1成煤原始物质与堆积环境课件

2023/7/221第一章成煤原始物质与堆积环境成煤作用成煤物质植物遗体的堆积环境泥炭沼泽泥炭的主要组成及性质煤的形成条件2023/7/222高等植物从死亡到变成泥炭过程→

泥炭化作用低等植物从死亡到变成腐泥过程→

腐泥化作用泥炭（腐泥）变成褐煤的过程→

成岩作用褐煤→烟煤→无烟煤的过程→

变质作用植物从死亡、堆积到转变为煤所经历的一系列演化过程成煤作用高等植物低等植物沼泽

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一节成煤作用2023/7/223第二节成煤物质人类对煤形成的认识植物演化与成煤作用的关系植物的有机组成2023/7/224一、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。十九世纪以后，人们应用显微镜发现煤中还保留有一些植物的原来组成部分，从此揭开了成煤原始物质之谜，证实了煤是由植物变成的。结构镜质体，胞腔充填角质镜质体，透射光80×，辽宁阜新J3－K12023/7/225二、成煤作用与植物演化的关系成煤植物植物界可分为低等植物和高等植物两大类别。属于低等植物的有藻类和菌类，存在于元古代到早泥盆世，为植物发展演化的菌藻类植物时期。高等植物是由低等植物历经长期演变而来的，在形体结构和生理功能特征上都比低等植物更加复杂。成煤作用也就具有阶段性：原因在于成煤作用与植物演化具有密切关系，而植物演化具有明显的阶段性。2023/7/226低等植物—主要是菌类和藻类1）由单细胞或多细胞构成，以蛋白质为其主要组成成分；2）基本呈丝状体和叶状体；3）构造简单，不具备各种植物器官的分化；4）多生活于水体中而呈浮游状态，故称也为浮游生物。5）在地史早期(元古代到早泥盆世)，它们构成了当时植物界的主体成煤植物二、成煤作用与植物演化的关系2023/7/227高等植物—苔藓植物、蕨类植物、种子植物

1）它们的结构复杂，根、茎、叶等器官分明；

2）组成植物的基本结构单元是细胞。细胞由细胞壁和原生质组成。

3）细胞壁的主要组分是：纤维素、半纤维素、木质素。4）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。成煤植物二、成煤作用与植物演化的关系2023/7/228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：1.菌藻类时代元古代到早泥盆世为低等植物发育时代，因此不可能有大规模的聚煤作用发生。广阔、稳定的浅海环境提供了藻类大量繁殖的良好条件，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“石煤”。二、成煤作用与植物演化的关系2023/7/229植物的演化史2．裸蕨植物时代晚志留世至早中泥盆世为世界上最古老的陆生植物时代。植物由水生到陆生的转化过程，是植物由低等向高等发展的重要转折时期。裸蕨类植物是地质历史上最早的陆生植物，仅能适宜滨海潮湿低地。其高度不足1m，没有真正的叶、根之分，仍然是比较原始的植物。二、成煤作用与植物演化的关系2023/7/2210植物的演化史3．蕨类、种子蕨类植物时代

晚泥盆世至晚二叠世早期，是高等植物发育、发展和演化的最重要的时期，以孢子植物蕨类和裸子植物的种子蕨为主。

这个时期的气候条件是温暖、潮湿，适合植物生长，在全球范围内比较一致。如石炭-二叠纪煤层形成于此时代。二、成煤作用与植物演化的关系2023/7/2211植物的演化史石炭-二叠纪是全世界范围内最重要的聚煤时期，地势比较平坦，植物繁盛，聚煤作用强，为第一大聚煤时期，形成了分布广泛的聚煤盆地和含煤地层。在我国华北和华南地区存在着重要的石炭-二叠纪煤炭盆地。如华北盆地、华南盆地等。二、成煤作用与植物演化的关系2023/7/2212植物的演化史4．裸子植物时代自晚二叠世晚期至中生代，是裸子植物最为繁盛的时代。主要特点是：地球上干旱气候带扩大，石炭-二叠纪的植物群逐渐衰落，由蕨类植物进入到裸子植物繁盛时期。侏罗纪和早白垩世被认为是世界上第二个重要的聚煤期。在我国，侏罗纪是最为重要聚煤时期。二、成煤作用与植物演化的关系2023/7/2213植物的演化史5．被子植物时代早白垩世以后至古、新近纪是植物进入到高级发展的重要阶段。但是，这个时期构造活动更加强烈，气候分带也更加明显。

这个时期被称为世界上第三个重要聚煤时期。二、成煤作用与植物演化的关系2023/7/2214地质历史时期的聚煤作用是与地质历史中植物演化密不可分的，植物的演化和发展决定了聚煤作用的发生;因此要首先研究植物的演化特点，将植物演化研究与地质历史发展、盆地聚煤作用研究紧密的结合起来，阐明聚煤作用的机制。二、成煤作用与植物演化的关系2023/7/2215三、植物的有机组成

