煤的共、伴生矿产

1、煤的共、伴生矿产煤的共、伴生矿产 油页岩油页岩 煤层气煤层气 伴生微量元素伴生微量元素一、油页岩一、油页岩1、概述、概述 油页岩是煤系中重要的伴生矿产，主要用于油页岩是煤系中重要的伴生矿产，主要用于提取液体燃料提取液体燃料其其 它化工产品。它化工产品。 （1）概念：任何一种能在热解中形成有工业意义的石油的）概念：任何一种能在热解中形成有工业意义的石油的浅浅成岩石成岩石，都可称为油页岩。，都可称为油页岩。 （2）特点：油页岩的矿物岩石组成是多种多样的。有些属于）特点：油页岩的矿物岩石组成是多种多样的。有些属于真正的页岩，主要由粘土矿物组成，有些则主要由石英、长石、真正的页岩，主要由粘土矿物组成，

2、有些则主要由石英、长石、粘土、碳酸盐岩等矿物形成，如美国西部的绿河页岩。粘土、碳酸盐岩等矿物形成，如美国西部的绿河页岩。 目前世界上开采的油页岩包括页岩、泥灰岩、碳酸盐岩和其目前世界上开采的油页岩包括页岩、泥灰岩、碳酸盐岩和其它细碎屑岩。它细碎屑岩。2、油页岩的组成、油页岩的组成 （1）主要元素：油页岩的有机质化学组成主要是）主要元素：油页岩的有机质化学组成主要是C、H、O、N、S等元素，但等元素，但变化范围较大变化范围较大。 （2）油页岩中含的）油页岩中含的有机质有机质主要是一种主要是一种固态不溶物质固态不溶物质干酪根，干酪根，它与生油岩层中的干酪根无明显差异。它与生油岩层中的干酪根无明显差

3、异。 （3）生油岩与油页岩的区别：）生油岩与油页岩的区别： 有机质有机质丰度丰度和和演化程度演化程度：有机质丰度和演化程度有所不同。：有机质丰度和演化程度有所不同。 生油岩中有机质的原始丰度即使很低，只要埋藏足够深，都有可生油岩中有机质的原始丰度即使很低，只要埋藏足够深，都有可能通过运移形成有工业价值的油藏；而油页岩必须含有大量的有能通过运移形成有工业价值的油藏；而油页岩必须含有大量的有机物质才有工业意义。机物质才有工业意义。 油页岩在油页岩在演化阶段演化阶段上的要求与生油岩不同，对于热解时产上的要求与生油岩不同，对于热解时产油率高的油页岩最好是埋藏较浅的。即在深成热解开始之前，干油率高的油页

4、岩最好是埋藏较浅的。即在深成热解开始之前，干酪根的演化未达到成熟阶段。酪根的演化未达到成熟阶段。一、油页岩一、油页岩3、油页岩形成的沉积环境、油页岩形成的沉积环境 一般认为，油页岩主要为一般认为，油页岩主要为还原还原环境的环境的静水静水沉积，主要有以下沉积，主要有以下三种沉积环境：三种沉积环境： （1）大型的内陆湖成盆地：主要属于泥灰岩或泥质灰岩型，）大型的内陆湖成盆地：主要属于泥灰岩或泥质灰岩型，伴生沉积的还有火山凝灰岩和盐类。伴生沉积的还有火山凝灰岩和盐类。 （2）浅海陆棚环境：此种地带往往为大面积稳定薄层油页岩）浅海陆棚环境：此种地带往往为大面积稳定薄层油页岩的形成提供了良好的条件。油页

5、岩大多属于粘土类和硅质类型，的形成提供了良好的条件。油页岩大多属于粘土类和硅质类型，也可以为碳酸盐岩型。世界上多为黑色页岩沉积。也可以为碳酸盐岩型。世界上多为黑色页岩沉积。 （3）小型湖泊、沼泽及伴生沼泽的泻湖环境：此种地带往往）小型湖泊、沼泽及伴生沼泽的泻湖环境：此种地带往往形成与煤系伴生的油页岩。形成与煤系伴生的油页岩。一、油页岩一、油页岩 油页岩的成矿时代较为广泛，古生代的油页岩多以浅海陆棚油页岩的成矿时代较为广泛，古生代的油页岩多以浅海陆棚环境和大型内陆湖盆沉积为主，由于在漫长的地质年代中经受了环境和大型内陆湖盆沉积为主，由于在漫长的地质年代中经受了相当程度的热演化，相当程度的热演化，

