理学煤的形成PPT课件

1、1 煤的形成煤的形成第1页/共58页1.1 人类对煤形成的认识人类对煤形成的认识 在十九世纪以前，人们还不能正确地解释煤的形成过程：煤和地球上的其它岩石一样，一有地球，就存在了；煤是由岩石变化而来的；煤是由植物变化来的。 19世纪以后，显微镜发现煤中还保留有一 些植物的原来组成部分，揭开了成煤原始 物质之谜，证实了煤是由植物变成的。 如将年轻煤制成薄片，显微镜下可看 到植物的原有构造(如细胞结构)甚至年轮。 在煤矿井下有时还可以看到煤层顶板上 有树皮碎片、根、茎、叶等化石，在有些 褐煤矿井中甚至可以看到折裂的树干变成的煤。所以，成煤的原始物质是植物是为无数事实所证明了的，并且已为人们所公认的结

2、论。结构镜质体，胞腔充填角质镜质体，透射光80，辽宁阜新J3K1第2页/共58页1鳞木类细根鳞木类细根 2栉羊齿羽片栉羊齿羽片 上的原位聚上的原位聚 合孢子囊合孢子囊3植物结构植物结构 纵切片纵切片 太原西山太原西山7号煤层号煤层鳞木鳞木第3页/共58页 植物细胞结植物细胞结 构（切片）构（切片）1据田宝霖据田宝霖2据丁丕训据丁丕训第4页/共58页1.2 煤及其成因类型煤及其成因类型 煤是由植物遗体经过复杂的生物化学、地球化学、物煤是由植物遗体经过复杂的生物化学、地球化学、物理化学作用转变而成的一种固体可燃有机岩，是由多种高分理化学作用转变而成的一种固体可燃有机岩，是由多种高分子化合物和矿物质

3、所组成的复杂混合物，是一种极其重要的子化合物和矿物质所组成的复杂混合物，是一种极其重要的沉积矿产，它不仅是国民经济发展重要的能源，也是冶金和沉积矿产，它不仅是国民经济发展重要的能源，也是冶金和化工的重要原料。化工的重要原料。腐植煤腐植煤腐泥煤腐泥煤混合煤混合煤第5页/共58页煤的成因分类及其依据煤的成因分类及其依据高等植物遗体经残植化作用，孢子、花粉、角质层、树脂、树皮等稳定组分富集，经成煤作用转变成的煤第6页/共58页1.3 成煤原始物质成煤原始物质概述 成煤的原始物质是植物遗体或残体。成煤的原始物质是植物遗体或残体。 植物可以分为低等植物和高等植物两大类植物可以分为低等植物和高等植物两大类

4、 低等植物主要是菌类和藻类1 1）由单细胞或多细胞构成，以蛋白质为其主要组成成）由单细胞或多细胞构成，以蛋白质为其主要组成成分；分；2 2）基本呈丝状体和叶状体；）基本呈丝状体和叶状体；3 3）构造简单，不具备各种植物器官的分化；）构造简单，不具备各种植物器官的分化；4 4）多生活于水体中而呈浮游状态，故称也为浮游生物。）多生活于水体中而呈浮游状态，故称也为浮游生物。5 5）在地史早期）在地史早期( (元古代到早泥盆世元古代到早泥盆世) )，它们构成了当时，它们构成了当时植物界的主体植物界的主体 第7页/共58页1.3 成煤原始物质概述绿藻门轮藻门菌类植物蓝藻门藻类没有真正的根、茎、叶第8页/

5、共58页1.3 成煤原始物质成煤原始物质概述 高等植物苔藓植物、蕨类植物、种子植物 1 1）它们的结构复杂，根、茎、叶等器官分明；）它们的结构复杂，根、茎、叶等器官分明； 2 2）组成植物的基本结构单元是细胞。细胞由细）组成植物的基本结构单元是细胞。细胞由细胞壁胞壁 和原生质组成。和原生质组成。 3 3）细胞壁的主要组分是：纤维素、半纤维素、）细胞壁的主要组分是：纤维素、半纤维素、木质木质 素。素。 4 4）原生质是细胞的内含物，它是由蛋白质、脂）原生质是细胞的内含物，它是由蛋白质、脂肪和果胶质等一些碳水化合物组成的。肪和果胶质等一些碳水化合物组成的。第9页/共58页1.3 成煤原始物质概述蕨

