1、Part 4： Coal constituents Chapter 4 Coal petrographic constituents; Chapter 5 Coal chemical constituents.,第四章 煤的巖相組成Coal petrographic constituents,主要內(nèi)容： （1）煤巖組成的研究方法 （2）有機(jī)顯微組分及其成因,1、什么是煤巖學(xué) Coal petrology / petrography？ 用巖石學(xué)的觀點(diǎn)和方法研究煤的組成和性質(zhì)。 2、煤巖學(xué)研究方法 （1）宏觀方法用肉眼或放大鏡觀察煤，根據(jù)其顏色、條痕色、光澤、裂隙和斷口等，識(shí)別煤巖宏觀煤巖成分li

2、thotype，判斷煤的性質(zhì)。,第一節(jié) 概述summarization,2、煤巖學(xué)研究方法 （2） 微觀方法用顯微鏡研究煤 ：透射光、反射光 透射光下：薄片22 cm，厚 0.02 mm。 根據(jù)顏色、形態(tài)和結(jié)構(gòu)識(shí)別顯微煤巖組分、判斷煤的性質(zhì)；,第一節(jié) 概述summarization,微觀方法用顯微鏡研究煤 反射光下reflection light / reflected light ：光片直徑 2 cm，厚1.5-2 cm 圓柱體。在普通反射光或油浸物鏡oil immersion objective下，根據(jù)顏色、形態(tài)、結(jié)構(gòu)、突起、反光性等特征識(shí)別煤巖組分、判斷煤的性質(zhì)。 光片分為煤光片和粉光片

3、（磚光片） 。,第二節(jié) 宏觀煤巖組成 Lithotype of coal,一、宏觀煤巖成分的定義 根據(jù)煤的顏色、光澤、硬度、裂隙和斷口等，利用肉眼或放大鏡可以區(qū)分的煤的基本組成單位，包括鏡煤vitrain 、亮煤clarain 、暗煤durain和絲炭fusain 。,第二節(jié) 宏觀煤巖組成 Lithotype of coal,二、宏觀煤巖成分 1、鏡煤vitrain 顏色最黑、光澤最亮、質(zhì)地均勻、常具有內(nèi)生裂隙、性脆易碎成小立方塊、具貝殼狀斷口；內(nèi)生裂隙發(fā)育，垂直于條帶，裂隙面呈眼球狀，有時(shí)填充有方解石、黃鐵礦薄膜。在煤層中鏡煤常呈透鏡狀或條帶狀，大多厚度幾個(gè)mm到12cm，有時(shí)呈線理狀?yuàn)A雜在

4、亮煤或暗煤中，但有明顯的分界線。鏡煤的成因：,鏡煤的成因： 在成煤過程中，鏡煤是由成煤植物的木質(zhì)纖維組織經(jīng)凝膠化作用而形成的。顯微鏡下觀察，鏡煤的輪廓清楚，質(zhì)地純凈，顯微組成比較單一，是一種簡(jiǎn)單的宏觀煤巖成分。,第二節(jié) 宏觀煤巖組成 Lithotype of coal,二、宏觀煤巖成分 2、絲炭(Fusain) 外觀象木炭，顏色灰黑，性脆，具有明顯的纖維狀結(jié)構(gòu)和微弱的絲絹光澤的宏觀煤巖成分。絲炭疏松多孔，性脆易碎，能染指。在煤層中一般絲炭數(shù)量不多，常呈扁平透鏡體沿煤的層面分布，大多數(shù)厚度l2mm至幾mm，有時(shí)也能形成不連續(xù)的薄層。不同煤化程度煤中所含的絲炭，性質(zhì)很少變化。 絲炭的成因：,絲炭的

5、成因： 在成煤過程中，絲炭是由成煤植物的木質(zhì)纖維組織經(jīng)絲炭化作用而形成的。在顯微鏡下觀察，絲炭是具有明顯的植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)的絲炭化組織絲質(zhì)體和半絲質(zhì)體。,第二節(jié) 宏觀煤巖組成 Lithotype of coal,二、宏觀煤巖成分 3、亮煤（Clarain） 亮煤的光澤僅次于鏡煤，較脆，內(nèi)生裂隙也較發(fā)育，程度次于鏡煤，比重較小，有時(shí)也有貝殼狀斷口。亮煤是最常見的煤巖成分，不少煤層以亮煤為主組成較厚的煤層，甚至整個(gè)煤層。亮煤的均勻程度不如鏡煤，表面隱約可見微細(xì)的紋理，是由鏡煤、暗煤（有時(shí)還有絲炭）等薄的分層交織組成的。 亮煤的成因：,亮煤的成因： 它是在覆水的還原條件下，由植物的木質(zhì)纖維組織經(jīng)凝膠化作

