第一章 煤化的變質(zhì)作用類型

1、煤的變質(zhì)作用類型 引言：引言： 在煤化作用過程中，熱增溫對煤的變質(zhì)起著在煤化作用過程中，熱增溫對煤的變質(zhì)起著主導(dǎo)的作用。由于引起煤變質(zhì)的熱源和增熱主導(dǎo)的作用。由于引起煤變質(zhì)的熱源和增熱的方式及變質(zhì)特征的不同，將煤的變質(zhì)劃分的方式及變質(zhì)特征的不同，將煤的變質(zhì)劃分為為深成變質(zhì)作用、巖漿變質(zhì)作用深成變質(zhì)作用、巖漿變質(zhì)作用( (區(qū)域巖漿區(qū)域巖漿熱變質(zhì)作用和接觸變質(zhì)作用熱變質(zhì)作用和接觸變質(zhì)作用) )、動力變質(zhì)作、動力變質(zhì)作用。用。 一、深成變質(zhì)作用一、深成變質(zhì)作用( (一一) )有關(guān)概念有關(guān)概念1 1希爾特定律希爾特定律(1)(1)概念概念 人們早就發(fā)現(xiàn)煤的各種性質(zhì)及特征隨埋藏深度人們早就發(fā)現(xiàn)煤的各種性

2、質(zhì)及特征隨埋藏深度的增加而變化這一的增加而變化這一現(xiàn)象或規(guī)律現(xiàn)象或規(guī)律。德國學(xué)者希爾特德國學(xué)者希爾特(Hilt(Hilt，18731873）曾針對西歐若干煤田變質(zhì)規(guī)律提出：）曾針對西歐若干煤田變質(zhì)規(guī)律提出：在地層大致水平的條件下，每百米煤的揮發(fā)分降在地層大致水平的條件下，每百米煤的揮發(fā)分降低約低約2.32.3，即煤的變質(zhì)程度隨埋藏深度的加深而，即煤的變質(zhì)程度隨埋藏深度的加深而增高。稱為希爾特定律。增高。稱為希爾特定律。 (2)希爾特定律的表示-揮發(fā)分梯度揮發(fā)分梯度或或鏡質(zhì)體反射率梯度鏡質(zhì)體反射率梯度 用煤的變質(zhì)梯度變質(zhì)梯度表示。變質(zhì)梯度是指煤在地殼恒溫層之下，每加深100m煤變質(zhì)程度增高的幅度

3、。 煤的變質(zhì)梯度常用煤中干燥無灰基揮發(fā)分減少的數(shù)值(Vdaf-即揮發(fā)分梯度揮發(fā)分梯度是指向地下每加深100m揮發(fā)分減少的數(shù)值)，或鏡質(zhì)組反射率增大的數(shù)值(Rmax，即鏡鏡質(zhì)體反射率梯度質(zhì)體反射率梯度)來表示。 不同煤田由于地溫梯度不同，揮發(fā)分梯度也不相同。 2.2.深成變質(zhì)作用深成變質(zhì)作用 深成變質(zhì)作用是指煤層因沉降而埋藏于地下深成變質(zhì)作用是指煤層因沉降而埋藏于地下深處，由于地?zé)峒吧细矌r系靜壓力作用下煤所發(fā)深處，由于地?zé)峒吧细矌r系靜壓力作用下煤所發(fā)生的變質(zhì)作用。生的變質(zhì)作用。 這種變質(zhì)作用的增高，往往是與這種變質(zhì)作用的增高，往往是與地球殘余熱地球殘余熱; ; 化學(xué)反應(yīng)熱化學(xué)反應(yīng)熱; ; 潮汐摩

4、擦熱潮汐摩擦熱; ; 放射性元素衰變熱放射性元素衰變熱; ; 重物質(zhì)位移熱等。重物質(zhì)位移熱等。( (三三) )煤變質(zhì)的分帶性煤變質(zhì)的分帶性 1.1.垂直分帶垂直分帶原始分帶原始分帶 在煤的深成變質(zhì)過程中，由于煤系下在煤的深成變質(zhì)過程中，由于煤系下部煤層或煤組受到大于上部的溫度及壓力，部煤層或煤組受到大于上部的溫度及壓力，因而變質(zhì)程度高低不同。因而變質(zhì)程度高低不同。這種煤質(zhì)隨沉降深這種煤質(zhì)隨沉降深度呈現(xiàn)規(guī)律性的變化，即為度呈現(xiàn)規(guī)律性的變化，即為煤質(zhì)的垂直分帶煤質(zhì)的垂直分帶。 2.2.垂直分帶的影響因素垂直分帶的影響因素-煤的變質(zhì)梯度煤的變質(zhì)梯度 煤質(zhì)垂直分帶的明顯程度與分帶的寬窄，主要決定于煤質(zhì)

