chap4-1 第四部分 煤的组成-岩石组成.ppt

第四部分煤的组成第四章煤的岩石组成第五章煤的化学组成,第四章煤的岩石组成,主要内容（1）煤岩组成的研究方法（2）有机显微组分及其成因,第一节宏观煤岩组成,一、什么是煤岩学煤岩学是把煤作为一种有机岩石，以物理方法为主研究煤的物质成分、结构、性质、成因及合理利用的学科。二、宏观煤岩成分宏观煤岩成分又称为煤岩类型，是用肉眼可以区分的煤的基本组成单位。三、宏观煤岩成分分类根据颜色、光泽、硬度、裂隙和断口等，用肉眼可以区分的宏观煤岩成分为镜煤、亮煤、暗煤和丝炭。镜煤和丝炭是单一成分，是简单的煤岩成分；亮煤和暗煤是混合成分，是复杂的煤岩成分。,1、腐植煤的宏观煤岩成分,1.1镜煤镜煤呈黑色，光泽最强，质地均匀，性脆，断口多呈贝壳状，内生裂隙特别发育。在煤层中镜煤常呈透镜状或条带状，大多厚几毫米到1～2cm，有时呈线理状夹在亮煤或暗煤中。镜煤的显微组成单一，主要是植物的木质纤维组织经凝胶化作用形成的镜质组。性质挥发分、H含量高，黏结性强，矿物质含量少。,1.2丝炭,丝炭外观像木炭，颜色灰黑，具有明显的纤维状结构和丝绢光泽。丝炭疏松多孔，性脆易碎，碎后成为纤维状或粉末状，能染指。在煤层中丝炭的数量一般不多，常呈扁平透镜体，大多厚1～2mm至几mm，有时也能形成不连续的薄层。在显微镜下观察，丝炭的显微组成也是单一的，是简单的煤岩成分，主要是植物经受火灾后的木炭转化而来的惰质组构成。性质致密坚硬、比重大，H含量低、C含量高，挥发分含量低，无黏结性，可选性差，孔隙大。,1.3亮煤,亮煤颜色深黑，光泽较强，仅次于镜煤，性较脆，内生裂隙发育。亮煤的均一程度不如镜煤，表面隐约可见微细纹理，内生裂隙发育程度不及镜煤。在显微镜下观察，亮煤组成比较复杂，它以镜质组为主，并含有不同数量的惰质组、壳质组和矿物质。亮煤是最常见的宏观煤岩成分，不少煤层是以亮煤为主组成的，有的整个煤层都是亮煤组成的。性质亮煤的性质接近镜煤，但由于惰质组和矿物质的存在，质量比镜煤差。,1.4暗煤,暗煤光泽暗淡，一般呈灰黑色，致密，比重大，内生裂隙不发育，坚硬而具韧性，断面粗糙。暗煤也是煤层中常见的宏观煤岩成分，在煤层中，可以由暗煤为主形成较厚的分层，甚至单独成层。在显微镜下观察，暗煤组成复杂，一般镜质组较少，矿物质含量较高。性质取决于各组分的含量，如富含壳质组分，挥发分含量、H含量高，黏结性强；富含惰质组分，矿物含量高，密度大，挥发分含量低、弱黏结。,二、烟煤的宏观煤岩类型,烟煤按平均光泽的强弱不同，烟煤的宏观煤岩类型可分为光亮煤、半亮煤、半暗煤和暗淡煤四种基本类型。其具体划分指标见下表。烟煤的宏观煤岩类型划分指标,三、褐煤的宏观煤岩类型,按褐煤的煤化程度由低到高，可将褐煤分为软褐煤土状褐煤、暗褐煤和亮褐煤三个煤级。其中暗褐煤和亮褐煤又统称为硬褐煤。亮褐煤的宏观特征接近于烟煤，四种宏观煤岩成分清楚可见，可以借用硬煤宏观分类方法划分煤岩类型。但软褐煤和暗褐煤的宏观特征与硬煤大不相同，它们无光泽，不能划分出四种宏观煤岩成分，其宏观煤岩类型不同于烟煤和无烟煤。国际煤岩学委员会于1993年提出了软褐煤煤岩类型分类系统。该系统将软褐煤分成基质煤、富木质煤、富丝质煤和富矿物质煤四种煤岩类型组。,第二节煤的显微组分,煤的显微组分maceral,micropetrologicalunit，是指煤在显微镜下能能够区别和辨识的基本组成成分。分为有机显微组分在显微镜下能观察到的煤中成煤原始植物组织转变而成的显微组分。无机显微组分在显微镜下能观察到的无机矿物质。,一、煤的有机显微组分,腐植煤的有机显微组分包括镜质组、惰质组和壳质组。