6、往往含油率不高往往含油率不高；中、新生代以后的油页岩；中、新生代以后的油页岩大多以内陆湖盆及与成煤沼泽共生的湖沼盆地油页岩为主。大多以内陆湖盆及与成煤沼泽共生的湖沼盆地油页岩为主。一、油页岩一、油页岩二、煤层气二、煤层气1、煤层气及其相关概念、煤层气及其相关概念 （1）煤成气和煤型气）煤成气和煤型气 含煤岩系中形成的天然气，泛称为煤成气。这一术语的涵义含煤岩系中形成的天然气，泛称为煤成气。这一术语的涵义 目前仍存在不同的认识。张厚福等认为煤型气是与煤系和煤层有目前仍存在不同的认识。张厚福等认为煤型气是与煤系和煤层有关的天然气的总合，而关的天然气的总合，而煤成气煤成气是指煤系和煤层在演化过程中所

7、形是指煤系和煤层在演化过程中所形成的成的天然气天然气，储集在煤层以外的空间内储集在煤层以外的空间内，煤成气属于，煤成气属于煤型气煤型气中的中的一类。即煤型气包括了煤成气和煤层气，这基本代表石油地质研一类。即煤型气包括了煤成气和煤层气，这基本代表石油地质研究者所定义的概念和观点。究者所定义的概念和观点。煤型气煤型气属属腐殖型气腐殖型气，也叫，也叫“煤系气煤系气”。 唐修义等认为在特定的地质条件下，煤层和煤系中分散有机唐修义等认为在特定的地质条件下，煤层和煤系中分散有机质在煤化作用过程中生成的气相运移出母质储集在多孔岩层内而质在煤化作用过程中生成的气相运移出母质储集在多孔岩层内而形成有经济价值的天

8、然气藏，称为形成有经济价值的天然气藏，称为“煤成气煤成气”或或“煤型气煤型气”。这。这基本代表了煤地质研究者的认识和观点。即将基本代表了煤地质研究者的认识和观点。即将煤型气煤型气与与煤成气煤成气作作为一个概念的两个不同术语对待。为一个概念的两个不同术语对待。 （2）煤层气）煤层气 煤层气是煤层生成的气经运移、扩散后的剩余量，包括煤层煤层气是煤层生成的气经运移、扩散后的剩余量，包括煤层颗粒基质表面颗粒基质表面吸附气吸附气，割理、裂隙游离气，煤层水中溶解气和煤，割理、裂隙游离气，煤层水中溶解气和煤层之间薄砂岩、碳酸盐岩等储层夹层间的层之间薄砂岩、碳酸盐岩等储层夹层间的游离气游离气。二、煤层气二、煤

9、层气（3）煤储层物性）煤储层物性 煤储层具有的物理性质，主要包括煤储层具有的物理性质，主要包括 煤储层的孔隙性、渗透性、吸附煤储层的孔隙性、渗透性、吸附解解吸性、储层压力等特性，它控制了煤储层的含气性。吸性、储层压力等特性，它控制了煤储层的含气性。（4）煤储层压力）煤储层压力 煤储层孔隙内流体所承受的压力。以煤储层孔隙内流体所承受的压力。以 Mp 为单位。一般指原始储层压力，为单位。一般指原始储层压力，即储层被开采前，处于压力平衡状态时所测得的储层压力。即储层被开采前，处于压力平衡状态时所测得的储层压力。（5）煤孔隙）煤孔隙 煤中可以被流体充塞的空间。孔径由煤中可以被流体充塞的空间。孔径由mm

10、级到级到nm级（级（10-310 -9）。）。（6）煤内生裂隙）煤内生裂隙 在煤化过程中煤中凝胶化物质受温度、压力的影响，体积收缩产生内张在煤化过程中煤中凝胶化物质受温度、压力的影响，体积收缩产生内张力形成的裂隙。力形成的裂隙。 特点：垂直或大致特点：垂直或大致垂直层理垂直层理；裂隙面平坦，常伴有眼球状的；裂隙面平坦，常伴有眼球状的张力张力痕痕迹；具有方向大致垂直的两组，其中一组较发育；中变质烟煤中最发育。迹；具有方向大致垂直的两组，其中一组较发育；中变质烟煤中最发育。二、煤层气二、煤层气（7）割理）割理 煤中的自然裂隙。煤中的自然裂隙。 19世纪英国采矿人员提出。割理分两组：面割理与端割理，

