第一章成煤作用.

第一章成煤作用煤田地质学煤是一种固态的可燃有机岩。凡是由动植物残骸等有机质形成的岩石都称作有机岩，将可燃烧的有机岩称作可燃有机岩。煤是植物残骸经过复杂的生物化学、物理化学以及地球化学变化转变而来的，由植物死亡、堆积一直到转变为煤是经过一系列的演变过程，在这个转变过程中所经受的各种作用总称为成煤作用。第一节成煤植物及其组成植物界可分为低等植物和高等植物两大类别。属于低等植物的有藻类和菌类，在地史的早期(即元古代到早泥盆世)它们曾构成了当时植物界的主体，成为植物发展演化的菌藻类植物时期。高等植物是由一些低等植物历经长期演变而来的，在形体结构和生理功能特征上都比低等植物更加复杂。植物演化与成煤作用具有密切关系，没有植物的发育地质历史中就不可能有聚煤作用发生，植物演化具有明显的阶段性，因此，成煤作用也就具有阶段性。1．菌藻类植物时代早泥盆世以前为低等植物发育时代，还没有高等植物出现。因此不可能有大规模的聚煤作用发生。由低等植物经过一系列变化形成的煤，其灰分很高，有一定的发热量。这类煤称为“石煤”，如我国南方寒武纪的“石煤”。2．裸蕨植物时代晚志留世至早中泥盆世为世界上最古老的陆生植物时代。植物由水生到陆生的转化过程，是植物由低等向高等发展的重要转折时期。裸蕨类植物是地质历史上最早的陆生植物，其特点是高度不足1m，还没有真正的叶、根之分，只在地下有一种假根。因此，裸蕨植物仍然是比较原始的植物。3．蕨类、种子蕨类植物时代晚泥盆世至晚二叠世早期，是高等植物发育、发展和演化的最重要的时期，以孢子植物蕨类和裸子植物的种子蕨为主。这个时期的气候条件是温暖、潮湿，适合植物生长，在全球范围内比较一致。石炭-二叠纪是全世界范围内最重要的聚煤时期，地势比较平坦，植物繁盛，聚煤作用强，为第一大聚煤时期，形成了分布广泛的聚煤盆地和含煤地层。特别是我国华北和华南地区，含煤地层分布稳定，煤层煤质好，形成了我国重要的煤炭开发基地。如我国著名的鄂尔多斯盆地、华北盆地、华南盆地等，都是大型的石炭-二叠纪聚煤盆地。4．裸子植物时代自晚二叠世晚期至中生代，是裸子植物最为繁盛的时代。这个时期的主要特点是：地球上干旱气候带扩大，石炭-二叠纪的植物群逐渐衰落，由蕨类植物进入到裸子植物繁盛时期。侏罗纪和早白垩世被认为是世界上第二个重要的聚煤期。在我国，侏罗纪是最为重要的聚煤时期。5．被子植物时代早白垩世以后至古、新近纪是植物进入到高级发展的重要阶段。但是，这个时期构造活动更加强烈，气候分带也更加明显。这个时期被称为世界上第三个重要聚煤时期。从以上分析可以看出，地质历史时期的聚煤作用是与地质历史中植物演化密不可分的，植物的演化和发展决定了聚煤作用的发生，因此要首先研究植物的演化特点，将植物演化研究与地质历史发展、盆地聚煤作用研究紧密的结合起来，阐明聚煤作用的机制。植物组成(一)高等植物的器官根：是植物进化过程中适应陆生条件所形成的一种器官，它具有吸收、支持、合成和贮藏的功能。茎：主要功能是将水分、无机盐类和有机营养物质运送到植物体的各个部分，此外，还有贮藏养料的功能。叶：主要功能是光合作用和蒸腾作用，它们都是植物赖以生存所必须的。(二)高等植物的组织根据高等植物的组织功能和结构的不同，可划分为分生组织、薄壁组织、保护组织、输导组织、机械组织和分泌组织。其中，后5种组织都是器官形成时由分生组织衍生的细胞发展而成。123456三、植物的组成和化学性质植物主要是由有机物质构成，但也含有一定量的无机物质。不论是低等植物还是高等植物，主要都是由碳水化合物（包括纤维素、半纤维素和果胶质等）、木质素、蛋白质和脂类化合物等组成。各类植物以及同一植物的不同部分其有机组成各不相同。低等植物主要由蛋白质和碳水化合物组成，脂肪含量比较高。高等植物的组成则以纤维素、半纤维素和木质素为主。