植物主要是由有机物质构成，但也含有一定量的无机物质。不论是低等植物还是高等植物，主要都是由碳水化合物（包括纤维素、半纤维素和果胶质等）、木质素、蛋白质和脂类化合物等组成。各类植物以及同一植物的不同部分其有机组成各不相同。低等植物主要由蛋白质和碳水化合物组成，脂肪含量比较高。2023/7/2216三、植物的有机组成

高等植物的组成则以纤维素、半纤维素和木质素为主。木本植物的有机组成差别很大，活细胞中的原生质主要是由蛋白质组成，茎和叶以纤维素、木质素为主。植物的角质膜、木栓层、孢子和花粉则含有大量的脂类化合物。植物的有机组成的差别，直接影响到它的分解和转化，影响到煤的性质和利用。2023/7/2217（一）碳水化合物：

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。纤维素是构成植物细胞壁的主要成分，在溶液中呈胶体，容易水解；植物死亡后，在氧化条件下容易受喜氧性细菌、霉菌等微生物的作用而分解成CO2、CH4和水。半纤维素和果胶的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。三、植物的有机组成2023/7/2218

（二）木质素：

也是植物细胞壁的主要成分。它在植物中主要起着增强植物组织机械强度的作用。木质素是具有芳香结构的化合物。它的结构复杂，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。所以木质素是植物转变成煤的原始物质中最重要的有机组分。三、植物的有机组成2023/7/2219

（三）蛋白质：

细胞中的原生质主要由蛋白质组成。蛋白质是由若干个氨基酸按一定键结合而成的结构复杂的高分子化合物，含有羧基和羟基，具有酸性和碱性，是一种具有强烈亲水性的胶体。低等植物中蛋白质含量高，如藻类、细菌等；在高等植物中蛋白质含量较少。植物死亡后，蛋白质在供氧充分的条件下可以全部分解成气态氨、硫化氢等气体。在缺氧条件下，主要生成氨基酸、卟啉等含氮化合物。煤中的部分氮就与植物的蛋白质有关。三、植物的有机组成2023/7/2220

（四）酯类化合物：

包括脂肪、蜡质、树脂、角质与木栓质及孢粉质等等。

1、脂肪

在低等植物中含量较多，如藻类中脂肪达20％。但在高等植物中一般仅含1％~2％，且大多集中在植物的孢子和种子中。在生物化学作用过程中，脂肪能被水解，生成脂肪酸和甘油。脂肪酸参加了成煤作用。三、植物的有机组成2023/7/22212、蜡质

蜡质在植物中呈薄层覆盖在茎、叶和果实外皮上。蜡质成分比较复杂，化学性质稳定。在泥炭和褐煤中常常可以看到蜡质。三、植物的有机组成2023/7/22223、树脂

树脂是植物生长过程中的分泌物，当植物受伤时，就分泌出胶状树脂保护伤口。树脂的化学性质十分稳定，因此能很好地保存在煤中。三、植物的有机组成2023/7/22234、角质与木栓质

角质与木栓质都是植物保护组织产生的物质。角质是构造角质层的主要成分，它是脂肪酸脱水或聚合的产物，主要成分是各种角质酸。木栓质是构造植物木栓层的主要成分。角质与木栓质的化学性质稳定，因而由它们形成的植物组织常保存于煤中。三、植物的有机组成2023/7/22245、孢粉质

孢粉质是构成植物孢子与花粉外壁的主要有机组分。它具有脂肪族——芳香族碳网结构、化学性质甚为稳定，能耐一定的温度和酸、碱的处理，不溶于有机溶液。古生代煤中常保存有大量孢子。三、植物的有机组成2023/7/2225

此外，植物中还有鞣质、色素等成分。鞣质是由不同组成的芳香族化合物混合而成，具有酚的特性。色素是植物体内贮存和传送能量的重要因子。三、植物的有机组成2023/7/2226

不论是高等植物还是低等植物，都是成煤的重要原始物质。成煤的原始物质不同，必然导致煤在性质上的差异和具有不同的用途。高等植物

沼泽环境

腐植煤低等植物

湖泊环境

腐泥煤高等植物低等植物

沼泽、湖泊环境

混合煤三、植物的有机组成2023/7/2227第三节植物遗体的堆积环境

植物遗体不是在任何环境下都能够堆积起来而转化成泥炭和腐泥的，必须具备两个基本条件：必须有大量植物的持续繁殖和发展，这是成煤的物质基础；植物遗体堆积起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）。2023/7/2228一、泥炭的形成与积累植物遗体生物化学作用——分解、合成与聚积