在显微镜下的特征是镜质组透射光下呈橙红色，透明或半透明，较均一，不含或少含矿物质，见垂直裂纹。普通反射光下呈灰色，油浸反射光下呈深灰色，无突起。惰质组透射光下呈黑色，不透明。反射光下突起高，呈白色，油浸反射光时呈亮白色。壳质组透射光下透明到半透明，呈黄色或橙红色，轮廓清晰，外形特殊。普通反射光下大多有突起，呈深灰色，油浸反射光下－灰黑色或黑灰色。,1、镜质组（又称凝胶化组分）的成因,通过凝胶化作用形成。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。一方面是植物组织在微生物作用下，分解、水解、化合形成新的化合物并破坏植物组织器官的细胞结构；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。植物组织经凝胶化作用并经煤化作用后形成凝胶化组分（镜质组）。镜质组是煤中最主要煤岩组分，含量55－80％，甚至90％。根据凝胶化程度的不同，镜质组还可分为结构镜质体，无结构镜质体和碎屑镜质体等显微组分。,2、惰质组（又称丝质组）的成因,惰质组是通过丝炭化作用或火焚作用形成。丝炭化作用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惰质化组分。丝炭化作用也可以作用于已经受不同程度凝胶化作用的组分上，但经丝炭化作用后的组分不能再发生凝胶化作用成为凝胶化组分。火焚作用有的丝炭化组分是由于古代沼泽森林火灾后，由烧焦的炭化组织转化而来的，称为火焚丝质体。在显微镜下观察，该类丝炭化组分细胞结构完整清晰，且由于没有经受凝胶化作用，细胞壁没有发生吸水膨胀，因此，胞壁薄。煤中含量在10－20％，对煤的性质有重要影响。,惰质组包括丝质体、半丝质体、微粒体、粗粒体、菌类体和碎屑惰质体等显微组分。,3、壳质组的成因壳质组又称稳定组，是由成煤植物中化学稳定性强的组织器官转化而来的。在泥炭化作用阶段，因化学稳定性强，没有遭受生物化学作用的破坏而保存在煤中，经煤化作用后转化为稳定组分。煤中的稳定组分包括孢子体、树脂体、角质体、木栓质体、藻类体、荧光体、沥青质体、渗出沥青体、壳屑体等显微组分。稳定组分在透射光下透明到半透明，呈现黄色到橙红色，轮廓清楚，外形特殊；在反射光下呈现深灰色，大多数有突起。,稳定组分在煤中的含量不大，对煤的性质影响很小。个别情况下，有稳定组分富集的煤出现，如乐平树皮煤、抚顺烛煤。稳定组分的氢含量高，发热量高。二、煤的无机显微组分-煤中矿物质煤的无机显微组分系指煤中的矿物质，主要有黏土矿物、黄铁矿、石英、方解石等，在显微镜下可以进行区分。黏土类矿物高岭石，伊利石，水云母，硫化物类矿物黄铁矿，白铁矿，碳酸盐类矿物方解石，菱铁矿，氧化物类矿物石英，硫酸盐类矿物石膏，,腐植煤的岩石类型与显微组分之间的关系,第三节显微煤岩组分分类及显微煤岩类型,一、显微煤岩组分分类一中国烟煤的显微组分分类方案1、1978年中国“烟煤显微组分划分和命名”方案该方案将煤显微组分划分为四类六组，二十个组分，二十九个亚组分。在透射光和反射光下使用同一术语，同时用反射率作为组别划分的定量依据。在评价煤质时，一般区别到组或组分，在研究成因等问题时，可细分到亚组分。2、1995年中国“烟煤显微组分分类”方案该方案将煤显微组分划分为镜质组、半镜质组、壳质组、惰质组四个组，比国际硬煤显微组分分类多划出一个过渡组分-半镜质组。,3、2001年中国“烟煤显微组分分类”方案,该方案将煤显微组分划分为镜质组、壳质组、惰质组三个组，与国际硬煤显微组分分类一样。