煤田地質(zhì)學(xué)重點(diǎn)整理.doc

1、煤田地質(zhì)學(xué)重點(diǎn)整理老師畫的重點(diǎn)：聚煤作用（聚煤條件）煤化作用（煤變質(zhì)作用）煤的孔隙系統(tǒng)煤巖組分煤層氣、煤成氣和瓦斯的關(guān)系煤成油理論等溫吸附曲線成煤的前提條件（泥炭的形成條件 / 聚煤盆地形成條件）：1、大地構(gòu)造條件（地殼運(yùn)動） ：提供成煤作用緩慢而均勻的沉降運(yùn)動和成煤構(gòu)造凹陷。2、古氣候條件：植物生長所需要適宜的溫度和濕度。3、古地理條件：提供成煤場所（成煤環(huán)境）。4、古植物條件：成煤的物質(zhì)來源。沼澤：地表土壤充分濕潤，季節(jié)性或長期積水，叢生著喜濕性沼澤植物的低洼地段。泥炭沼澤：常年積水的洼地， 其中有大量植物生長和堆積，植物死亡后遺體背沼澤水覆蓋， 與氧呈半隔絕狀態(tài)，使植物遺體不被完全氧化分

2、解，經(jīng)過生物化學(xué)作用即可轉(zhuǎn)變?yōu)槟嗵?。泥炭沼澤形成條件： 1、大量植物的持續(xù)繁殖； 2、植物遺體不被完全氧化分解，能保存轉(zhuǎn)化為泥炭。泥炭堆積條件： 1、溫暖的氣候； 2、常潤濕多水；3、氧供給受限； 4、下沉（植物生長畢旭思均衡的）；5、有限的沉積流入； 6、埋藏充足的深度；7、時間（ 10000年以上）泥炭（煤）形成的主要因素： 1、成煤植物群落；2、成煤氣候； 3、泥炭聚集環(huán)境； 4、古構(gòu)造條件。聚煤作用發(fā)生的基本條件：1、均勻的溫度和潮濕的氣候：適宜于地上植物的繁殖生長；2、大面積的沼澤地帶：有利于植物的群落發(fā)展；3、地殼的下降運(yùn)動與植物遺體的堆積速度相適應(yīng)：有利于植物遺體的保存并沉積形成

3、煤層。泥炭（腐泥）化作用：由植物殘體轉(zhuǎn)化為泥炭的作用。煤化作用：由泥炭轉(zhuǎn)化為煤的作用。泥炭（腐泥）化作用：從植物在泥炭沼澤、湖泊或淺海中不斷繁殖， 其遺體在微生物參加下不斷分解、化合、聚集的過程。在這個階段起主導(dǎo)作用的是生物地球化學(xué)作用， 低等植物經(jīng)過生物地球化學(xué)作用形成腐泥，高等植物形成泥炭。泥炭化作用包括： 1、生物化學(xué)分解作用 2、生物化學(xué)合成作用 3、凝膠化作用 4、絲炭化作凝膠化作用成煤植物的木質(zhì)纖維組織在積水較深、氣流閉塞的沼澤環(huán)境下， 受厭氧微生物的作用，發(fā)生細(xì)胞結(jié)構(gòu)的吸水、膨脹、變形、破裂以至形成以腐植酸和瀝青質(zhì)為主體的無結(jié)構(gòu)的膠質(zhì)物質(zhì)（凝膠和溶膠）的過程。絲炭化作用成煤植物的

4、木質(zhì)纖維組織在積水較淺、濕度不定的條件下經(jīng)脫水和緩慢氧化作用，氧化的植物組織轉(zhuǎn)入缺氧的環(huán)境（如水層、泥煤層、上覆巖層的覆蓋） 而生成具有一定細(xì)胞結(jié)構(gòu)的絲炭，或遭受“森林火災(zāi)”而炭化成木炭的過程。凝膠化作用：腐殖組生物化學(xué)凝膠化作用鏡質(zhì)組地球化學(xué)凝膠化作用絲炭化作用： 惰質(zhì)組殘植化作用： 穩(wěn)定組（殼質(zhì)組）煤化作用：當(dāng)已形成的泥炭或腐泥， 由于地殼的下沉等原因而被上覆沉積物所掩埋時， 成煤作用就轉(zhuǎn)入第二階段 -煤化作用階段，即泥炭、腐泥在以溫度和壓力為主的作用下變化為煤的過程。這包括成巖作用和變質(zhì)作用， 起主導(dǎo)作用的是物理化學(xué)作用。 在溫度和壓力的影響下， 泥炭進(jìn)一步變?yōu)楹置海ǔ蓭r作用） ，再由褐