5、垂直分帶的明顯程度與分帶的寬窄，主要決定于煤的變質(zhì)梯度煤的變質(zhì)梯度，變質(zhì)梯度的大小又取決于，變質(zhì)梯度的大小又取決于地?zé)崽荻群兔罕镜責(zé)崽荻群兔罕旧淼奶卣?。身的特征?梯度與帶的關(guān)系梯度與帶的關(guān)系：地?zé)崽荻却蟮責(zé)崽荻却髶]發(fā)分梯度和變質(zhì)梯揮發(fā)分梯度和變質(zhì)梯度也大度也大引起相同煤質(zhì)變化所需要的引起相同煤質(zhì)變化所需要的沉降深度也沉降深度也就愈小就愈小煤質(zhì)的垂直分帶就窄。煤質(zhì)的垂直分帶就窄。 如果考慮到如果考慮到受熱時間的延長受熱時間的延長會使煤質(zhì)變化所需的深度會使煤質(zhì)變化所需的深度變的更小，煤質(zhì)垂直分帶則更窄。煤質(zhì)特點(diǎn)對揮發(fā)分梯度變的更小，煤質(zhì)垂直分帶則更窄。煤質(zhì)特點(diǎn)對揮發(fā)分梯度也有明顯影響，因此也有明

6、顯影響，因此不同變質(zhì)程度的煤，其揮發(fā)分梯度各不同變質(zhì)程度的煤，其揮發(fā)分梯度各異。異。3.3.水平分帶水平分帶垂直分帶的表現(xiàn)垂直分帶的表現(xiàn) 煤變質(zhì)的水平分帶是煤變質(zhì)的水平分帶是垂直分帶性垂直分帶性的一種表現(xiàn)的一種表現(xiàn)，由于地殼構(gòu)造運(yùn)動的影響，同一煤田內(nèi)同一煤層或由于地殼構(gòu)造運(yùn)動的影響，同一煤田內(nèi)同一煤層或煤組在形成和形變過程中沉降深度不同，這就表現(xiàn)煤組在形成和形變過程中沉降深度不同，這就表現(xiàn)在煤系本身厚度變化和煤系上覆巖系厚度變化的不在煤系本身厚度變化和煤系上覆巖系厚度變化的不相同。相同。因此，使同一煤層或煤組所經(jīng)受的變質(zhì)程度因此，使同一煤層或煤組所經(jīng)受的變質(zhì)程度不同，反映在平面上就構(gòu)成煤質(zhì)的水

7、平帶狀分布特不同，反映在平面上就構(gòu)成煤質(zhì)的水平帶狀分布特征征( (圖圖3-13)3-13)。垂直分帶長煙煤帶氣煤帶肥煤帶瘦煤帶焦煤帶貧煤帶無煙煤帶12二、巖漿變質(zhì)作用二、巖漿變質(zhì)作用 由于巖漿熱、揮發(fā)分氣體和壓力的影響，使煤發(fā)由于巖漿熱、揮發(fā)分氣體和壓力的影響，使煤發(fā)生的變質(zhì)作用。生的變質(zhì)作用。 這種變質(zhì)作用形成的條件是由于巖漿的侵入、穿這種變質(zhì)作用形成的條件是由于巖漿的侵入、穿過或靠近煤層或煤系。根據(jù)侵入巖體的大小和侵入部過或靠近煤層或煤系。根據(jù)侵入巖體的大小和侵入部位，以及侵入巖體與煤層的直接接觸或間接影響進(jìn)位，以及侵入巖體與煤層的直接接觸或間接影響進(jìn)一步劃分為兩種類型：一種是與淺成侵入巖

8、有關(guān)的一步劃分為兩種類型：一種是與淺成侵入巖有關(guān)的接接觸變質(zhì)作用觸變質(zhì)作用；另一種是與地下龐大的深成侵入體有關(guān)另一種是與地下龐大的深成侵入體有關(guān)的的區(qū)域區(qū)域巖漿熱力變質(zhì)作用巖漿熱力變質(zhì)作用。( (一一) )區(qū)域巖漿熱力變質(zhì)作用區(qū)域巖漿熱力變質(zhì)作用這種變質(zhì)作用又稱這種變質(zhì)作用又稱區(qū)域熱力變質(zhì)作用或遠(yuǎn)程巖區(qū)域熱力變質(zhì)作用或遠(yuǎn)程巖漿變質(zhì)作用漿變質(zhì)作用等。等。主要特征主要特征：(1)由于變質(zhì)作用是在區(qū)域地?zé)釄錾席B加了巖漿由于變質(zhì)作用是在區(qū)域地?zé)釄錾席B加了巖漿熱，故地區(qū)的地?zé)釡囟容^高，地?zé)崽荻容^大，熱，故地區(qū)的地?zé)釡囟容^高，地?zé)崽荻容^大，煤變質(zhì)的垂直分帶明顯，變質(zhì)帶厚度及平面寬煤變質(zhì)的垂直分帶明顯，變質(zhì)