2001年中国“烟煤显微组分分类”方案与1995年中国“烟煤显微组分分类”方案比较有重大不同，体现在以下几个方面1删去半镜质组，采用国际标准镜质组、壳质组、惰质组三分划分方案；2删去菌类体，增加真菌体和分泌体；3增加火焚丝质体、氧化丝质体两个显微亚组分；4增加了显微组分的英文名称。,二褐煤的显微组分分类,褐煤的显微组分的划分与烟煤不同，中国目前尚未建立自己的分类，大多应用国际煤岩学委员会的褐煤显微组分分类。国际煤岩学委员会将褐煤的显微组分的划分为腐植组、壳质组和惰质组，分别与硬煤分类中的镜质组、壳质组和惰质组相当。二、显微煤岩类型一显微煤岩类型的定义二国际显微煤岩类型分类,国际煤岩学委员会的显微煤岩类型分类也是中,国所采用的标准。显微煤岩类型主要由一种、两种或三种显微组分构成，相应地命名为单组分、双组分或三组分3类。双组分显微煤岩类型主要是由两组显微组分构成的，这两组显微组分之和大于95，两个显微组分组之间的含量比可有较大的变化，但都必须大于总量的5，双组分显微煤岩类型也可根据其中的一种显微组分组占优势而划分为两个亚组。,三组分显微煤岩类型规定三组显微组分的含量各自都大于5，称微三合煤。,以上分类只适用于矿化程度低的煤[可包含小于20的矿物如黏土等或小于5硫化物矿物]，命名时只考虑有机显微组分的含量，对矿物质忽略不计。如果矿物含量超过上述数量，即含硫化物矿物大于5或含20以上的其他矿物者，则按显微组分与矿物的比例不同分别称为显微矿化类型或显微矿质类型。按矿物成分类型，可将显微矿化类型分为微泥质型、微硅质型、微碳酸盐质型、微硫化物质型和微复矿质型。,结构镜质体徐州夏桥太原组16煤层透射光95,无结构镜质体－均质镜质体徐州张小楼下石盒子组1煤层透射光135,无结构镜质体－均质镜质体湖南涟邵恩口龙潭组2煤层油浸反射光270,惰质组，丝质体－微丝煤山西朔县杨涧山西组4煤层透射光55,惰质组－丝质体，“星状”结构贵州盘县龙潭组C12煤层油浸反射光270,壳质组－孢子体孢子囊徐州张小楼山西组7煤层反射荧光蓝光激发135,壳质组－角质体，渗出沥青体徐州张小楼山西组7煤层反射荧光蓝光激发230,第四节煤岩学的研究方法,一、煤岩学研究方法一宏观研究方法－用肉眼或放大镜观察煤，根据其颜色、条痕、光泽、硬度、密度、断口等物理性质，确定宏观煤岩成分和宏观煤岩类型，对煤层进行整体的观察和描述，初步评定煤的性质和用途。优点是简便易行；缺点是较粗略。二微观研究方法－用显微镜来观察煤片，识别并研究煤的显微组分的方法。常用的方法有两种。,方法一,在透射光下，观察煤的薄片22cm，厚0.02mm。根据颜色、形态、结构、轮廓等特征鉴别煤的显微组分，判断煤的性质。方法二在反射光下，观察煤砖光片直径2cm，厚1.5-2cm圆柱体。在普通反射光或油浸反射光下，根据颜色、形态、结构、轮廓、突起等特征鉴别煤的显微组分，判断煤的性质。1、煤片的制备1.1煤片分为透明光片、块煤光片和粉煤光片（砖光片）。,1.1.1块煤光片的制备,块煤光片的制备，通常要经过样品加固、切片、研磨和抛光4个步骤。1.1.2粉煤光片（砖光片）的制备粉煤光片的制备，一般分为煤砖制作、研磨和抛光3个步骤。1.1.3煤岩薄片透明光片的制备煤岩薄片的制备，一般是将块煤通过加固、切片、研磨，再进行黏片、再研磨、修饰、盖片等工序可以制成合格的薄片。薄片制作过程中的块煤加固、切片和研磨过程与煤砖光片的制作要求和程序相同，增加了黏片、第二个面研磨、修饰和盖片等工序。,2、显微煤岩定量方法,显微煤岩定量包括显微煤岩组分定量和显微煤岩类型的测定。