理學(xué)煤的形成PPT課件

1、1 煤的形成煤的形成第1頁/共58頁1.1 人類對煤形成的認(rèn)識人類對煤形成的認(rèn)識 在十九世紀(jì)以前，人們還不能正確地解釋煤的形成過程：煤和地球上的其它巖石一樣，一有地球，就存在了；煤是由巖石變化而來的；煤是由植物變化來的。 19世紀(jì)以后，顯微鏡發(fā)現(xiàn)煤中還保留有一 些植物的原來組成部分，揭開了成煤原始 物質(zhì)之謎，證實了煤是由植物變成的。 如將年輕煤制成薄片，顯微鏡下可看 到植物的原有構(gòu)造(如細(xì)胞結(jié)構(gòu))甚至年輪。 在煤礦井下有時還可以看到煤層頂板上 有樹皮碎片、根、莖、葉等化石，在有些 褐煤礦井中甚至可以看到折裂的樹干變成的煤。所以，成煤的原始物質(zhì)是植物是為無數(shù)事實所證明了的，并且已為人們所公認(rèn)的結(jié)

2、論。結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體，胞腔充填角質(zhì)鏡質(zhì)體，透射光80，遼寧阜新J3K1第2頁/共58頁1鱗木類細(xì)根鱗木類細(xì)根 2櫛羊齒羽片櫛羊齒羽片 上的原位聚上的原位聚 合孢子囊合孢子囊3植物結(jié)構(gòu)植物結(jié)構(gòu) 縱切片縱切片 太原西山太原西山7號煤層號煤層鱗木鱗木第3頁/共58頁 植物細(xì)胞結(jié)植物細(xì)胞結(jié) 構(gòu)（切片）構(gòu)（切片）1據(jù)田寶霖?fù)?jù)田寶霖2據(jù)丁丕訓(xùn)據(jù)丁丕訓(xùn)第4頁/共58頁1.2 煤及其成因類型煤及其成因類型 煤是由植物遺體經(jīng)過復(fù)雜的生物化學(xué)、地球化學(xué)、物煤是由植物遺體經(jīng)過復(fù)雜的生物化學(xué)、地球化學(xué)、物理化學(xué)作用轉(zhuǎn)變而成的一種固體可燃有機巖，是由多種高分理化學(xué)作用轉(zhuǎn)變而成的一種固體可燃有機巖，是由多種高分子化合物和礦物質(zhì)

3、所組成的復(fù)雜混合物，是一種極其重要的子化合物和礦物質(zhì)所組成的復(fù)雜混合物，是一種極其重要的沉積礦產(chǎn)，它不僅是國民經(jīng)濟發(fā)展重要的能源，也是冶金和沉積礦產(chǎn)，它不僅是國民經(jīng)濟發(fā)展重要的能源，也是冶金和化工的重要原料?；さ闹匾?。腐植煤腐植煤腐泥煤腐泥煤混合煤混合煤第5頁/共58頁煤的成因分類及其依據(jù)煤的成因分類及其依據(jù)高等植物遺體經(jīng)殘植化作用，孢子、花粉、角質(zhì)層、樹脂、樹皮等穩(wěn)定組分富集，經(jīng)成煤作用轉(zhuǎn)變成的煤第6頁/共58頁1.3 成煤原始物質(zhì)成煤原始物質(zhì)概述 成煤的原始物質(zhì)是植物遺體或殘體。成煤的原始物質(zhì)是植物遺體或殘體。 植物可以分為低等植物和高等植物兩大類植物可以分為低等植物和高等植物兩大類

4、 低等植物主要是菌類和藻類1 1）由單細(xì)胞或多細(xì)胞構(gòu)成，以蛋白質(zhì)為其主要組成成）由單細(xì)胞或多細(xì)胞構(gòu)成，以蛋白質(zhì)為其主要組成成分；分；2 2）基本呈絲狀體和葉狀體；）基本呈絲狀體和葉狀體；3 3）構(gòu)造簡單，不具備各種植物器官的分化；）構(gòu)造簡單，不具備各種植物器官的分化；4 4）多生活于水體中而呈浮游狀態(tài)，故稱也為浮游生物。）多生活于水體中而呈浮游狀態(tài)，故稱也為浮游生物。5 5）在地史早期）在地史早期( (元古代到早泥盆世元古代到早泥盆世) )，它們構(gòu)成了當(dāng)時，它們構(gòu)成了當(dāng)時植物界的主體植物界的主體 第7頁/共58頁1.3 成煤原始物質(zhì)概述綠藻門輪藻門菌類植物藍(lán)藻門藻類沒有真正的根、莖、葉第8頁/