9、帶厚度及平面寬度都較小。度都較小。(2)這種變質(zhì)作用所產(chǎn)生的變質(zhì)帶，在平這種變質(zhì)作用所產(chǎn)生的變質(zhì)帶，在平面上的展布特征與煤系和上覆巖系等厚面上的展布特征與煤系和上覆巖系等厚線的展布無關(guān)，而線的展布無關(guān)，而與深成巖體分布與深成巖體分布有一有一定關(guān)系。定關(guān)系。(3)煤的變質(zhì)程度煤的變質(zhì)程度決定于巖體大小，以及決定于巖體大小，以及與巖體距離的遠(yuǎn)近。與巖體距離的遠(yuǎn)近。距巖體近的煤變質(zhì)距巖體近的煤變質(zhì)程度高，并常有熱液礦化現(xiàn)象，遠(yuǎn)離巖程度高，并常有熱液礦化現(xiàn)象，遠(yuǎn)離巖體則變質(zhì)程度較低。體則變質(zhì)程度較低。 雙鴨山圖5-17 黑龍江雙鴨山每天的煤質(zhì)分帶1-斷層；2-輝長巖；3-無煙煤；4-貧煤；5-瘦煤6-

10、焦煤；7氣煤；8-花崗巖基底黑龍江雙鴨山煤田的煤質(zhì)分帶黑龍江雙鴨山煤田的煤質(zhì)分帶( (二二) )接觸變質(zhì)作用接觸變質(zhì)作用1.1.概念概念 接觸變質(zhì)作用是指各種巖床、巖墻、巖脈等淺接觸變質(zhì)作用是指各種巖床、巖墻、巖脈等淺成巖體侵入或接近煤層，這些侵入體的熱能使煤層成巖體侵入或接近煤層，這些侵入體的熱能使煤層達(dá)達(dá)10001000以上而發(fā)生變質(zhì)。這種熱影響多是局部的、以上而發(fā)生變質(zhì)。這種熱影響多是局部的、多變的，地質(zhì)時間上是短暫的。多變的，地質(zhì)時間上是短暫的。2.2.特征特征(7(7個方面?zhèn)€方面) )(1)(1)在侵入體與煤層接觸帶附近，煤層受熱溫度和在侵入體與煤層接觸帶附近，煤層受熱溫度和增溫速率

11、高，但延續(xù)時間短，受熱增溫速率高，但延續(xù)時間短，受熱均勻性差均勻性差。臨近。臨近侵入體附近，有不規(guī)則的天然焦帶。侵入體附近，有不規(guī)則的天然焦帶。(2)(2)經(jīng)接觸變質(zhì)作用的煤，顏色變淺，比重經(jīng)接觸變質(zhì)作用的煤，顏色變淺，比重增大，灰分增高，揮發(fā)分和發(fā)熱量降低，增大，灰分增高，揮發(fā)分和發(fā)熱量降低，粘結(jié)性消失，愈近巖體愈明顯。粘結(jié)性消失，愈近巖體愈明顯。(3)(3)在接觸帶中，在接觸帶中，煤的鏡質(zhì)組煤的鏡質(zhì)組因經(jīng)受高溫溶因經(jīng)受高溫溶解時氣體逸出而具氣孔狀構(gòu)造，形成多氣解時氣體逸出而具氣孔狀構(gòu)造，形成多氣孔和溝槽的天然焦，其最大反射率和各向孔和溝槽的天然焦，其最大反射率和各向異性隨溫度提高而增大。異

