第一章 煤化的变质作用类型

1、煤的变质作用类型 引言：引言： 在煤化作用过程中，热增温对煤的变质起着在煤化作用过程中，热增温对煤的变质起着主导的作用。由于引起煤变质的热源和增热主导的作用。由于引起煤变质的热源和增热的方式及变质特征的不同，将煤的变质划分的方式及变质特征的不同，将煤的变质划分为为深成变质作用、岩浆变质作用深成变质作用、岩浆变质作用( (区域岩浆区域岩浆热变质作用和接触变质作用热变质作用和接触变质作用) )、动力变质作、动力变质作用。用。 一、深成变质作用一、深成变质作用( (一一) )有关概念有关概念1 1希尔特定律希尔特定律(1)(1)概念概念 人们早就发现煤的各种性质及特征随埋藏深度人们早就发现煤的各种性

2、质及特征随埋藏深度的增加而变化这一的增加而变化这一现象或规律现象或规律。德国学者希尔特德国学者希尔特(Hilt(Hilt，18731873）曾针对西欧若干煤田变质规律提出：）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在地层大致水平的条件下，每百米煤的挥发分降低约低约2.32.3，即煤的变质程度随埋藏深度的加深而，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。增高。称为希尔特定律。 (2)希尔特定律的表示-挥发分梯度挥发分梯度或或镜质体反射率梯度镜质体反射率梯度 用煤的变质梯度变质梯度表示。变质梯度是指煤在地壳恒温层之下，每加深100m煤变质程度增高的幅度

3、。 煤的变质梯度常用煤中干燥无灰基挥发分减少的数值(Vdaf-即挥发分梯度挥发分梯度是指向地下每加深100m挥发分减少的数值)，或镜质组反射率增大的数值(Rmax，即镜镜质体反射率梯度质体反射率梯度)来表示。 不同煤田由于地温梯度不同，挥发分梯度也不相同。 2.2.深成变质作用深成变质作用 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。生的变质作用。 这种变质作用的增高，往往是与这种变质作用的增高，往往是与地球残余热地球残余热; ; 化学反应热化学反应热; ; 潮汐摩

4、擦热潮汐摩擦热; ; 放射性元素衰变热放射性元素衰变热; ; 重物质位移热等。重物质位移热等。( (三三) )煤变质的分带性煤变质的分带性 1.1.垂直分带垂直分带原始分带原始分带 在煤的深成变质过程中，由于煤系下在煤的深成变质过程中，由于煤系下部煤层或煤组受到大于上部的温度及压力，部煤层或煤组受到大于上部的温度及压力，因而变质程度高低不同。因而变质程度高低不同。这种煤质随沉降深这种煤质随沉降深度呈现规律性的变化，即为度呈现规律性的变化，即为煤质的垂直分带煤质的垂直分带。 2.2.垂直分带的影响因素垂直分带的影响因素-煤的变质梯度煤的变质梯度 煤质垂直分带的明显程度与分带的宽窄，主要决定于煤质

5、垂直分带的明显程度与分带的宽窄，主要决定于煤的变质梯度煤的变质梯度，变质梯度的大小又取决于，变质梯度的大小又取决于地热梯度和煤本地热梯度和煤本身的特征。身的特征。 梯度与带的关系梯度与带的关系：地热梯度大地热梯度大挥发分梯度和变质梯挥发分梯度和变质梯度也大度也大引起相同煤质变化所需要的引起相同煤质变化所需要的沉降深度也沉降深度也就愈小就愈小煤质的垂直分带就窄。煤质的垂直分带就窄。 如果考虑到如果考虑到受热时间的延长受热时间的延长会使煤质变化所需的深度会使煤质变化所需的深度变的更小，煤质垂直分带则更窄。煤质特点对挥发分梯度变的更小，煤质垂直分带则更窄。煤质特点对挥发分梯度也有明显影响，因此也有明