5、共58頁1.3 成煤原始物質(zhì)成煤原始物質(zhì)概述 高等植物苔蘚植物、蕨類植物、種子植物 1 1）它們的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，根、莖、葉等器官分明；）它們的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，根、莖、葉等器官分明； 2 2）組成植物的基本結(jié)構(gòu)單元是細(xì)胞。細(xì)胞由細(xì)）組成植物的基本結(jié)構(gòu)單元是細(xì)胞。細(xì)胞由細(xì)胞壁胞壁 和原生質(zhì)組成。和原生質(zhì)組成。 3 3）細(xì)胞壁的主要組分是：纖維素、半纖維素、）細(xì)胞壁的主要組分是：纖維素、半纖維素、木質(zhì)木質(zhì) 素。素。 4 4）原生質(zhì)是細(xì)胞的內(nèi)含物，它是由蛋白質(zhì)、脂）原生質(zhì)是細(xì)胞的內(nèi)含物，它是由蛋白質(zhì)、脂肪和果膠質(zhì)等一些碳水化合物組成的。肪和果膠質(zhì)等一些碳水化合物組成的。第9頁/共58頁1.3 成煤原始物質(zhì)概述蕨

6、類植物裸子植物苔蘚苔蘚類植物被子植物第10頁/共58頁1.3 成煤原始物質(zhì)成煤原始物質(zhì)植物的演化史植物的演化史 從地史上與成煤作用的關(guān)系，植物的演化大體上可以分為： 菌藻類時期：元古代D1，廣闊、穩(wěn)定的淺海環(huán)境提供了藻 類大量繁殖的良好條件，因此形成了具有工業(yè)價值的 煤這是地史上最早的聚煤時期。本時期所形成的煤， 一般屬于高灰分的腐泥無煙煤類。南方寒武紀(jì)地層。 裸蕨類時期（早期維管植物時期）：S3 D1 /D2。目前所知的 最早陸生植物，主要是裸蕨類植物，還包括原始的石松 類、節(jié)蕨類植物。植物仍沒有根。植物由水生到陸生的 階段，是聚煤史和植物演化史的大事。244.0億年4.23.7億年第11頁

7、/共58頁l蕨類、種子蕨類時期：D3P1。是高等植物發(fā)育、發(fā)展和演化的最重要時期，以石松類、節(jié)蕨類、真蕨類、古羊齒類、種子蕨及科達(dá)類為主。該時期全球氣候溫暖、潮濕，適于植物生長。典型的植物是高大的喬木，高度可達(dá)30m以上，半陸生轉(zhuǎn)變?yōu)殛懮闹匾獣r期。早古生代聚煤期-第一個重要聚煤史。1.3 成煤原始物質(zhì)成煤原始物質(zhì)植物的演化史植物的演化史3.7 2.7億年第12頁/共58頁l裸子植物時期：D3R1。海西和印支運動，陸地面積增大，地形分化，氣候改變，適應(yīng)干旱氣候的被子植物繁盛。中生代聚煤期-第二個重要聚煤史。l被子植物：k3今。被子植物占優(yōu)勢。新生代聚煤期-第三個重要聚煤史。1.3 成煤原始物質(zhì)

8、成煤原始物質(zhì)植物的演化史植物的演化史3.70.55億年0.9億年今第13頁/共58頁植物的演化對煤的形成和聚積有很重要的影響:首先，煤的形成和大量聚積始于植物出現(xiàn)之后。只有植物大量的繁殖和發(fā)展，才會有聚煤作用的發(fā)生。其次，由于植物從水生到陸生、從低級向高級的發(fā)展和演化，聚煤作用在地質(zhì)歷史發(fā)展過程中也在發(fā)生變化，成煤環(huán)境從淺海到濱海直至擴大到內(nèi)陸，聚煤作用不斷增強。第三，新的聚煤時期的出現(xiàn)，都是以新門類植物群的出現(xiàn)為前提。1.3 成煤原始物質(zhì)成煤原始物質(zhì)植物、煤演化關(guān)系植物、煤演化關(guān)系第14頁/共58頁植植物物演演化化與與成成煤煤關(guān)關(guān)系系第15頁/共58頁1.3 成煤原始物質(zhì)成煤原始物質(zhì)主要有機

