第二章 沉积有机质的物质组成1（章节课程）

1、第一节 煤的物质组成第二节 石油、天然气、油页 岩的物质组成第二章 沉积有机质的物质组成1阳山书屋c一、煤的岩石组成 二、煤的化学组成 第一节 煤的物质组成 2阳山书屋c（一）概述 思考题：研究煤的岩石组成有哪些方法？ 一、煤的岩石组成宏观方法 宏观煤岩成分，宏观煤岩类型 煤的物理性质（颜色、光泽、硬度、密度等） 微观方法 薄片：显微组分、颜色、形态、结构、荧光性 砖片：显微组分、颜色 、形态、结构、反射率超微结构 电子显微镜、气相色谱、激光光谱、光电子能谱 核磁共振、电子顺磁共振，红外光谱、X衍射 3阳山书屋c煤薄片煤砖光片粉煤光片4阳山书屋c（二）煤的显微组成 1、显微组分的定义 光学显微

2、镜下能够识别出来的组成煤的基本单位。 镜质组Vitrinite 有机显微组分 惰质组 Inertinite 壳质组 Exinite 无机显微组分 矿物质5阳山书屋c2、 镜质组 煤中含量在5080%以上，强覆水、还原条件下经生 物化学和地球化学凝胶化作用而形成。 透射光下：橙红色、褐红色 反射光下：灰色、浅灰色，具有弱的荧光性 性脆，裂隙和微孔隙发育 O较高，、挥发分中等，较低，粘结、结焦性好 加氢液化时转化率较高 煤化过程生成少量油，较多甲烷气 在煤层中呈透镜状产生6阳山书屋c 结构镜质体 按细胞保存程度和形态特征划分 无结构镜质体 碎屑镜质体（1）结构镜质体 保存有植物的细胞结构 ，胞壁、

3、胞腔清晰可辨。 结构镜质体 胞腔呈圆形，椭圆形，方形，纺锤形胞腔排列 整齐，胞壁不膨胀或稍有膨胀。 结构镜质体 胞壁膨胀，胞腔压扁呈短线状，胞腔变小， 大小不一，排列不规则7阳山书屋c14 1231、2结构镜质体1； 3、4 结构镜质体28阳山书屋c（2）无结构镜质体 显微镜下观察不到植物的细胞结构。 均质镜质体：透镜状或条带状产出，轮廓清楚， 成分均一，不含杂质。 基质镜质体：基质状，无固定形态，成分非均一， 可包裹其它组分，矿物质含量较多。 胶质镜质体：充填植物胞腔中，或其它空腔中沉淀 成凝胶，成分均一 团块镜质体：呈圆形或椭圆形，常呈个体或群体出 现，团块状，轮廓清晰，成分均一。9阳山书

4、屋c12341均质镜质体；2基质镜质体；3胶质镜质体；4团块镜质体10阳山书屋c（3）镜屑体 粒度小于10um，比较少见，泥炭阶段分解的植物或 腐植泥炭的碎屑，与基质镜质体在一起时不易区分，与 壳质组或惰质组在一起时，易于辨认。11阳山书屋c3、壳质组（类脂组、稳定组） 透射光：黄色，少数为绿黄色，红橙色 反射光：深灰色，灰色、有突起，发黄色的荧光 腐泥煤、残植煤、油页岩中富集，密度低，重液 易分离 、Q、挥发分最高 液化 炼焦 生油 类型：孢子体角质体 藻类体荧光体 木栓体树脂体 沥青质体 渗出沥青质 壳屑体12阳山书屋c 孢子体 孢子体是孢子植物的繁殖器官，保存下来的是其外胞壁。 特征：闭