12、性隨溫度提高而增大。(4)(4)在接觸帶附近，常常存在規(guī)模較小且不在接觸帶附近，常常存在規(guī)模較小且不規(guī)則的規(guī)則的局部煤質(zhì)分帶現(xiàn)象局部煤質(zhì)分帶現(xiàn)象。其寬度不大，。其寬度不大，從數(shù)厘米至數(shù)米不等。從數(shù)厘米至數(shù)米不等。(5)(5)在煤的裂隙或孔腔中新的物質(zhì)成分在煤的裂隙或孔腔中新的物質(zhì)成分: : 由于接觸變質(zhì)作用，煤中出現(xiàn)一些新的成由于接觸變質(zhì)作用，煤中出現(xiàn)一些新的成分，大量的揮發(fā)分在煤的裂隙或孔腔中冷分，大量的揮發(fā)分在煤的裂隙或孔腔中冷卻固化成卻固化成焦油或類瀝青焦油或類瀝青，變成新物質(zhì)構(gòu)成，變成新物質(zhì)構(gòu)成的小球體。的小球體。 (6)(6)褐煤和無煙煤的接觸變質(zhì)與煙煤不同褐煤和無煙煤的接觸變質(zhì)與煙

13、煤不同: :煙煤煙煤靠近侵入體的地方變?yōu)榭拷秩塍w的地方變?yōu)樘烊唤固烊唤?。褐煤的變化褐煤的變化是大量脫水、裂開和充填礦物質(zhì)，它不會因受是大量脫水、裂開和充填礦物質(zhì)，它不會因受熱變成膠質(zhì)體，只是收縮、彎曲，熱變成膠質(zhì)體，只是收縮、彎曲，保留原顯微保留原顯微結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。無煙煤在侵入期間不軟化，保存無煙無煙煤在侵入期間不軟化，保存無煙煤的結(jié)構(gòu)，在化學(xué)組成、光學(xué)和其它性質(zhì)上近煤的結(jié)構(gòu)，在化學(xué)組成、光學(xué)和其它性質(zhì)上近似于石墨，具極大的各向異性。似于石墨，具極大的各向異性。(7)(7)接觸變質(zhì)煤的反射率隨與侵入體的距離而變接觸變質(zhì)煤的反射率隨與侵入體的距離而變化化: :主要取決主要取決于于侵入體溫度、性質(zhì)、

14、煤層和圍侵入體溫度、性質(zhì)、煤層和圍巖的性質(zhì)巖的性質(zhì)。接觸變質(zhì)煤與非接觸變質(zhì)煤相比，接觸變質(zhì)煤與非接觸變質(zhì)煤相比，在碳含量相同時，其反射率值要大些。在碳含量相同時，其反射率值要大些。 三、動力變質(zhì)作用三、動力變質(zhì)作用1.1.概念概念 動力變質(zhì)作用是指動力變質(zhì)作用是指由于地殼構(gòu)造變動的直由于地殼構(gòu)造變動的直接原因而造成煤發(fā)生變質(zhì)的作用。接原因而造成煤發(fā)生變質(zhì)的作用。 2.2.特點(diǎn)特點(diǎn) 構(gòu)造變動產(chǎn)生的動壓力構(gòu)造變動產(chǎn)生的動壓力不能促進(jìn)化學(xué)煤化作用的不能促進(jìn)化學(xué)煤化作用的進(jìn)行進(jìn)行，一般只引起物理煤化作用。一般只引起物理煤化作用。所以只有當(dāng)構(gòu)造應(yīng)所以只有當(dāng)構(gòu)造應(yīng)力作用于煤巖層而產(chǎn)生大量力作用于煤巖層而產(chǎn)

15、生大量摩擦熱后，從而導(dǎo)致煤的摩擦熱后，從而導(dǎo)致煤的變質(zhì)變質(zhì)。 由于這種熱量往往較少，因此動力變質(zhì)作用主要由于這種熱量往往較少，因此動力變質(zhì)作用主要發(fā)生在煤層圍巖導(dǎo)熱差，且熱量易于集中的相對密閉發(fā)生在煤層圍巖導(dǎo)熱差，且熱量易于集中的相對密閉的環(huán)境。的環(huán)境。 含煤建造的形成與演變過程常是復(fù)雜的，所以在含煤建造的形成與演變過程常是復(fù)雜的，所以在一些煤中煤的變質(zhì)作用也往往以一些煤中煤的變質(zhì)作用也往往以多種復(fù)合型式出現(xiàn)多種復(fù)合型式出現(xiàn)。煤的幾種變質(zhì)作用的關(guān)系煤的幾種變質(zhì)作用的關(guān)系: : 1. 1.區(qū)域變質(zhì)作用是基礎(chǔ)，區(qū)域變質(zhì)作用是基礎(chǔ)，在任何一個煤田，不管煤在任何一個煤田，不管煤的變質(zhì)程度對高，其基礎(chǔ)是區(qū)域變質(zhì)作用。區(qū)域變質(zhì)的變質(zhì)程度對高，其基礎(chǔ)是區(qū)域變質(zhì)作用。區(qū)域變質(zhì)作用具有普遍意義。作用具有