煤化学第四章煤的岩石组成详解.doc

第四章 煤的岩石组成 煤是一种固体可燃有机岩。煤岩学是把煤作为一种有机岩石，以物理方法为主研究媒的物质成分、结构、性质、成因及合理利用的学科。它是煤地质学的一个分支，与古生物学、沉积岩石学、煤地球化学、煤工艺学和石油地质学等学科密切相关。 煤岩学研究始于1830年，英国人赫顿(Hutton)发展了在显微镜下用透射光观察煤薄片的技术，发现了煤中存在着大量的植物结构，并提出了煤是由植物生成的论断。1919年英国人斯托普斯(M.Stapes)用肉眼观察煤时，将宏观煤岩成分分为镜煤、亮煤、暗煤和丝炭四种类型，并详细描述了它们的特征和性质的差别。1924年波托涅编写了《普通煤岩学概论》一书，第一次提出了“煤岩学这个术语。1925年德国人斯塔赫(E.Stach)介绍了煤的光片技术，利用反射光观察煤的光片，并使用了油浸物镜研究煤。1928年斯塔赫和屈耳魏恩又发明了粉煤光片。1935年斯托普斯建议使用煤岩显微组分这一术语，使煤岩学的研究向微观方向前进了一步。 20世纪初期广泛开展煤的显微镜下的观察、研究，使煤岩学逐渐发展形成一门独立的学科。显微镜下研究煤是煤岩学的主要手段。煤的应用领域不断扩大，需求量与日俱增，为使煤得到综合、合理利用，必须加强对煤的物质成分的研究。煤的显微组分、显微类型和煤化作用是煤岩学的主要研究内容。煤岩学在地质学领域和工业中的应用日益广泛。应用煤岩学方法确定的煤岩组成和煤化程度，是评定煤的性质和用途的重要依据，也是研究煤的生成和变质的重要基础。 第一节 宏观煤岩组成 一、宏观煤岩成分 宏观煤岩成分是用肉眼可以区分的煤的基本组成单位。在国际煤岩学界，宏观煤岩成分称为煤岩类型(Lithotype of coal).指煤层中肉眼可以识别的不同条带，是用肉眼区分煤的岩石分类的基本组成单位。腐植煤煤层通常由镜煤(光亮条带)、亮煤(半光亮条带)、暗煤、(暗淡条带)和丝炭(矿物木炭)组成。根据颜色、光泽、断口、裂隙、硬度等性质，用肉眼可以将煤区分为镜煤、亮煤、暗煤和丝炭四种宏观煤岩成分。镜煤和丝炭是简单的煤岩成分，而亮煤和暗煤是复杂的煤岩成分。 (一)镜煤( vitrain) 镜煤是颜色最黑、光泽最亮、质地均匀、常具有内生裂隙的宏观煤岩成分。镜煤呈黑色，光泽强，结构均匀，性脆，易碎成小立方块，具贝壳状断口;内生裂隙发育，垂直于条带，裂隙面呈眼球状，有时填充有方解石、黄铁矿薄膜。在煤层中镜煤常呈透镜状或条带状，大多厚度为几毫米到1～2 cm.有时呈线理状夹杂在亮煤或暗煤中，但有明显的分界线。 在成煤过程中，镜煤是由成煤植物的木质纤维组织经凝胶化作用而形成的。显微镜下观察，镜煤的轮廓清楚，质地纯净，显微组成比较单一，是一种简单的宏观煤岩成分。 (二)丝炭(fusain) 丝炭是外观像木炭、颜色灰黑、性脆、具有明显的纤维状结构和微弱的丝绢光泽的宏观煤岩成分。丝炭疏松多孔，性脆易碎，能染指。丝炭按其孔隙和细胞腔内有无填充物而分成硬、软两种丝炭。软丝炭孔内无填充物，疏松多孔，硬度小，性脆易碎，能染指。硬丝炭的空腔常被矿物质所充填，又称为矿化丝炭。矿化丝炭坚硬致密，密度大。在煤层中一般丝炭数量不多，常呈扁平透镜体沿煤的层面分布，大多数厚度1～2 mm至几毫米，有时也能形成不连续的薄层。不同煤化程度煤中所含的丝炭，性质很少变化。其特点是碳含量高，氢含量低，没有黏结性，含油少。因为丝炭孔隙率大，吸氧性强，往往是造成煤自燃的重要因素。 在成煤过程中，丝炭是由成煤植物的木质纤维组织经丝炭化作用而形成的。在显微镜下观察，丝炭是具有明显的植物细胞结构的丝炭化组织——丝质体和半丝质体。 (三)亮煤(clarain) 亮煤的光泽仅次于镜煤，较脆，内生裂隙也较发育，程度次于镜煤，密度较小，有时也有贝壳状断口。亮煤是最常见的煤岩成分，不少煤层以亮煤为主组成较厚的煤层，甚至整个煤层。亮煤的均匀程度不如镜煤，表面隐约可见微细的纹理，是由镜煤、暗煤(有时还有丝炭)等薄的分层交织组成的。 在显微镜下观察，亮煤的组成复杂。它是在覆水的还原条件下，由植物的木质纤维组织经凝胶化作用，并掺入一些由水或风带来的其他组分和矿物杂质转变而来的，以镜质组为主，还含有数量不等的惰质组和壳质组。 (四)暗煤(durain) 暗煤光泽暗淡，一般呈灰黑色，结构致密或呈粒状，密度大，硬度和韧性都大，断面比较粗糙，一般不发育内生裂隙。在煤层中，暗煤是常见的宏观煤岩成分，一般来讲，在煤层中暗煤分层出现的频率较亮煤和镜煤小，常呈厚薄不等的分层出现，但有时暗煤也有相当厚度的分层而单独成层且延伸很远距离。暗煤与亮煤的主要不同点在于暗煤中含有较多的惰质组和壳质组(见表4-1)。当暗煤中这两种组分的比例发生变化时，对其性质影响很大，一般含壳质组较多的暗煤性质优于含惰质组较多的暗煤。 显微镜下观察，暗煤的组