2009-04-《煤化学》讲稿-03-章-煤岩学基础-1

1、1,煤化学,第三章 煤岩学基础1,第一节 煤的显微组分 第二节 煤中的矿物质 第三节 煤的岩石类型,化学科学与工程学院 郭绍辉 2009年36月,课程编号：0103012409-1 学时 40 开课时间：716周 上课教室： 周二 18:3020:15 3-302# 周五 15:3017:15 3-302# 学生： 化工2006,3-1,2,含黄铁矿煤样,含碳酸盐煤样,镜质体与孢子体（黄）,煤岩学： 用肉眼或光学仪器研究煤的组成、成分、类型和性质 煤是各种有机物质和无机物质的混合物,3,煤的不均一性，对煤的物理化学性质和加工工艺特性均有很大的影响。 确定煤的岩石组成和煤化程度，是正确评价煤质、

2、确定煤的合理利用途径的主要依据，也是研究煤的成因和变质程度的基础。 煤岩学研究方法是在不破坏煤的原生结构、表面性质的情况下，以物理方法为主，直接对煤的各方面性质进行研究。 优点：制作简单、操作方便、观察测试结果直观、分析快以及论据充分,含黄铁矿煤样,4,煤岩学研究煤,利用煤的物理性质如： 颜色、条痕色、光泽、硬度、断口、密度等,宏观研究法简单易行，便于推广，但较粗略,初步评定煤的性质和用途,判断煤化程度 (褐煤、烟煤、无烟煤),确定煤岩类型,宏观研究法,微观研究法,宏观研究法,利用肉眼或放大镜,5,微观研究法,利用显微镜,通常采用的方法：, 在透射光下研究煤的薄片（22cm，厚0.02mm）,

3、鉴定标志,颜色（透光色）、形态和结构等, 在反射光下研究煤的光片,将煤块或煤粉制成煤的光片（22.5cm、厚1.52cm的方柱体或直径2cm、厚1.52cm的圆柱体）,反射光下的研究,普通反射光（物镜在空气介质中观察）,油浸反射光（物镜在油浸介质中观察）,由于油浸的折射率（一般采用1.5151.518）与物镜光学玻璃的折光率接近，减少了空气中折射的影响，使光线集中，从而使各显微镜的特征更加明显，易于区别和辨识。,颜色（反光色）、形态和结构 突起、反光性等,鉴定标志,木栓质体、无结构镜质体,6,显微镜下能够区别和辨识的最基本的组成成分 煤中成煤原始植物残体转变而成的有机成分,同种显微组分的化学和

4、物理性质相近，但有变化,煤与矿物组成的区别：,大多数矿物实际上是晶质的,第一节 煤的显微组分 Maceral,矿物,有确定的化学成分,均质,煤,由显微组分组成,非晶质的,7,目前国际煤岩学术委员会的显微组分分类方案是侧重于化学工艺性质的分类,依据颜色、形态、结构和突起等特征划分显微组分,壳质组（稳定组和类脂组） 煤中最富含脂族结构的显微组分 镜质组 主体结构是复杂的大分子网络骨架，其间夹杂包络有各种 MW 较低的化合物或其他组分，大分子网络骨架的生物来源是高等植物中的木质素 惰质组 由于在煤的加工过程中（如炼焦、气化等）这一组分表现出低的粘结性和化学反应活性，将其称为惰质组,按其成因和工艺性质

5、的不同,大致可分为:,8,均质镜质体 胶质镜质体 基质镜质体 团块镜质体,根据各种成因标志，在显微组分中进一步细分出亚组分:,如镜质组分为：,无结构镜质体,结构镜质体,镜屑体,结构镜质体1 结构镜质体2,9,表3-1 国际硬煤的显微组分分类方案,划分依据: 成因和工艺性质的不同,依据颜色、形态、结构和突起等特征划分,根据各种成因标志，进一步细分,根据形态和特征，以及它们所属的植物种类和植物器官，进一步划分,10,颜色、形态、结构和突起等,成因标志,形态和特征，植物种类和器官,11,颜色、形态、结构和突起等,成因标志,形态和特征，植物种类和器官,12,一 镜质组（Vitrinite）,由植物的木

