煤的岩石组成(煤岩学基础)

第四部分第四章煤的岩相组成第五章煤的化学组成第六章煤的族组成第四章煤的岩相组成煤是一种有机生物岩，煤岩学是用研究岩石的方法来研究煤的学科。它是与煤地质学、古生物学、煤化学和煤工艺学等学科相关的一门边缘学科。它以显微镜为主要工具，兼用肉眼和其他技术手段，研究自然状态下煤的岩相组成、成因、结构、性质、煤化度及其加工利用特性。煤岩学研究的目的在于：通过煤岩成分的鉴定来阐明煤的成因和煤岩成分在成煤过程中的变化对煤质的影响，更合理地进行煤的分类，并搞清楚煤岩成分的各种不同的物理、化学及工艺性质，从而指导煤的合理利用和工艺加工。主要内容：煤岩组成的研究方法；有机显微组分的特征及其成因；煤岩学应用1、什么是煤岩学？用岩石学的观点和方法研究煤的组成和性质。2、煤岩学研究方法宏观方法－用肉眼或放大镜观察煤，根据其颜色、条痕色、光泽、硬度、断口等特征，识别煤岩类型、判断煤的性质。适用于野外勘探和采煤工作，太粗略。微观方法－用显微镜研究煤第一节概述微观方法－用显微镜研究煤透射光下：薄片2×2cm，厚0.02mm。根据颜色、形态和结构识别显微煤岩组分、判断煤的性质反射光下：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、突起、反光性等特征识别煤岩组分、判断煤的性质。普通反射光油浸反射光为什么要采用两种方法？光片的制备方法见P71由于浸油的折光率与物镜透镜光学玻璃的折光率相近，使物镜透镜与光片之间形成一个介质均匀的整体，使射入物镜的成象光线增多，提高了视野中各显微组分影象的反差和清晰度，使其更易于识别。从长焰煤到无烟煤的变质系列中，在油浸物镜下反射率增长了十几倍，而在干物镜下只有2-3倍，这说明油浸物镜的解象力远比干物镜强，对反射率的分辨率也高，测试误差小，具有较大优越性。因此，反射光下通常用油浸物镜进行观察。第二节煤的显微组分及显微煤岩类型煤的显微组分(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。显微煤岩类型：各种显微组成的典型组合。1、煤的有机显微组分腐植煤的有机显微组分包括：镜质组Vitrinite、惰质组Inertinite和壳质组Exinite。在显微镜下的特征是：镜质组：透射光呈橙红\棕红\棕黑\黑，透明或半透明，较均一，不含或少含矿物质。普通反射光下呈灰色，油浸反射光下呈深灰色灰\浅灰\白，无突起。煤中最主要的有机显微组分（50－80%）对煤的工艺性质有很大的影响：焦化液化1、煤的有机显微组分惰质组（丝质组）：透射光下呈棕黑到黑色，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，蓝光激发下绿黄色\亮黄色\橙黄色\褐色。1.1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:一方面微生物作用下，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镜质组。1.1镜质组（又称凝胶化组分）的成因根据凝胶化程度的不同，镜质组还可细分为：结构镜质体:结构镜质体1，结构镜质体2无结构镜质体均质结构镜质体胶质镜质体基质镜质体团块镜质体碎屑体A、结构镜质体：能在显微镜下见到一定植物细胞结构。即来源于植物的树干、树枝、叶和根等组织器官，以细胞形态保留在煤中的镜质化细胞壁。细胞结构完整或受压变形；细胞腔往往被无结构镜质体充填。透射光，松柏银杏结构镜质体，横切面示生长年轮。透射光，鳞木结构镜质体透射光，真菌结构(镜质)体。