6、显影响，因此不同变质程度的煤，其挥发分梯度各不同变质程度的煤，其挥发分梯度各异。异。3.3.水平分带水平分带垂直分带的表现垂直分带的表现 煤变质的水平分带是煤变质的水平分带是垂直分带性垂直分带性的一种表现的一种表现，由于地壳构造运动的影响，同一煤田内同一煤层或由于地壳构造运动的影响，同一煤田内同一煤层或煤组在形成和形变过程中沉降深度不同，这就表现煤组在形成和形变过程中沉降深度不同，这就表现在煤系本身厚度变化和煤系上覆岩系厚度变化的不在煤系本身厚度变化和煤系上覆岩系厚度变化的不相同。相同。因此，使同一煤层或煤组所经受的变质程度因此，使同一煤层或煤组所经受的变质程度不同，反映在平面上就构成煤质的水

7、平带状分布特不同，反映在平面上就构成煤质的水平带状分布特征征( (图图3-13)3-13)。垂直分带长烟煤带气煤带肥煤带瘦煤带焦煤带贫煤带无烟煤带12二、岩浆变质作用二、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。生的变质作用。 这种变质作用形成的条件是由于岩浆的侵入、穿这种变质作用形成的条件是由于岩浆的侵入、穿过或靠近煤层或煤系。根据侵入岩体的大小和侵入部过或靠近煤层或煤系。根据侵入岩体的大小和侵入部位，以及侵入岩体与煤层的直接接触或间接影响进位，以及侵入岩体与煤层的直接接触或间接影响进一步划分为两种类型：一种是与浅成侵入岩

8、有关的一步划分为两种类型：一种是与浅成侵入岩有关的接接触变质作用触变质作用；另一种是与地下庞大的深成侵入体有关另一种是与地下庞大的深成侵入体有关的的区域区域岩浆热力变质作用岩浆热力变质作用。( (一一) )区域岩浆热力变质作用区域岩浆热力变质作用这种变质作用又称这种变质作用又称区域热力变质作用或远程岩区域热力变质作用或远程岩浆变质作用浆变质作用等。等。主要特征主要特征：(1)由于变质作用是在区域地热场上叠加了岩浆由于变质作用是在区域地热场上叠加了岩浆热，故地区的地热温度较高，地热梯度较大，热，故地区的地热温度较高，地热梯度较大，煤变质的垂直分带明显，变质带厚度及平面宽煤变质的垂直分带明显，变质

9、带厚度及平面宽度都较小。度都较小。(2)这种变质作用所产生的变质带，在平这种变质作用所产生的变质带，在平面上的展布特征与煤系和上覆岩系等厚面上的展布特征与煤系和上覆岩系等厚线的展布无关，而线的展布无关，而与深成岩体分布与深成岩体分布有一有一定关系。定关系。(3)煤的变质程度煤的变质程度决定于岩体大小，以及决定于岩体大小，以及与岩体距离的远近。与岩体距离的远近。距岩体近的煤变质距岩体近的煤变质程度高，并常有热液矿化现象，远离岩程度高，并常有热液矿化现象，远离岩体则变质程度较低。体则变质程度较低。 双鸭山图5-17 黑龙江双鸭山每天的煤质分带1-断层；2-辉长岩；3-无烟煤；4-贫煤；5-瘦煤6-

10、焦煤；7气煤；8-花岗岩基底黑龙江双鸭山煤田的煤质分带黑龙江双鸭山煤田的煤质分带( (二二) )接触变质作用接触变质作用1.1.概念概念 接触变质作用是指各种岩床、岩墙、岩脉等浅接触变质作用是指各种岩床、岩墙、岩脉等浅成岩体侵入或接近煤层，这些侵入体的热能使煤层成岩体侵入或接近煤层，这些侵入体的热能使煤层达达10001000以上而发生变质。这种热影响多是局部的、以上而发生变质。这种热影响多是局部的、多变的，地质时间上是短暂的。多变的，地质时间上是短暂的。2.2.特征特征(7(7个方面个方面) )(1)(1)在侵入体与煤层接触带附近，煤层受热温度和在侵入体与煤层接触带附近，煤层受热温度和增温速率