当有机质堆积增长量>分解量

泥炭层泥炭的形成与积累微生物的数量：随埋深增大而减小水分和热量条件：适宜温度和湿度植物有机体的增长量与大气和土壤的温度等环境因素有关还取决于植物残体的分解强度微生物的种类：喜氧、厌氧土壤的酸碱度：中性、弱碱性有机质的组成：化学组成不同，分解速度和抵抗分解的能力不同2023/7/2229二、植物残骸的堆积方式植物残骸的堆积方式：原地生成说与异地生成说原地生成说：造煤植物残骸堆积于植物繁衍生存的泥炭沼泽内，没有经过搬运，在原地堆积并转变为泥炭。

异地生成说：泥炭层形成的地方，即植物残体大量堆积的地方并不是成煤植物生长的地方，植物残体从生长地经过长距离搬运后，再在浅水盆地、泻湖、三角洲地带堆积而成。

原地与异地两种泥炭堆积方式都是存在的，且具工业可采意义的煤层大都是原地成因的。2023/7/2230第四节泥炭沼泽

泥炭沼泽及其形成条件泥炭沼泽形成的方式泥炭沼泽的类型2023/7/2231一、泥炭沼泽及其形成条件

沼泽：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，使其与空气隔绝而不被完全氧化分解，并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、植被等多种自然因素综合作用的产物。2023/7/2232一、泥炭沼泽及其形成条件（一）泥炭沼泽的形成条件：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）。2023/7/2233一、泥炭沼泽及其形成条件（二）泥炭沼泽发育的主要环境1.泥炭沼泽重要发育地带——滨海平原滨海地带海水与沿海陆地地表水与潜水之间相互关系，有利于泥炭沼泽发育；滨海地带的海湾内，由于波浪作用微弱，形成了海湾封闭形成海湾泻湖，有利于泥炭沼泽发育；三角洲平原上分流河道之间的低洼地及靠近海边缘部分的泻湖湿洼地；在热带、亚热带地区的海岸和河口地区，还可以形成一种特殊类型的滨海泥炭沼泽——红树林泥炭沼泽。2023/7/2234一、泥炭沼泽及其形成条件2.内陆有利发育泥炭沼泽的地区—河流作用、冰川作用的河湖地带。在山丘、丘陵等暂时性水流附近有一些洼地，平原地带经常性水流周围的洼地成为泥炭沼泽场所；河流发源地沟谷地区，由于在径流地区的谷底易形成相对平衡剖面，取得较稳定潜水补给，易泥炭沼泽；山前冲积扇地区的扇前洼地地下水不断溢出，形成养分较好条件，有利于泥炭沼泽；2023/7/2235一、泥炭沼泽及其形成条件曲流河形成的牛轭湖及河漫滩或河漫湖泊等地成为良好泥炭沼泽聚集场所；滨湖洼地由于受到潜水和洪水泛滥影响，由于湖水上涨，形成了植物生长，有利于泥炭沼泽发育；大陆或高原的构造相对稳定期由于排水性质差，形成了泥潭沼泽发育地区；在山地封闭或半封闭山间盆地中，由于地表水和地下水汇集，形成了泥炭沼泽发育。2023/7/2236一、泥炭沼泽及其形成条件大陆内部，由于大陆冰川的消融和退缩，留下了一系列的冰蚀、冰积地貌，形成了泥炭发育地区；热带或亚热带岩溶地貌发育，成为泥炭发育地区；气候条件对泥炭沼泽起重要作用，影响了植物的生长和植物残体分解强度，从而控制了泥炭的发育2023/7/2237二、泥炭沼泽形成方式

泥炭沼泽是水域和陆地的过渡形态，因此它的形成产生于两种泥炭沼泽化的方式：即由陆地演化为泥炭沼泽，称为陆地泥炭沼泽化；或由水域转化为泥炭沼泽，称为水域泥炭沼泽化。

水域泥炭沼泽化的三种模式：

浅水缓岸湖泥炭沼泽化的发育模式：植物由四周向湖心发展深水陡岸湖泥炭沼泽化发育模式：漂浮植物死亡沉入湖底形成泥炭小河泥炭沼泽化模式：与第一种类似，但植物分带不明显陆地沼泽化比水域沼泽化更为广泛，面积也较大，尤以气候温和、湿润地带最为发育。2023/7/2238三、泥炭沼泽类型

按泥炭沼泽的表面形态和水源补给，以及养分和植被等特征，泥炭沼泽可划分：低位泥炭沼泽、高位泥炭沼泽和中位泥炭沼泽。1、低位泥炭沼泽

地形低洼，潜水面较高，主要由地下水补给水，潜水面与沼泽水位基本相同。又称富营养泥炭沼泽，对成煤最为有利。低位泥炭沼泽2023/7/2239三、泥炭沼泽类型2、高位泥炭沼泽