9、組分 碳水化合物（carbohydrate）： 是植物細(xì)胞壁的主要成分，包括纖維素、半纖維素和是植物細(xì)胞壁的主要成分，包括纖維素、半纖維素和果膠質(zhì)等果膠質(zhì)等。 纖維素（纖維素（cellulosecellulose）是由葡萄糖組成的大分子多糖）是由葡萄糖組成的大分子多糖, ,化學(xué)分子式化學(xué)分子式（C C6 6H H1010O O5 5）n n。在溶液中呈膠體，易水解；植物。在溶液中呈膠體，易水解；植物死亡后，在氧化條件下容易受喜氧性細(xì)菌、霉菌等微生物死亡后，在氧化條件下容易受喜氧性細(xì)菌、霉菌等微生物的作用而分解成的作用而分解成COCO2 2、CHCH4 4和水。和水。 半纖維素（半纖維素（hem

10、icellulosehemicellulose）和果膠（）和果膠（PectinPectin ）常混）?；旌铣霈F(xiàn)或集中于植物果實中，化學(xué)組成和性質(zhì)與纖維素相合出現(xiàn)或集中于植物果實中，化學(xué)組成和性質(zhì)與纖維素相近，但比纖維素更易水解為糖類和酸。近，但比纖維素更易水解為糖類和酸。第16頁/共58頁1.3 成煤原始物質(zhì)成煤原始物質(zhì)主要有機組分木質(zhì)素（lignin）： 植物細(xì)胞壁的主要成分植物細(xì)胞壁的主要成分。它在植物中主要起著增強。它在植物中主要起著增強植物組織機械強度的作用。植物組織機械強度的作用。 木質(zhì)素是具有木質(zhì)素是具有芳香結(jié)構(gòu)芳香結(jié)構(gòu)的化合物。它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，的化合物。它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，至今尚不能用一

11、個結(jié)構(gòu)式來表示，但是已知它是一個具至今尚不能用一個結(jié)構(gòu)式來表示，但是已知它是一個具有縮合芳香環(huán)，并帶有側(cè)鏈，具有甲氧基、酚羥基、醇有縮合芳香環(huán)，并帶有側(cè)鏈，具有甲氧基、酚羥基、醇羥基、醛基等多種官能團的物質(zhì)。在堿性介質(zhì)中容易氧羥基、醛基等多種官能團的物質(zhì)。在堿性介質(zhì)中容易氧化成類似腐植酸的多環(huán)芳香羧酸?；深愃聘菜岬亩喹h(huán)芳香羧酸。所以木質(zhì)素是植物轉(zhuǎn)所以木質(zhì)素是植物轉(zhuǎn)變成煤的原始物質(zhì)中很重要的有機組分變成煤的原始物質(zhì)中很重要的有機組分。第17頁/共58頁1.3 成煤原始物質(zhì)成煤原始物質(zhì)主要有機組分第18頁/共58頁1.3 成煤原始物質(zhì)成煤原始物質(zhì)主要有機組分第19頁/共58頁1.3 成煤原始物

12、質(zhì)成煤原始物質(zhì)成煤植物的主要有機組分含量植物植物碳水化合物碳水化合物木質(zhì)素木質(zhì)素蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)脂類化合物脂類化合物細(xì)菌綠藻苔蘚蕨類草類12-28050-805-2030-40040-5010-2030-501015-208-1050-6020-3010-153-550-7020-305-105-10松柏及闊葉樹60-7020-301-71-3木本植物的不同部分木質(zhì)部60-7520-3012-3葉652085-8木栓6010225-30孢粉質(zhì)50090原生質(zhì)2007010第20頁/共58頁1.3 成煤原始物質(zhì)成煤原始物質(zhì)植物遺體的堆積環(huán)境植物遺體并不是在任何環(huán)境下部能夠堆積起來而轉(zhuǎn)化成泥炭和腐泥的

13、，必須具備兩個基本條件：必須有大旦植物的持續(xù)繁殖和發(fā)展，這是成煤的物質(zhì)基礎(chǔ)；植物遺體堆積越來后應(yīng)及時與空氣隔絕，以使植物遺體不被分解，能保存下來并進一步轉(zhuǎn)化成泥炭或腐泥。自然界中，符合這兩個條件的堆積環(huán)境中，最主要的是沼澤（或泥炭沼澤）。第21頁/共58頁1）沼澤及其形成條件沼澤是指有植物生長的常年積水的洼地。沼澤中植物死亡后其遺體能夠被沼澤水所覆蓋，與空氣隔絕但不被完全氧化分解。在逐漸堆積過程后經(jīng)以生物化學(xué)作用為主的變化后可轉(zhuǎn)變成泥炭的，稱為泥炭沼澤。沼澤的形成和發(fā)育是地質(zhì)、地貌、氣候、水文、土壤、植被等多種出然因素練合作用的產(chǎn)物。1）低洼的能夠積水的地形和能夠給植物提供養(yǎng)分的土壤；2）年降