5、煤變?yōu)闊熋汉蜔o煙煤（變質(zhì)作用） 。煤的成巖作用：在沉積巖石學(xué)上是指沉積物的壓實、脫水、膠結(jié)以及相應(yīng)的化學(xué)變化過程。煤的成巖作用：是由經(jīng)生物化學(xué)變化形成的泥炭在以壓力為主并包括溫度因素在內(nèi)的影響下， 出現(xiàn)壓實、脫水、增碳、孔隙度減少、游離纖維素消失、凝膠化組分開始形成并具微弱反射力等物理-化學(xué)變化，逐漸固結(jié)、煤化而轉(zhuǎn)變成年青褐煤的過程。變質(zhì)作用：指巖石經(jīng)受了高溫、 高壓，其成分和結(jié)構(gòu)、 構(gòu)造發(fā)生了質(zhì)的變化， 形成新的巖石 -變質(zhì)巖的過程。煤的變質(zhì)作用：煤作為有機(jī)質(zhì)沉積物，對溫度、壓力增高的反應(yīng)要比無機(jī)成因的沉積物敏感得多，快得多，也強(qiáng)烈得多。因此，把從褐煤轉(zhuǎn)變?yōu)闊熋?、無煙煤（直至石墨）的過程叫煤

6、的變質(zhì)作用過程。煤化作用原因（因素） ：溫度化學(xué)變化；壓力物理變化；時間正比，等價關(guān)系煤化作用實質(zhì)：腐殖復(fù)合物芳香族稠環(huán)體系在溫度壓力作用下不斷增強(qiáng)其縮合程度， 側(cè)鏈逐漸減少縮短，官能團(tuán)不斷減少，結(jié)構(gòu)單元不斷增大，因而炭含量逐漸增高，揮發(fā)分、氧、水分等減少的過程。思考：煤變質(zhì)程度（ R0 大小）與油氣生成有何指示意義？煤的顯微組分的反射： 光片中纖維組分的反射光強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度的百分比。鏡煤的一般特點(diǎn)：質(zhì)地純凈，結(jié)構(gòu)均一，具貝殼狀斷口和內(nèi)生裂隙。 2、 鏡煤性脆，易碎成棱角狀小塊。 3、在煤層中，鏡煤常呈凸透鏡狀或條帶狀，條帶厚幾毫米至 12cm，有時呈線理狀存在于亮煤和暗煤之中。絲炭的一般特

7、點(diǎn)： 1、在煤層中絲炭常呈扁平透鏡體沿煤層的層理點(diǎn)，面分布，厚度多在 12mm至幾毫米之間， 有時能形成不連續(xù)的薄層； 個別地區(qū)，絲炭層的厚度可達(dá)幾十厘米以上。 2、絲炭的孔隙度大， 吸氧性強(qiáng)，絲炭多的煤層易發(fā)生自燃。 3、絲炭是植物的木質(zhì)纖維組織在缺水的多氧環(huán)境中緩慢氧化或由于森林火災(zāi)所形成。亮煤：亮煤是最常見的煤巖成分。 1、亮煤的光澤僅次于鏡煤，一般呈黑色。 2、它是在覆水的還原條件下，由植物的木質(zhì)纖維組織經(jīng)凝膠化作用，并摻入一些由水或風(fēng)帶來的其它組分和礦物雜質(zhì)轉(zhuǎn)變而成。 3、較脆易碎，斷面比較平坦。 4、比重較小。 5、亮煤的均一程度不如鏡煤，表面隱約可見微細(xì)層理。 6、亮煤有時也有內(nèi)

