第五章煤的岩石学组成及煤岩学研究

第五章煤的岩石学组成与煤岩学研究方法煤田地质学§1煤的物理性质第五章煤的岩石学组成与煤岩学研究方法第五章§1煤的物理性质煤的物理性质主要包括五个方面，即：光学性质、机械性质、空间结构性质、电磁性质和热性质。如颜色、光泽、反射率、折射率、吸收率；硬度、脆度、可磨性、断口，比重、表面积、孔隙度、压缩性；介电常数、导电性、磁性，比热，导热性等。第五章§1煤的物理性质（一）颜色1.表色煤的颜色是煤对不同波长可见光波吸收的结果。在不同的光学条件下，煤呈现不同的颜色。在普通白光照射下，煤表面反射光线所显示的颜色称为表色。2.粉色煤研成粉末的颜色称为粉色。它可用钢针刻划煤的表面或用镜煤在未上釉的瓷板上刻划条痕而得，粉色也称条痕色。煤的粉色一般略浅于表色。粉色较固定，用粉色判断煤的煤化程度效果较好。第五章§1煤的物理性质3.透光色、反光色和发射荧光色1）透光色把煤磨成薄片（厚约0.03mm），用显微镜在普通透射光下观察，煤薄片显示出的颜色为透光色，又称体色。2）反光色把煤的表面磨光，用显微镜在普通反射光下观察，煤光面上显示出的颜色称为反光色。3）反射荧光色煤的磨光面用蓝光或紫外光激发而呈现的颜色。第五章§1煤的物理性质（二）光泽煤的光泽是指煤新鲜断面的反光能力。光泽与煤的成因类型、煤岩成分、煤化程度和风化程度有关。腐泥煤的光泽一般都比较暗淡。腐植煤的四种宏观煤岩成分中，镜煤的光泽最强、亮煤次之，暗煤和丝炭的光泽暗淡。随着煤化程度的增高，各种宏观煤岩成分的光泽有不同程度的增强。丝炭和暗煤的光泽变化小，而镜煤和较纯净的亮煤变化明显。第五章§1煤的物理性质（三）反射率煤岩组分的反射率是在垂直照明条件下，煤岩组分磨光面的反射光强度与入射光强度之比，以百分率表示。随着煤化程度的增高，煤的反射率不断的增强。煤的反射率是确定煤化程度最重要的光学常数，它对煤质评价、煤加工利用、油气勘探等地质问题均有十分重要的意义。第五章§1煤的物理性质（四）硬度煤的硬度是指煤抵抗外来机械作用的能力。随着外加机械作用力的性质不同，煤的硬度表现形式也不一样。煤的硬度分为刻划硬度、压痕硬度和磨损硬度三类。454035302520151050102030405060708090100110挥发分/%显微硬度/（kg·mm）图5-1煤的显微硬度与煤化程度的关系（据E．M．泰茨)-2第五章§1煤的物理性质（五）脆度和可磨性煤的脆度是指煤受外力作用而破碎的性质，表现为抗压强度和抗剪强度。强度小者，煤易破碎，脆度大；反之，脆度小。煤的可磨性是指粉碎煤的难易程度，可用可磨性系数KHG来表示。可磨性越大的煤越易粉碎；反之，越难。0102030405060708090长焰煤气煤肥煤焦煤瘦煤贫煤无烟煤煤化程度12图5-2显微脆度与煤化程度的关系1-弱还原煤2-强还原煤(据H．M．AMMOCOB,1963)有裂纹的印痕数第五章§1煤的物理性质（六）煤的压缩性煤在恒温下加压，其体积变化的百分数，称为煤的压缩性。压缩性与煤化程度有关，煤化程度越高，压缩性越小。加压后丝质组体积变化极少，镜质组有变化，稳定组分变化最大，但到高煤级时，其压缩性比镜质组小。显微组分的压缩性随压力的增大而增加，壳质组变化最大，镜质组其次，惰性组最小。第五章§1煤的物理性质（七）断口煤受外力打击后断开的表面，称为断口。断口不包括层理面或裂隙面。煤中常见的断口有贝壳状断口、阶梯状断口、参差状断口、棱角状断口、粒状断口等。断口反映了煤物质组成的均一性和方向性的变化。组成较均一的煤，如腐泥煤、腐植腐泥煤、镜煤等常具有贝壳状断口；而组成不均一的煤，常见其它类型的断口。第五章§1煤的物理性质（八）比重与密度煤的比重是指20℃时煤的重量与同温度、同体积水的重量之比。煤的密度是指单位体积煤的质量。比重和密度的数值相等，但物理意义不同。比重没有单位，而密度有单位。煤的比重与煤岩成分、煤化程度及煤中矿物质的性质和含量有关。