14、水量大于蒸發(fā)量的氣候條件；3）入水量（流入的地表水、地下水與大氣降水）出水量（流出的地表水、地下水與蒸發(fā)量）。1.3 成煤原始物質(zhì)成煤原始物質(zhì)植物遺體的堆積環(huán)境第22頁/共58頁2）沼澤的形成方式）沼澤的形成方式 低洼地帶發(fā)生沼澤化而形成沼澤。水流的停滯、地殼低洼地帶發(fā)生沼澤化而形成沼澤。水流的停滯、地殼的下降和潛水面的上升的下降和潛水面的上升 湖泊、瀉湖、海灣等水體，由于水流攜帶或岸邊沖刷湖泊、瀉湖、海灣等水體，由于水流攜帶或岸邊沖刷的泥沙的堆積，水體變淺，高等植物茂盛，形成沼澤。的泥沙的堆積，水體變淺，高等植物茂盛，形成沼澤。3）沼澤的類型）沼澤的類型低位沼澤低位沼澤：也稱為：也稱為“草甸

15、沼澤草甸沼澤”“”“雜草沼澤雜草沼澤”。是沼澤發(fā)展。是沼澤發(fā)展的初階段。地形平坦低洼，潛水面較高，水分主要由地下水的初階段。地形平坦低洼，潛水面較高，水分主要由地下水和河水補給，和河水補給， 潛水面與沼澤水位基本相同潛水面與沼澤水位基本相同。營養(yǎng)最為豐富，。營養(yǎng)最為豐富，對成煤對成煤 最為有利。最為有利。高位沼澤高位沼澤：水源主要是由大氣降水補給的沼澤。：水源主要是由大氣降水補給的沼澤。其水面位于其水面位于潛水面之上潛水面之上，水源不充足，水中缺少礦物質(zhì)，因而一，水源不充足，水中缺少礦物質(zhì)，因而一 般沒般沒有高大的植物生長。團此，在成煤過程中的作用不太重要。有高大的植物生長。團此，在成煤過程中

16、的作用不太重要。中位沼澤中位沼澤：介于兩者之間，潛水面位于泥炭層內(nèi)，水源來自：介于兩者之間，潛水面位于泥炭層內(nèi)，水源來自 地下水和大氣降水。地下水和大氣降水。第23頁/共58頁低位沼澤低位沼澤高位沼澤高位沼澤第24頁/共58頁1.4 成煤作用成煤作用概念高等植物從死亡到變成泥炭過程 泥炭化作泥炭化作用用低等植物從死亡到變成腐泥過程 腐泥化作腐泥化作用用泥 炭（腐 泥）變成 褐煤的過程 成成 巖巖 作作 用用褐煤 煙煤 無煙煤的過程 變變 質(zhì)質(zhì) 作作 用用沼澤湖泊或淺海泥炭腐泥煤褐煤煙煤無煙煤地下石墨泥炭（腐泥）化作用成巖作用變質(zhì)作用煤化作用第25頁/共58頁成煤過程示意圖成煤過程示意圖第26頁

17、/共58頁1.4 成煤作用成煤作用植物殘骸的分解方式u全敗作用全敗作用： 在空氣充足的條件下，植物殘骸被完全氧化，分解為在空氣充足的條件下，植物殘骸被完全氧化，分解為C0C02 2和水。這個過程不能生成煤，而只能留下無機礦物質(zhì)。和水。這個過程不能生成煤，而只能留下無機礦物質(zhì)。u半敗作用：半敗作用： 在空氣不充足的條件下，植物殘骸發(fā)生不完全的氧化在空氣不充足的條件下，植物殘骸發(fā)生不完全的氧化分解過程。例如，在闊葉樹林里堆積起來的潮濕樹葉，由分解過程。例如，在闊葉樹林里堆積起來的潮濕樹葉，由于空氣進入困難，發(fā)生了不完全的氧化，形成一層黑色的于空氣進入困難，發(fā)生了不完全的氧化，形成一層黑色的“腐殖土

18、腐殖土”。這層物質(zhì)存在的時間不長，或者進一步轉(zhuǎn)變。這層物質(zhì)存在的時間不長，或者進一步轉(zhuǎn)變成泥炭，或者分解為二氧化碳和水。成泥炭，或者分解為二氧化碳和水。第27頁/共58頁1.4 成煤作用成煤作用植物殘骸的分解方式腐敗作用（又稱腐泥化作用）：腐敗作用（又稱腐泥化作用）： 指低等生物遺體在沼澤中經(jīng)生物化學(xué)變化變成腐泥的過指低等生物遺體在沼澤中經(jīng)生物化學(xué)變化變成腐泥的過程。程。 生長在靜水湖泊中的微生物生長在靜水湖泊中的微生物( (主要是浮游生物主要是浮游生物) )死亡后，死亡后，在沒有空氣存在下發(fā)生的分解過程。在沒有空氣存在下發(fā)生的分解過程。 作用的結(jié)果是作用的結(jié)果是生成一種含碳、氫較原來物質(zhì)為多