5、合长环状，拐角圆滑，有时表面具有纹饰。 异孢植物，有雌雄之分 同孢植物，无雌雄之分。 雌：大孢子 雄：小孢子 花粉： 种子植物的繁殖器 官，大小约为0.05 mm，与小孢子难 以分别。 13阳山书屋c 角质体 叶、叶柄、细茎、种子、果实上的一层透明薄 膜，不具有细胞结构。 特征：细长条状，一边平滑，一边呈锯齿状，拐角尖锐 薄壁角质体：厚520um 厚壁角质体：50um 取决于植物种类、植物组织、生长环境14阳山书屋c 树脂体植物分泌的产物：树脂、树胶、胶乳、脂肪、蜡质、琥珀 特征：边缘平滑，球形、卵形、纺锤形，充填于胞腔中，内 部均一，无细胞结构。 有机化学成分：萜烯体、异戊间二烯的缩聚。15

6、阳山书屋c 木栓质体 树皮中木栓组织转变而来。 特征：数层至十几层扁平的长方形木栓细胞所形成，波浪状排列紧密，纵切面呈叠瓦状结构，横切面呈鳞片状结构，荧光呈现褐黄色或暗褐色，荧光色不均匀。木栓化细胞壁除纤维素和木质素外，还含有25-50%木栓体。16阳山书屋c 藻类体 腐泥煤，腐植、腐泥煤，油页岩中常见。 结构藻类体藻类群体，厚壁单细胞藻类 特征：水平切面上呈圆形，垂直切面上呈透镜状，扇 状、纺锤状，外形清晰，边缘呈锯齿状，表面 呈蜂窝状或海绵状、放射状，纹层状，云朵状 轮廓。 层状藻类体 单细胞藻薄壁浮游藻类底栖藻类群体 特征：水平切面呈扁平的小浑圆体，垂直切面呈细 薄层状，个体小，长宽比大

7、，不易辨认。 17阳山书屋c1231藻类体（轮奇藻）；2藻类体（皮拉藻）；3藻类体18阳山书屋c 沥青质体 类脂物质、藻类、浮游生物、细菌。 特征：无固定形态，基质状，线理状或细小透镜状产出。 随紫外线辐射时间加长，荧光性增强。 渗出沥青体 次生煤岩组分：充填于孔隙裂隙中 特征：母质为壳质组时，较强的荧光，为绿黄色、亮 黄色；母质为富氢镜质体时，较弱的荧光，呈 褐黄，褐色。煤生烃，排烃的证据，煤成油的 重质烃类富集物。19阳山书屋c1231沥青质体，孢粉体；2、3渗出沥青质体20阳山书屋c 荧光质体 叶肉细胞中油或脂肪，果实中的油或脂肪，煤化 过程中的油或脂肪。 特征：呈小透镜状或粒状集合 体

8、充填于细胞腔内或集 合成10-50um宽的薄层。 壳屑体 特征： 各种壳质组分的碎屑 体，不易与黏土矿物 区分，但具有荧光性。 21阳山书屋c3、惰质组 在结焦过程中不软化，呈惰性。成因： 植物遗体在缺水多氧的环境中，氧化而成。 森林火灾，植物不完全燃烧 C60 泥炭表层受真菌等微生物的腐解 强烈的煤化作用特征： 透射光：不透明 反射光：亮白色，黄色或灰白色，无荧光，正突起 高，中等，和挥发分低，热解不具有粘结性 显微组分：丝质体半丝质体粗粒体微粒体 菌类体惰屑体22阳山书屋c 丝质体 植物的根、茎、叶经丝碳化作用而成，在煤层 中呈薄层状，透镜状。显微亚组分：火焚丝质体氧化丝质体原生丝质体 火

9、焚丝质体 特征：细胞结构保存良好，细胞壁薄，胞间隙甚至 植物的年轮都能见到，性脆，呈星状、孤形 等碎片。 氧化丝质体 特征：细胞结构保存较好，细胞壁较厚，有时胞腔 大小不一，排列不很整齐。 原生丝质体 特征：有些植物在生长过程中，能将黑色素沉淀 在细胞膜中。23阳山书屋c3456211、2火焚丝质体；3、5氧化丝质体；4半丝质体；6丝质体24阳山书屋c 半丝质体 丝炭作用，半透明，可见结构。 透射光：深棕色，黑棕色 反射光：灰白色，灰色 粗粒体 无定形、无结构的凝胶状惰质组分，条带状、团块状 成因： 泥炭强烈氧化和干燥作用 富脂类形成煤化丝质体 火焚泥炭 微粒体 特征：95% 单组分组类型组