水源主要是由大气降水补给的沼泽。其水面位于潜水面之上，水源不充足，水中缺少矿物质，因而一般没有高大的植物生长。又称贫营养泥炭沼泽，在成煤过程中的作用不太重要。高位泥炭沼泽3、中位泥炭沼泽

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。又称过渡类型或中营养泥炭沼泽。2023/7/2240第五节泥炭的主要组成及性质

泥炭的化学组成泥炭的主要物理、化学性质泥炭的类型2023/7/2241一、泥炭的化学组成

泥炭的化学组成，除含有大量水分外，还包括有机质和矿物质。1、泥炭的有机质：

主要包括末完全分解的植物残体和腐植质。有机质的含量是指有机质占泥炭干物质总量的百分比。在我国的泥炭资源中，多以富营养草本泥炭为主，有机质含量一般为50％~70％左右。

C元素：50%~60%，木本泥炭碳含量较高，草本次之，藓类泥灰较低。

H元素：4.7%~7.5%，由贫营养泥炭至富营养泥炭氢的含量减少。

O元素：30%~40%，受形成泥炭的植物及其分解程度的影响。

N元素：与泥炭类型有关，富营养泥炭氮含较高，1.5%~3.5%。2023/7/2242一、泥炭的化学组成

泥炭有机质的有机组分组成较为复杂，主要包括：

用有机溶剂从泥炭中萃取出的物质，统称为类脂或沥青；用热水从泥炭中提取的物质为水溶物，在无机酸中存在的经水解后溶解的物质为易水解物。以稀碱溶液从泥炭中提取的物质，称为腐植酸，它是泥炭的特征组分。2023/7/2243一、泥炭的化学组成2、泥炭的矿物质：

泥炭矿物质也是泥炭物质组成的重要部分，主要来源于：

一方面是在水、风和其他动力的作用下，使矿物质运移到泥炭中并聚集起来；

另一方面则是来源于形成泥炭的植物体本身。

常见的有氧化物、氢氧化物、碳酸盐类等；在无机矿物中，最常见的有石英、次生粘土矿物。2023/7/2244二、泥炭的物理、化学性质

泥炭的性质反映出泥炭形成和演化的环境，它直接或间接地反映了泥炭的化学组成，这对评价泥炭的加工利用有重要的意义。1．分解度

泥炭的分解度是指植物残体内由于腐解作用而失去细胞结构物质的相对含量，即泥炭中无定形腐植质占有机质的百分含量。分解度是表示泥炭分解的强度，在一定程度上反映出泥炭化作用的程度，因此，它是评价泥炭质量及加工利用方向的重要依据之一。2023/7/2245二、泥炭的物理、化学性质2、泥炭的含水性质：

泥炭由于富含有机质，具分散、疏松多孔的结构，因此泥炭有吸收和保持大量水分的性能。包括湿度、持水量两种表示方法：

泥炭湿度：指泥炭中含有的水分重量占泥炭总重量(干物质+水分)的百分比。

泥炭的持水量：是指泥炭中含有的水分重量占泥炭干物质重量的百分比。泥炭的含水性质与泥炭类型、泥炭形成时的水文条件有关外，还与泥炭的分解度、灰分含量、植物残体种属等有关。2023/7/2246二、泥炭的物理、化学性质3、泥炭的比重和容重：

泥炭干燥时重量轻，比重、容重都较小，这是区别于其他固体可燃矿产的典型物理性质。比重一般为1.20~1.60。泥炭在自然状态下的容重称为湿容重，一般为1.00~1.30g/cm3;烘干或风干后的干容重，一般为0.2~0.58g/cm3。2023/7/2247二、泥炭的物理、化学性质4、泥炭的结构和颜色：

泥炭结构疏松、多孔，力学稳定性差，它与形成泥炭的种属、分解度及矿物质含量有关。泥炭颜色主要取决于形成泥炭植物种属的颜色。5、泥炭的可燃性

泥炭中由于含有较多的有机物质，因此具有可燃性，通常以发热量来表示。泥炭有机质的元素组成、组分组成、分解度、水分及灰分等因素，都影响到泥炭发热量的高低。我国泥炭的发热量多在10~12MJ／Kg，最高可超过16.5MJ／kg。2023/7/2248三、泥炭的类型

根据原有植物组成，泥炭可划分为草本泥炭、木本泥炭和藓类泥炭。1、草本泥炭主要是由各种草本植物残体组成，这种泥炭的灰分含量较高，分解较强，酸碱度(pH值)为微酸到微碱性，含水量较其他泥炭少，色暗且弹性较差，我国的泥炭多属此类型。2、木本泥炭

主要由乔木和灌木植物的枝干、根系、果、叶等经过泥炭化作用而形成。这类泥炭的灰分含量一般比草本泥炭低，含水量少，显示红褐色，弹性差，我国有少量泥炭属于此类。3、藓类泥炭

主要由泥炭藓类等贫营