6、质纤维组织受凝胶化作用转化形成，是煤中最常见和最重要的显微组分组。 凝胶化作用是指泥炭化作用阶段成煤植物的组织在气流闭塞、积水较深的沼泽环境下，产生极其复杂的变化， 一方面植物组织在生物化学作用下，分解、水解、化合形成新的化合物； 另一方面植物组织在沼泽水的浸泡下吸水膨胀，使植物细胞结构变形、破坏乃至消失，或进一步再分解为凝胶的过程 与其他两个组分组相比，镜质组O的含量较高，H、C含量介于二者之间。,13,根据结构和形态的不同，镜质组可分为三种显微组分：,14,（一）结构镜质体,普通显微镜下植物细胞结构（木质、皮质和周皮细胞等）清楚或朦胧可见的镜质组分 来源于植物的树干、树枝、茎、叶和根等植物

7、组织器官，以细胞形态保留在煤中的镜质化（凝胶化）细胞壁 其细胞结构完整或受压变形，细胞腔往往被无结构镜质体填充，有时也被树脂体、微粒体或粘土矿物所填充。,Resinite (r) in telinite 结构镜质体. (scale is 330 microns on long axis),15,SLIDE 19-15,Telinite结构镜质体 (textinite木质结构体) and collinite无结构镜质体, reminiscent of structure in slide 319-34 of higher-rank coal.(scale is 330 microns on lo

8、ng axis),细胞腔被填充,16,SLIDE 25-19 Cell walls (telinite结构镜质体 ) (scale is 330 microns on long axis),17,Oxidized vitrinite (240 microns on long axis) SLIDE 5,18,Tissue of coalified wood (vitrinite) showing compressed cell wall structure and corpocollinite (cell fillings)团块镜质体 etched polished surface (240

9、microns on long axis) SLIDE 13,19,SLIDE 14,Tissue of coalified wood (vitrinite) showing compressed cell wall structure and corpocollinite (cell fillings) (etched polished surface) (240 microns on long axis),20,（二）无结构镜质体,在普通显微镜下没有显示植物细胞结构的镜质组分。 它常作为其他各种显微组分碎片和共生矿物的基质胶体物或填充物。,21,一般在较厚的镜煤或镜质组层中出现，主要由植物

10、的木质部和叶等组织经凝胶化作用转变而成， 常呈宽窄不等的条带状和透镜状，均一、纯净，发育垂直裂纹，具有较正常的反射率，是作为测量反射率以确定煤级的标准组分；,1 均质镜质体,均质无结构镜质体showing gelified cell wall (240 microns on long axis),22,SLIDE 41 Telocollinite均质无结构镜质体 (normal vitrinite of compressed cell wall) (240 microns on long axis),23,SLIDE 42 Telocollinite 均质无结构镜质体 (normal vitr

11、inite of compressed cell wall) which has been etched (right half of particle) to show compressed cell structure (240 microns on long axis),刻蚀部分,未刻蚀部分,24,数量很少，充填到与层理近于垂直的裂缝中和菌核的空腔中，甚至沿孢子外壳裂缝充填到孢子腔中，无确定形态，不含其他杂质 是一种真正没有结构的凝胶，并可见到其流动的痕迹，其反射率稍高，氢含量稍低；,2 胶质镜质体,25,SLIDE 16 Fluorescent matrix gel vitrinite

12、 (brown)胶质镜质体 and sporinite孢子体(yellow) in blue light (240 microns on long axis),孢子体,26,不显示任何细胞结构痕迹，没有固定形态，胶结其他各种显微组分和矿物，作为镜煤化基质出现，具有稍低的反射率和稍高的氢含量； 多见于微亮煤、微暗亮煤、微亮暗煤以及微三合煤中,3 基质镜质体,27,是一种均质体，大多数呈圆形或卵圆形，呈单体或群体出现，或者作为细胞填充物存在，一般大小于细胞腔相近，最大者可达300m,4 团块镜质体,28,SLIDE 43,Corpocollinite 团块镜质体 (light gray oval

13、masses, cell fillings of vitrinite) and remnant cell walls (darker gray vitrinite comprising network among oval masses) (240 microns on long axis),29,Vitrain band that was etched (right) to reveal cell structure, note large oval corpocollinite 团块镜质体 masses which are separated by compressed cell wall

14、s (480 microns on long axis) SLIDE 48,30,（三）碎屑体,由镜质组碎屑颗粒（10m）所组成，多呈粒状或不规则形状，偶呈棱角状。 多数来源于成煤早期阶段已被分解的植物细碎片和腐植泥炭的碎颗粒，很少一部分来源于压力下被挤碎的镜质组碎片。 镜屑体在煤中较少见，其颜色、突起、反射率与基质镜质体相近。,31,二 壳质组（Exinite）,来源于植物的孢子、角质层、木栓、树脂、蜡、脂肪和油 是成煤植物中，化学稳定性强的组成部分，在泥炭化和成岩阶段保存在煤中的组分几乎没有发生什么质的变化。 壳质组与镜质组和惰质组相比，具有较高氢含量和挥发分产率。 多数壳质组组分具有粘结

