煤田地质学

1. 煤田地质学 泥炭化作用和腐泥化作用 第二章

2. Goal of study • 泥炭化作用概念。 • 残植化作用、腐泥化作用、丝炭化作用定义。 • 比较凝胶化作用、丝炭化作用与残植化作用发生的条件。 • 古地理环境对泥炭的影响。 • 煤的成因分类。

3. 第二章 泥炭化作用和腐泥化作用 成煤作用： 煤是植物遗体经过复杂的生物、地球化学、物理化学作用转变而成的。从植物死亡、堆积到转变成为煤是经过一系列的演化过程的，这个过程称为成煤作用。 2014/9/25 3

4. 第二章 泥炭化作用和腐泥化作用 成煤作用的阶段： 成煤作用大致上可以分为两个阶段： 一是植物在泥炭沼泽、湖泊或浅海中不断繁殖，其遗体在微生物参与下不断被分解、化合、聚积的过程。 在这个阶段起主导作用的是生物地球化学作用，低等植物经过生物地球化学作用形成腐泥，高等植物就形成泥炭，因此成煤第一阶段可称为腐泥化阶段或泥炭化阶段。 2014/9/25 4

5. 第二章 泥炭化作用和腐泥化作用 成煤作用的阶段： 当已经形成的泥炭和腐泥，由于地壳的下沉等原因而被上覆沉积物所掩埋时，成煤作用就转入第二个阶段—即煤化作用阶段，在这个阶段就是泥炭、腐泥在以温度和压力为主的作用下变化为煤的过程。 2014/9/25

6. §1 泥炭化作用 第二章 泥炭化作用和腐泥化作用

7. 1、腐朽作用 高等植物死亡后转化为泥炭，低等植物死亡后转变为腐泥，都经过了复杂的生物化学作用。 植物有机残骸在充足的大气中将完全分解，其最终的主要产物是二氧化碳和水。植物物质中只有树脂、蜡质仍在地表被保留下来。 在这种条件下，植物物质所遭受的生物化学氧化分解，称为腐朽作用。 一、植物的破坏、分解 7

8. 2、腐败作用 腐败作用出现在与大气不能充分沟通，而植物物质充分被水浸润的条件下，此时有机物质未能完全分解，其最终产物虽仍为CO2和H2O，但仍留存富碳的残骸，形成暗色的腐植物质。 一、植物的破坏、分解 8

9. 1、泥炭化作用的特点 定义：植物物质经受生物化学分解及合成的复杂的过程且最终形成泥炭的作用. 属性:也是—种植物物质的生物化学分解作用，它与水解作用、氧化与还原作用有关。 条件:发生于覆水地区的水位以下，即与大气局部沟通的状态下。泥炭化作用的直接产物除了泥炭以外，分解出的气态产物有二氧化碳、水、沼气和少量氮。 二、泥炭化作用（重点） 9

10. 二、泥炭化作用（重点） 2、泥炭沼泽的垂直剖面 • 氧化环境的表层、中间层及还原环境的底层。 • 泥炭沼泽表层又称为泥炭形成层：植物的氧化分解和水解作用主要是在泥炭沼泽表层进行。 • 泥炭沼泽表层含有大量微生物，随深度变化喜氧细菌与厌氧细菌呈规律性变化

11. 二、泥炭化作用（重点）

12. 3、泥炭沼泽化阶段划分——两个阶段 第一阶段，植物遗体中的有机化合物，经过氧化分解和水解作用，转化为简单的化学性质活泼的化合物； 第二阶段，分解产物相互作用进一步合成新的较稳定的有机化合物，如腐植酸、沥青质等。 二、泥炭化作用（重点）

