5煤的形成和含煤岩系解析
第5章-煤及煤系
引起煤厚变化的地质因素: 原生变化和后生变化。
影响煤层形态和煤层厚度变化的因素有许多，常见的有： 1.泥炭沼泽基底不平影响煤层形态和厚度的变化 ①、煤层底版或基底岩层界面呈凹凸起伏而 顶板界面却比较平整，即“顶平底不平”。 ②、往往在含煤岩系的底部或下部的煤层煤 厚变化极为不规则。 ③、基底古地形低洼处煤层增厚，向突起部 位尖灭变薄。其分层和层理多为下伏的 基底岩层界面所截切，呈现超覆样式。
煤层底板以泥岩、粘土岩最为常见, 通常呈团块状, 富含植物根茎化石和不规则滑面, 俗称根土岩。根土岩常含有伊利石、蒙脱石、高岭石和其它粘土矿物, 尤以高岭石最富集, 可形成具有工业价值的耐火粘土矿层。
煤层顶、底板的稳定性: 对采掘巷道、采面的维护和正常生产循环影响很大。如果顶板松软，容易发生冒顶事故； 反之，如果顶板过于坚硬，则造成放顶困难。灰岩、砂岩为顶板: 它们是矿井充水的重要来源； 如底板为遇水膨胀的粘土岩，会引起底鼓或软岩涌入巷道，破坏巷道，影响运输。 因此，在煤田地质勘探和煤矿生产过程中应加强对煤层顶、底板岩性和岩石力学性质的研究。
补偿关系: 过度补偿 均衡补偿 不足补偿（或为: 欠补偿）
时间推移
埋藏深度
沉积厚度
地壳沉降 （振荡）
煤层
盆地底
多煤层形成
2.煤层顶底板
煤层顶板
伪顶
直接顶
老顶
煤层底板
直接底
老底
煤层与顶板的接触关系： 明显接触：说明沉积环境变化较快！ 过渡接触：沉积环境是渐变的！ 常有不到1m的伪顶存在！ 冲刷接触：煤层与顶板沉积环境是剧变的。
二、 煤层结构与厚度
1.煤层的结构 煤层包含煤分层和岩石夹层，不含夹石层的称为简单结构煤层； 反之，含有夹石层的则称为复杂结构煤层。 煤层夹矸的物质来源，主要取决于泥炭沼泽所处的沉积环境。
5煤与含煤岩系解析
泥炭化作用与腐泥化作用（阶段） 煤化作用（阶段）
第一节 煤的形成
二、成煤作用
成煤的第一节阶段（泥炭化阶段）：植物遗体在地 表湖沼或海湾环境中，经历复杂的生物化学变化形成 泥炭或腐泥。 成煤的第二阶段（煤化作用阶段） 1、褐煤的形成（成岩阶段）： 2、烟煤的形成（变质作用阶段）：
第二节 煤的性质及分类
一、煤岩组成 二、煤的物理性质 三、煤的工艺性质 四、煤的工业分析 五、煤的分类
第二节 煤的性质及分类
一、煤岩组成
1、腐植煤的煤岩成分与宏观煤岩类型
（1）煤岩成分
指肉眼能观察到的煤的基本组成单位。 1、镜煤 2、丝炭 3、亮煤 4、暗煤
第二节 煤的性质及分类
一、煤岩组成
a.镜煤：颜色最深、光泽最强，质均匀而脆, 具有贝壳状断口。镜煤的挥发分和含氢量高, 粘结性强,适宜于作炼焦低温干馏,气化,液相对光泽强度和光亮成分的含量。
宏观煤岩 类型
光亮型煤
半亮型煤
光泽
光泽极强 光泽较强
镜煤＋亮煤
>80% 80%--50%
半暗型煤
光泽暗淡
50%—20%
暗淡型煤
光泽极暗
<20%
第二节 煤的性质及分类
2、煤显微组分
指光学显微镜下能够辨认的煤的有机组分。 （1）镜质组：最常见、最主要的组分；氧含 量较高，氢含量中等，碳含量较低等。 （2）壳质组：称稳定组。氢含量和挥发分一 般较高。
b.丝炭：外观像木炭，呈灰黑色，具有明显 的纤维状结构和丝绢光泽，疏松多孔，性脆 易碎。丝炭含氢量低,含碳量高,没有粘结性 丝炭一般不能液化。