木本植物的有机组成差别很大，活细胞中的原生质主要是由蛋白质组成，茎和叶以纤维紫、木质素为主。植物的角质膜、木栓层、孢子和花粉则含有大量的脂类化合物。植物的有机组成的差别，直接影响到它的分解和转化，影响到煤的性质和利用。（一）碳水化合物碳水化合物包括纤维素、半纤维素和果胶质等，其中，纤维素是构成植物细胞壁的主要成分。（二）木质素木质素也是植物细胞键的主要成分，常分布于植物机械组织的细胞壁中，能增强坚固性，起支持作用。（三）蛋白质在植物体内，蛋白质含量所占比重不大。由于它是构成植物细胞原生质的主要物质，因此在植物生存过程中起着重要作用。（四）脂类化合物脂类化合物主要指不溶于水，而溶于醚、苯、氯仿等有机质溶剂的有机化合物。1．脂肪2．蜡质3．树脂4．角质与木栓质5．孢粉质第二节泥炭及泥炭化作用•高等植物死亡后转变为泥炭，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。根据这些作用的特征年及其产物的差异，早在1920年H.potoni.E就提出了腐朽作用、腐败作用、泥炭化作用及腐泥化作用。这些作用都是在喜氧细菌或厌氧细菌参与下进行的；此外，还有菌类、蠕虫、各种酶菌及一部分水的作用，并有矿物杂质和气体的参与。由于供氧条件依次减少，因而形成的产物中氢、氮含量依次递增，致使每种作用的环境、作用特征和产物都不相同。•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。•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。•二、泥炭化作用•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。2、泥炭沼泽及其形成条件（一）泥炭沼泽概念沼泽是地表土壤充分湿润、季节性或长期积水，丛生着喜湿性沼泽植物的低洼地段。如果沼泽中形成并积累着泥炭，则称为泥炭沼泽（二）泥炭沼泽形成条件1.应有缓慢沉降的低洼地带，这种洼地有利于水的汇聚而不利于水的排泄，由于基底的缓慢沉降，使地下水位能保持缓慢速度持续抬升；2.泥炭沼泽发育地区大多与活动能量大的水体(如海、湖、河)间以一定形式的保护屏障被相对隔离的地带，加以沙坝或沙嘴或沙滩为阻隔，而且相对分离于开阔海域以外的海湾泻湖地带、天然堤与活动河道分离的河后沼泽及废弃河道等；3.泥炭沼泽发育的地带，大多为地表地形高差变化不大且地表宽缓低平能量低的地带。（三）泥炭沼泽发育的主要环境1.广义滨海平原——泥炭沼泽重要发育地带（1）滨海平原：泥炭沼泽具有水陆过渡性质。滨海地带正是海洋与陆地相互作用的结果，尤其海水的波浪、岸流、潮汐及大范围的海面升降等作用，都为泥炭沼泽的广泛发育创造了有利的地貌条件。滨海地带的海水与沿海陆地地表水和潜水之间的相互关系，也往往构成有利于泥炭沼泽发育的条件。沿海地区：地势低平，径流缓慢，堆积作用盛行，滨海平原地表多细碎屑物质，地表水流不易下渗，地下水埋藏浅，加上大气降水大，湿度大，因而有利于泥炭沼泽化。（2）在三角洲平原上分流河道之间的低洼地及靠近海边缘部分的泻湖湿洼地，也是引起泥炭沼泽化的良好场所。（3）在热带、亚热带地区的海岸和河口地区，还可以形成一种特殊类型的滨海泥炭沼泽—红树林泥炭沼泽。2.内陆有利发育泥炭沼泽的地区内陆有利发育泥炭沼泽地区，一般多属于河流作用、冰川作用有关的河湖地带。主要区带：河漫滩洼地、废弃河道洼地、在近湖区，因湖水上涨，由于积存洪泛水或潜水位上升，形成长期积水条件，沼泽植物丛生，泥炭堆积迅速进行，因而形成有利泥炭沼泽堆积的地带。机制：地壳长期相对下沉，河道迂回多变，湖泊、洼地极多，谷地地表低洼，排水不畅，多为常年积水或过湿地区，加上分布有若干浅湖，因而形成了有利于泥炭沼泽的长期发育。