13. 二、泥炭化作用（重点） • 植物转变为泥炭后，植物中含有的蛋白质在泥炭中消失了，木质素、纤维素等在泥炭中很少，而产生了植物中没有的大量腐植酸。—分解 • 元素组成中，泥炭的碳含量比植物增高，氮含量有所增加，而氧含量减少。说明泥炭化过程中，植物的各种有机组分发生了复杂的变化，变成新的产物。这些产物的组分和性质与原来植物的组分和性质是不同的。—合成

14. 1）生物化学分解作用 在生物化学分解作用中，植物组织的各种有机组分的抗分解能力各不相同，最易分解的是: 原生质→脂肪、果胶质、纤维素、半纤维素→木质素、木栓质、角质、孢粉质、蜡质和树脂。 二、泥炭化作用（重点） 2014/9/25 14

15. 二、泥炭化作用（重点） （1）纤维素易于被强无机酸水解或被喜氧和厌氧细菌、真菌等菌类所分解。 （2）半纤维素水解后形成简单的单糖、己糖、戊糖，进而在充氧的条件下单糖变为CO2和H2O，在缺氧条件下，由于微生物作用，形成沼气。 （3）木质素中有甲氧基官能团，具有芳烃特征，抵抗分解能力较强，只有在菌类和其他微生物作用下分解。 （4）脂肪分解成甘油和较复杂的脂肪酸，在菌类及细菌活动下可在分解成简单的脂肪酸、 CO2和H2O,也可分解出沼气。 （5）蜡质、树脂等抵抗化学和微生物的分解作用能力最强。

16. 2）生物化学合成作用 定义：形成于若干新的有机物质，其中最主要的就是构成泥炭特征性组分的腐植酸。（黄褐色塑性物质，据胶体特征） 注意：腐植酸不是单一的有机化合物，而是一组由近似的、分子大小不等且结构不一的羟基芳香羧酸组成的复杂混合物。这种复杂混合物的形成作用，称为腐植化作用。 二、泥炭化作用（重点） 2014/9/25 16

17. 二、泥炭化作用（重点） 3）腐植化作用 是泥炭化过程较为重要的作用，它不是一种生物作用，而是在泥炭表面或近表面的泥炭形成层中，由缓慢的氧化作用所引起的一种化学作用，其结果是腐植物质的形成。 腐植物质主要来源于植物的何种有机组分，曾有过长期的争论（即“木质素说”和“纤维素说”），实际上木质素、纤维素、丹宁酸、蛋白质、类脂物质等植物物质参与了腐植化作用，它们对腐植物质形成的贡献程度，还存在不同认识。

18. 二、泥炭化作用（重点） 4、泥炭沼泽有机组分： • 腐植酸：是泥炭沼泽中的主要成分； • 沥青质：合成作用形成，也可以由树脂、蜡质、孢粉质转化而来； • 未分解或未完全分解的纤维素、半纤维素、果胶质和木质素； • 变化不大的稳定组分：如角质膜、树脂、孢粉等。

19. 1、凝胶化作用的特点 概念：指植物的主要组成部分在泥炭化过程中经过生物化学变化和物理化学变化，形成以腐植酸和沥青质为主要成分的胶体物质（凝胶和溶胶）的过程。 条件:①较为停滞的、不太深的覆水条件下，②弱氧化至还原环境，③厌氧细菌的参与。 植物的木质纤维组织一方面进行生物化学变化，一方面进行胶体化学变化，二者同时发生和进行导致物质成分和物理结构两方面都发生变化。 三、凝胶化作用（重点） 19

20. 2、生物化学凝胶化作用： 植物的木质纤维组织在沼泽水的浸泡下，吸水膨胀，并通过真菌和细菌的作用在形成腐植酸等物质的同时，还经历着一个胶体化学变化： ①既有因微生物活动而引起的化学成分的变化； ②又有胶体化学的变化，故全称应为“生物化学凝胶化作用”。 三、凝胶化作用（重点） 20