11、世纪英国采矿人员提出。割理分两组：面割理与端割理，它们大致互相垂直，并它们大致互相垂直，并与煤层层面正交与煤层层面正交或或陡角相交陡角相交。 面割理：煤中一组延伸较长的主要割理，是煤层气渗透的主面割理：煤中一组延伸较长的主要割理，是煤层气渗透的主要通道；要通道； 端割理：是煤中的次要割理，发育在两条面割理之间，其延端割理：是煤中的次要割理，发育在两条面割理之间，其延伸受面割理的限制或制约。伸受面割理的限制或制约。二、煤层气二、煤层气（8）矿井瓦斯）矿井瓦斯 采煤界的习惯用语。广义的采煤界的习惯用语。广义的“矿井瓦矿井瓦 斯斯”是指煤矿井下除大是指煤矿井下除大气以外的气体的总称，包括：气以外的气

12、体的总称，包括： 赋存在煤层和岩层里并能够涌入到矿井的天然气；赋存在煤层和岩层里并能够涌入到矿井的天然气； 矿井生产过程中生成的炮烟和机器运行排出的废气；矿井生产过程中生成的炮烟和机器运行排出的废气； 井下各种化学及生物化学反应生成的气体；井下各种化学及生物化学反应生成的气体； 深源放射性物质脱变生成的；深源放射性物质脱变生成的； 或自地下水释放出的气体等多种来源的气体。或自地下水释放出的气体等多种来源的气体。二、煤层气二、煤层气2、煤层气及其资源、煤层气及其资源 由于洁净能源、煤矿安全、环境保护等多重由于洁净能源、煤矿安全、环境保护等多重 效益，自效益，自20世纪世纪70年代以来，煤层气日益

13、受到各个国家的重视。美国是世界上最年代以来，煤层气日益受到各个国家的重视。美国是世界上最早、也是目前唯一实现煤层气工业性开发的国家。煤层气是一种早、也是目前唯一实现煤层气工业性开发的国家。煤层气是一种由煤层自生自储的非常规气藏。由煤层自生自储的非常规气藏。 欧洲国家投资中国煤层气产业的目的是购买欧洲国家投资中国煤层气产业的目的是购买CDM配额！利配额！利用用京都议定书京都议定书的政策省交费。的政策省交费。二、煤层气二、煤层气（1）煤层气的成分及其赋存状态）煤层气的成分及其赋存状态 煤层气的成分有煤层气的成分有CH4、CO2、N2、重烃气（乙烷、丙烷、丁、重烃气（乙烷、丙烷、丁烷、戊烷及其它化合

14、物）、烷、戊烷及其它化合物）、H2、CO、SO2、H2S、以及、以及He， Ne、Ar、Ke、Xe等稀有气体。其中，甲烷含量最高，达等稀有气体。其中，甲烷含量最高，达90以上，以上，重烃含量一般为重烃含量一般为14至至 1520， N2含量小于含量小于l。由此。由此可知，煤层气主要成分为甲烷，所以又称为煤层甲烷或煤矿瓦斯。可知，煤层气主要成分为甲烷，所以又称为煤层甲烷或煤矿瓦斯。二、煤层气二、煤层气 煤层气以游离状态、吸附状态和溶解状态赋存于煤层内。煤层气以游离状态、吸附状态和溶解状态赋存于煤层内。 游离状态的煤层气，以自由气体分子存在于煤层裂隙中，游离状态的煤层气，以自由气体分子存在于煤层裂

15、隙中，并可自由运动。煤层气在裂隙网络并可自由运动。煤层气在裂隙网络 中呈游离状态运移，其动力是中呈游离状态运移，其动力是压力。游离状态的煤层气一般约占压力。游离状态的煤层气一般约占1020。 吸附状态的煤层吸附状态的煤层 气，在煤的裂隙及微孔洞的内表面上以分气，在煤的裂隙及微孔洞的内表面上以分子吸引力被煤吸附，这种赋存状态煤层气往往占约子吸引力被煤吸附，这种赋存状态煤层气往往占约8090。二、煤层气二、煤层气 吸附吸附解吸动态平衡解吸动态平衡 两种状态下的煤层气，在一定的压力和温度条件下处于动平两种状态下的煤层气，在一定的压力和温度条件下处于动平衡状态，当压力和温度变化时，彼此可以相互转化。当