6、类植物裸子植物苔藓苔藓类植物被子植物第10页/共58页1.3 成煤原始物质成煤原始物质植物的演化史植物的演化史 从地史上与成煤作用的关系，植物的演化大体上可以分为： 菌藻类时期：元古代D1，广阔、稳定的浅海环境提供了藻 类大量繁殖的良好条件，因此形成了具有工业价值的 煤这是地史上最早的聚煤时期。本时期所形成的煤， 一般属于高灰分的腐泥无烟煤类。南方寒武纪地层。 裸蕨类时期（早期维管植物时期）：S3 D1 /D2。目前所知的 最早陆生植物，主要是裸蕨类植物，还包括原始的石松 类、节蕨类植物。植物仍没有根。植物由水生到陆生的 阶段，是聚煤史和植物演化史的大事。244.0亿年4.23.7亿年第11页

7、/共58页l蕨类、种子蕨类时期：D3P1。是高等植物发育、发展和演化的最重要时期，以石松类、节蕨类、真蕨类、古羊齿类、种子蕨及科达类为主。该时期全球气候温暖、潮湿，适于植物生长。典型的植物是高大的乔木，高度可达30m以上，半陆生转变为陆生的重要时期。早古生代聚煤期-第一个重要聚煤史。1.3 成煤原始物质成煤原始物质植物的演化史植物的演化史3.7 2.7亿年第12页/共58页l裸子植物时期：D3R1。海西和印支运动，陆地面积增大，地形分化，气候改变，适应干旱气候的被子植物繁盛。中生代聚煤期-第二个重要聚煤史。l被子植物：k3今。被子植物占优势。新生代聚煤期-第三个重要聚煤史。1.3 成煤原始物质

8、成煤原始物质植物的演化史植物的演化史3.70.55亿年0.9亿年今第13页/共58页植物的演化对煤的形成和聚积有很重要的影响:首先，煤的形成和大量聚积始于植物出现之后。只有植物大量的繁殖和发展，才会有聚煤作用的发生。其次，由于植物从水生到陆生、从低级向高级的发展和演化，聚煤作用在地质历史发展过程中也在发生变化，成煤环境从浅海到滨海直至扩大到内陆，聚煤作用不断增强。第三，新的聚煤时期的出现，都是以新门类植物群的出现为前提。1.3 成煤原始物质成煤原始物质植物、煤演化关系植物、煤演化关系第14页/共58页植植物物演演化化与与成成煤煤关关系系第15页/共58页1.3 成煤原始物质成煤原始物质主要有机

9、组分 碳水化合物（carbohydrate）： 是植物细胞壁的主要成分，包括纤维素、半纤维素和是植物细胞壁的主要成分，包括纤维素、半纤维素和果胶质等果胶质等。 纤维素（纤维素（cellulosecellulose）是由葡萄糖组成的大分子多糖）是由葡萄糖组成的大分子多糖, ,化学分子式化学分子式（C C6 6H H1010O O5 5）n n。在溶液中呈胶体，易水解；植物。在溶液中呈胶体，易水解；植物死亡后，在氧化条件下容易受喜氧性细菌、霉菌等微生物死亡后，在氧化条件下容易受喜氧性细菌、霉菌等微生物的作用而分解成的作用而分解成COCO2 2、CHCH4 4和水。和水。 半纤维素（半纤维素（hem

10、icellulosehemicellulose）和果胶（）和果胶（PectinPectin ）常混）常混合出现或集中于植物果实中，化学组成和性质与纤维素相合出现或集中于植物果实中，化学组成和性质与纤维素相近，但比纤维素更易水解为糖类和酸。近，但比纤维素更易水解为糖类和酸。第16页/共58页1.3 成煤原始物质成煤原始物质主要有机组分木质素（lignin）： 植物细胞壁的主要成分植物细胞壁的主要成分。它在植物中主要起着增强。它在植物中主要起着增强植物组织机械强度的作用。植物组织机械强度的作用。 木质素是具有木质素是具有芳香结构芳香结构的化合物。它的结构复杂，的化合物。它的结构复杂，至今尚不能用一

11、个结构式来表示，但是已知它是一个具至今尚不能用一个结构式来表示，但是已知它是一个具有缩合芳香环，并带有侧链，具有甲氧基、酚羟基、醇有缩合芳香环，并带有侧链，具有甲氧基、酚羟基、醇羟基、醛基等多种官能团的物质。在碱性介质中容易氧羟基、醛基等多种官能团的物质。在碱性介质中容易氧化成类似腐植酸的多环芳香羧酸。化成类似腐植酸的多环芳香羧酸。所以木质素是植物转所以木质素是植物转变成煤的原始物质中很重要的有机组分变成煤的原始物质中很重要的有机组分。第17页/共58页1.3 成煤原始物质成煤原始物质主要有机组分第18页/共58页1.3 成煤原始物质成煤原始物质主要有机组分第19页/共58页1.3 成煤原始物