8、生裂隙，但不如鏡煤發(fā)育。 7、常呈較厚的分層，有時甚至組成整個煤層。暗煤：暗煤的特點(diǎn)是光澤黯淡，一般呈灰黑色，致密，比重大，內(nèi)生裂隙不發(fā)育， 堅硬而具韌性。透光色：把煤磨成薄片（厚約 0.03mm），用顯微鏡在普通透射光下觀察， 煤薄片顯示出的顏色為透光色，又稱體色。反光色：把煤的表面磨光， 用顯微鏡在普通反射光下觀察，煤光面上顯示出的顏色稱為反光色。反射熒光色：煤的磨光面用藍(lán)光或紫外光激發(fā)而呈現(xiàn)的顏色，稱為反射熒光色。煤的光澤是指煤新鮮斷面的反光能力。光澤與煤的成因類型、 煤巖成分、煤化程度和風(fēng)化程度有關(guān)。腐泥煤的光澤一般都比較暗淡。 腐植煤的四種宏觀煤巖成分中， 鏡煤的光澤最強(qiáng)、亮煤次之，

9、暗煤和絲炭的光澤暗淡。隨著煤化程度的增高，各種宏觀煤巖成分的光澤有不同程度的增強(qiáng)。 絲炭和暗煤的光澤變化小， 而鏡煤和較純凈的亮煤變化明顯。無結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體顯微鏡下觀察不到植物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)， 電子顯微鏡下可見粒狀結(jié)構(gòu)。據(jù)形態(tài)、產(chǎn)狀和成因的不同，又可分為以下四個亞組分：1）均質(zhì)鏡質(zhì)體：植物木質(zhì)纖維組織經(jīng)凝膠化作用變成均一狀的凝膠。 在煤中以透鏡狀或條帶狀產(chǎn)出。均質(zhì)鏡質(zhì)體輪廓清楚，成分均一，不含任何其它雜質(zhì)。2）膠質(zhì)鏡質(zhì)體：指膠體腐植溶液充填到植物胞腔或其它空腔中沉淀成凝膠而形成。結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體保存有植物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)， 在煤中往往呈透鏡體狀產(chǎn)出。把細(xì)胞壁稱為結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體； 細(xì)胞腔往往被無結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體、 樹脂體、微

10、粒體或粘土礦物所充填，胞腔充填物不屬于結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體。1）結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體 1：細(xì)胞結(jié)構(gòu)保存完好，胸腔排列整齊胞壁不膨脹或稍有膨脹。2）結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體 2：胞壁膨脹，胞腔變小，胞腔大小不一，排列不整齊。惰質(zhì)組：概念 :又稱絲質(zhì)組，是煤中常見的顯微組分組。惰性組在透射光下為黑色不透明， 反射光下為亮白色至黃白色； 碳含量最高、氫含量最低、氧含量中等；比重為 1.5，磨蝕硬度和顯微硬度高。突起高，揮發(fā)分低，沒有任何粘結(jié)性。殼質(zhì)組：又稱穩(wěn)定組、類脂組。殼質(zhì)組包括孢子體、角質(zhì)體、木栓質(zhì)體、樹脂體、滲出瀝青體、蠟質(zhì)體、熒光質(zhì)體、藻類體、碎屑?xì)べ|(zhì)體、瀝青質(zhì)體和葉綠素體等。是由比較富氫的植物物質(zhì)。殼質(zhì)組含有大量的脂肪族成

11、分。 殼質(zhì)組組分的氫含量高，加熱時能產(chǎn)出大量的焦油和氣體。用煤巖特征進(jìn)行煤層對比：1. 標(biāo)志煤層：具有煤核的煤層或利用煤中的高嶺石夾矸，可以對比煤層。 燭煤或藻煤一般不能用于對比，因其分布范圍小。2. 宏觀煤層剖面和煤層形成曲線： 利用煤層形成曲線對比煤層比用宏觀煤巖類型對比效果更好。這是因為同一時間不同地點(diǎn)的煤巖類型不同。 但不同地點(diǎn)地下水位變化的趨勢比較一致， 煤層形成曲線的變化趨勢相似。3. 用煤巖特征對比煤層： 同一煤層不同地點(diǎn)的顯微組成特征通常相似。如鏡質(zhì)組含量、孢子，或惰性組含量，或黃鐵礦，都可用于對比。利用煤級判斷地層、構(gòu)造和侵入體等地質(zhì)問題1. 根據(jù)巖石中的分散有機(jī)質(zhì)的煤化程度