16、压力增加、衡状态，当压力和温度变化时，彼此可以相互转化。当压力增加、温度降低时，游离状态的煤层气较多地变为吸附状态；反之，则温度降低时，游离状态的煤层气较多地变为吸附状态；反之，则相反。因此，这是一种可逆的过程。在一定条件下，被吸附的气相反。因此，这是一种可逆的过程。在一定条件下，被吸附的气体分子与煤的内表面脱离而呈游离状态，称作解吸。煤层的孔隙、体分子与煤的内表面脱离而呈游离状态，称作解吸。煤层的孔隙、裂隙内表面由于具有吸附大量煤层气的能力，所以甲烷、较重的裂隙内表面由于具有吸附大量煤层气的能力，所以甲烷、较重的烃烷、氮和二氧化碳多集聚于煤层中。烃烷、氮和二氧化碳多集聚于煤层中。二、煤层气二

17、、煤层气煤层是典型的裂隙孔隙型储层煤层是典型的裂隙孔隙型储层煤层气的产出是排水降压过程，是解煤层气的产出是排水降压过程，是解吸扩散渗流耦合、气水两相渗吸扩散渗流耦合、气水两相渗流的复杂过程流的复杂过程 二、煤层气二、煤层气（2）煤层气含量）煤层气含量 含量：单位体积或单位重量煤内游离状态与吸附状态煤层含量：单位体积或单位重量煤内游离状态与吸附状态煤层气之和，称为煤层气含量或煤层瓦斯含量。它代表了煤化作用中气之和，称为煤层气含量或煤层瓦斯含量。它代表了煤化作用中产生的煤层气量与历经地质时间所丢失的煤层气量之差。在实验产生的煤层气量与历经地质时间所丢失的煤层气量之差。在实验室条件下，煤层气含量是指

18、标准状态下（即在室条件下，煤层气含量是指标准状态下（即在0和和760mm汞柱汞柱下）每下）每 t 或每或每 m3 煤内所含的煤层气量。煤层气主要以吸附状态煤内所含的煤层气量。煤层气主要以吸附状态和游离状态赋存于煤层内，因而溶解于煤层中地下水的溶解气只和游离状态赋存于煤层内，因而溶解于煤层中地下水的溶解气只占少量。占少量。二、煤层气二、煤层气逸散气、解吸气和残余气逸散气、解吸气和残余气 煤层气是混合气而非单一甲烷气体。煤层气在煤层中的赋存煤层气是混合气而非单一甲烷气体。煤层气在煤层中的赋存状态会因外界条件改变而发生变化，所以在测定煤的含气量时，状态会因外界条件改变而发生变化，所以在测定煤的含气量

19、时，按采集气样的过程和测定方法的不同，可划分为逸散气、解吸气按采集气样的过程和测定方法的不同，可划分为逸散气、解吸气和残余气。和残余气。 a、逸散气是指在采集过程中，由于压力、温度等的变化而发、逸散气是指在采集过程中，由于压力、温度等的变化而发生解吸所逸散掉的煤层气；生解吸所逸散掉的煤层气； b、解吸气是指样品在密封后，在与解吸装置连通进行解吸测、解吸气是指样品在密封后，在与解吸装置连通进行解吸测定而得出解吸气量；定而得出解吸气量； c、残余气则是指经解吸后残留的部分。、残余气则是指经解吸后残留的部分。二、煤层气二、煤层气3、煤层气的形成、煤层气的形成 煤层气形成主要决定于煤化作用的过程和煤的

20、不同显微组分。煤层气形成主要决定于煤化作用的过程和煤的不同显微组分。 （1）煤化作用产生气态物质是形成煤层气的基础。煤化作用）煤化作用产生气态物质是形成煤层气的基础。煤化作用中随温度、压力的增加，煤的挥发分逐渐减少，由褐煤、烟煤到中随温度、压力的增加，煤的挥发分逐渐减少，由褐煤、烟煤到无烟煤阶段，大约从无烟煤阶段，大约从50降至降至 5左右。这些挥发分主要以左右。这些挥发分主要以CH4、CO2、H2O、N2、NH3等气态产物形式逸出，形成煤成气的基础。等气态产物形式逸出，形成煤成气的基础。二、煤层气二、煤层气（2）煤化跃变对煤层气形成起重要作用）煤化跃变对煤层气形成起重要作用 煤化作用多次跃变

