第二章 煤的岩相组成及其性质

第二章煤的岩相组成及其性质煤是一种固体可燃矿物，从岩石学的角度来说，它是一种可燃性有机沉积岩。

因此，可以用研究岩石的手段来研究煤。

有关这个领域的学科就是煤研学。

在煤化学中作为一章来介绍，但不代表煤岩学不重要，在近年来，煤岩学在焦化领域和煤转化中应用越来越广泛。

效果很显著！！煤研学研究意义:1、阐明煤的成因；2、鉴定煤的成分；3、了解各成分变化对煤质的影响；4、更深刻了解煤的特性；5、指导煤的合理利用和工艺加工。

方法有两种：宏观研究：用肉眼或放大镜（10X）直接观察研究煤，主要观察：颜色，光泽，端口，条痕，硬度等外观特征。

适于野外勘探、采煤。

微观研究：利用光学仪器来研究煤的岩相组分及其特征，通常采用显微镜。

煤研学研究认为：煤并非学一物质，而是由多种性质不同的煤岩组分组成的。

正是这些不同组分的不同组合，造成了煤在物理、化学和工艺性质上的千差万别。

那么，煤中究竟都有那些煤岩组分呢？第一节煤岩的宏观研究一、宏观煤岩成分1919年，M. Stopes(斯. 托普斯)用肉眼观察煤。

首先将煤分成四种宏观煤岩拼分，即镜像、亮煤、暗煤和丝炭。

并描述了它们间的差异。

此划分和命名一直沿用至今。

其中，镜煤和丝炭是单一组分，而亮煤和暗煤是混合组分，各宏观煤岩成分的外部特征见下表。

二、宏观煤岩类型宏观煤岩成分是岩石分类的基本单位，但在评价煤层性质应用上有一定困难，镜、丝层薄且不规则，亮、暗层虽厚，但常互相交叉过渡，分层不很明确。

因此，在观察煤层时，若以宏观成分来评价，不便定量，也不便于了解全貌。

因此，按平均光泽强度和煤岩成分不同，将煤划分四种基本宏观煤岩类型。

光亮煤：煤层中总体光泽最强的类型，主要由镜、亮煤组成（二者之和大于75%），只含有少量的暗煤和丝炭，条带结构不明显，具有贝壳状断口，内生裂隙发育，脆度大，易破碎。

半光亮煤: 煤层中总体光泽较强的类型，主要由镜、亮煤组成（二者之和大于50-75%），其余为暗煤，也夹有丝炭，条带状结构明显，内生裂隙较发育，常带有棱角状或阶梯状断口。

是最常见的宏观煤岩类型。

半暗煤：煤层中总体光泽较弱的类型，镜、亮煤二者之和仅为50-75%，其余为暗煤，也夹有丝炭，硬度、韧度和密度都较大。

黯淡煤：煤层中总体光泽最弱的类型，镜、亮煤二者之和25%以下，其余多为暗煤，也夹有丝炭。

通常呈块状构造，层里不明显，硬度、韧度和密度都大。

第二节煤岩的显微研究煤岩的显微研究是指将煤制成煤片以后，在显微镜下观察研究。

一、煤片的种类1、薄片，20×20mm2 厚0.03mm用透明胶固定在玻璃板上，在透射光下观察，地质部门用得多。

2、光片：φ20、厚15-20，圆柱体或20×20方柱体，观察面精细磨光。

可用块煤，也可以用粉煤（用粘结剂）制作，在反射光下观察，制作较容易，目前用途最广。

3、光薄片：两面磨光，且薄，在反光、透光下均可，制做难，很少用。

二、煤岩的显微组分十分复杂，包括有机、无机两大类。

（一）有机纤维组分在显微镜下观察，可按颜色和形态不同，把煤中有机物分成三大显微组分，即镜质组，丝质组和壳质组（稳定组）。

1、镜质组（Vitrinite）（凝胶化组分）煤中主要显微组分主要来源，植物中的木、纤组织经凝胶化作用形成，我国多数煤田镜质组含量约为60%-80%。

颜色：透光下：透明，橙红→棕红（低中度），随V daf↑→增加颜色加深。

反光下：深灰→浅灰，随V daf↑→颜色逐渐变浅，无突起。

以下是镜质组结构镜质体2、丝质组（Inertinite ）(惰性组或惰质组) 也是煤中常见显微组分，另叫惰质组或惰性组 主要来源：植物木、纤组织经丝炭化作用形成。