10、微壳煤 E95% 微惰煤 I95%47阳山书屋c双组分组类型组 微亮煤微镜亮煤V+E95%微壳亮煤微镜惰煤微惰镜煤V+I95%微镜惰煤 微暗煤微壳暗煤E+I95%微亮暗煤三组分组类型组微镜三合煤 微暗亮煤VI、E微壳三合煤微镜惰壳煤EI、V微惰三合煤 微亮暗煤IV、E 按主要显微组分、亚组分组再细划分为类型； 考虑优势组分命名，含量小于5%的不计； ICCP的镜质组=中国的镜质组+半镜质组； 精煤（矿物总量20%或硫化物含量5%，密度1.5g/cm3） 大致反映沉积环境48阳山书屋c表3-4 微矿质煤分类微矿质煤类型矿物种类矿物体积/%微泥质煤粘土2060微硅质煤石英2060微碳酸盐质煤碳酸盐

11、2060微硫化物质煤硫化物520微复矿质煤两种以上，但不含硫化物2060两种以上，含硫化物545两种以上，含硫化物1060%或硫化物含量20%，密度2.0g/cm3为矿质类型49阳山书屋c2、成因分类 （1） 前苏联热姆丘日尼可夫和金兹堡分类 煤与煤层的形成条件 显微研究与宏观研究结合起来 按凝胶化组分（镜质组）含量划分六种类型， 再按各显微组分划分亚型 凝胶化组分/%类型010 丝炭木煤质煤1025 暗煤质煤2550 亮暗煤质煤5075 暗亮煤质煤75100 亮煤质煤90100 木质镜煤镜煤质煤50阳山书屋c（2）地科院、重庆煤研所的分类 据腐植煤镜质组百分含量划为四种类型 再按惰质组、壳质

12、组、矿物质划分15种亚型 镜质组/% 类型 80 亮煤型思考题： 1. 生物质、沉积有机质、煤岩类型的成因意义？ 2. 显微煤岩类型的环境意义？ 3. 成因分类中各类型的成因意义？ 51阳山书屋c（五）煤的宏观组成 1、腐植煤的宏观煤岩成分 （1）镜煤：乌黑，色深光强，成分均一，性脆，贝壳状断 口，轮廓清晰，粘结性好，矿物杂质少，裂隙 发育，大多由结构镜质体，均质镜质体组成。 （2）丝炭：外观像木炭，颜色黑灰色或浅灰色，纤维状结 构，丝绢光泽，疏松多孔，丝质体为主，质轻 者性脆，易污手，质重者，被矿物充填。 （3）亮煤：表面隐约可见微细层理，光泽较强，结构不均一 （4）暗煤：含壳质组多，灰黑色

13、，韧性好，油脂光泽，水介 质活动性强；含矿物质多，煤质差；含惰质组 多，成分结构不均一，氧化环境。52阳山书屋c 条带厚度3-5mm构 成一个煤岩成分， 不到3-5mm则合并； 过渡类型：暗亮煤、 亮暗煤； 宏观与微观的结合 和联系； 根据宏观煤岩成分 绘制煤层的形成曲 线，用于煤相研究。 53阳山书屋c 2、腐植煤的宏观煤岩类型 宏观煤岩类型 光泽 镜煤亮煤 光亮型煤 光泽极强 75% 半亮型煤 光泽较强75%-50% 半暗型煤 光泽暗淡50%25 % 暗淡型煤 光泽极暗10%； 碎屑煤木煤，丝炭，均10%； 矿化煤矿物质含量25%56阳山书屋c4、煤的成因类型 (1) 腐植煤 包括由高等植