1.01.21.41.61.895908580Cdaf/%无烟煤煤化程度增高气煤图5-3煤岩组分真比重与煤化程度的关系（据《中国煤田地质学》，1979）丝炭丝炭化基质镜煤孢子真比重d第五章§1煤的物理性质（九）煤的表面积1．煤的润湿热当煤被液体润湿时，由于煤分子和液体分子间的作用力大于液体分子间的作用力，故有热量放出，称为润湿热。润湿热的大小与液体的种类和煤的表面积有关。第五章§1煤的物理性质2．煤的表面积煤的表面包括外表面积和内表面积两部分，但外表面积所占比例极少，主要是内表面积。煤的表面积用比表面积表示，即每克煤所具有的表面积，单位为m2／g，煤比表面积大小与煤的分子结构和孔隙结构有关。第五章§1煤的物理性质（十）孔隙率煤中毛细孔和裂隙之总体积与煤的总体积之比称为煤的孔隙率或孔隙度，也可用单位重量煤包含的孔隙体积（cm3／g）表示。煤孔隙率的大小与煤级有关。煤的孔隙率与显微煤岩组分和煤中矿物质含量有关。相同煤级的煤，孔隙率可有相当大的波动范围。第五章§1煤的物理性质（十一）煤的导电性煤的导电性是指煤传导电流的能力，通常以电阻率表示。煤的导电性与煤化程度、煤中的水分、煤中矿物质的性质和含量、煤岩成分，以及煤的孔隙度、煤的风化程度等有关。（十二）磁性物体置于磁场内，和磁场相吸者称顺磁性物质，和磁场相斥者称抗磁性物质。煤属于抗磁性物质。第五章§1煤的物理性质（十三）导热性煤的导热性是煤加工利用时重要的物理性质。煤的导热性与煤的孔隙率及孔隙中的气体有关，还与煤级及煤中无机矿物质有关。随煤化程度的增高，煤的导热性增强。煤的比热是指1g质量的煤，温度变化1℃所需（释放）的热量（即热容）与水的热容（15℃的水）的比值。第五章§1煤的物理性质二、煤的裂隙煤的裂隙是指煤受到自然界各种应力作用而造成的裂开现象。按成因不同可分为内生裂隙和外生裂隙两种。1．内生裂隙内生裂隙是在煤化过程中，煤中的凝胶化物质受到温度和压力等因素的影响，体积均匀收缩产生内张力而形成的一种张裂隙。第五章§1煤的物理性质次要组主要组图5-4煤的内生裂隙示意图第五章§1煤的物理性质2．外生裂隙外生裂隙是在煤层形成之后，受构造应力的作用而产生。外生裂隙可出现在煤层的任何部分，与煤层的层理呈不同角度相交，并切穿煤岩成分和煤分层的层理。外生裂隙面上常有波状、羽毛状或光滑的滑动痕迹，有时可见到次生矿物或破碎的煤屑。外生裂隙面有时与内生裂隙面重叠。第五章§1煤的物理性质三、煤的结构和构造（一）煤的结构煤的结构是指煤岩成分的形态、大小、厚度、植物组织残迹，以及它们之间相互关系所表现出来的特征．它反映了成煤原始物质的成分、性质及在成煤时和成煤后的变化。在低煤级煤中，煤的结构很清楚；随着煤化程度的增高，各种煤岩成分的性质逐渐接近，因而煤的结构就逐渐变得均一。第五章§1煤的物理性质1．原生结构煤的原生结构是指由成煤原始物质及成煤环境所形成的结构。常见的原生结构有以下8种：1）条带状结构5）粒状结构2）线理状结构6）叶片状结构3）凸镜状结构7）木质状结构4）均一状结构8）纤维状结构第五章§1煤的物理性质2．次生结构煤的次生结构是指煤层形成后受到应力作用产生各种次生的宏观结构。1）碎裂结构2）碎粒结构3）糜棱结构第五章§1煤的物理性质（二）煤的构造煤的构造是指煤岩成分空间排列和分布所表现出来的特征。它与煤岩成分自身的特征（形态、大小等）无关，而与成煤原始物质聚积时的环境有关。煤的原生构造分为层状构造和块状构造。1．层状构造沿煤层垂直方向上可看到明显的不均一性，主要是由组成成分不同而引起，或是煤岩成分的变化，或含无机矿物夹层所引起，表现为层理。第五章§1煤的物理性质按层理的形态，可分为水平层理、波状层理和斜层理等。水平层理（连续状、不连续状）反映泥炭沼泽内成煤原始物质在平静的环境中，几乎没有水流动的条件下沉积形成。波状层理（不连续状、水平波状、凸镜状）反映植物堆积时，沼泽内的水介质有微弱的运动。斜层理则反映水介质有强度较大的定向流动的堆积环境。第五章§1煤的物理性质2．块状构造煤的外观均一，看不到层理。