第二节 煤的性质及分类
c.亮煤：最常见的煤岩成分，不少煤层 以亮煤为主,甚至全部由亮煤构成。亮 煤可以用作炼焦,气化,低温干馏等的原 料. d.暗煤：光泽暗淡，一般呈灰黑色，致 密，相对密度大，坚硬而具韧性。在煤 层中,可以由暗煤为主形成较厚的分层, 甚至单独成层。暗煤不宜用来炼焦,但 它是低温干馏的良好原料.。
第五章煤与含煤岩系第三节
第五章 煤与含煤岩系
第三节 含煤岩系和煤田
（四)煤层的顶板、底板
1．顶板
(3)基本顶：又称“老顶”。位
于直接顶之上。岩性多为砂岩或石 灰岩，一般厚度较大，强度也大。 基本顶一般采煤后长时期内不易自 行垮塌，只发生缓慢下沉。
第五章 煤与含煤岩系
第三节 含煤岩系和煤田
（四)煤层的顶板、底板
2．底板 底板指位于煤层下方一定距离的
岩层。其岩性多为粉砂岩或砂岩， 厚度较大。
第五章 煤与含煤岩系
第三节 含煤岩系和煤田
（五) 煤系地层的标志层
煤系中常有一些岩层，其岩性比较特殊，容易识 别，层位稳定或分布规律明显，它们与煤层或某些地 质界线间距比较固定，这样的岩层可以用作寻找或对 比煤层的标志层。如华北石炭二叠纪煤系中常以石灰 岩层作为标志。其它作为标志的还有砾岩、成分或颜 色特殊的砂岩、铝土岩等。
于海侵海退使得海相和陆相地层交互出现。
煤系特点：分布广、横向上岩性、岩相变化不大，煤
层层位比较稳定。碎屑沉积物成分单一、分选好、磨圆 度好。煤层厚度不大，但煤层数目较多。标志层石灰岩
层数也较多。煤层含硫量高。
第五章 煤与含煤岩系
第三节 含煤岩系和煤田
第五章 煤与含煤岩系
第三节 含煤岩系和煤田
2、内陆型含煤岩系 也叫陆相含煤岩系，形成离海比较远的
蒙） 聚煤期：晚侏罗，早白垩 分区：大兴安岭西侧、松 辽盆地及阴山构造带以北， 内蒙东、黑龙江、吉林、辽 宁 资源量占全国8%左右。
三个主要聚煤期形成五大聚煤区
第五章 煤与含煤岩系
第三节 含煤岩系和煤田
六、中国的聚煤区
（2）西北聚煤区 聚煤期：早、中侏罗世； 石炭纪 分布：贺兰山-六盘山一 线以西，昆仑山-秦岭一 线以北，新疆、甘肃、青 海、宁夏、内蒙西部。 资源量占全国的33%。
煤的形成过程及煤系
煤的形成过程及煤系
1．煤的形成过程---成煤植物和地质条件
1.1 煤是由不同地质年代的植物经过长时间的地质作用而形成。
1.2 在自然界中分布最广、最常见的是腐殖煤，如泥炭、褐煤、烟煤、无烟煤。
残殖煤分布非常少。
1.3 煤的原始物质主要是植物的根、茎等木质纤维组织，则煤的氢含量就低，形成的为腐殖煤；如果由角质层、树脂和孢粉质等所形成的煤，期含氢量就高，如残殖煤；如果有藻类形成的煤，则其氢含量就更高，如腐泥煤。
1.4 根据煤化的程度的不同，腐殖煤可分为泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤四个大类。
1.5 成煤期
1.5.1 主要的成煤期有三个，古生代的石炭纪、二迭纪；古生代的侏罗纪；新生代的第三纪。
1.5.2 中国成煤期较多，但以二迭纪的成煤最为丰富，煤源分布较为广泛。
成煤作用的阶段化
2．煤系的概念
煤系是指含有煤层的沉积岩系，它们彼此间大致连续沉积，并在成因上有密切联系。
含煤岩系是指一套含有煤层并且在成因上有联系的沉积岩系（含煤地层、含煤建造）。
成煤植物和地质条件
煤层：