21. 3、凝胶化作用的产物 凝胶化作用进行的强烈程度不同:产生了形态和结构不同的凝胶化物质。 (1)如果植物组织的细胞壁在变化过程中只发生了微弱的膨胀，则植物的细胞组织仍能保持规则的排列（在横截面上还常显示清楚的年轮），细胞腔明显。 (2)凝胶化作用的程度不同，产生的凝胶化物质的结构和形态亦不同，再经过煤化作用的转化，则形成不同的显微组分。 三、凝胶化作用（重点） 21

22. 松木结构镜质体，横切面，显示生长轮

23. 23 科达木结构镜质体，横切面，近正方形或近等径多边形大管胞

24. 24 科达木结构镜质体，径切面，显示交叉场和紧挤的纹孔 如果植物细胞壁在变化过程中膨胀作用较强，细胞腔显著缩小或仅保存极小的空隙。

25. 结构镜质体2　胞壁膨胀，胞腔变小，胞腔大小不一，排列不整齐 江苏徐州夏桥，P11，太原组16煤层，透射光。

26. 甘肃礼县任家湾，J2，延安组52煤层，透射光。甘肃礼县任家湾，J2，延安组52煤层，透射光。 结构镜质体1（红）、树脂体（黄） 若细胞腔也充满了凝胶化物质，但植物结构通过凝胶化物质深浅色调的不同仍可以辨认时，即转变成结构镜煤体。 26

27. 均匀镜质体 江苏徐州张小楼， P22 ，下石盒子组煤层，透射光。 当凝胶化作用进行的十分强烈，植物的细胞结构完全消失，形成了均匀的凝胶化物质，转变成煤后即成为无结构镜煤体。 27

28. 28 均质镜质体，有细粒黄铁矿分布

29. 1.概念:植物物质应受的氧化分解、脱水、脱氢及增碳化过程称为丝炭化作用。 2.物质:丝炭化物质和凝胶化物质一样，主要也是由植物的木质纤维组织转变而形成的;从有机组成来看主要也是植物细胞壁中的木质素和纤维素。 四、丝炭化作用（重点） 2014/9/25 29

30. 3.形成环境: ①沼泽覆水程度发生变化; ②沼泽表面变得比较干燥，氧的供应较为充分; ③氧化过程中有机物在微生物参与下由于失去被氧化的原子团而脱氢、脱水，碳含量相对地增加. 四、丝炭化作用（重点） 2014/9/25 30

31. 4.几种学说 (1)“森林火灾说”，即认为丝炭是古代沼泽森林起火后造成的木炭状残余物转化而成的。 (2)丝炭化物质的形成主要是由于氧化作用和脱氢、脱水作用，它是在沼泽覆水程度起了变化，当沼泽表面变得比较干燥，氧的供应较为充分的情况下发生的。 四、丝炭化作用（重点） 31

32. 特点: ①氧化过程中有机物在微生物参与下由于失去被氧化的原子团而脱氢、脱水，碳含量相对地增加。 ②部分丝炭没有经过明显地凝胶化作用，因而植物细胞结构几乎未经膨胀变形，仍然保留完整的植物组织结构。 四、丝炭化作用（重点） 32

33. 丝质体；微丝煤 33

34. 5、丝炭化作用过程的复杂性 自然界所见煤的结构、构造往往是十分复杂的，常看到煤的不同岩石类型的频繁交替， 有一些丝炭化物质首先曾经历过不同程度的凝胶化作用，而后由于环境发生变化(特别是覆水程度的变化)，又发生丝炭化作用。 四、丝炭化作用（重点） 34

35. 各种作用的结果 ①沼泽覆水条件、介质化学性质等方面的改变可以引起不同岩石类型分层的形成； ②同一粗大的植物树干在沼泽中由于埋藏状态的不同，可以有不同的转变经历，甚至树干表层和里层的转变条件也存在着差别(这种现象在露天开采的褐煤层中经常见到)，这些都会导致煤和煤层组成的不均一性。 第二章 §1 泥炭化作用 35 2014/9/25