19、，含生成一種含碳、氫較原來物質(zhì)為多，含氧較原來物質(zhì)少的新物質(zhì)氧較原來物質(zhì)少的新物質(zhì)腐泥。腐泥是一種富含水和瀝腐泥。腐泥是一種富含水和瀝青質(zhì)的淤泥狀物質(zhì)。青質(zhì)的淤泥狀物質(zhì)。第28頁/共58頁1.4 成煤作用植物殘骸的分解方式第29頁/共58頁1.4 成煤作用植物殘骸的分解方式第30頁/共58頁指堆積在沼澤中的植物遺體的主要組成部分(木質(zhì)纖維組織)在覆水較深、水體滯流的、缺氧的弱氧化至還原的環(huán)境中，由于厭氧細(xì)菌的參與和長期浸潤的作用而轉(zhuǎn)變成以腐植酸和瀝青質(zhì)為主要成分的凝膠、溶膠等膠體物質(zhì)的過程。經(jīng)凝膠化作用產(chǎn)生的不同形態(tài)和結(jié)構(gòu)的凝膠化物質(zhì)，再經(jīng)過煤化作用即形成為煤中的凝膠化組分木煤、木質(zhì)鏡煤、鏡煤

20、和凝膠化基質(zhì)。1.4 成煤作用植物殘骸的分解方式第31頁/共58頁指植物遺體的木質(zhì)纖維組織，在沼澤覆水淺且水流暢通或比較干燥的氧化條件和有氧細(xì)菌的條件下，遭氧化分解、脫水、脫氫和增炭化作用轉(zhuǎn)變成貧氫、富炭的腐植物的過程。是泥炭化作用的一種特殊情況，即：在泥炭化過程中的水介質(zhì)流動通暢、經(jīng)常有新鮮氧氣供給的條件下，凝膠化作用和絲炭化作用的產(chǎn)物被充分分解破壞并不斷被流水帶走，使植物殘體中的穩(wěn)定組分大量集中并集中形成殘植煤的過程。1.4 成煤作用植物殘骸的分解方式第32頁/共58頁1.4 成煤作用成煤作用植物殘骸的分解過程 原始物質(zhì)原始物質(zhì)過程名稱過程名稱與氧的關(guān)系與氧的關(guān)系與水的關(guān)系與水的關(guān)系作用的

21、性質(zhì)作用的性質(zhì)產(chǎn)物產(chǎn)物陸生植物及沼澤植物(高等植物)全敗作用氧氣自由進入有水存在完全氧化無固體含碳有機物殘留半敗作用有少量氧氣進入有水存在腐殖化固體含碳化合物腐殖土泥炭化作用開始有氧進入后來無氧開始有水存在后來沒于水中先腐殖化作用后還原作用固體含碳化合物泥炭水中有機物(低等植物)腐敗作用（腐泥化作用）無氧氣在無死水中主要為還原作用固體富氫化物腐泥第33頁/共58頁1.4 成煤作用成煤作用成煤的必要條件煤是地質(zhì)史上的陸生植物在沼澤中大量堆積，并經(jīng)菌解、煤化等作用形成的產(chǎn)物。那么，煤的形成需要哪些條件？第34頁/共58頁1.4 成煤作用成煤作用成煤的必要條件1 1、植物條件、植物條件物質(zhì)基礎(chǔ)，即要有大量的植物，提供成煤的物質(zhì)來物質(zhì)基礎(chǔ)，即要有大量的植物，提供成煤的物質(zhì)來源；源；2 2、氣候條件、氣候條件 影響植物生長，同時影響植物的分解。即利于陸生植影響植物生長，同時影響植物的分解。即利于陸生植物物 的繁茂生長的溫暖濕潤氣候；的繁茂生長的溫暖濕潤氣候；3 3、自然地理條件、自然地理條件 植物堆積場所，利于生物細(xì)菌的繁衍和活動的缺氧條植物堆積場所，利于生物細(xì)菌的繁衍和活動的缺氧條件件- - 泥炭沼澤環(huán)境；泥炭沼澤環(huán)境；第35頁/共58頁1.4 成煤作用成煤作用成煤的必要條件三種補償方式：過度補償沼澤水面上升速度植物遺體的堆積速度第36頁/共58頁1