结构：简单结构复杂结构
厚度：薄煤层﹤1.3m 中厚煤层﹤1.3—3.5m 厚煤层﹥3.5 m
结构与厚度变化原因：地壳不均衡沉降、沼泽基底不平、煤层同生冲蚀、构造变动、岩浆侵入等。
（如下图）
地壳不均衡沉降造成煤厚变化泥炭沼泽基底不平造成煤厚变化
河流同生冲蚀造成煤厚变化海水同生冲蚀造成煤厚变化
河流冲蚀造成煤厚后生变化（a）煤系内的后生冲蚀（b）煤系形成后的后生冲蚀。
煤的形成和含煤岩系解析PPT课件
脆度：外力作用下突然断裂的难易程度。低、高变质程度煤脆度小，中
变质程度煤大；煤岩成分中丝炭最大，镜煤次之，暗煤最小。
202各种自然力作用而产生裂开现象。按成因分二类：
（1）内生裂隙：煤化作用过程中，受温度、压力影响，体积收缩而成。 裂隙面平坦，垂直层理面，常出现互为垂直的两组，一组较密，另一组较稀， 以中变质煤最发育。
3. 半暗型煤 由暗煤、亮煤组成，以暗煤为主，光泽较暗，硬度、脆 度较大，内生裂隙不发育。
4. 暗淡型煤 由暗煤组成，有时夹有镜煤和丝炭，光泽暗淡，层理不 明显，硬度和韧性强，煤质较差。
注意：实际工作中，只有变质程度相同的煤才能互相比较和划分不同 类型，划分的最小厚度一般为3～10cm。
2020年9月28日
丝炭、镜煤、暗煤、亮煤。 1. 丝炭 灰黑色，形如木炭，具明显的纤维状结构和丝绢光泽； 疏松、多孔、硬度小、脆度大、易染指； 没有粘结性、吸氧性强、易氧化自燃、易成煤尘； 在煤层中多呈几毫米厚的扁平透镜体，数量不多，但分布广。 2. 镜煤 乌黑、光亮如镜、内生裂隙发育、结构均一、易碎、粘结性强； 在煤层中不形成独立分层，以透镜或条带状散布于亮煤中； 3. 亮煤 灰黑、光泽较强、性脆易碎、内生裂隙发育、均一程度不如镜煤； 化学工艺性质介于镜煤与暗煤之间，灰分含量较低； 在煤层所占比例较大，可形成较厚分层，也可单独成层。 4. 暗煤 灰黑、光泽暗淡、致密坚硬、韧性较大； 层理不清晰、矿物质含量较多，成分复杂、对煤质影响大； 在煤层中所占比例较大，可形成较厚分层，也可单独成层。
3. 密度 指单位体积煤的质量（g/cm3）
影响因素（1）变质程度：越高、密度越大。
（2）煤岩成分：暗煤大、亮煤次之、镜煤更次之。
分类： （1）真密度
煤炭形成的过程和条件
煤炭形成的过程和条件煤炭是地球表面地质历史的重要产物之一，是一种以生物质为主要原料的矿物燃料。
在地球历史上，煤炭的形成是一个漫长而复杂的过程，其形成与多种多样的地质条件密不可分。
本文将介绍煤炭形成的过程和条件，以期为该领域的研究提供一些帮助。
1. 生物体死亡煤炭的最初形成需要有大量的生物残体（如木材、植物根、枝干以及动物遗骸等）作为原料。
这些生物残体在形成煤炭的过程中被称为“煤系物质”。
2. 堆积和埋藏当这些生物残体死亡后，它们会被风化和水流等自然力量分解成小碎片。
这些碎片被沉积在河、湖、海等水体中，同时沉积层的增加又使得这些碎片不断地被压缩，形成了“沉积物”。
3. 生成泥炭沉积过程中，生物残体分解产生的有机物被“埋藏”在泥土中。
随着不断的沉积和压缩，这些有机物逐渐被压缩，形成了棕色、软、多孔的泥炭。
4. 生成烟煤、韧性煤、无烟煤当泥炭沉积层不断增厚，同时地壳运动等外部条件影响作用下，它们的热量和压力逐渐增加。
这样，在热量和压力的作用下，泥炭中的有机物质不断转化、聚合、失水反应，逐渐形成了煤炭资源，如烟煤、韧性煤、无烟煤等。