透射光，科达木结构镜质体，横切面，正方形或近等径多边形大管腔透射光，科达木结构镜质体，径切面，显示交叉场或紧挤的纹孔透射光，结构镜质体（红），树脂体（黄）透射光，松柏-银杏结构镜质体，木质部，胞腔充满树脂体透射光，结构镜质体，具有裸子植物单列射线（长焰煤）B、无结构镜质体：经历了强烈的凝胶化作用在一般反射光和透射光下难以见到植物细胞结构的凝胶化组分。a均质镜质体：煤中比较大的条带状无结构镜质体。宽窄不一的条带状和透镜状均一、纯净透射光，均质镜质体，有细粒黄铁矿透射光，均质镜质体透射光，均质镜质体，具有角质体镶边透射光，均质镜质体b基质镜质体：由植物的木质纤维组织经凝胶化作用彻底分解，胶体溶液凝聚而成。不显示任何细胞结构没有固定形态胶结其他各种显微组分透射光，基质镜质体，粗粒体、树皮体透射光，富氢基质镜质体（橙红色），结构半镜质体（暗红色）透射光，结构镜质体，基质镜质体，小孢子，角质体透射光，富氢基质镜质体，红色中显黄色调透射光，富氢基质镜质体，红色中显黄色调c胶质镜质体：泥炭和褐煤阶段腐植溶胶充填在死亡植物的细胞或其它空腔中的胶状沉淀物。充填于细胞腔或裂隙中的均一致密的胶状无结构镜质体。数量很少无确定形态，不含其他杂质一种真正没有结构的凝胶透射光，结构镜质体，胶质镜质体d团块镜质体：多为圆形或卵圆形均质镜质体，孤立分布或作为填充物。木栓质体，胞腔充填团块镜质体d团块镜质体：多为圆形或卵圆形均质镜质体，孤立分布或作为填充物。C、碎屑镜质体由镜质组碎屑（＜10微米）组成，呈粒状或不规则形状1.2、惰质组（又称丝质组）的成因丝质组是通过丝炭化作用或火焚作用形成。丝炭化作用：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丝炭化组分。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，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。凝胶和丝炭化作用也可能交替发生，除完全丝炭化的物质不可能再进行凝胶化外，处于丝炭化过程中的中间产物都可以再凝胶化；处于凝胶化任何阶段的产物也都可再进行丝炭化，半丝质体、微粒体和无结构丝质体等就是这样形成的。A丝质体镜下特征：保存着明显的细胞结构，胞腔大而胞壁薄，胞腔形状有长方形、圆形或扁圆形。反射油浸镜下呈亮白色或亮黄白色，高突起；透射光下呈黑色。在煤中常呈透镜状或碎块状出现，有时可成一薄层而形成单组分。保存着明显的细胞结构，胞腔大而胞壁薄，胞腔形状有长方形、圆形或扁圆形。透射光，丝质体透射光，丝质体，结构半镜质体，基质镜质体树皮体，丝质体。透射光，丝质体，镜质体。B半丝质体：结构镜质体与丝质体之间的过渡组分，细胞结构保持较差。丝炭化作用中等或较弱时形成。透射光，半丝质体丝质体E1:结构半镜质体(上部)，半镜质体向半丝质体过渡(下部)。E2:半丝质体向丝质过体渡C粗粒体：一种无结构或者没有显示结构的无定形的丝炭作用基质，胶结着孢子体、角质体、树脂体和丝质体等显微组分。具有不固定的形态特征，其大小为10~100微米或更大。透射光，粗粒体，孢子体，基质镜质体。浑圆形颗粒，透射光下黑褐色，反射光下白色至浅灰色粗粒体．孢子体，镜质体。角质体，基质镜质体，粗粒体。无定型无结构基质镜质体，粗粒体，树皮体均质镜质体（中部），小孢子体，粗粒体基质镜质体，粗粒体，树皮体D微粒体：呈圆形，粒径很小，一般小于1微米，往往呈分散状态存在于无结构镜质体体中，有时充填于镜质组的孢腔中。透射光，结构镜质体微粒体E碎屑镜质体，碎屑惰质体。E菌类体：由菌类和分泌物（主要指树脂）形成的惰质体。蜂窝状、似菊花状。发射荧光，蓝光激发结构镜质组、结构半镜质组、半丝质组渐变过渡1.3、壳质组（又称稳定组）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。