36. 第二章 §1 泥炭化作用 • Attention: • 凝胶化作用与丝炭化所发生环境不同：凝胶化作用是在弱氧化至还原环境下形成，丝炭化作用是在氧化环境中发生，后迅速转入弱氧化或还原环境下。 • 经历作用不同，成分不一样：部分丝炭没有经历凝胶化作用，细胞结构几乎未经历膨胀变形，保持了植物的组织结构。 • 同一植物遗体可以经历两种不同的过程，形成相应的组分

37. 泥炭的积累 与大气和土壤的温度密切有关。 温度影响植物的生长速度和生长量； 温度影响微生物的繁殖和活动，从而影响植物死亡后的分解速度。 五、泥炭的积累速度

38. 五、泥炭的积累速度 泥炭的积累 • 与大气和土壤的温度密切有关。 • 温度影响植物的生长速度和生长量； • 温度影响微生物的繁殖和活动，从而影响植物死亡后的分解速度。

39. 泥炭的积累 与大气和土壤的温度密切有关。 与植物类型、沼泽富水程度、介质酸碱性及微生物活动对植物遗体分解速度等多因素有关。 地质历史时期地质特征，如构造、气候等也会影响到泥炭沼泽的发育。 五、泥炭的积累速度

40. §2 残植化作用 第二章 泥炭化作用和腐泥化作用

41. 第二章 §2 残植化作用 1.残植化作用的概念 当泥炭化过程中水介质流通较畅，长期有新鲜氧供给的条件下，凝胶化作用和丝炭化作用的产物被充分分解破坏，并被流水带走，稳定组分大量集中的过程称为残植化作用。

42. 2.形成的的环境和条件 (1)泥炭沼泽是开放型的,水介质具有流动特性; (2)长期有新鲜氧供应,发生氧化作用; (3)泥炭化形成的物质一部分被带走,稳定组分聚集。 第二章 §2 残植化作用

43. 3.在煤层中的分布 (1)整个煤层或者分层或者煤岩条带 通过镜下研究，有时发现煤层的某些分层甚至整个煤层中稳定组的成分特别富集，角质体、木栓体、树脂体等物质有时可达到90％以上。 第二章 §2 残植化作用

44. 角质体（镶边状），荧光体 44

45. 第二章 §2 残植化作用 (2)一般的组分组合特点 显微镜下观察发现稳定组分大量富集的情况下，煤的基质常以不透明的丝炭化基质为主，这一点亦可做为氧化作用较强的证据。

46. 第二章 §2 残植化作用 图2-2 由于潜水面降低原地生成的残植煤 1-在泥炭中分散存在的植物稳定组分；2-集中后的植物稳定组分；3-有氧的环境下遭受氧化分解的泥炭层

47. 4.异地残植煤 残植煤的形成也有异地生成的方式。如在泥炭被搬运过程中，大部分凝胶化组分和丝碳化组分被破坏，而稳定组分相对得以富集，从而形成残植煤。 第二章 §2 残植化作用

48. 第二章 §2 残植化作用 图2-3 异地生成的残植煤（据煤田地质学，邹常玺等主编，1989） 1-稳定组分集中的泥炭层；2-受到剥蚀的泥炭层

49. 第二章 泥炭化作用 和腐泥化作用 §3 腐泥化作用

50. 第二章 §3 腐泥化作用 1.腐泥化作用的概念 低等植物(藻类)和浮游生物遗体在滞流还原环境和厌氧微生物参与下，经过复杂的生物化学变化形成的富含水分的有机软泥(腐泥) 的过程称为腐泥化作用。 2.腐泥化作用形成的环境和条件 (1)水体较深:湖泊、沼泽水深地带及泻湖、海湾和浅海等水体. (2)还原环境:滞流、还原环境 (3)厌氧微生物参与 (4)低等植物(藻类)和浮游生物