5. 生成褐煤在煤炭形成的早期，由于热量和压力相对较低，煤系物质并没有完全热解和转化成成煤的有机物。
这时形成了含有大量原始有机质的褐煤，它通常颜色较浅、水含量较高、燃烧效率比较低。
煤炭是以生物质为主要原料形成的，生物质在形成煤炭的过程中具有重要意义。
植物遗体如树枝、树叶、杂草等是煤系物质的主要来源，而动物遗体也可参与煤炭的形成。
2. 湿润环境在煤炭形成的过程中，最初的生物遗体被暴露在潮湿的环境中，以达到不分解的目的。
这就需要大量降雨，也就是要有湿润的环境。
3. 压力和温度压力和温度是煤系物质转化成煤的基本条件。
在地质历史中，经过了漫长的时间，煤炭形成了一定深度，底部沉积物的压力增大，压缩煤系物质，使之转化成煤炭资源。
地壳运动和岩浆活动也可以提供热源，使煤炭资源的形成快速进行。
煤炭基本知识
煤炭基本知识煤炭基础知识煤是一种沉积作用形成的可燃有机岩，是由地质历史时期的古植物体经过复杂的生物化学和物理化学作用转变而成的。
为帮助我公司员工对煤炭基本属性的了解，现参考国内相关资料编撰了《煤炭基础知识》，共包括三部分：煤的形成；煤的化学成分和工艺性质；煤的工业分类及综合利用。
以供大家参考。
第一部分煤的形成一、成煤的原始物质煤是由植物遗体转变而成的。
成煤的原始物质——植物，可分为高等植物和低等植物两大类。
低等植物包括水生的菌类和藻类低等生物，大量生存在湖泊、积水较深的沼泽和泻湖环境，死亡后与泥沙一起沉积，转化而成的煤叫腐泥煤。
形成煤的高等植物主要生长在沼泽环境中，死亡后遗体能够及时得以转化，所形成的煤叫腐植煤。
二、煤的形成过程植物从死亡及其遗体堆积到转变成煤的一系列演变过程，称为成煤作用。
成煤作用大致分为泥炭化（或腐泥化作用）阶段和煤化作用阶段。
1、泥炭化（或腐泥化）作用阶段（1）泥炭化作用阶段生长在沼泽中的高等植物不断繁殖，其死亡后的遗体堆积在积水沼泽中，随着沼泽覆水程度的增强及植物遗体的不断堆积，使得正在分解的植物遗体逐渐与空气隔绝并处于水体下层，氧化环境逐渐被还原环境所代替，分解作用逐渐减弱。
在沼泽水体深部厌氧细菌的作用下，分解产物之间和分解产物与植物残体之间又不断发生一系列复杂的生物化学反应作用，逐渐化合其他成新的产物，如腐殖酸、腐植酸盐、沥青质、硫化氢、二氧化碳、甲烷及氢等。
这些产物中，部分不稳定的气体或液体逸出后，剩下的物质沉积下来，形成了泥炭。
这种由高等植物转化为泥炭的生物化学作用过程，称之为泥炭化作用。
泥炭一般呈黄褐、棕褐或棕黑等色，无光泽，质软且富含水机腐殖酸，晒干后可作燃料、化工原料及肥料等用途。
(2)腐泥化阶段（略）2、煤化阶段煤化阶段是成煤的第二阶段。
根据作用过程和影响因素的不同，煤化阶段可分为成岩作用和变质作用。
(1)成岩作用泥炭形成之后，由于地壳沉降速度加快，沉积环境改变，转为其他沉积物的堆积，使泥炭或腐泥层被其他沉积物所覆盖。
第四章煤与含煤岩系
煤的控制因素。归纳起来有以下必要条件。 1、植物条件 2、气候条件：潮湿、温暖的气候对成煤最有利。 3、地理条件：形成分布面积较广的煤层，必须有适于发生大面积沼泽化
的自然地理条件。
4、地壳运动
泥炭层的聚积，要求地壳发生缓慢下降，下降速度=植物遗体聚积速度。 泥炭层的保存并转变成煤层，要求地壳大幅度的沉降。 为了使同一地区形成较多的煤层，要求地壳在总的下降过程中发生多次的升降 或间歇性的下降。
