煤田地质学复习题

1一、基本概念1.泥炭沼泽:沼泽是湿润的土壤内，长期或季节性的积水，并生长着喜湿性植物的低洼地段。沼泽中形成并积累着泥炭成为泥炭沼泽。2.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。3.泥炭化作用：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.4.凝胶化作用：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5.丝炭化作用: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。6.残植化作用: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。7.腐泥化作用: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。8.煤的成岩作用:由泥炭经过物理化学作用形成年青褐煤的过程，称为煤的成岩作用。9.煤的变质作用:年青褐煤，在较高的温度、压力及较长地质时间等因素的作用下，进一步发生物理化学变化，变成老褐煤(亮褐煤)、烟煤、无烟煤、变无烟煤的过程。10.煤化作用:当泥炭形成后，由于沉积盆地的沉降，泥炭被埋藏于深处，在温度、压力增高等物理、化学作用下，形成褐煤、烟煤、无烟煤、变无烟煤，称为煤化作用阶段。211.希尔特定律:德国学者希尔特(Hilt，1873）曾针对西欧若干煤田变质规律提出：在地层大致水平的条件下，每百米煤的挥发分降低约2.3％，即煤的变质程度随埋藏深度的加深而增高。称为希尔特定律。12.深成变质作用:深成变质作用是指煤层因沉降而埋藏于地下深处，由于地热及上覆岩系静压力作用下煤所发生的变质作用。13.岩浆变质作用：由于岩浆热、挥发分气体和压力的影响，使煤发生的变质作用14.动力变质作用::动力变质作用是指煤系形成后由于地壳构造变动的直接原因而造成煤发生变质的作用。15.镜质体反射率：镜质体反射光的能力用镜质体的油侵反射率表示常用符号为R。16.含煤岩系：指一套在成因上有共生关系并含有煤层的沉积岩系。17.成煤沉积体系：18.含煤沉积旋回:煤系的旋回结构是煤系的重要特征，它反映了煤系沉积层序中有共生关系的岩性、岩相等特征有规律的重复交替现象19.含煤盆地煤盆地：是国际上较为通用的术语，其含义比较广泛，可以指聚煤盆地，也可以指后期构造盆地。20.聚煤盆地：原始含煤沉积盆地，聚煤盆地可以保持其原始沉积盆地的基本面貌，但大多数由于后期构造变动和剥蚀作用而被分割为一系列后期构造盆地21.煤田：一般是指在同一地质发展过程中形成的含煤岩系分布的广大地区，虽经后期构造和侵蚀作用的分割，但基本上仍连成一片或可以追踪，常常形成大型煤炭生产基地。22.拗陷型聚煤盆地23.断陷型聚煤盆地324.成盆期同沉积构造：是指在盆地形成演化过程中与含煤沉积同期的构造活动和构造形迹，又称聚煤期古构造。它包括同沉积褶皱和同沉积断裂两大类。25.聚煤作用：是指在古植物、古气候、古地理和古构造等有利的条件下，泥炭聚集而最终形成煤矿床的作用。26.聚煤规律（或称煤聚积规律）：则是指的是由于古植物发育与演化、古气候、古地理和古构造的综合作用和影响，聚煤作用总是在盆地的一定部位发生，在时空上表现出的规律性特征。27.富煤带：是指同一煤炭剖面中煤层发育较好、相对富集的块段，在空间上呈带状分布的特点。即是说的是出现于一定的古地理、古构造部位的煤层相对富集带。28.富煤中心：是指在富煤带内煤层总厚较大的部位或聚煤作用长期持续发育的部位，也称富煤带最富的部位。29.煤层气:含煤岩系中形成的天然气，泛称为煤成气。30.生长断层:聚煤盆地内的生长断层主要是指分布于沉积盖层中的大量低级别同沉积断裂，是发育于未固结沉积物中的塑性变形。