颜色：透射光下，黑色，不透明反射光下，白 亮黄色（黄白色），有较高的突起。

随V daf变化不明显。

无结构镜质基质镜质组粗粒体丝质体菌类体3、壳质组（Exinite）(稳定组)来源：植物中的皮壳和分泌物，即生化稳定性高的脂类转来。

颜色：透光下，黄→橙黄，半透明，反光下，灰黑→黑灰，具有中高突起在同变质程度煤中其反射率最低。

树皮体（木栓体）：呈叠瓦状和鳞片状。

角质体：角质体存在于植物的叶，枝芽的最外层，呈宽度不等的条带状，外缘光滑，内缘有锯齿状。

孢子体：呈封闭的扁环形，内缘光滑树脂体：由树脂转来，呈圆或椭圆形。

巩膜体孢子体角质体主要显微组分镜下特征（郭松涛、虞继舜）类组组分显微结构及形态颜色分布状态透射光下反（油浸）正交偏光镜质类V结构镜质体Ⅰ细胞结构完好橙-橙红深灰-灰条带消光透镜体、碎片结构镜质体Ⅱ细胞膨胀剧烈橙红-红深灰色微弱网状消光条带、透镜状均质镜质体无细胞结构均一物质橙红深灰色微粒状、均匀消光宽窄不同的条带透镜状胶质镜质体均一致密凝胶体流动痕迹橙红深灰色微粒状、均匀消光同均质镜质体，此组分少见基质镜质体均一或否没有固定形态橙红深灰色微粒状、均匀消光多见于长焰煤团块镜质体均一团块轮廓清晰均质块红褐色深灰或浅灰均匀消光碎屑镜质体小于10μm小碎片,有棱角红深灰在煤种少见SV结构半镜质体同结构镜质体棕红-红棕灰色无结构半镜质体同无结构半镜质体灰色微突起碎屑半镜质体同碎屑镜质体灰色丝质类I结构丝质体明显细胞结构黑色不透明亮白-亮黄白高突起透镜状或碎块状无结构丝质体无细胞结构黑色不透明亮白-亮黄白高突起透镜状、条带状、碎块状粗粒体残余细胞结构白-淡黄白、突起较高微粒体细小圆形颗粒白-黄白、无微突起SI结构半丝质体有细胞结构棕-棕黑白-灰白色半丝质体无细胞结构棕-棕黑白-灰白色碎屑丝质体小于30μm 棕-棕黑白-灰白色稳定类E孢粉体大孢子为扁环或透镜体，小孢子小扁环蠕虫状黄色黑灰色答孢子分散、小孢子呈群体角质体薄厚不同狭长条带外缘光滑内缘呈锯齿状黄色黑灰色平行堆积树脂体椭圆、纺锤形、无结构黄色黑灰色分散树皮体平行条带、叠瓦或鳞片状黄-橙黄黑灰色密集或分散不定性轮廓清晰不规则黄色黑灰色分散腐泥类藻类体群体细胞结构黄、黄褐绿黄深灰-黑群体腐泥基质体无结构黄、黄褐绿黄深灰-黑树脂体以上各成分的形态与颜色可通过实验观察去慢慢体会，没有3个月以上功夫是无法精确辨别的并定量测量，因为以上描述不能够把各种组分完全区分出来。

经验十分重要（我校在煤有机组分定量测量方面国内权威）必须指出，由于泥炭化的条件十分复杂，还有一些介于镜质组与丝炭组之间的过渡组分，对过渡组分的划分至今尚有争议。

我国目前统一命名为半镜质组。

（二）无机显微组分除有机质外，煤中还有各种矿物，我国煤中常见的是粘土矿物，黄铁矿、石英、方解石四种1、粘土矿物：是煤灰的主要来源，包括高岭土、水云母、蒙脱石等，在煤中呈透镜状、微粒状或填充于胞腔中。