重大变化，最为突出的是煤中腐植酸全部消失，出现粘结性，光泽增强， 碳含量增加。
成煤过程中，煤中的氢、氧含量渐減，而碳含量渐增，所产生的甲烷 (CH4)，或逸入大气圈，或封閉在地层圈中，形成天然气储气层。
煤化作用过程是一个脱气、脱氧、富碳及基本结构单元增大的过程
第四章煤与含煤岩系
第一节 煤的形成……成煤的必要条件
体，它是由孢子萌发成原丝体，再由原丝体发育而成的。 （2）蕨类植物 ：植物体有根、茎、叶的分化和较原始的
维管组织 。
苔藓植物
第四章煤与含煤岩系
鳞木 （蕨类石松纲最著名的一属 ）
第一节 煤的形成……成煤植物
2、高等植物 （3）裸子植物：种子植物中
较低级的一类。能产生种子的 种子植物。但它们的胚珠外面 没有子房壁包被，不形成果实， 种子是裸露的，故称裸子植物。
作用转变而形成的。从植物遗体堆积到转变为煤的一系列演 变过程称为成煤作用。
有两个阶段： （一）泥炭化阶段 （二）煤化阶段
第四章煤与含煤岩系
第一节 煤的形成……成煤作用
（一）泥炭化 阶段
1、腐泥化 作用：指低等 植物和浮游生 物遗体在湖泊、 泻湖和海湾等 还原环境中转 变成腐泥的生 物化学作用。
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3. 半暗型煤 由暗煤、亮煤组成，以暗煤为主，光泽较暗，硬度、脆 度较大，内生裂隙不发育。
4. 暗淡型煤 由暗煤组成，有时夹有镜煤和丝炭，光泽暗淡，层理不 明显，硬度和韧性强，煤质较差。
注意：实际工作中，只有变质程度相同的煤才能互相比较和划分不同 类型，划分的最小厚度一般为3～10cm。
二、 煤的性质
（二）宏观煤岩类型
根据煤层的平均光泽强度及煤岩成分的组合情况，可将煤划分为光亮 型、半亮型、半暗型、暗淡型四种类型。
1. 光亮型煤 主要由镜煤、亮煤组成，光泽很强、内生裂隙发育，性 脆易碎，中变质光亮型煤是炼焦最好用煤。
2. 半亮型煤 以亮煤为主，光泽强度次于光亮型煤，一般由较光亮和 较暗淡的条带互层而显示出半亮的平均光泽，最常见。
第五章 煤的形成和含煤岩系
第一节 煤的物质组成、性质与分类 第二节 成煤作用 第三节 煤系和煤田
第一节 煤的物质组成、性质与分类
主要内容： 一、 煤岩成分和宏观煤岩类型 二、 煤的性质 三、 煤的分类
一、 煤岩成分和宏观煤岩类型 （一）煤岩成分 煤岩成分指肉眼能见到的煤的基本组成单位，又称为宏观煤岩类型，即
5.01~ 10.00
低中 灰煤
中灰 分煤
中高 灰煤
高灰 分煤
10.01~ 20.01~ 30.01~ 40.01~ 20.00 30.00 40.00 50.00
3）挥发分（V）
隔绝空气的煤在（900±10℃）温度下加热Tmin，使有机质 和部分矿物质分解所得气态物质称为挥发分。
挥发分与煤中有机质性质、变质程度有关。 泥炭为70％、褐煤为40~60%、烟煤为10~50％、无烟煤小于 10％。
（一）煤的化学组成
煤是有机物质和无机物质的混合物，其中有机质是主要成分，主要有C、 H、O（占95％以上），还有N、S等。 1. 碳（C） 煤中主要成分，C越多煤发热量越高，含量随变质程度加深而增加。 2. 氢（H） 煤中重要成分，其发热量是C的4.2倍。低等植物富含H，故腐泥煤 H含量较腐植煤高。煤中H随变质程度加深而减少，烟煤中以气煤H含量最高。 3. 氧（O） 煤中氧随变质程度加深而减少，但变化较大。从褐煤、长焰煤、气 煤到肥煤，下降显著；从焦煤、瘦煤、贫煤到无烟煤，下降幅度较小。
