的突破

15、，让我们发现了自己脚下的油气资源，建成了大庆、大港、胜利等大油田，陆相成油理论的作用功不可没。 发现大庆油田的第一功臣李四光是中国地质力学的奠基人。李四光曾在1954年的从大地构造看我国石油勘探的远景一文中，论证了新华夏体系沉降带有良好的生油、储油的条件，指出我国找寻天然气、石油的广阔的前景，提出了在松辽平原、华北平原等地开展石油普查的意见。1952年李四光开始任新中国地质部部长。李四光领导了当时的全国地质普查，也批准了大庆的勘探计划，所以成为新中国发现大庆油田的第一号功臣。,气与油的成因差别,1.天然气气源广阔，是多源的，相对而言，油源范围较窄，往往受到有机物源的限制，是少源的。 2.生气是

16、多阶段的，而油则是在有机质达到中演化阶段生成的。 3.油、气都属于流体矿产，但其流动、扩散性质以及成藏、保存条件都有很大差别。,干酪根的类型,干酪根是分散的有机质的主体，它的类型基本代表岩石中分散有机质的类型。 根据元素分析将其分为3大类： 型是分散有机质干酪根中经细菌改造的极端类型。 型是生油岩中常见的干酪根，又称腐泥型。 型是由陆生植物组成的干酪根，又称腐植型。 是残余型。,近年来，随着实验技术的不断提高，通过对干酪根的热解实验，进一步揭示了干酪根随埋深的增加变化的规律，图10-14 表示了干酪根演化成烃模式。从01km属于成岩作用干酪根未熟化阶段，该阶段从生物聚合随埋深增大发生生物化学降

17、解作用，形成部分甲烷及残留沥青；从13.5km属于成岩期后的后生作用，由于地温随埋深一起增大，干酪根发生热降解，干酪根分解为液态石油、气态甲烷和“湿气”；3.5km以下由于静压力较大，温度较高，发生变质作用，烃类完全成为气态或石墨（非有机质）。,2. 油（气）藏的形成条件 油气藏：指地下具有相当规模的石油和（或）天然气聚集（体）单 位，可分为油藏，气藏和油气藏。 1 必要条件 （1）有较厚的生油（气）层（烃岩源）：富含有机质的暗色泥（页） 岩及碳酸盐岩。 （2）在生油层上下及其中有储集层（岩）：孔隙度大、渗透性好岩 层，常为砂岩、碳酸盐岩及其他裂隙发育岩石（起油气运移通道 和聚集场所的作用）。

18、 （3）储集层之上必须有不透水的盖层：泥岩（页岩）、泥灰岩、石 膏层等（起封闭作用） （4）油气运移,（5）圈闭： 能够容纳石油和天然气并使其富集的封闭或半封闭的场所 圈闭的类型（图）： a 构造圈闭：背斜圈闭、断裂圈闭、裂隙圈闭、穿刺构造圈闭； b 岩性圈闭：倾向尖灭圈闭、凸镜体圈闭、生物礁圈闭； c 地层圈闭：不整合面圈闭、潜伏剥蚀凸起圈闭（古潜山式）。 2 充分条件 （1）充足的油气源 （2）有利的生储盖组合 （3）大容积的有效圈闭 3 影响油气藏规模的因素： a 储集层的厚度；b 圈闭影响的面积；c 圈闭的高度； d 供给圈闭的油气量,石油和天然气,生储盖圈运保（运聚保）,也叫母岩或生

19、油岩。 Hunt(1979）将烃源岩定义为：在天然条件下曾经产生并排出过烃类且足以形成工业性油气聚集的细粒沉积。 主要是低能带富含有机质的暗色泥质岩和碳酸盐岩沉积。,烃源岩的概念,有机质的数量 有机质的类型 有机质的成熟度,烃源岩的评价,包括有机质的丰度和烃源岩的体积。 有机质丰度的主要指标为有机碳、氯仿沥青“A”和总烃的百分含量。 沉积岩中的碳以碳酸盐岩和有机碳两种形式存在，在组成生物体的主要元素中，碳含量最高、最稳定，因此是最主要的丰度指标。 对岩石进行氯仿抽提可得到氯仿沥青“A”含量，然后将抽提物进行柱色层分离可得到总烃含量，它们也能反映有机质的丰度。,(一)有机质的数量,我国陆相生油层评价标准,有机质的类型常从不溶有机质（干酪根）和可