12、， 確定地區(qū)內(nèi)巖石的新老關(guān)系。2. 利用煤級資料可以解釋地質(zhì)構(gòu)造。3. 用煤級研究地?zé)岷颓秩塍w。4. 分析構(gòu)造形變， 恢復(fù)構(gòu)造應(yīng)力場。 鏡質(zhì)組的反射率及其各向異性是對溫度和壓力極其敏感的參數(shù)。隨著煤層埋藏深度的增加， 煤受到的溫度和覆蓋層的壓力逐漸增加， 煤的芳香核縮聚程度增強(qiáng)，芳香層片的排列也逐漸規(guī)則化， 煤的反射率增高光學(xué)各向異性增強(qiáng)。早古生代：石煤，成煤原始植物為菌類低等植物。成因類型為腐泥煤， 由于熱演化時間長， 煤類皆為高階無煙煤。石炭二疊紀(jì)華北重要聚煤期： 以腐植煤為主， 經(jīng)歷聚煤作用南遷的過程。對比腐植煤與腐泥煤區(qū)和聯(lián)系？1、成因2、化學(xué)成分3、油氣意義煤系：含煤巖系是一套在成因

13、上有共生關(guān)系并含有煤層（或煤線）的沉積巖系，簡稱煤系。煤地質(zhì)核心問題：生演質(zhì)賦結(jié)論（1）：在瀉湖海灣三角洲地區(qū)決口扇下面存在低硫煤！結(jié)論（ 2）：影響煤質(zhì)的主要因素是沉積環(huán)境！煤層的結(jié)構(gòu)： 煤層包含煤分層和巖石夾層， 不含夾石層者稱為簡單結(jié)構(gòu)煤層， 反之，含有夾石層者則稱為復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層。 煤層中的巖石夾層俗稱夾矸。夾矸一般為粘土巖、炭質(zhì)泥巖或粉砂巖，有時為石灰?guī)r、硅質(zhì)巖、油頁巖、細(xì)砂巖或礫巖。厚煤層的形成條件：1、穩(wěn)定的構(gòu)造沉降：沉降速率既不能太快，也不能太慢（與泥炭堆積速率的平衡關(guān)系）2、有利的古地理背景：離物源區(qū)較遠(yuǎn)，湖泊、三角洲3、有利的氣候條件：溫暖、潮濕煤的成烴演化機(jī)制煤中的碳元素主

14、要集中在芳香稠環(huán)當(dāng)中， 因其鍵能較高表現(xiàn)出強(qiáng)固的鍵合力和較高的熱穩(wěn)定性。 側(cè)鏈和官能團(tuán)之間及其與稠環(huán)之間的結(jié)合力相對較弱，熱穩(wěn)定性較差。因此在成烴演化（煤化作用）過程中，官能團(tuán)和脂族結(jié)構(gòu)的不斷減少， 側(cè)鏈斷裂變短， 伴隨著橋鏈的破裂，芳香核的進(jìn)一步縮合增長， 在元素組成上表現(xiàn)為碳的相對增加和氫氧等雜原子的相對減少。原生生物成因煤層氣：早期（原生）生物成因，形成于泥炭褐煤的早期成煤作用階段（Ro 0.5%），由于埋藏淺（ 400 m），溫度低，熱力作用尚不足以使有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)變化產(chǎn)生烴類氣體。 該階段以 CH 4為主要成分的生物成因氣，在泥炭沼澤環(huán)境中通過微生物對有機(jī)質(zhì)的分解作用而形成（形成的途徑有