15、性。,32,（一）孢子体,是孢子植物的繁殖器官，都是由单细胞组成的，一般雌性的孢子体称为大孢子，雄性的孢子体称为小孢子。 大孢子体一般直径为 0.1 3mm， 有时可达 510mm， 在煤中被挤压成扁平体，纵切面为封闭的长环状，折曲处呈钝圆形。 大孢子表面常有瘤状、棒状和刺绣状等各种纹饰。有时3个或4个大孢子在一起，称为三孢体或四孢体。有些大孢子破碎成长条带状，其孢壁两边均较光滑，不显锯齿形而区别于角质层。,孢子和花粉的外孢壁,33,Megasporinite大孢子体 in reflected white light showing internal reflections (21) Mega

16、sporinite in reflected blue light showing intense yellow fluorescence (22) (240 microns on long axis) SLIDE 21, 22L,大孢子体,34,SLIDE 48-3,Structured megaspore. (scale is 330 microns on long axis),35,小孢子一般直径为0.030.1mm，在煤中多呈现扁环状、细短线状和蠕虫状等，沿层理分布，有时堆在一起，为小孢子群。 花粉是种子植物的繁殖器官，其个小，一般直径小于0.05mm，形状与小孢子相似但没有三射裂缝。

17、 孢子多见于古生代的煤中， 花粉主要出现在中生代、新生代的煤中。,matrix gel vitrinite (brown)胶质镜质体 and sporinite孢子体(yellow),36,SLIDE 47 Sporinite 孢子体in attrital layer of other macerals, in partly crossed polarized light of polished surface (240 microns on long axis),37,（二）角质体,由植物的角质层转变而来的组分，主要是由一种复杂的脂类混合物质所组成。 它存在于植物的叶、枝、芽的最外层，具有保

18、护植物组织的作用。,38,（三）树脂体,植物分泌组织树脂道的分泌物，当植物受伤时流出体外，保护植物不致干枯腐烂，并具有防止微生物侵袭的作用 它的组分性质稳定，能较好地保存在煤中。 它的形状多样，主要为圆形、椭圆形，也有不规则形状，轮廓清楚，没有结构，有时填充在有细胞结构的细胞腔中，透射光下呈黄色、浅黄色、透明到半透明； 其化石为琥珀，是工艺美术的原料。 我国抚顺古近纪煤中富含树脂体。,39,SLIDE 27-18 Amber-like resinite in Jurassic coal. (scale is 330 microns on long axis),40,SLIDE 30-35,Zo

19、ned resinite (r) in humodetrinite碎屑腐质体 matrix. (scale is 330 microns on long axis),41,SLIDE 18-13,Resinite (r) in telinite 结构镜质体. (scale is 330 microns on long axis),r,42,（四）木栓质体,主要是由植物茎（少数根）的周皮组织中木栓层转变而来 能较好的保存在煤中。在煤中以碎片状和长条状存在。 多数木栓保持原有木栓细胞的形态和结构特征,植物木栓层细胞壁,木栓质体多是褐煤显微组分 我国中、新生代的低级烟煤中常见木栓质体。,43,（五）

20、树皮体,由细胞壁和细胞腔填充物都已木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 树皮体是中国石炭二叠纪煤中特有的显微组分，尤其在我国南方煤中普遍存在，含量很高，在煤中常以轮廓清楚的宽条带状或碎片状出现，世界闻名的“乐平煤”就是由树皮体高度富集，形成的典型树皮残植煤，其中树皮体含量大于50%或更高。,44,SLIDE 18-2 High-reflectance vesicular phlobaphinite树皮鞣质体(p) in texto-ulminite 木质结构腐木质体(t) matrix. (scale is 330 microns on long axis),45,（六）藻

21、类体,煤中常见的藻类体是绿藻和蓝绿藻，如皮拉藻、轮奇藻等 它们是由几十个至几百个黄绿色单细胞组成的群体，单细胞个体直径为510m，呈放射状、菊花状排列，纵切面为椭圆形、纺锤形。 群体直径几十至几百微米，群体中有时中部有空洞或裂口，成为群体的中央空隙。 山西浑源二叠纪煤中就有藻类体形成的煤。,由藻类形成的组分,46,SLIDE us14 Botryococcus telaginite in a cannel matrix of very-fine liptodetrinite of possible algal origin. (scale is 330 microns on long axis