显微煤岩组分含量测定方法很多，但其原理只有一个，即先测定各组分所占的面积百分比，此百分数与体积百分数成正比，若已知各组分的密度，即可换算成质量百分数。目前测定显微煤岩组分常用的方法是计点法。其方法要点为1点距和行距的确定；2组别的划分；3有效点的确定；4统计方法与结果表述。统计结果可按以下三种基准报出①去矿物基镜质组壳质组惰质组100,②含矿物MM基a.镜质组壳质组惰质组矿物MM100,b.显微组分总量黏土矿物硫化物矿物碳酸盐矿物氧化硅类矿物其他矿物100③计算含矿物基镜质组壳质组惰质组矿物MM1003、显微组分的反射率在反射光下，显微组分表面的反射光强度和入射光强度之比称为反射率。反射率可以在空气中干物镜下测定，以Ra表示。反射率也可以在油浸物镜下测定，以R0表示。,3.1反射率的测定方法反射率是在垂直照明条件下，显微组分磨光面的反射光强度与入射光强度的百分比。可用下式表示RIr/It100式中R-反射率；Ir-反射光强度；It-入射光强度。显微组分反射率的测定使用带光度计的双目镜筒偏反光显微镜。在显微镜油浸物镜下，对显微组分抛光面上的限定面积内垂直入射光的反射光λ546nm用光电倍增管测定其强度，与已知反射率的标准物质在相同条件下的反射光进行对比RI/IsRs式中R、Rs分别为未知物和已知标准物质反射率；,I、Is分别为未知物和已知标准物质的反射光强度。,在煤的有机显微组分中，随煤化程度的变化，只有镜质组的反射率呈现较为均匀的变化，故一般将油浸物镜下测定的镜质组最大反射率Romax作为分析比较指标。煤的有机显微组分的反射率在煤化度较低时，差别较大。随着煤化程度增加，当碳含量为95时，各有机显微组分的反射率趋于一致。3.2反射率的应用煤的反射率是煤岩学定量研究煤性质的重要指标，特别是在反映煤的变质程度、预测煤的黏结性，用于煤炭分类、指导煤炭加工利用等方面，具有十分重要的实用价值。,第五节煤岩学的应用,一、煤岩学在煤田地质方面的应用1、研究煤的成因在显微镜下观察煤的薄片,可以确定成煤植物的种类，根据煤中保存的植物遗体表皮,孢子,花粉，确定成煤植物的种属。2、确定煤的煤化度由于煤中镜质组的反射率随煤化度增加而呈现规律性的变化，因此可用它来判断煤的煤化度。研究表明，镜质组的反射率用于判断中、高煤化度的烟煤效果最佳；用于判断无烟煤效果良好；用于判断不黏煤和褐煤效果差。,3、勘探石油和天然气,许多学者对沉积岩中分散有机质的反射率进行了系统的研究，发现油气形成阶段与镜质组的反射率之间存在良好的对应关系。通过测定分散有机质的反射率来预测油藏和气藏既快又相当精确。二、煤岩学在选煤中的应用煤中矿物质的种类、粒度、数量及其分布特征对煤的可选性影响极大。通过研究显微组分包括无机显微组分的组成与其可选性关系的研究，可以预测煤的可选性，选择合理的破碎粒度、选煤工艺和流程。,三、煤岩学在煤质评价和煤分类中的应用,在评价煤质和煤分类时，经常出现一些仅用化学分析的方法所不能解释的现象，而需应用煤岩学与化学分析结合起来才能解决。四、煤岩学在焦化工业中的应用1、指导配煤炼焦煤岩配煤的原理是实现煤料组成的最佳化，即活性组分和惰性组分达到最佳配比。2、焦炭质量评价2.1焦炭强度预测2.2焦炭反应性预测,复习思考题,1、教材P79第1题；2、教材P79第2题；3、教材P79第3题；4、镜质组的成因有哪几种壳质组的成因有哪几种惰质组的成因有哪几种5、什么是煤岩学煤岩学的研究方法有哪些6、什么是显微组分的反射率反射率如何测定7、2001年中国“烟煤显微组分分类”方案对煤显微组分如何划分它与1995年中国“烟煤显微组分分类”方案比较有重大不同，体现在哪些方面8、煤岩学有哪些应用,