21、中，不仅发生煤的变质，而且每次跃变都煤化作用多次跃变中，不仅发生煤的变质，而且每次跃变都相应出现一次成气的高峰。在全部煤化作用过程中，煤中有机质相应出现一次成气的高峰。在全部煤化作用过程中，煤中有机质的基本结构单元（缩合稠环芳烃体系）不断减少所带有的侧链和的基本结构单元（缩合稠环芳烃体系）不断减少所带有的侧链和官能团，如羟基官能团，如羟基-OH、甲基、甲基-CH3 、羧基、羧基-COOH、醚基、醚基-O-等；可等；可形成各种挥发性产物，其中甲烷逐渐增多，特别是在烟煤转变为形成各种挥发性产物，其中甲烷逐渐增多，特别是在烟煤转变为无烟煤的第三次跃变，释放出大量甲烷。无烟煤的第三次跃变，释放出大量甲

22、烷。二、煤层气二、煤层气（3）煤化作用中，煤的不同显微组分对成气的贡献不同。当达到一）煤化作用中，煤的不同显微组分对成气的贡献不同。当达到一定煤化阶段后，各类组分累计产气率逐渐增高，但各自的成烃贡定煤化阶段后，各类组分累计产气率逐渐增高，但各自的成烃贡献不同。根据长庆石油开发设计研究院的资料，其最终产气能力献不同。根据长庆石油开发设计研究院的资料，其最终产气能力 比为类脂组：镜质组：惰性组比为类脂组：镜质组：惰性组3:1:0.8。据刘德汉、傅家谟所得。据刘德汉、傅家谟所得数据（无压真空封闭体系，温度数据（无压真空封闭体系，温度 500，时间，时间110h的热演化产气的热演化产气实验），惰性组产

23、气率为实验），惰性组产气率为43.9ml/g，镜质组为惰性组的，镜质组为惰性组的4.3倍，类倍，类脂组为惰性组的脂组为惰性组的11倍。倍。二、煤层气二、煤层气（4）影响煤层气含量的因素）影响煤层气含量的因素 煤层中形成煤成气首先决定于煤化作用程度和煤的煤层中形成煤成气首先决定于煤化作用程度和煤的显微组分显微组分。一般煤。一般煤化程度增高，产生的煤层气愈多。化程度增高，产生的煤层气愈多。 煤吸附甲烷的能力受到许多因素的影响，其中煤吸附甲烷的能力受到许多因素的影响，其中温度温度的降低、的降低、水分水分的减的减低和低和煤化程度煤化程度的增高都能促使吸附能力的增强。的增高都能促使吸附能力的增强。 煤的

24、煤岩显微组分的不同，也影响煤的甲烷煤的煤岩显微组分的不同，也影响煤的甲烷吸附能力吸附能力。 煤层顶、底板岩石的透气性和厚度也是影响煤层气含煤层顶、底板岩石的透气性和厚度也是影响煤层气含 量的因素之一，量的因素之一，它对煤层瓦斯的它对煤层瓦斯的保存和逸散保存和逸散起着重要起着重要 作用。作用。 地质地质构造构造因素的重要作用。煤层围岩透气性差时，表现尤为明显。煤因素的重要作用。煤层围岩透气性差时，表现尤为明显。煤盆地所处的大地构造位置及其构造演化对煤层气的形成和保存起了主导作用。盆地所处的大地构造位置及其构造演化对煤层气的形成和保存起了主导作用。 煤层的赋存埋藏深度与瓦斯含量关系也较为密切。煤层

25、的赋存埋藏深度与瓦斯含量关系也较为密切。 地下水活动强弱往往也使瓦斯含量降低或增高。地下水活动强弱往往也使瓦斯含量降低或增高。二、煤层气二、煤层气4、煤层气或瓦斯分带、煤层气或瓦斯分带 由于地壳运动和剥蚀作用，煤系地层出露地表或被更新的地层掩盖，由于地壳运动和剥蚀作用，煤系地层出露地表或被更新的地层掩盖，煤层内的煤层气往往沿煤层向外部逸散，造成由深至浅煤层气含量降低。煤层内的煤层气往往沿煤层向外部逸散，造成由深至浅煤层气含量降低。这种距煤层露头的远近就表现出煤层气风化带的分带现象。这种距煤层露头的远近就表现出煤层气风化带的分带现象。 自浅而深：自浅而深： 第一带：第一带：CO2N2带，带，N2