14、物木质纤维组成的狭义腐植煤 和高等植物的壳质组分组成的残植煤。 残植煤的特征： 壳质组含量50%，一般为7090% 黑灰色、灰黑色，油脂光泽，叶片状、粒状结构 Hdaf和Vdaf含量、Tar产率高，韧性大 活水、富氧的环境 （2）腐植腐泥煤 高等植物与低等植物混合而成。 （3）腐泥煤 低等植物组成和动物组成。57阳山书屋c121腐植煤，微三合煤； 2树皮残植煤，江西乐平58阳山书屋c腐泥煤特征：灰黑、灰色，沥青光泽，致密均一，贝壳状 断口，密度低、硬度大，韧性好，易点燃， 具沥青气味表 3-6 煤的成因类型腐植煤腐植煤残植煤角质残植煤树皮残植煤孢子残植煤树脂残植煤腐植腐泥煤烛煤藻烛煤煤精腐泥煤

15、藻煤胶泥煤油页岩石煤59阳山书屋c1树脂残植煤，黑龙江东宁；2角质残植煤，云南禄劝；3烛藻煤，贵州水城； 4藻烛煤（小孢子），山东腾州123460阳山书屋c1烛煤，小孢子体，山西大同； 2烛煤，小孢子体，江苏徐州；3藻煤，山西浑源；4胶泥煤，层状藻类体，沥青质体，结构藻类体碎屑 123461阳山书屋c（六）煤的结构与构造 1、煤的宏观结构 宏观煤岩成分的形态、大小、厚度、生物残体所 表现出来的特征。 宽条带状结构 条带宽5mm 条带状结构 中条带状结构 条带宽3-5mm 细条带状结构 条带宽1-3mm 线理状结构：煤岩成分呈2cm 碎粒构造粒度1cm 糜棱构造层理，煤岩成分看不见思考题：构造煤

16、研究的地质意义？ 63阳山书屋c1原生结构煤；2碎裂煤；3碎斑煤；4糜棱煤213464阳山书屋c3、煤的构造 煤岩成分空间排列和分布所表现出来的组合特征，与煤岩成分自身大小，形态无关，而与成煤物质聚积时的环境有关。 层状构造：水平层理，水平波状层理、斜层理、 同生变形构造，与水动力条件有关 块状构造：岩石组成单一，看不到层理，覆水较 深的滞水条件。 65阳山书屋c（一）概述 有机质：主要由C、H、O、N、S等元素组成，是复杂的 高分子有机化合物，是煤的主要组成部分； 无机质：包括矿物杂质和水分，它降低了煤的利用价值。（二）煤中的水分 1、水分的来源：植物本身水，泥炭堆积吸水，煤化脱 水，地下水

17、，开采、运输中掺入 2、水在煤中的存在状态 外在水分（Mf）: 大毛细管（d200nm）中的游离水 二、煤的化学组成66阳山书屋c 内在水分（Minh）: 存在d6.08.0 8.012.0 12.020.0 20.040.0 40.0表3-8 全水分（ Mt ）与空干基（ Mad ）水分测定条件项目粒级/mm重量/g温度/ 各煤类时间/minHMYMWYMt135001455903060610121455453060Mad29.00% 炼焦用煤 6.00% 6.019.00 % 9.0112.00% 12.00% GB/T15224.1200475阳山书屋c （三）煤的挥发分 1、测定方法

18、粒级 0.2mm ad 1g 隔绝空气 900 10 7min 煤样减轻的质量占原煤质量的百分数，减去煤的M ad . 测得V ad ，挥发分产率是一个固定值，与水分、灰分无关 2、影响因素 同一煤化程度，煤岩成分的影响表2-14 不同煤岩成分的挥发分(Vdaf%)比较 煤岩树脂体藻类体孢子体角质体树皮体镜煤亮煤暗煤丝炭气煤99.086.164.850.449.539.341.436.917.776阳山书屋c 相同煤岩成分，煤化程度影响表2-15 不同煤级煤的挥发分变化范围3、焦渣特征分类 号粉状：没有相互粘着的颗粒 号粘着：用手指轻碰焦渣即成粉状或团块 号弱粘结：用手指轻压即碎成小块 号不熔