15、兩種：CO2還原生成 CH4；醋酸、甲醇和甲胺等發(fā)酵轉(zhuǎn)化成 CH4），并由于地層的快速沉降而保存于煤層中。較早的研究認(rèn)為原生生物成因氣不能被保存下來，但近期的勘探實踐和研究證明了該類氣藏的存在。熱成因煤層氣：?隨著有機(jī)質(zhì)的沉積、埋藏，伴隨地層溫度升高，煤化作用程度的增加， 煤的基本結(jié)構(gòu)單元的芳香核苯環(huán)數(shù)增加，側(cè)鏈和官能團(tuán)逐漸分解、斷裂，在核縮聚、側(cè)鏈分解引起的分子結(jié)構(gòu)的改造和重建過程中，伴隨有氣、液態(tài)產(chǎn)物不斷形成。根據(jù)煤的主要元素組成（ C H-O ）的變化，可估算出主要熱成因氣的產(chǎn)率。熱成因 CH4形成的初始煤階為高揮發(fā)分煙煤（ Ro=0.74?），其生氣量隨煤階升高而增大。其生于煤層、儲于

16、煤層，后期未受其它地質(zhì)因素重大干擾。次生生物成因煤層氣：由于地層抬升， 在較淺的埋藏深度， 微生物活動可以三種方式影響煤層氣的成分： 其一，大量晚期輕同位素生物成因 CH4能夠與前期形成的熱成因氣體混合；其二，需氧細(xì)菌活動可導(dǎo)致 CH4 的氧化和消耗，但這一過程對淺部煤層氣地球化學(xué)特征影響不大； 其三，厭氧細(xì)菌能優(yōu)先破壞大多數(shù)濕氣組分，以造成 CH4富集，使氣體干燥系數(shù)增大。煤的灰分：煤中所有可燃物完全燃燒以及礦物質(zhì)（除水分以外的所有無機(jī)質(zhì)的總稱） 在一定溫度下，經(jīng)一系列復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)以后所剩下的殘渣。煤的揮發(fā)分： 將煤放在與空氣隔絕的容器內(nèi)， 在高溫下經(jīng)一定時間加熱后， 煤中的有機(jī)質(zhì)和部分礦物

17、質(zhì)分解為氣體釋出， 由減小的質(zhì)量再減去水的質(zhì)量即為煤的揮發(fā)分。固定碳是指除去水分、 灰分和揮發(fā)分后的殘留物。煤的發(fā)熱量或熱值：指單位質(zhì)量的煤完全燃燒，當(dāng)燃燒產(chǎn)物冷卻到燃燒前的溫度時 （室溫）所放出的熱量。煤層氣：是煤層在漫長的煤化作用過程中形成的與煤層共生的以甲烷為主要成分的非常規(guī)天然氣，具有“自生自儲”的特點(diǎn)，且主要以吸附狀態(tài)賦存在煤層之中， 少部分以游離氣和溶解氣的形式賦存在煤層中。非常規(guī)天然氣：是對產(chǎn)自常規(guī)儲氣層 （如氣藏氣、氣頂氣和石油中的溶解氣）之外的天然氣的總稱，包括水溶氣、煤層氣、頁巖氣、致密砂巖氣等。煤成氣 :系指由煤系中煤及其泥巖形成的天然氣，同義詞有煤型氣和煤系氣。 煤成氣

18、包括在生氣源巖煤中的煤層氣或煤層瓦斯， 以及由氣源巖運(yùn)移出來的氣，常說的煤成氣往往指后者。瓦斯：是指賦存在煤層中的煤層氣與煤礦采動影響帶中的煤成（層）氣、采空區(qū)的煤型氣及采掘活動過程中新生成的各種氣體的總稱。是指從煤層及煤層圍巖中涌出的 (outburst from coal seams)，以及在煤礦生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種氣體的統(tǒng)稱。低煤階 / 級： R 0 范德華力時，氣體開始解吸。壓力直接影響逃逸力與范德華吸引力之間的平衡關(guān)系。2）穿過基質(zhì)和微孔擴(kuò)散到裂隙中，擴(kuò)散作用是由于在基質(zhì)與裂隙間存在的濃度差引起的；擴(kuò)散：由于氣體濃度差原因，氣體由高濃度向低濃度擴(kuò)散，達(dá)到擴(kuò)散平衡。3）在壓力差作用下以