26、占占8090，CO2 1020，无，无CH4。 第二带：第二带：CH4N2带，带，CH4含量含量50，N250。 第三带：第三带：N2CH4带，带，CH4为为50 70，N2相应占相应占5030。 第四带：为第四带：为CH4带，甲烷含量大于带，甲烷含量大于70，其余则为氮和其它气体。，其余则为氮和其它气体。二、煤层气二、煤层气5、我国煤层气资源的勘探开发、我国煤层气资源的勘探开发 （1）煤矿瓦斯井下抽放与油效阶段）煤矿瓦斯井下抽放与油效阶段 从从20世纪世纪50年代开始，到年代开始，到70年代末，主要目的是为减少煤矿年代末，主要目的是为减少煤矿瓦斯灾害而进行的煤矿井下瓦斯抽放与利用。瓦斯、煤尘

27、爆炸事瓦斯灾害而进行的煤矿井下瓦斯抽放与利用。瓦斯、煤尘爆炸事故在煤矿重大恶性事故中一直占有很大比重，是煤矿安全生产的故在煤矿重大恶性事故中一直占有很大比重，是煤矿安全生产的最大威胁。煤矿瓦斯抽放是减少矿井和采区瓦斯涌出量的有效方最大威胁。煤矿瓦斯抽放是减少矿井和采区瓦斯涌出量的有效方法，也是防止煤与瓦法，也是防止煤与瓦 斯突出的主要措施之一。斯突出的主要措施之一。二、煤层气二、煤层气（2）煤层气勘探开发试验初期阶段）煤层气勘探开发试验初期阶段 20世纪世纪70年代末到年代末到90年代初。仍以煤矿安全为主要目的，部年代初。仍以煤矿安全为主要目的，部分矿井同时进行煤层气开采试验，先后在抚顺龙凤矿

28、、阳泉矿区、分矿井同时进行煤层气开采试验，先后在抚顺龙凤矿、阳泉矿区、 焦作中马村矿、湖南里王庙矿等打过地面钻孔焦作中马村矿、湖南里王庙矿等打过地面钻孔40 余个，并且进行余个，并且进行了水力压裂试验和研究。这一阶段主要是借用美国技术和经验，了水力压裂试验和研究。这一阶段主要是借用美国技术和经验，但对于地质条件复杂的中国含煤区不甚适用，未获得突破性进展。但对于地质条件复杂的中国含煤区不甚适用，未获得突破性进展。二、煤层气二、煤层气（3）煤层气勘探开采试验全面展开阶段）煤层气勘探开采试验全面展开阶段 20世纪世纪90年代初开始至今，从优质能源的利用出发，开展了年代初开始至今，从优质能源的利用出发

29、，开展了煤层气的勘探试验，取得了实质性的突破与进展。石油、煤炭、煤层气的勘探试验，取得了实质性的突破与进展。石油、煤炭、地矿系统和部分地方政府积极参与这项工作，许多国外公司也积地矿系统和部分地方政府积极参与这项工作，许多国外公司也积极投资在中国进行煤层气勘探试验。极投资在中国进行煤层气勘探试验。1990年以来，全国已有年以来，全国已有30多多个含煤区煤层气勘探钻个含煤区煤层气勘探钻井井，目前已钻成勘探和生产井，目前已钻成勘探和生产井1819口口。二、煤层气二、煤层气三、伴生微量元素三、伴生微量元素 煤中微量元素及其作用影响煤中微量元素及其作用影响 煤是由植物残骸形成的固体可燃矿产，组成中既有有

30、机质，煤是由植物残骸形成的固体可燃矿产，组成中既有有机质，也有无机质，几乎包含了地壳内常见矿物的各种元素，目前已发也有无机质，几乎包含了地壳内常见矿物的各种元素，目前已发现的与煤伴生的元素已有现的与煤伴生的元素已有60多种。在煤的复杂转化过程中，有时多种。在煤的复杂转化过程中，有时微量元素可起到微量元素可起到催化剂催化剂或或抑制剂抑制剂的作用，但有些元素则由于煤的的作用，但有些元素则由于煤的燃烧或煤及煤渣的风氧化可以燃烧或煤及煤渣的风氧化可以释放释放到周围的到周围的环境环境中，其中有些则中，其中有些则通过一定形式成为通过一定形式成为动物、植物和人类动物、植物和人类生存的生存的有毒物质有毒物质。

31、1、煤中微量元素的聚集（来源）、煤中微量元素的聚集（来源） 煤中微量元素的聚集决定于成煤原始物质的元素组成、煤的形煤中微量元素的聚集决定于成煤原始物质的元素组成、煤的形成环境特征，以及成煤期和成煤期后所经历的各种物理化学作用及成环境特征，以及成煤期和成煤期后所经历的各种物理化学作用及地球化学作用。依据煤中伴生微量元素与成煤作用的关系，来源是：地球化学作用。依据煤中伴生微量元素与成煤作用的关系，来源是： 在造煤植物生存状态时具有的，以后又带入煤中；在造煤植物生存状态时具有的，以后又带入煤中； 在成煤植物死后堆积于泥炭沼泽中，由于外部营力（风、水、在成煤植物死后堆积于泥炭沼泽中，由于外部营力（风、