12、质成煤原始物质成煤植物的主要有机组分含量植物植物碳水化合物碳水化合物木质素木质素蛋白质蛋白质脂类化合物脂类化合物细菌绿藻苔藓蕨类草类12-28050-805-2030-40040-5010-2030-501015-208-1050-6020-3010-153-550-7020-305-105-10松柏及阔叶树60-7020-301-71-3木本植物的不同部分木质部60-7520-3012-3叶652085-8木栓6010225-30孢粉质50090原生质2007010第20页/共58页1.3 成煤原始物质成煤原始物质植物遗体的堆积环境植物遗体并不是在任何环境下部能够堆积起来而转化成泥炭和腐泥的

13、，必须具备两个基本条件：必须有大旦植物的持续繁殖和发展，这是成煤的物质基础；植物遗体堆积越来后应及时与空气隔绝，以使植物遗体不被分解，能保存下来并进一步转化成泥炭或腐泥。自然界中，符合这两个条件的堆积环境中，最主要的是沼泽（或泥炭沼泽）。第21页/共58页1）沼泽及其形成条件沼泽是指有植物生长的常年积水的洼地。沼泽中植物死亡后其遗体能够被沼泽水所覆盖，与空气隔绝但不被完全氧化分解。在逐渐堆积过程后经以生物化学作用为主的变化后可转变成泥炭的，称为泥炭沼泽。沼泽的形成和发育是地质、地貌、气候、水文、土壤、植被等多种出然因素练合作用的产物。1）低洼的能够积水的地形和能够给植物提供养分的土壤；2）年降

14、水量大于蒸发量的气候条件；3）入水量（流入的地表水、地下水与大气降水）出水量（流出的地表水、地下水与蒸发量）。1.3 成煤原始物质成煤原始物质植物遗体的堆积环境第22页/共58页2）沼泽的形成方式）沼泽的形成方式 低洼地带发生沼泽化而形成沼泽。水流的停滞、地壳低洼地带发生沼泽化而形成沼泽。水流的停滞、地壳的下降和潜水面的上升的下降和潜水面的上升 湖泊、泻湖、海湾等水体，由于水流携带或岸边冲刷湖泊、泻湖、海湾等水体，由于水流携带或岸边冲刷的泥沙的堆积，水体变浅，高等植物茂盛，形成沼泽。的泥沙的堆积，水体变浅，高等植物茂盛，形成沼泽。3）沼泽的类型）沼泽的类型低位沼泽低位沼泽：也称为：也称为“草甸

15、沼泽草甸沼泽”“”“杂草沼泽杂草沼泽”。是沼泽发展。是沼泽发展的初阶段。地形平坦低洼，潜水面较高，水分主要由地下水的初阶段。地形平坦低洼，潜水面较高，水分主要由地下水和河水补给，和河水补给， 潜水面与沼泽水位基本相同潜水面与沼泽水位基本相同。营养最为丰富，。营养最为丰富，对成煤对成煤 最为有利。最为有利。高位沼泽高位沼泽：水源主要是由大气降水补给的沼泽。：水源主要是由大气降水补给的沼泽。其水面位于其水面位于潜水面之上潜水面之上，水源不充足，水中缺少矿物质，因而一，水源不充足，水中缺少矿物质，因而一 般没般没有高大的植物生长。团此，在成煤过程中的作用不太重要。有高大的植物生长。团此，在成煤过程中

16、的作用不太重要。中位沼泽中位沼泽：介于两者之间，潜水面位于泥炭层内，水源来自：介于两者之间，潜水面位于泥炭层内，水源来自 地下水和大气降水。地下水和大气降水。第23页/共58页低位沼泽低位沼泽高位沼泽高位沼泽第24页/共58页1.4 成煤作用成煤作用概念高等植物从死亡到变成泥炭过程 泥炭化作泥炭化作用用低等植物从死亡到变成腐泥过程 腐泥化作腐泥化作用用泥 炭（腐 泥）变成 褐煤的过程 成成 岩岩 作作 用用褐煤 烟煤 无烟煤的过程 变变 质质 作作 用用沼泽湖泊或浅海泥炭腐泥煤褐煤烟煤无烟煤地下石墨泥炭（腐泥）化作用成岩作用变质作用煤化作用第25页/共58页成煤过程示意图成煤过程示意图第26页

17、/共58页1.4 成煤作用成煤作用植物残骸的分解方式u全败作用全败作用： 在空气充足的条件下，植物残骸被完全氧化，分解为在空气充足的条件下，植物残骸被完全氧化，分解为C0C02 2和水。这个过程不能生成煤，而只能留下无机矿物质。和水。这个过程不能生成煤，而只能留下无机矿物质。u半败作用：半败作用： 在空气不充足的条件下，植物残骸发生不完全的氧化在空气不充足的条件下，植物残骸发生不完全的氧化分解过程。例如，在阔叶树林里堆积起来的潮湿树叶，由分解过程。例如，在阔叶树林里堆积起来的潮湿树叶，由于空气进入困难，发生了不完全的氧化，形成一层黑色的于空气进入困难，发生了不完全的氧化，形成一层黑色的“腐殖土