反光下：暗灰色，突起（颜色与稳定组相近）2、黄铁矿（FeS2）常见矿物，滨海煤田煤中多，煤中无机S的主要来源。

反光下: 浅黄（亮黄），有突起，多呈球状和蜂窝状。

3、石英我国年轻煤中较多反光下:深灰色，有突起，平整，多为棱角状。

4、方解石常呈薄膜状充填于煤的裂隙中。

反光下，乳白色，微突起，多呈脉状沿层面分布，除上述四种常见矿物下，还有菱铁矿、白铁矿、石膏、蛋白石等（数量不多）表2-1 各种矿物在镜下特征三、 有机显微组分的成因前面介绍了煤的有机显微组分，大家看到，同是植物的木、纤组织，却可以转化成镜质组和丝质组两种不同的组分。

那么，这是什么原因呢？关键就在于泥炭化阶段的条件不同。

1、 凝胶化作用一般认为，镜质组是在积水较深，气流闭塞的沼泽环境下形成的。

植物的木、纤组织在物理化学性质上属于凝胶体，具有很强的吸水性。

死亡植物的木、纤组织在还原环境下，逐渐分解，胞壁不断吸水膨胀，胞腔逐缩，以致完全消失细胞结构，形成无结构的胶体物质，或进一步分解、合成为胶体，这种转化过程称凝胶化作用。

由于凝胶化程度不同，形成了从结构镜质体到无结构镜质体各种不同成分。

分成胶质体，即凝胶化组生化分解形发生一系列还原水解、条件下厌氧菌无空气低酸度水下木、纤组织在→⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫2、丝炭化作用丝质组 （1）火焚丝质体（森林火灾后，留下来的木炭） （2）氧化丝质体（经丝炭化作用形成） 氧化丝质体分两段形成：氧化丝质组生化还原水解厌氧菌无空气中性水下氧化后残体氧化、脱水分解喜氧菌有空气酸介质水表面木、纤在有氧条件下 ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫须指出：凝胶化产物在积水条件变化时，可以改起丝炭化作用形成丝质组分。

轻度丝炭化产物可再凝胶化，但彻底丝炭化产物不能凝胶化。

交替两种作用可生成过渡组分。

3、 壳质组的形成在泥炭化过程中，脂类（除脂肪外）几乎不发生变化，多以原形态保留下来，构成煤中的壳质组分。

四、 显微煤岩类型与宏观煤岩类型相似，按各显微组分在煤中存在比例的不同，可分为若干显微煤岩类型。

单组分⎪⎩⎪⎨⎧->->->微惰质煤微稳定煤微镜煤%&95%95%95I E V双组分⎪⎩⎪⎨⎧->+->+->+微暗煤微镜惰煤微亮煤%95%95%95E I I V E V三组分（V 、E 、I 均>5%）⎪⎩⎪⎨⎧->->->微亮暗煤、微镜惰质煤、微暗亮煤、E V I V I E E I V 五、 宏观煤岩成分与显微组分的关系很明显：镜煤是单一组分V 丝炭是单一组分I 亮煤是混合组分以V 为主 暗煤是以I 为主第三节 有机显微组分的主要性质和煤岩学的应用一、 煤岩显微组分的分离与富集为了研究工作或某些特殊需要，希望得到纯度尽可能高的显微组分，为此，需要进行显微组分的分离和富集工作。

1（2）精细分离二、有机显微组分在成煤过程中的变化研究表明，三类显微组分在成煤过程中变化很不一致。

由图：(1) I在泥炭化阶段发生剧烈变化，以后变化很小。

(2) E在泥炭化的变化甚微，深度变化时，才变化较大。

(3) V在整个成煤阶段中变化均匀，(4)三组分变化最后趋于一致。

三、各组分的主要性质1、元素组成注：芳香度按下式计算：dafdaf a C V f ⋅⨯-=12401200)100(图4-2 各显微组分氢含量与煤化度的关系图4-3 各显微组分氧含量与煤化度的关系图4-4 各显微组分氧含量与煤化度的关系总体上说，由表4-5数据可知：（1）随度↑→V daf和H daf ↓，而C daf、C daf / H daf ↑（2）当V的C daf＜87%，芳香度fa变化不大；当V的C daf＞87%，芳香度fa随煤化度的增加而增加。

由如4-2、3、4可知：（3）当煤化度相同时，C I > C E > C V；H E> H V> H I；O V> O I >O E(4) 随着煤化度的↑，V daf都趋于减少，最终趋于一致。

2 炼焦性质注：① 前6种煤样均为镜质类；② 矿物质；③ a 收缩度；b 膨胀度。