32、水、大气降水等）的作用带进了矿物杂质；大气降水等）的作用带进了矿物杂质； 在成煤物质形成泥炭并被埋藏后，煤化作用的过程中地壳中在成煤物质形成泥炭并被埋藏后，煤化作用的过程中地壳中水循环从上覆地层中水循环从上覆地层中淋淋溶渗溶渗滤滤沿孔隙及构造裂隙带入到煤中；沿孔隙及构造裂隙带入到煤中； 在成煤之后，由于后期火成岩侵入接触、挥发气体、热液活在成煤之后，由于后期火成岩侵入接触、挥发气体、热液活动带入到煤中的。动带入到煤中的。三、伴生微量元素三、伴生微量元素 2、有机质对煤中伴生微量元素的富集的作用、有机质对煤中伴生微量元素的富集的作用 吸附吸附作用：植物残骸在沼泽内的腐解过程对元素的迁移和作用：植

33、物残骸在沼泽内的腐解过程对元素的迁移和富集具有更为突出的作用。煤中微量元素的富集基本是化学和物富集具有更为突出的作用。煤中微量元素的富集基本是化学和物理的吸附作用，即成煤物质分解所形成的腐植酸和腐植质具有很理的吸附作用，即成煤物质分解所形成的腐植酸和腐植质具有很高的吸附能力，成煤的高的吸附能力，成煤的初期阶段对微量元素的富集初期阶段对微量元素的富集是有利的是有利的原因原因。 络合络合作用：可以改变一些微量元素的迁移和富集能力，即作用：可以改变一些微量元素的迁移和富集能力，即在泥炭沼泽中由于含氨基、羟基、羧基等功能团和腐植质等有机在泥炭沼泽中由于含氨基、羟基、羧基等功能团和腐植质等有机物质，它们

34、都可作为物质，它们都可作为配位体配位体与与金属离子金属离子相络合。有的元素形成的相络合。有的元素形成的金属有机金属有机络合物络合物难溶于水，从而其迁移的能力降低而富集，有的难溶于水，从而其迁移的能力降低而富集，有的则则易溶于水易溶于水而大大而大大增加了该元素的迁移能力增加了该元素的迁移能力。三、伴生微量元素三、伴生微量元素 成煤环境的影响：煤中的微量元素含量多少，明显地依赖成煤环境的影响：煤中的微量元素含量多少，明显地依赖于成煤环境，尤其是环境的于成煤环境，尤其是环境的 pH、Eh值的变化值的变化，这种变化不仅影，这种变化不仅影响到响到煤岩组分煤岩组分的差异、沼泽环境的不同，也影响到微量的差异

35、、沼泽环境的不同，也影响到微量元素元素的的聚聚集和分散集和分散。 变质作用：煤中微量元素的富集也受到接触变质作用及区变质作用：煤中微量元素的富集也受到接触变质作用及区域变质作用的影响。接触变质作用往往是由较年青的火成岩侵入域变质作用的影响。接触变质作用往往是由较年青的火成岩侵入而造成，大多伴有矿化作用，由于侵入体具有挥发性气体及热液而造成，大多伴有矿化作用，由于侵入体具有挥发性气体及热液等作用，从而使一些微量元素富集。等作用，从而使一些微量元素富集。三、伴生微量元素三、伴生微量元素 所在层位：许多微量元素的富集常常与煤层的地层层位有所在层位：许多微量元素的富集常常与煤层的地层层位有关，在煤层内

36、又往往富集于煤层的关，在煤层内又往往富集于煤层的近近顶、底板顶、底板和和近近夹矸夹矸的分层中。的分层中。 原因分析：对于煤层近顶、底板分层和近夹矸分层中微量元原因分析：对于煤层近顶、底板分层和近夹矸分层中微量元素的富集机理，有人认为是泥炭沼泽堆积的前后，进入沼泽中的素的富集机理，有人认为是泥炭沼泽堆积的前后，进入沼泽中的矿物和富含矿物质的溶液比其它时期较多而形成；矿物和富含矿物质的溶液比其它时期较多而形成；三、伴生微量元素三、伴生微量元素 较多的研究者则认为，这种微量元素近煤层较多的研究者则认为，这种微量元素近煤层 顶、底板及近夹顶、底板及近夹矸的富集是由于在成岩作用中或以后，微量元素从煤层或