19、達(dá)西流的方式在裂隙中滲流。滲流：煤層氣沿裂隙、孔隙以達(dá)西流的云逸方式。4）產(chǎn)出：煤層氣產(chǎn)出過程中的兩相流動大致經(jīng)歷三個流動階段： 飽和流階段，只有水的流動 未飽和流階段，少量的氣 兩相流階段煤層氣賦存規(guī)律：1、沉積控氣作用：聚煤期前后沉積環(huán)境演化對煤層氣賦存影響 環(huán)境演化決定下覆、 上覆地層厚度、 巖性組和厚度1)聚煤期前后平靜水體環(huán)境有利煤層氣賦存：沉積細(xì)碎屑巖、頁巖、硅質(zhì)巖、泥灰?guī)r2)聚煤期前后沖積環(huán)境沉積不利于煤層氣賦存：沉積組碎屑巖、礫巖，透氣性好3)含煤巖系沉積旋回河流相 - 河漫相 - 沼澤相 - 湖泊相完整旋回，以泥質(zhì)巖為主沉積時，有利于煤層氣賦存 。上覆地層以沖積相 - 湖泊相

20、旋回不利于煤層氣賦存。2、構(gòu)造控氣作用：如伸展構(gòu)造：位于煤層頂板或煤層中的滑動面有利于封閉煤層氣，但導(dǎo)致煤儲層滲透性變差。3、水文地質(zhì)條件：地下水動力學(xué)條件的控氣特征可概括為水力運(yùn)移逸散、水力封閉與水力封堵作用。水力運(yùn)移逸散：常見于導(dǎo)水性強(qiáng)的斷層構(gòu)造發(fā)育地區(qū)，通過導(dǎo)水?dāng)鄬踊蛄严稖贤簩优c含水層水文地質(zhì)單元的補(bǔ)、徑、排系統(tǒng)，含水層富水性與水動力強(qiáng)，含水層與煤層水力聯(lián)系較好。 在地下水的運(yùn)動過程中， 地下水?dāng)y帶煤層中氣體運(yùn)移而逸散，常形成煤層氣貧瘠區(qū)。水力封閉作用：水力封閉控氣作用有利于煤層氣的富集，它多發(fā)生在構(gòu)造簡單、 斷層不甚發(fā)育的寬緩向斜或單斜中 ，主要特征為：（1）斷裂構(gòu)造具有阻水的性質(zhì)，

21、 煤系地層上部和下部存在良好隔水層；（2）區(qū)域水文地質(zhì)條件簡單，煤層直接充水，含水層多為煤系中砂巖裂隙水， 含水性微弱，滲透系數(shù)低，地下水逕流緩慢甚至停滯；（3）含水層補(bǔ)給僅限于淺部露頭的大氣降水； （4）地下水以靜水壓力、 重力驅(qū)動方式流動， 地下水是封閉狀態(tài)，煤層氣受水力封閉作用而富集。水力封堵作用：水力封堵控氣作用多見于不對稱向斜或單斜中， 是煤層氣富集的有利因素。 在一定壓力差條件下， 煤層氣從高壓力區(qū)向低壓力區(qū)滲流，或者說由深部向淺部滲流。 壓力降低使煤層氣解吸，因此在煤層露頭及淺部形成煤層氣逸散帶。 如果含水層或煤層從露頭接受補(bǔ)給，地下水順層由淺部向深部運(yùn)動， 則煤層中向上擴(kuò)散的氣

22、體將被封堵， 致使煤層氣聚集富集成藏，形成煤層氣富集有利區(qū)。4、煤變質(zhì)、埋深煤化作用過程中不斷產(chǎn)生煤層氣，煤化程度越高，生成的氣量越多。 因此在其他因素相同的條件下，煤的變質(zhì)程度越高含氣量越高； 煤的變質(zhì)程度不僅影響煤層氣的生成量， 還在很大程度上決定著煤層氣的吸附能力。煤層氣成因類型：煤的吸附能力影響因素：環(huán)境因素溫度：每升高1度，吸附能力要降低約8%壓力：給定溫度下， 吸附量與壓力呈雙曲線變化氣體性質(zhì)：二氧化碳 甲烷 氮?dú)饷簬r因素煤級（煤變質(zhì)） ：變質(zhì)程度、孔隙結(jié)構(gòu)和比表面及化學(xué)成分有關(guān)， 呈馬鞍型變化。 主要原因是，隨煤級增高煤中大孔逐漸閉合， 而小孔和微孔逐漸增加； 大量的小孔和微孔為甲烷氣