（2）外生裂隙：煤层形成后受地质构造变动而成。裂隙间距较宽，可出 现在煤层中任何部位，常穿过多个煤岩分层，与层理面斜交，其方向与附近 断层方向大体一致。 6. 导电性
指煤传导电流的能力，以电阻率表示，它与煤的变质程度密切相关。褐 煤多孔隙、湿度大、电阻率低；烟煤电阻率大，是不良导体；无烟煤电阻率 小，具良好的导电性。
脆度：外力作用下突然断裂的难易程度。低、高变质程度煤脆度小，中
变质程度煤大；煤岩成分中丝炭最大，镜煤次之，暗煤最小。
5. 裂隙 指成煤过程中，煤受到各种自然力作用而产生裂开现象。按成因分二类：
（1）内生裂隙：煤化作用过程中，受温度、压力影响，体积收缩而成。 裂隙面平坦，垂直层理面，常出现互为垂直的两组，一组较密，另一组较稀， 以中变质煤最发育。
丝炭、镜煤、暗煤、亮煤。 1. 丝炭 灰黑色，形如木炭，具明显的纤维状结构和丝绢光泽； 疏松、多孔、硬度小、脆度大、易染指； 没有粘结性、吸氧性强、易氧化自燃、易成煤尘； 在煤层中多呈几毫米厚的扁平透镜体，数量不多，但分布广。 2. 镜煤 乌黑、光亮如镜、内生裂隙发育、结构均一、易碎、粘结性强； 在煤层中不形成独立分层，以透镜或条带状散布于亮煤中； 3. 亮煤 灰黑、光泽较强、性脆易碎、内生裂隙发育、均一程度不如镜煤； 化学工艺性质介于镜煤与暗煤之间，灰分含量较低； 在煤层所占比例较大，可形成较厚分层，也可单独成层。 4. 暗煤 灰黑、光泽暗淡、致密坚硬、韧性较大； 层理不清晰、矿物质含量较多，成分复杂、对煤质影响大； 在煤层中所占比例较大，可形成较厚分层，也可单独成层。
（三）评价煤质的常用指标
煤的工业用途广泛，但对煤质要求各不相同。因此，煤的工艺性质分析
是评价煤质的重要手段，评价煤质的常用指标有：
1. 煤的工业分析指标 1）水分（M）按结合状态分成二类：
（1）化合水（结晶水） 是与煤中矿物成分呈化合形态的水。 （2）游离水，又分为二类，二类之和又叫全水分（Mt）：
① 外在水分——煤表面和表面大毛细管吸附之水，易蒸发； ② 内在水分——煤内部小毛细管吸附水，常温不失去，加热到一 定温度才失去。
2）灰分（A）煤完全燃烧后剩下的残渣，主要成分为Al2O3、CaO、SiO2 等，它们Leabharlann 自煤中矿物质，按灰分高低分为6级：
级别 Ad(%)
特低 灰煤 ≤5.00
低灰 分煤
3. 密度 指单位体积煤的质量（g/cm3）
影响因素（1）变质程度：越高、密度越大。
（2）煤岩成分：暗煤大、亮煤次之、镜煤更次之。
分类： （1）真密度
（2）视密度
（3）相对密度
4. 硬度、脆度
硬度：抵抗外来机械作用的能力，摩氏硬度1~4之间。褐、焦硬度小，无
烟煤最大；同变质程度的暗煤比亮、镜煤硬度大。
（二）煤的物理性质
1. 颜色和条痕
颜色指新鲜煤块表面的自然色彩。随变质程度增加而变化：一般由褐煤、
烟煤到无烟煤，其颜色从棕褐、褐黑、深黑到灰黑、钢灰色。
条痕指煤粉末的颜色，它与颜色相差不大。
2. 光泽
指煤新鲜面的反光能力，随煤变质程度增加，光泽增强。在煤岩成分中以
镜煤、亮煤变化显著，故以它们作为观察对象。