37、泥炭层矸的富集是由于在成岩作用中或以后，微量元素从煤层或泥炭层的围岩中由扩散作用和渗透作用而富集，形成近围岩煤层的富集的围岩中由扩散作用和渗透作用而富集，形成近围岩煤层的富集 带，所以称为接触带富集作用，而煤层内部的扩散主要是直接在带，所以称为接触带富集作用，而煤层内部的扩散主要是直接在凝胶化物质中进行。这种认识更进一步说明薄煤层及透镜体煤层凝胶化物质中进行。这种认识更进一步说明薄煤层及透镜体煤层中微量元素易于富集的原因。中微量元素易于富集的原因。三、伴生微量元素三、伴生微量元素 无机矿物的影响和作用：一些微量元素是随着某种成因类无机矿物的影响和作用：一些微量元素是随着某种成因类型的矿物质（即

38、微量元素载体）进入煤层或泥炭层后与有机质相型的矿物质（即微量元素载体）进入煤层或泥炭层后与有机质相结合，因此这种结合，因此这种矿物质愈多矿物质愈多煤中微量煤中微量元素元素聚集聚集的的愈多愈多。 煤层形成的煤层形成的古地理条件古地理条件也影响微量元素的也影响微量元素的富集富集：如靠近含：如靠近含煤盆地的边缘或近物源区的煤中，微量元素有富集的趋势；有些煤盆地的边缘或近物源区的煤中，微量元素有富集的趋势；有些微量元素在陆相煤盆地内含量高，近海煤盆地内则含量低，如煤微量元素在陆相煤盆地内含量高，近海煤盆地内则含量低，如煤中的中的锗锗等。此外，有些煤中的微量元素富集与同期或准同期岩浆等。此外，有些煤中的

39、微量元素富集与同期或准同期岩浆活动和火山活动有关。活动和火山活动有关。三、伴生微量元素三、伴生微量元素 3、煤中主要微量元素、煤中主要微量元素 （1）U 铀是现代铀是现代原子能工业原子能工业主要的原料，与煤伴生的铀矿是该种矿主要的原料，与煤伴生的铀矿是该种矿床的重要类型之一。煤中伴生铀的工业品位要求一床的重要类型之一。煤中伴生铀的工业品位要求一 般为般为0.02。目前已知具有工业价值的富铀煤层大多目前已知具有工业价值的富铀煤层大多形成于形成于陆相陆相沉积环境，尤沉积环境，尤其在其在褐煤层褐煤层中较中较多多。这些富铀煤层多位于煤盆地基底结晶岩上，。这些富铀煤层多位于煤盆地基底结晶岩上，有的与酸性

40、喷出岩互层出现。此外，有的与酸性喷出岩互层出现。此外，浅海相沥青质页岩浅海相沥青质页岩或我国的或我国的石煤石煤也普遍含有铀，且常与也普遍含有铀，且常与 P、 V 等元素共生。这类等元素共生。这类 U矿床储量矿床储量大，但品位低。铀在煤中主要以铀的有机化合物出现。在泥炭堆大，但品位低。铀在煤中主要以铀的有机化合物出现。在泥炭堆积和成煤阶段，有机质对铀的富集作用明显。积和成煤阶段，有机质对铀的富集作用明显。三、伴生微量元素三、伴生微量元素 成因：成因： 依据与煤化作用的关系提出三种假说，即：依据与煤化作用的关系提出三种假说，即： 原生原生的，指在煤化作用以前，在沼泽水中生存的植物或死的，指在煤化作用以前，在沼泽水中生存的植物或死 亡后的亡后的有机质从地面水中获取堆积而成；有机质从地面水中获取堆积而成； 成岩成岩的，指的，指 在煤化作用中由水将煤盆地边缘的铀或含铀的沉积物在煤化作用中由水将煤盆地边缘的铀或含铀的沉积物带入煤中；带入煤中； 表生表生的，指煤化作用之后及围岩固结之后，由地下水从热液或不的，指煤化作用之后及围岩固结之后，由地下水从热液或不整合上覆的火山岩带入到煤中。整合上覆的火山岩带入到煤中。铀多富集于煤层的顶、底板附近，并向铀多富集于煤层的顶、底板附近，并向