6、用，并摻入一些由水或風(fēng)帶來的其它組分和礦物雜質(zhì)轉(zhuǎn)變而來的，以鏡質(zhì)組為主，還含有數(shù)量不等的惰質(zhì)組和殼質(zhì)組。,二、宏觀煤巖成分 4、暗煤（Durain） 光澤暗淡，一般呈灰黑色，結(jié)構(gòu)致密或呈粒狀，比重大，硬度和韌性都大，斷面比較粗糙，一般不發(fā)育內(nèi)生裂隙。在煤層中，暗煤是常見的宏觀煤巖成分。暗煤與亮煤的主要不同點(diǎn)在于暗煤中含有較多的惰質(zhì)組和殼質(zhì)組。當(dāng)暗煤中這兩種組分的比例發(fā)生變化時(shí)，對(duì)其性質(zhì)影響很大，一般含殼質(zhì)組較多的暗煤性質(zhì)優(yōu)于含惰質(zhì)組較多的暗煤。 暗煤的成因：,暗煤的成因： 顯微鏡下觀察，暗煤的組成比較復(fù)雜。它是在活水有氧的條件下，富集了殼質(zhì)組、惰質(zhì)組或摻入較多的礦物質(zhì)轉(zhuǎn)變而成的。富含惰質(zhì)組的暗

7、煤，宏觀往往略帶絲絹光澤，揮發(fā)分低，粘結(jié)性差；富含殼質(zhì)組的暗煤，宏觀略帶油脂光澤，揮發(fā)分和氫含量較高，粘結(jié)性較好，且比重較??；含大量礦物質(zhì)的暗煤，則密度大，灰分產(chǎn)率高，煤質(zhì)差。,第二節(jié) 宏觀煤巖組成 Lithotype of coal,三、煙煤的宏觀煤巖類型 宏觀煤巖成分是煤的巖石分類的基本單位，在評(píng)價(jià)煤層的巖石組成和性質(zhì)時(shí)，不便于進(jìn)行定量，也不易了解煤層的全貌。因此，通常根據(jù)煤的平均光澤強(qiáng)度，煤巖成分的數(shù)量比例和組合情況劃分出宏觀煤巖類型，作為觀察煤層的單位。按平均光澤的強(qiáng)弱依次分為：光亮煤、半亮煤、半暗煤及暗淡煤四種基本宏觀煤巖類型。 具體劃分見下表：,宏觀煤巖類型的劃分指標(biāo),三、煙煤的宏

8、觀煤巖類型 1、光亮煤 主要由鏡煤和亮煤組成，含量大于75%。在四種類型中光澤最強(qiáng)。由于成分較均一，條帶狀結(jié)構(gòu)一般不明顯。光亮煤具有貝殼狀斷口，內(nèi)生裂隙發(fā)育，脆性較大，易破碎。在顯微鏡下觀察，鏡質(zhì)組含量一般在80%以上，顯微煤巖類型以微鏡煤為主。光亮煤的質(zhì)量最好，中煤化程度時(shí)是最好的煉焦用煤。,三、煙煤的宏觀煤巖類型 2、半亮煤 鏡煤和亮煤含量占75%50%，常以亮煤為主，由鏡煤、亮煤和暗煤組成，也可能夾有絲炭。平均光澤強(qiáng)度較光亮煤稍弱。半亮煤的特點(diǎn)是條帶狀結(jié)構(gòu)明顯，內(nèi)生裂隙較發(fā)育，常具有棱角狀或階梯狀斷口。半亮型煤是最常見的煤巖類型。如華北晚石炭世煤層多半是由半亮型煤組成的。顯微鏡下觀察，鏡

9、質(zhì)組含量一般在60%80%。,三、煙煤的宏觀煤巖類型 3、半暗煤 鏡煤和亮煤的含量占25%-50%，由暗煤及亮煤組成，常以暗煤為主，有時(shí)也夾有鏡煤和絲炭的線理、細(xì)條帶和透鏡體。半暗型煤的特點(diǎn)是光澤比較暗淡，硬度和韌性較大，比重較大，內(nèi)生裂隙不發(fā)育，斷口參差不齊。顯微鏡下觀察，鏡質(zhì)組含量為40%-60%，有時(shí)即使鏡質(zhì)組含量大于60%，但是由于礦物質(zhì)含量高，而使煤的相對(duì)光澤強(qiáng)度減弱而成為半暗煤。半暗煤的質(zhì)量多數(shù)較差。,三、煙煤的宏觀煤巖類型 4、暗淡煤 主要由暗煤組成，鏡煤和亮煤含量低于25%，有時(shí)有少量鏡煤、絲炭或夾矸透鏡體。光澤暗淡，通常呈塊狀構(gòu)造，致密，堅(jiān)硬，韌性大，密度大層理不明顯。內(nèi)生裂