22、),47,SLIDE us122 Algal-derived liptinite from a thin cannel at the base of the 3-4 m thick No. 5 Block coal bed. (scale is 330 microns on long axis),48,（七）壳屑体,由孢子体、角质体、树脂体和藻类体等壳质组分的细碎屑颗粒所组成，来源于植物的孢子、角质层、树脂和藻类等分解后的残余碎片。 壳质体只有在高倍荧光显微镜下，由于其荧光性，才能 其他显微组分区分开。,49,三 惰质组（Inertinite）,与其他两个显微组分相比其碳含量最高，氢含量最低，

23、挥发分产率最少，没有粘结性（微粒体除外）。,丝质体是远古森林火灾的强氧化和热解作用生成的木炭所形成 半丝质体是热解和氧化程度较低的木质内层所形成。,50,SLIDE 45-4 Coarse inertinite (i) fragments with megaspore fragments in a durain lithotype. (scale is 330 microns on long axis),51,Inertinite惰质体 (L) fragments in humodetrinite 碎屑腐质体matrix. (scale is 330 microns on long axis)

24、 SLIDE 23-32,52,（一）丝质体,具有清晰而且比较规则的木质细胞结构的丝炭化组分,按成因的不同可分为两种显微亚组分,火焚丝质体,氧化丝质体,火焚丝质体,植物的木质组织遭到火灾，被烧焦炭化而形成,植物的细胞结构保存完好,53,是指成煤植物的组织在积水较少、湿度不足的条件下，木质纤维组织经脱水作用和缓慢的氧化作用后，又转入缺氧的环境，进一步经煤化作用后转化为氧化丝质体的过程。,氧化丝质体,在成煤作用的早期，经受丝炭化作用形成,丝炭化作用,54,SLIDE 28 Broken fusinite (carbonized cell walls) (174 microns on long ax

25、is),55,SLIDE 31 Fusinite (carbonized plant cell walls) (240 microns on long axis),56,SLIDE 32 Fusinite (carbonized plant cell walls) (240 microns on long axis),57,SLIDE 34 Fusinized cell walls in longitudinal section (note preservation of pits) (174 microns on long axis),58,SLIDE 35 Intact fusinized

26、 cell wall in midst of broken fusinized cell walls (174 microns on long axis),59,SLIDE 16-30 Broken fusinized cell walls (bogen structure) with variety of wall thicknesses and orientations. (scale is 330 microns on long axis),60,（二）半丝质体,半丝质体的细胞结构大多数没有丝质体保存完好。,丝质体与结构镜质体之间的过度型丝炭化组分,Semifusinite (s) an

27、d fusinite (f) with texture resembling cutinite with infilling cells. (scale is 330 microns on long axis),61,（三）粗粒体,是一种无结构或者没有明显结构的无定形的丝炭化作用基质，胶结着孢子体、角质体、树脂体和丝质体等显微组分。 在暗煤中较常见，不具有固定的形态特征，其大小为10100m或更大。 在煤中数量较少。,Carbonized cell filling (macrinite粗粒体) (240 microns on long axis),62,（四）菌类体,大多是由真菌的遗体，包括菌

28、核、菌丝和菌孢子等形成，或是由高等植物的分泌物所形成的外形浑圆的惰质组分 在现代泥炭及近纪煤中常见。,63,SLIDE 26-7 Variety of fine macerals, including sclerotinite 菌类体(s) and intact resinite (r), in a dominately humodetrinite碎屑腐质体 matrix. (scale is 330 microns on long axis),64,SLIDE 29 Fungal sclerotia菌核 in vitrinite (240 microns on long axis),65,S

29、LIDE 26 Sclerotinite菌类体 (preserved fungal tissue) (240 microns on long axis),66,（五）微粒体,微粒体的颗粒呈圆形，粒径很小，一般小于1m。 颗粒体多为煤化过程中的次生显微组分。,SLIDE 21-8 Unusual micrinite 微粒体 (m) form appearing to follow trace of resin cannals.(scale is 330 microns on long axis),67,SLIDE 10-28 Micrinite 微粒体(m) in form of cell in-filling, possibly after resinite, surrounded by telinite cell walls. (scale is 330 microns on long axis),68,（六）惰屑体,是由丝质体、半丝质体、粗粒体和菌类体的碎片所组成,粒度 30m,SLIDE 45-4 Coarse inertinite (i) fragments with