31.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。32.煤的变质梯度煤的变质梯度：指煤在地壳恒温层之下，每加深100m煤变质程度增高的幅度。二、基本理论与机制（一）植物残骸的堆积方式及其依据41.原地生成说或称为“原地堆积说”及主要依据。2.异地生成说（异地堆积说）及主要依据。3.微异地生成说（或称“亚原地生成说”）及主要依据。对于植物残体的堆积方式存在着原地生成与异地生成的不同观点。1.原地生成说或称为“原地堆积说”原地生成说认为，造煤植物的残骸堆积于植物繁衍生存的泥炭沼泽内，没有经过搬运，在原地堆积并转变为泥炭，最终成煤。主要依据：⑴现代泥炭沼泽（湿地）繁殖大量植物，在原地堆积形成泥炭，且没有发现被搬运的迹象；⑵煤层底板中有垂直的根系化石，煤层底板为植物生长的土壤；⑶煤层中陆源碎屑矿物比较少；⑷大多数煤层厚度比较稳定，在大面积范围内可以对比，说明当时成煤环境是一种稳定的环境。煤层可以作为标志层进行大范围对比。2.异地生成说（异地堆积说）异地生成说认为，泥炭层形成的地方，即植物残体大量堆积的地方并不是成煤植物生长的地方，植物残体从生长地经过长距离搬运后，再在浅水盆地、瀉湖、三角洲地带堆积而成。其依据：①在现代的三角洲地带(如亚马逊河、刚果河等)，常可见到从上游原始森林区带来的大量漂木；②在湖泊中见到漂浮的泥炭层；5③某些煤田内曾见有树根朝上倒置的树化石；④煤中混有大量矿物杂质；⑤煤层底板岩性与煤层在沉积上有大的差异，如煤层底板为石灰岩等化学沉积等。3.微异地生成说（或称“亚原地生成说”）泥炭沼泽内部植物残体、部分泥炭受冲刷搬运并重新堆积的现象比较常见。如河漫滩沼泽、三角洲平原沼泽受河水泛滥的影响，以及滨海沼泽受海潮、风暴潮的影响，都可能造成沼泽内部的局部搬运和重新堆积现象。为“微异地生成”或“亚原地生成”(Stach等)。在微异地生成的煤片中：①常见植物结构组分破碎；②微细斜层理和微波状细层理；③各种煤岩显微组分的碎屑体和原有植物组织的氧化现象；④大量矿物杂质的混入等。（二)泥炭沼泽的类型及特征（结合盆地或沼泽基底沉降或水面升降与泥炭面之间的关系）1.低位泥炭沼泽还称为富营养泥炭沼泽。表面是原有的地表低洼形态。特点：①地表水和地下水为丰富水源补给；②矿物质养分丰富；③沼泽为中性或微碱性，pH＝7～7.8；④植物需养分较多，种属较丰富。形成的泥炭（或煤层）特点：①灰分较高；②沥青质含量低；③焦油产出率较低。2.中位泥炭沼泽①泥炭沼泽的表面趋于平坦或中部轻微凸起；②地表水和地下水中的水分和养分被部分吸收达到中心地带时，潜水位变低、营养状况变差；③泥炭层也6处于中性到微酸性；④植被以中等养分植物为主。3.高位泥炭沼泽①沼泽的营养差异大：边缘部分易得到周边流水携带的营养，中心部位则难于得到，使中心地带出现贫营养植物。②植物遗体的分解速度差异大：中心地带植物残体分解慢，泥炭增长快，形成中部高出周边的剖面形态。③仅靠大气降水补给；④植物多为草本或苔藓类，种属较单一。（三）成煤作用及其阶段（阶段划分依据）。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。成煤作用的阶段：成煤作用大致上可以分为两个阶段：①一是植物在泥炭沼泽、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泥炭化阶段或腐泥化阶段。②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。（四）成岩作用机制及特点。成岩作用机制泥炭形成后，由于盆地的沉降，在上覆沉积物的覆盖下被埋藏于地下:①压实、脱水、增碳;7②游离纤维素消失;③凝胶化组分逐渐固结;④具有了微弱的反射力。