19、融粘结：用手指用力压才裂成小块 号不膨胀熔融粘结：呈扁平状，银白色光泽，颗粒界线不清 号微膨胀熔融粘结：用手指压不碎，银白色光泽，有小膨胀泡 号膨胀熔融粘结：焦渣h15mm，银白色光泽，强膨胀 煤级HM1HM2CYQMFMJMSMPMWY3WY2WY1Vdaf%65555548484040363626281820141610106.56.53.512%时 要减去焦渣中二氧化碳对煤样的百分数挥发份分级MT/T849-2000 SLV LV MV MHV HV SHV 10.00 % 10.020.0 20.028.0 28.037.0 37.050.0 50.078阳山书屋c 重复性限 一个数值

20、在重复条件下，即在同一实验室中，由同一操作者，用同一仪器，对同一试样，于短期内所作的重复测定，所得结果间的差值（在95概率下）不能超过此数值。一个数值在再现条件下，即在不同实验室中，对从试样缩制最后阶段的同一试样中分取出来的、具有代表性的部分所作的重复测定，所得结果的平均值间的差值 挥发分测定的精密度 挥发分/% 重复性 Vad/% 再现性Vd /% 40 0.80 1.5079阳山书屋c（四）固定碳（FC） 1、固定碳（FC）的概念 FC不是纯碳，是由、组成的混合物。 (FC)ad=100-(Mad+Aad+Vad) (FC) daf=100-Vdaf 当以固定碳产率表示煤有机质特性时，必须

21、用干燥无灰基表 示，因为固定碳与煤中的水分矿物质无关。随煤阶的增高， 煤的固定碳产率也逐渐升高。 不同煤级煤的固定碳变化范围煤级HM1HM2CYQMFMJMSMPMWY3WY2WY1FCdaf%354545525260606464747482808684909093.593.596.596.580阳山书屋c2、燃料比 国外尤其是日本 FC daf /V daf 表示燃料比 思考题： 1. 煤工业分析（水分、灰分、挥发分）方法如何更新？ 2. 煤的灰分产率与矿物质含量的关系？FCd分级 SLFC LFC MFC MHFC HFC SHFC 45.00 % 45.0550.0 55.065.0 6

22、5.075.0 75.080.0 80.081阳山书屋c （五） 元素分析 1、煤中、含量测定 燃烧法 粒级 0.2mm ad 0.2g O2 2H2O+CaCl2 CaCl22H2O (吸H2O) CO2+2NaOH Na2CO3+H2O (吸CO2) 4SO2+4PbCrO4 4PbSO4+2Cr2O3+O2 (除 S) 4SO3+4PbCrO4 PbSO4+2Cr2O3+3O2 (除S ) Cl2+2Ag 2AgCl (除Cl) 2NO2+MnO2 Mn(NO3)2 (除N) 82阳山书屋c2、煤中N含量测定 开氏蒸馏法 粒级 0.2mm ad 0.2 混合催化剂(Na2SO4和HgSO

23、4)和H2SO4 加热分解，煤中的氮则转化为NH3，与H2SO4作用，转化为NH3 (HSO4) 。加入过量的NaOH溶液中和H2SO4 ，把NH3从NaOH溶液中蒸出，并吸收在硼酸溶液中。用H2SO4标准液滴定，根据用去 H2SO4的量，计算煤中的氮含量。3、煤中O含量计算 Oad=100-Cad-Had-Nad-St,ad-Mad-Aad (CO2) ad Odaf=100-(Cdaf+Hdaf+Ndaf+So,daf)83阳山书屋c全硫/St单质硫 单质硫 可燃硫 有机硫有机硫/ So硫化物硫/Sp 无机硫硫酸盐硫/Ss非可燃硫 4、煤中S含量测定 （1）来源，种类，分布 （2）煤中硫对煤利用的影响 （3）煤中硫的测定方法 煤中全硫含量的测定(St%) 高温燃烧法：粒级 0.2mm ad 0.5克， 1250煤中各 种硫变成SO2和SO3，通入H2O2溶液中，氧 化为H2SO4 ，以标准的NaOH溶液滴定生成 的H2SO4，便可计算出煤中