18、腐殖土”。这层物质存在的时间不长，或者进一步转变。这层物质存在的时间不长，或者进一步转变成泥炭，或者分解为二氧化碳和水。成泥炭，或者分解为二氧化碳和水。第27页/共58页1.4 成煤作用成煤作用植物残骸的分解方式腐败作用（又称腐泥化作用）：腐败作用（又称腐泥化作用）： 指低等生物遗体在沼泽中经生物化学变化变成腐泥的过指低等生物遗体在沼泽中经生物化学变化变成腐泥的过程。程。 生长在静水湖泊中的微生物生长在静水湖泊中的微生物( (主要是浮游生物主要是浮游生物) )死亡后，死亡后，在没有空气存在下发生的分解过程。在没有空气存在下发生的分解过程。 作用的结果是作用的结果是生成一种含碳、氢较原来物质为多

19、，含生成一种含碳、氢较原来物质为多，含氧较原来物质少的新物质氧较原来物质少的新物质腐泥。腐泥是一种富含水和沥腐泥。腐泥是一种富含水和沥青质的淤泥状物质。青质的淤泥状物质。第28页/共58页1.4 成煤作用植物残骸的分解方式第29页/共58页1.4 成煤作用植物残骸的分解方式第30页/共58页指堆积在沼泽中的植物遗体的主要组成部分(木质纤维组织)在覆水较深、水体滞流的、缺氧的弱氧化至还原的环境中，由于厌氧细菌的参与和长期浸润的作用而转变成以腐植酸和沥青质为主要成分的凝胶、溶胶等胶体物质的过程。经凝胶化作用产生的不同形态和结构的凝胶化物质，再经过煤化作用即形成为煤中的凝胶化组分木煤、木质镜煤、镜煤

20、和凝胶化基质。1.4 成煤作用植物残骸的分解方式第31页/共58页指植物遗体的木质纤维组织，在沼泽覆水浅且水流畅通或比较干燥的氧化条件和有氧细菌的条件下，遭氧化分解、脱水、脱氢和增炭化作用转变成贫氢、富炭的腐植物的过程。是泥炭化作用的一种特殊情况，即：在泥炭化过程中的水介质流动通畅、经常有新鲜氧气供给的条件下，凝胶化作用和丝炭化作用的产物被充分分解破坏并不断被流水带走，使植物残体中的稳定组分大量集中并集中形成残植煤的过程。1.4 成煤作用植物残骸的分解方式第32页/共58页1.4 成煤作用成煤作用植物残骸的分解过程 原始物质原始物质过程名称过程名称与氧的关系与氧的关系与水的关系与水的关系作用的

21、性质作用的性质产物产物陆生植物及沼泽植物(高等植物)全败作用氧气自由进入有水存在完全氧化无固体含碳有机物残留半败作用有少量氧气进入有水存在腐殖化固体含碳化合物腐殖土泥炭化作用开始有氧进入后来无氧开始有水存在后来没于水中先腐殖化作用后还原作用固体含碳化合物泥炭水中有机物(低等植物)腐败作用（腐泥化作用）无氧气在无死水中主要为还原作用固体富氢化物腐泥第33页/共58页1.4 成煤作用成煤作用成煤的必要条件煤是地质史上的陆生植物在沼泽中大量堆积，并经菌解、煤化等作用形成的产物。那么，煤的形成需要哪些条件？第34页/共58页1.4 成煤作用成煤作用成煤的必要条件1 1、植物条件、植物条件物质基础，即要有大量的植物，提供成煤的物质来物质基础，即要有大量的植物，提供成煤的物质来源；源；2 2、气候条件、气候条件 影响植物生长，同时影响植物的分解。即利于陆生植影响植物生长，同时影响植物的分解。即利于陆生植物物 的繁茂生长的温暖湿润气候；的繁茂生长的温暖湿润气候；3 3、自然地理条件、自然地理条件 植物堆积场所，利于生物细菌的繁衍和活动的缺氧条植物堆积场所，利于生物细菌的繁衍和活动的缺氧条件件- - 泥炭沼泽环境；泥炭沼泽环境；第35页/共58页1.4 成煤作用成煤作用成煤的必要条件三种补偿方式：过度补偿沼泽水面上升速度植物遗体的堆积速度第36页/共58页1