主要是成煤物质相对均匀，在沉积环境稳定滞水的条件下形成腐泥煤、腐植腐泥煤及一些暗淡型腐植煤具有块状构造。由于构造变动，使煤产生次生构造，如滑动镜面、鳞片状构造、揉皱构造等。次生构造可以改变或破坏煤的原生构造。§2煤的宏观煤岩组成第五章煤的岩石学组成与煤岩学研究方法第五章§2煤的宏观煤岩组成一、腐植煤的宏观煤岩成分宏观煤岩成分是用肉眼可以区分的煤的基本组成单位，包括镜煤、亮煤、暗煤和丝炭。镜煤和丝炭是简单的煤岩成分，暗煤和亮煤是复杂的煤岩成分。1．镜煤镜煤的颜色深黑、光泽强，是煤中颜色最深和光泽最强的成分。是由植物的木质纤维组织经凝胶化作用转变而成的。显微组成比较单一，是一种简单的宏观煤岩成分。2．丝炭外观象木炭，颜色灰黑，具明显的纤状结构和丝绢光泽，丝炭疏松多孔，性脆易碎，能染指。丝炭的胞腔有时被矿物质充填，称为矿化丝炭，矿化丝炭坚硬致密，比重较大。3．亮煤亮煤的光泽仅次于镜煤，一般呈黑色，亮煤的组成比较复杂。它是在覆水的还原条件下，由植物的木质纤维组织经凝胶化作用，并掺入一些由水或风带来的其它组分和矿物杂质转变而成。第五章§2煤的宏观煤岩组成4．暗煤暗煤的光泽暗淡，一般呈灰黑色。暗煤的组成比较复杂。它是在活水有氧的条件下，富集了壳质组、惰性组或掺进较多的矿物质转变而成。含惰性组或矿物质多的暗煤,质量较差；富含壳质组的暗煤，煤质较好，且比重往往较小。第五章§2煤的宏观煤岩组成二、宏观煤岩类型按宏观煤岩成分的组合及其反映出来的平均光泽强度，可划分为四种宏观煤岩类型，即：光亮型煤、半亮型煤、半暗型煤和暗淡型煤。1.光亮型煤主要由镜煤和亮煤组成（＞80％）2．半亮型煤亮煤和镜煤占多数（50％～80％）3．半暗型煤镜煤和亮煤含量较少（50%～20%）4．暗淡型煤镜煤和亮煤含量很少（＜20％）第五章§2煤的宏观煤岩组成三、褐煤的宏观煤岩类型按褐煤的煤化程度由低到高，可将褐煤细分为软褐煤（或土状褐煤）、暗褐煤和亮褐煤三个阶段。亮褐煤在宏观特征上接近于烟煤，四种宏观煤岩成分清楚可见，故其煤岩类型可用烟煤的方法来划分。但软褐煤和暗褐煤的宏观特征与烟煤大不相同，它们无光泽，不能划分出四种宏观煤岩成分，其宏观煤岩类型不同于烟煤和无烟煤。第五章§2煤的宏观煤岩组成§3煤的显微组成第五章煤的岩石学组成与煤岩学研究方法引言:1.显微组分、有机显微组分、无机显微组分在光学显微镜下能够识别出来的组成煤的基本成分，称为显微组分。由植物遗体变化而成的为有机显微组分，而矿物杂质则称为无机显微组分。第五章§3煤的显微组成2.研究方法与手段（1）透射光薄片：把煤磨成薄片在透射光下进行研究。主要鉴定标志是显微组分的颜色（透光色）、形态、结构等。（2）煤砖：把煤块的表面磨光，然后在反射光下进行研究，显微组分的主要鉴定标志除了颜色（反光色）、形态、结构外，还有突起。不同的显微组分其磨损硬度不同，硬的组分不易磨损，显出突起，软的组分则不显突起。第五章§3煤的显微组成（3）光薄片：把煤磨制成光薄片，即把煤磨成薄片后再把表面抛光，可同时进行透射光和反射光下的研究。（4）现代测试方法：电子探针、电子显微镜的研究。荧光显微镜法是较晚发展起来的一种研究方法，用紫外光或蓝光作为激发光照射煤光片，不同的显微组分可发出强度不同的荧光。荧光显微镜法在鉴定煤级和某些显微组分时有特殊的良好效果。第五章§3煤的显微组成一、煤的有机显微组分煤的有机显微组分可划分为三大组：镜质组、壳质组和惰性组。每个显微组分组中，可根据形态和结构的不同，分成不同的显微组分。（一）镜质组镜质组是煤中最常见最重要的显微组分组。它是由植物的根、茎、叶在复水的还原条件下，经过凝胶化作用而形成。第五章§3煤的显微组成1．结构镜质体保存有植物的细胞结构，在煤中往往呈透镜体状产出。把细胞壁称为结构镜质体；细胞腔往往被无结构镜质体、树脂体、微粒体或粘土矿物所充填，胞腔充填物不属于结构镜质体。根据细胞结构保存的完好程度，又可分为以下两种亚组分：1）结构镜质体1:细胞结构保存完好，胞腔排列整齐。