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。1.3、壳质组（又称稳定组）的成因煤中常见的稳定组分有：孢子体、树脂体、角质体、木栓体、藻类体等。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。A、孢子体：包括孢子和花粉的外包壁雌性的孢子体称大孢子，直径为0.1-0.3mm雄性的孢子体一般小于0.1mm，称小孢子。在煤中被挤压呈扁平体，纵切面为封闭的长环状，折曲处呈钝圆形。透射光，大胞子体在煤中被挤压呈扁平体，纵切面为封闭的长环状，折曲处呈钝圆形。基质镜质体（红），孢子体和树皮体（黄）透射光，光面大孢子体，厚壁小孢子体透射光，小孢子体，角质体透射光，均质镜质体，小孢子B、角质体：主要来自于植物的叶以及叶柄、枝芽等表皮的角质蜡和角质层。呈宽度不等的长条带状特征：一边外缘平滑另一边呈明显的锯齿状转折端为尖角状透射光，角质体透射光，角质体透射光，均质镜质体，角质体镶边透射光，小孢子体，角质体C、木栓质体：主要由植物的周皮组织中木栓层转变而来有多层扁平的长方形木栓细胞壁组成，排列规则；细胞腔有时中空，有时充填团块镜质体纵切面呈叠砖状或叠瓦状构造弦切面呈鳞片状透射光，木栓质体，胞腔充填团块镜质体透射光，木栓质体（黄色），鞣质体（红色）鞣质体细胞分泌物转变成的团块腐植体。透射光，木栓质体（黄色），鞣质体（红色）透射光，木栓质体（黄色），鞣质体（红色）D、树脂体：植物分泌组织的分泌物形状多样：圆形、椭圆形、也有不规则形状透射光：黄色、浅黄色，透明或半透明透射光，微暗亮煤；树脂体。透射光，树脂体（黄色）透射光，树脂体，基质镜质体，小袍子体等透射光，树脂体。树脂体、基质镜质体，小孢子结构镜质体，胞腔充填树脂体E、树皮体：细胞壁和细胞腔充填物栓质化的植物根或茎的皮层的组织。多由扁平的长方形或砖形木栓细胞组成，排列规则。迭瓦状结构。不规则的鳞片状结构。色调不均一。透射光，树皮体，鳞片状结构。透射光，树皮体透射光，弦切面，近等粒状细胞结构透射光，树皮体，叠瓦状构造透射光，树皮体，叠瓦状构造树皮体树脂体树皮体F、藻类体：由藻类残体形成的显微组分。透射光下：淡黄绿色、柠檬黄色、黑褐色等放射状、菊花状排列纵切面椭圆形、纺锤形透射光，腐植—腐泥煤；藻类微亮煤；藻类体透射光，结构藻类体，水平层状分布透射光，藻类体，小胞子体。2、煤中的矿物质——无机显微成分煤的无机显微成分主要是指粘土矿物、黄铁矿、石英、方解石等，在显微镜下可以进行区分。粘土类矿物：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，…3、显微煤岩组分分类及显微煤岩类型3.1显微煤岩组分分类与命名关于煤岩显微组分的分类，国内外曾提出许多分类方案，名词术语也不尽一致。方案可分为两种类型：一类侧重于成因研究，组分划分得较细，常用透光显微镜观察；煤田地质部门另一类侧重于工艺性质及其应用的研究，组分划分得较为简明，常用反光显微镜观察。煤炭使用部门（1）中国烟煤显微组分的分类与命名1986由煤炭科学研究院地勘分院提出，经讨论修改后定为国家标准。该分类方案考虑了研究和使用两个方面，按组、组分及亚组分进行分类。此分类方案将烟煤有机显微组分划分为镜质组、半镜质组、惰质组及壳质组。以上各组又进一步划分成若干组分及亚组分。在制定方案时，考虑了以下几个问题：显微组分的划分及名词术语的选用尽量与国际分类一致，以便于国际交流；考虑到煤炭使用部门便于应用，因此显微组分不宜分得过细；结合我国煤岩显微组成的具体情况进行分类。例如，国际分类方案中并无半镜质组这类显微组分，而我国某些煤田中半镜质组含量较多，因此将其单列为一组。国家标准（GB/T15588-1995)