11、高，但延续时间短，受热增温速率高，但延续时间短，受热均匀性差均匀性差。临近。临近侵入体附近，有不规则的天然焦带。侵入体附近，有不规则的天然焦带。(2)(2)经接触变质作用的煤，颜色变浅，比重经接触变质作用的煤，颜色变浅，比重增大，灰分增高，挥发分和发热量降低，增大，灰分增高，挥发分和发热量降低，粘结性消失，愈近岩体愈明显。粘结性消失，愈近岩体愈明显。(3)(3)在接触带中，在接触带中，煤的镜质组煤的镜质组因经受高温溶因经受高温溶解时气体逸出而具气孔状构造，形成多气解时气体逸出而具气孔状构造，形成多气孔和沟槽的天然焦，其最大反射率和各向孔和沟槽的天然焦，其最大反射率和各向异性随温度提高而增大。异

12、性随温度提高而增大。(4)(4)在接触带附近，常常存在规模较小且不在接触带附近，常常存在规模较小且不规则的规则的局部煤质分带现象局部煤质分带现象。其宽度不大，。其宽度不大，从数厘米至数米不等。从数厘米至数米不等。(5)(5)在煤的裂隙或孔腔中新的物质成分在煤的裂隙或孔腔中新的物质成分: : 由于接触变质作用，煤中出现一些新的成由于接触变质作用，煤中出现一些新的成分，大量的挥发分在煤的裂隙或孔腔中冷分，大量的挥发分在煤的裂隙或孔腔中冷却固化成却固化成焦油或类沥青焦油或类沥青，变成新物质构成，变成新物质构成的小球体。的小球体。 (6)(6)褐煤和无烟煤的接触变质与烟煤不同褐煤和无烟煤的接触变质与烟

13、煤不同: :烟煤烟煤靠近侵入体的地方变为靠近侵入体的地方变为天然焦天然焦。褐煤的变化褐煤的变化是大量脱水、裂开和充填矿物质，它不会因受是大量脱水、裂开和充填矿物质，它不会因受热变成胶质体，只是收缩、弯曲，热变成胶质体，只是收缩、弯曲，保留原显微保留原显微结构结构。无烟煤在侵入期间不软化，保存无烟无烟煤在侵入期间不软化，保存无烟煤的结构，在化学组成、光学和其它性质上近煤的结构，在化学组成、光学和其它性质上近似于石墨，具极大的各向异性。似于石墨，具极大的各向异性。(7)(7)接触变质煤的反射率随与侵入体的距离而变接触变质煤的反射率随与侵入体的距离而变化化: :主要取决主要取决于于侵入体温度、性质、

14、煤层和围侵入体温度、性质、煤层和围岩的性质岩的性质。接触变质煤与非接触变质煤相比，接触变质煤与非接触变质煤相比，在碳含量相同时，其反射率值要大些。在碳含量相同时，其反射率值要大些。 三、动力变质作用三、动力变质作用1.1.概念概念 动力变质作用是指动力变质作用是指由于地壳构造变动的直由于地壳构造变动的直接原因而造成煤发生变质的作用。接原因而造成煤发生变质的作用。 2.2.特点特点 构造变动产生的动压力构造变动产生的动压力不能促进化学煤化作用的不能促进化学煤化作用的进行进行，一般只引起物理煤化作用。一般只引起物理煤化作用。所以只有当构造应所以只有当构造应力作用于煤岩层而产生大量力作用于煤岩层而产

15、生大量摩擦热后，从而导致煤的摩擦热后，从而导致煤的变质变质。 由于这种热量往往较少，因此动力变质作用主要由于这种热量往往较少，因此动力变质作用主要发生在煤层围岩导热差，且热量易于集中的相对密闭发生在煤层围岩导热差，且热量易于集中的相对密闭的环境。的环境。 含煤建造的形成与演变过程常是复杂的，所以在含煤建造的形成与演变过程常是复杂的，所以在一些煤中煤的变质作用也往往以一些煤中煤的变质作用也往往以多种复合型式出现多种复合型式出现。煤的几种变质作用的关系煤的几种变质作用的关系: : 1. 1.区域变质作用是基础，区域变质作用是基础，在任何一个煤田，不管煤在任何一个煤田，不管煤的变质程度对高，其基础是区域变质作用。区域变质的变质程度对高，其基础是区域变质作用。区域变质作用具有普遍意义。作用具有