10、隙不發(fā)育。個(gè)別煤田，如青海大通煤田有以絲炭為主組成的暗淡型煤。顯微鏡下觀察，鏡質(zhì)組含量低于40%，而惰質(zhì)組含量可達(dá)50%以上，與其它宏觀煤巖類型相比，暗淡煤的礦物含量往往最高，煤質(zhì)也多數(shù)很差。但含殼質(zhì)組多的暗淡煤的質(zhì)量較好，比重小。,四、褐煤的宏觀煤巖類型 不作要求,第三節(jié) 煤的顯微組分,煤的顯微組分(maceral)，是指煤在顯微鏡下能能夠區(qū)別和辨識(shí)的基本組成成分。分為： 有機(jī)顯微組分：在顯微鏡下能觀察到的煤中成煤原始植物組織轉(zhuǎn)變而成的顯微組分。 無機(jī)顯微組分：在顯微鏡下能觀察到的無機(jī)礦物質(zhì)。,1、煤的有機(jī)顯微組分,腐植煤的有機(jī)顯微組分分為三組：鏡質(zhì)組vitrinite 、惰質(zhì)組inerti

11、nite和殼質(zhì)組exinite。在顯微鏡下的特征是： 1.1 鏡質(zhì)組：透射光下呈透明到半透明，呈黃色或橙紅色，較均一，不含或少含礦物質(zhì)，見垂直裂紋。普通反射光下呈灰色，油浸反射光下呈深灰色，無突起。,1.1.1 鏡質(zhì)組（vitrinite又稱凝膠化組分）的形成 通過凝膠化作用形成。成煤植物的組織在氣流閉塞、積水較深的沼澤環(huán)境下，產(chǎn)生極其復(fù)雜的變化。主要發(fā)生兩方面的變化： （1）一方面是植物組織在微生物作用下，發(fā)生： 分解 水解 化合形成新的化合物并破壞植物組織器官的細(xì)胞結(jié)構(gòu)；,（2）另一方面植物組織在沼澤水的浸泡下吸水膨脹，使植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)變形、破壞乃至消失，或進(jìn)一步再分解為凝膠的過程。 植物組

12、織經(jīng)凝膠化作用并經(jīng)煤化作用后形成凝膠化組分（鏡質(zhì)組）。鏡質(zhì)組是煤中最主要煤巖組分，含量5080，甚至90。,1.1.2 鏡質(zhì)組的顯微組分 鏡質(zhì)組按其凝膠化作用程度的不同，根據(jù)其鏡下的結(jié)構(gòu)和形狀又可為以下幾種顯微組分：結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體、無結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體和鏡屑體。 （1）結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體 鏡下可以看出植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)的鏡質(zhì)組組分。根據(jù)細(xì)胞結(jié)構(gòu)保存的完整程度，可以分為兩種亞組分：,1）結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體1 ：細(xì)胞結(jié)構(gòu)清晰，保存完好，胞腔呈圓形、橢圓形、矩形或紡錘形，排列整齊，胞壁不膨脹或微膨脹。胞腔大多被膠質(zhì)鏡質(zhì)體、樹脂體、微粒體或粘土礦物所充填。 2）結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體2 ：胞壁膨脹，胞腔變小壓扁呈線形，且大小不一，排列不整齊。當(dāng)胞

13、腔內(nèi)無充填物時(shí)，壓縮后的胞腔殘痕呈平行短線。,1.1.2 鏡質(zhì)組的顯微組分 （2）無結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體 由于植物組織經(jīng)歷了強(qiáng)烈的凝膠化作用，在普通光學(xué)顯微鏡看不出植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)的鏡質(zhì)組顯微組分。它常作為其他各種顯微組分碎片和共生礦物的基質(zhì)膠結(jié)物或充填物。 根據(jù)形態(tài)、產(chǎn)狀和成因的不同無結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體可再細(xì)分四種亞顯微組分：均質(zhì)鏡質(zhì)體、膠質(zhì)鏡質(zhì)體、基質(zhì)鏡質(zhì)體和團(tuán)塊鏡質(zhì)體。,1.1.2 鏡質(zhì)組的顯微組分 （3）鏡屑體 鏡屑體又稱碎屑鏡質(zhì)體，是由鏡質(zhì)組碎屑顆粒（小于10微米）所組成，多呈粒狀或不規(guī)則形狀，偶呈棱角狀。多數(shù)來源于成煤早期階段，巳被分解的植物細(xì)碎片和腐植泥炭的碎顆粒，很少是壓力下被擠碎的鏡質(zhì)組碎片。碎屑