在大陆内部，由于大陆冰川的消融和退缩，留下一系列冰蚀、冰积地貌，往往构成泥炭沼泽发育很有利的场所。河漫滩沼泽湖泊逐渐干涸形成的沼泽地带刚果盆地位于非洲中部，大部分在刚果民主共和国境内，小部分在刚果共和国境内。面积为337万平方公里，是世界上最大的盆地。盆地南北均为高原，东部为东非大裂谷，缺口在西部即刚果河下游和河口地段。赤道线从盆地中部通过。刚果盆地包括了刚果河流域的大部，平均海拔400米，有大片沼泽.（四）泥炭沼泽形成的方式两种泥炭沼泽化的方式：①由陆地演化为泥炭沼泽，称为陆地泥炭沼泽化；②水域转化为泥炭沼泽，称为水域泥炭沼泽化。水域泥炭沼泽化的基本模式：1．浅水缓岸湖泥炭沼泽化的发育模式2．深水陡岸湖泥炭沼泽化发育模式3．小河泥炭沼泽化模式1．浅水缓岸湖泥炭沼泽化的发育模式这种湖泊由四周向湖心逐渐变深，湖水停滞或仅有微弱流动，波浪小且水的光照条件好。湖底首先沉积含少量有机质的粘土和砂层，其上为腐泥层。湖水逐渐淤浅，在湖底沉积的同时，岸边与不同水深的湖滨地带，植物繁殖起来，由于水深各异而形成不同的植物群落，由岸向湖心方向植物群落呈有规律的变化，可区分出几个植物带。图1-4浅水缓岸泥炭沼泽化发育模式1－苔草泥炭；2－睡菜泥炭眼子菜；3－苔草草丘；4－芦苇；5－藻类沉水植物；6－芦苇泥炭；7－针叶阔叶树；8－浮水植物；9－腐泥（据柴岫，1990）1．浅水缓岸湖泥炭沼泽化的发育模式2．深水陡岸湖泥炭沼泽化发育模式这种湖中，因湖边大量地繁殖漂浮植物，植物死亡后，其残体沉入湖底转化为泥炭，这是一种由上而下的泥炭化过程。随着浮毯的逐渐加大积厚向水中沉没，其下部死亡的植物残体，因重力作用，脱落沉入湖底，转化为泥炭。因而逐渐使湖底填积加高，渐渐与浮毯相连，浮毯不断向湖心扩展造成湖泊的淤浅而萎缩。图1-5深水陡岸湖泥炭沼泽化发育模式图1－苔草泥炭；2－混合泥炭；3－浮毯；4－浮水植物；5－亚粘土（据柴岫，1990）2．深水陡岸湖泥炭沼泽化发育模式3．小河泥炭沼泽化模式这种泥炭沼泽化大致与第一种模式近似，呈带状，植物分带不明显，往往在流速最小的河段河底开始生长水生植物，植物繁茂后，由于河床的糙度增加，流速减小，于是在河面及河边出现漂浮植物，在水中充氧不足的条件下，积累起泥炭，使整个河道泥炭沼泽化。（五）泥炭沼泽的类型（一）按照泥炭沼泽表面形态和水源补给，以及养分和植被等特征，通常将泥炭沼泽划分为三种类型，即低位泥炭沼泽、中位泥炭沼泽和高位泥炭沼泽。1.低位泥炭沼泽有人称为富营养泥炭沼泽。低位泥炭沼泽的表面由于泥炭的积累不厚，且尚未改变原有的地表低洼形态。①地表水和地下水作为丰富的水源补给，潜水位较高或地表有积水；②溶于水中的矿物质养分丰富。沼泽多为中性或微碱性，pH＝7～7.8；③沼泽植物要求养分较多，种属较丰富。我国第四纪泥炭形成于这种类型的沼泽约占90％，在地史中各成煤期内也大多形成于这种泥炭沼泽类型。这种沼泽类型多处于泥炭沼泽发展的初期。2.高位泥炭沼泽这种类型的泥炭沼泽往往处于泥炭沼泽演化的后期或泥炭沼泽始终处于潜水面之上。沼泽主要是由大气降水补给，①沼泽的水面位于潜水面之上，水源不充足，②水中缺少矿物质养分，因而有人称为贫营养泥炭沼泽。中间贫周缘富：高位泥炭沼泽在发展演化中，泥炭积累速度与养分的供给状况发生了变化。即在沼泽的边缘部分，易得到周边流水所携带的丰富营养；而中心部位则难于得到富养分的地表水和地下水的补给，仅靠大气降水补给，促使贫营养植物首先出现于中心地带。3.中位泥炭沼泽这类泥炭沼泽多出现于前两类沼泽的过渡时期，在特征与性质上具有过渡特点，因此又称为过渡类型或中营养泥炭沼泽。这类泥炭沼泽的表面，由于泥炭的积累趋于平坦或中部轻微凸起，地表水和地下水通过周边的泥炭层时，其中的水分和养分被部分吸收达到中心地带时，已大为减少，因而潜水位变低、营养状况变差，泥炭层也处于中性到微酸性，植被