据stach认为，这种作用大致发生于地下200～400m的浅层。成岩作用特点A、成岩作用的化学作用结果①泥炭内的腐植酸、腐植质分子侧链上的亲水官能团，以及环氧数目不断地减少，形成各种挥发性产物;②碳含量增加，氧和水分含量减少—脱水。碳元素(C)主要集中于稠环中。稠环的结合力强，具较大的稳定性。B、煤的物理煤化作用主要是发生了物理胶体反应，即成岩凝胶化作用，从而使未分解或未完全分解的木质纤维组织，不断转变为腐植酸、腐植质，使已经形成的腐植酸、腐植质变为黑色具有微弱光泽的凝胶化组分。成岩作用中，丝炭化组分和稳定组分也发生变化。（五）煤的变质作用机制及特点。煤变质作用特点①腐植物质进一步聚合，腐植酸进一步减少，使腐植物质由酸性变为中性，出现了更多的腐植复合物;②失去大量的含氧官能团(如羧基—COOH和甲氧基—OCH3)。③结束成岩凝胶化作用，形成凝胶化组分(煤岩);④植物残体己不存在，稳定组分发生沥青化作用。8（六）煤化作用跃变机制及其特点。（1）第一次跃变（Ⅰ）：发生在长焰煤开始阶段(Cdaf=75％～80％，Vdaf＝43％，镜质体反射率Romax＝0.6％)，与石油开始形成阶段相当。即与生油阶段相当。特点是：发生沥青化作用：生成沥青质。沥青化作用是指壳质组(包括藻类体)和镜质组在煤化过程中形成沥青质，即石油型烃类的一种作用。这种作用起始于硬褐煤阶段(Rom为0.5％)，持续到早期肥煤阶段(Rom=1.2％)。随煤化程度的提高，各种含氧官能团逐渐脱落，在Rom＝0.6％以前主要析出CO2和H2O；当煤化作用达到Rom＝0.5％～0.6％阶段，芳香核稠环上开始①脱落脂肪族和脂肪族官能团和侧链，②形成以甲烷为主的挥发物，开始了生成沥青质的沥青化作用。（2）第二次煤化跃变（Ⅱ）出现在肥煤到焦煤阶段Cdaf＝87％，Vdaf＝29％，Romax＝1.3％。镜质体反射率Romax＝1.3％对应于石油的“死油线特点：①煤中甲烷的大量逸出，释放出大量的氢。富氢的侧链和键的大量缩短及减少；②煤的比重下降到最小值；③煤的显微孔隙度逐渐缩小，水分减少。到焦煤阶段(Cdaf=89％，Vdaf≈20％，Romax≈1.7％)腐植凝胶基本上完成了脱水作用，水分和孔隙度都达到了最低值；④发热量则升高到最大值(这是和镜质组的硬度、密度的最小值，以及炼焦时可塑性最大值相一致)；⑤焦煤阶段，由于化学结构的变化，水分含量（主要是内在水分）又有所回升；9⑥煤的物理、工艺性质发生转折：耐磨性、焦化流动性、粘结性、内生裂隙数目等都达到极大值，内面积、湿润热等达到最小值（称为煤化作用转折）；⑦第二次跃变的结果--煤化台阶：壳质组与镜质组在颜色、突起、反射率等的差异愈加变小。因此，壳质组从Vdaf=29％～22％这一阶段的明显变化又称为煤化台阶。⑧生油→生气：本阶段与油气形成的深成阶段后期(即热裂解气开始形成阶段)相当，石油烃转化为气体烃，因此它对应于石油的“死亡线”（3）第三次跃变（Ⅲ）发生于烟煤变为无烟煤阶段Cdaf=91％，Vdaf＝8％，Romax＝2.5％。煤化作用的第三次跃变以后，就是有人称为无烟煤化作用和半石墨化作用的阶段，代表了煤化作用的最终阶段，其产物是无烟煤和变无烟煤的形成。（4）第四次跃变为无烟煤与变无烟煤分界-Cdaf＝93.5％，Hdaf=2.5％，Vdaf＝4.0％，镜质体反射率Rmax＝4％，Rmin＝3.5％。已经不属于煤化作用阶段。第四次跃变特点是：①在化学煤化作用方面，主要表现为氢含量与氢碳原子比的急剧下降。碳含量随埋藏深度的增加也明显地增大。②硬度增大、光泽增强，到变无烟煤时几乎呈金属光泽，宏观上微层理已不明显。（七）植物遗体堆积速率与沼泽水面上升速率的关系—补偿关系（结合煤层形成及形态、结构等，阐明其机制，形成厚度较大而稳定的煤层需要的条件）。（八）地壳不均衡沉降引起的煤厚变化