14、鏡質(zhì)體常被基質(zhì)鏡質(zhì)體和膠質(zhì)鏡質(zhì)體膠結(jié)，由于其顏色、突起、反射率和基質(zhì)鏡質(zhì)體相近，往往被視為基質(zhì)鏡質(zhì)體。鏡屑體在煤中是少見的鏡質(zhì)組組分。,1、煤的有機(jī)顯微組分,1.2 殼質(zhì)組：透射光下透明transparent到半透明，呈黃色或橙紅色，輪廓清晰，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。 殼質(zhì)組是成煤植物中，化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)的組成部分，在泥炭化和成巖階段保存在煤中的組分幾乎沒有發(fā)生什么質(zhì)的變化。 在典型的腐植煤中，殼質(zhì)組是次要的顯微組分，在腐泥煤和油頁(yè)巖中富含殼質(zhì)組。,1.2.1 殼質(zhì)組（ exinite又稱穩(wěn)定組）的成因,殼質(zhì)組又稱穩(wěn)定組，是由成煤植物中化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)的

15、組織器官轉(zhuǎn)化而來的。在泥炭化作用階段，因化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，沒有遭受生物化學(xué)作用的破壞而保存在煤中，經(jīng)煤化作用后轉(zhuǎn)化為殼質(zhì)組。,1.2.2 殼質(zhì)組（ exinite又稱穩(wěn)定組）的顯微組分,煤中常見的殼質(zhì)組顯微組分有： 孢子體； 花粉體 樹脂體； 角質(zhì)體 木栓體等。,1.3 惰質(zhì)組：透射光下呈黑色，不透明。反射光下突起高，呈白色，油浸反射光時(shí)呈亮白色。,1.3.1 惰質(zhì)組（inertinite又稱絲質(zhì)組）的成因,惰質(zhì)組是通過絲炭化作用或火焚作用形成。 （1）絲炭化作用fusinization：成煤植物的組織在積水較少、濕度不足的條件下，木質(zhì)纖維組織經(jīng)過: 脫水作用dehydration和緩慢的氧化作用

16、后，又轉(zhuǎn)入缺氧的環(huán)境，進(jìn)一步經(jīng)煤化作用后轉(zhuǎn)化為惰質(zhì)組分。 絲炭化作用也可以作用于已經(jīng)受不同程度凝膠化作用的組分上，但經(jīng)絲炭化作用后的組分不能再發(fā)生凝膠化作用成為凝膠化組分。,1.3.1 惰質(zhì)組（ inertinite又稱絲質(zhì)組）的成因,（2）火焚作用burning：有的絲炭化組分是由于古代沼澤森林火災(zāi)后，由燒焦的炭化組織轉(zhuǎn)化而來的，稱為火焚絲質(zhì)體。在顯微鏡下觀察，該類絲炭化組分細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整清晰，且由于沒有經(jīng)受凝膠化作用，細(xì)胞壁沒有發(fā)生吸水膨脹，因此，胞壁薄。煤中含量在1020，對(duì)煤的性質(zhì)有重要影響。,1.3.2 惰質(zhì)組（ inertinite又稱絲質(zhì)組）的顯微組分,（1）絲質(zhì)體 絲質(zhì)體是由植物

17、的根、莖干、枝的木質(zhì)部，經(jīng)過強(qiáng)烈的絲炭化作用而形成的。常指具有清晰而且比較規(guī)則的木質(zhì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的絲炭化組分。 絲質(zhì)體在透射光下細(xì)胞壁為黑色，不透明；反射光下突起高而反射力強(qiáng)。保存著明顯的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，胞腔大而且胞壁薄，胞腔形狀有長(zhǎng)方形、圓形或扁圓形。薄壁絲質(zhì)體有時(shí)易破碎成弧狀、星狀結(jié)構(gòu)，其胞腔常被粘土礦物或黃鐵礦填充。,1.3.2 惰質(zhì)組（ inertinite又稱絲質(zhì)組）的分類,（2）半絲質(zhì)體 絲炭化作用強(qiáng)烈時(shí)形成絲質(zhì)體，作用中等或較弱時(shí)形成半絲質(zhì)體。半絲質(zhì)體是絲質(zhì)體與結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體之間的過渡型絲炭化組分。細(xì)胞結(jié)構(gòu)保存較差；磨蝕硬度、顯微硬度中等。透射光下呈褐色至黑色，具各向異性；反射光下呈灰白色或淺

18、灰色，突起較高。油浸反光下，與絲質(zhì)體相比顏色偏灰，突起略低。半絲質(zhì)體的細(xì)胞結(jié)構(gòu)大多沒有絲質(zhì)體保存完好,碳、氫含量處于絲質(zhì)體和結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體之間。,1.3.2 惰質(zhì)組（ inertinite又稱絲質(zhì)組）的分類,（3）其他 惰質(zhì)組還有：粗粒體、菌類體、微粒體和惰屑體 等顯微組分。,2、 煤中的礦物質(zhì)無機(jī)顯微成分,煤的無機(jī)顯微成分主要是指粘土礦物、黃鐵礦、石英、方解石等，在顯微鏡下可以進(jìn)行區(qū)分。 粘土類礦物：高嶺石，伊利石，水云母， 硫化物類礦物 ：黃鐵礦，白鐵礦， 碳酸鹽類礦物 ：方解石，菱鐵礦， 氧化物類礦物 ：石英， 硫酸鹽類礦物：石膏，,3、顯微煤巖類型,3.1 顯微煤巖類型的定義 煤的顯微組分

19、，尤其是殼質(zhì)組、微粒體和粗粒體很少單獨(dú)存在，更多的情況是與其他顯微組分共生。 顯微鏡下劃分出的不同顯微組分或顯微組分組的各種組合，稱為顯微煤巖類型。每一種顯微煤巖類型都有自己的組成特點(diǎn)和化學(xué)工藝性質(zhì)，并反映一定的沉積環(huán)境。為了便于將煤巖分析應(yīng)用于煤的加工利用，特別是用于煉焦煤的配煤，煤巖學(xué)家C.A.賽勒1954年在給國(guó)際煤巖學(xué)委員會(huì)術(shù)語(yǔ)分會(huì)的信中，首先提出顯微煤巖類型一詞，為國(guó)際煤巖學(xué)委員會(huì)(ICCP)采納。,3、顯微煤巖類型,3.2國(guó)際顯微煤巖類型分類 國(guó)際煤巖學(xué)委員會(huì)的顯微煤巖類型分類是國(guó)際煤巖學(xué)界中廣泛使用的顯微煤巖類型分類，也是中國(guó)所采用的標(biāo)準(zhǔn)（表4-12）。 顯微煤巖類型視其主要是由

20、一種、兩種或三種顯微組分組構(gòu)成，相應(yīng)地命名為單組分、雙組分或三組分3類。 單種組分含量超過95，稱為單組分組類型，分為：微鏡煤、微殼煤、微惰煤。,3、顯微煤巖類型,雙組分顯微煤巖類型主要是由兩組顯微組分構(gòu)成的，這兩組顯微組分之和大于95%，兩個(gè)顯微組分組之間的含量比可有較大的變化，但都必須大于總量的5%。如微亮煤的鏡質(zhì)組和殼質(zhì)組含量都不能小于5%，也都不能單獨(dú)達(dá)到95%。但雙組分顯微煤巖類型可根據(jù)其中的一種顯微組分組占優(yōu)勢(shì)而劃分為兩個(gè)亞組，例如微亮煤中以鏡質(zhì)組為主時(shí)，稱為微鏡亮煤；以殼質(zhì)組為主時(shí)，稱微殼亮煤。同樣，雙組分的微暗煤可分出以殼質(zhì)組占優(yōu)勢(shì)的微暗煤（微殼暗煤）和以惰質(zhì)組占優(yōu)勢(shì)的微暗煤（微惰暗煤），等等。,3、顯微煤巖類型,三組分顯微煤巖類型規(guī)定三組顯微組分的含量各自都大于5%，稱微三合煤。其中微暗亮煤表明鏡質(zhì)組含量多于殼質(zhì)組和惰質(zhì)組，微亮暗煤是惰質(zhì)組含量多于鏡質(zhì)組和殼質(zhì)組，而微鏡惰殼煤則以殼質(zhì)組占優(yōu)勢(shì)。,第三節(jié) 顯微煤巖組分的反射率Reflectance,在反射光下，顯微組分表面的反射光強(qiáng)度和入射光強(qiáng)度之比稱為反射率。反射率可以在空氣中即干物鏡下測(cè)定，以R(%)表示；也可以在油浸物鏡下測(cè)定，以Ro(%)表示。從長(zhǎng)焰煤到無煙煤，Ro增加十幾倍，而R只增加兩三倍。在與煤層層面成任意交角的切面上最大反射率不變，而最小反射率則隨交角不同而變化。在三種有機(jī)顯微組分