01第一章成煤原始物質(zhì)與堆積ppt課件

1、01成煤原始物質(zhì)與堆積環(huán)境煤 化 學(xué)第一章.1 成煤物質(zhì).植物界可分為低等植物和高等植物兩大類(lèi)別。 屬于低等植物的有藻類(lèi)和菌類(lèi)，在地史的早期(即元古代到早泥盆世)它們?cè)鴺?gòu)成了當(dāng)時(shí)植物界的主體，成為植物開(kāi)展演化的菌藻類(lèi)植物時(shí)期。高等植物是由一些低等植物歷經(jīng)長(zhǎng)期演化而來(lái)的，在形體構(gòu)造和生理功能特征上都比低等植物更加復(fù)雜。 一、植物演化與成煤作用的關(guān)系.低等植物(Lower Plants)：包括菌類(lèi)和藻類(lèi)，是由單細(xì)胞和多細(xì)胞構(gòu)成的絲狀體或葉狀體植物，沒(méi)有根、莖、葉等器官的分化。高等植物(Higher Plants)：包括苔蘚、蕨類(lèi)、裸子植物和被子植物 。進(jìn)化論以為，高等植物由低等植物長(zhǎng)期進(jìn)化而來(lái)，構(gòu)

2、造復(fù)雜，有根、莖、葉的區(qū)別。.1菌藻類(lèi)植物時(shí)代 早泥盆世以前為低等植物發(fā)育時(shí)代，還沒(méi)有高等植物出現(xiàn)。因此不能夠有大規(guī)模的聚煤作用發(fā)生。由低等植物經(jīng)過(guò)一系列變化構(gòu)成的煤，其灰分很高，有一定的發(fā)熱量。這類(lèi)煤稱(chēng)為“石煤，如我國(guó)南方寒武紀(jì)的“石煤。.2裸蕨植物時(shí)代 晚志留世至早中泥盆世為世界上最古老的陸生植物時(shí)代。植物由水生到陸生的轉(zhuǎn)化過(guò)程，是植物由低等向高等開(kāi)展的重要轉(zhuǎn)機(jī)時(shí)期。 裸蕨類(lèi)植物是地質(zhì)歷史上最早的陸生植物，其特點(diǎn)是高度缺乏1m，還沒(méi)有真正的葉、根之分，只在地下有一種假根。因此，裸蕨植物依然是比較原始的植物。.3蕨類(lèi)、種子蕨類(lèi)植物時(shí)代 晚泥盆世至晚二疊世早期，是高等植物發(fā)育、開(kāi)展和演化的最重

3、要的時(shí)期，以孢子植物蕨類(lèi)和裸子植物的種子蕨為主。這個(gè)時(shí)期的氣候條件是暖和、潮濕，適宜植物生長(zhǎng)，在全球范圍內(nèi)比較一致。 石炭-二疊紀(jì)是全世界范圍內(nèi)最重要的聚煤時(shí)期，地勢(shì)比較平坦，植物繁盛，聚煤作用強(qiáng)，為第一大聚煤時(shí)期，構(gòu)成了分布廣泛的聚煤盆地和含煤地層。.4裸子植物時(shí)代 自晚二疊世晚期至中生代，是裸子植物最為繁盛的時(shí)代。這個(gè)時(shí)期的主要特點(diǎn)是：地球上干旱氣候帶擴(kuò)展，石炭-二疊紀(jì)的植物群逐漸衰落，由蕨類(lèi)植物進(jìn)入到裸子植物繁盛時(shí)期。 侏羅紀(jì)和早白堊世被以為是世界上第二個(gè)重要的聚煤期。在我國(guó)，侏羅紀(jì)是最為重要的聚煤時(shí)期。.5被子植物時(shí)代 早白堊世以后至古、新近紀(jì)是植物進(jìn)入到高級(jí)開(kāi)展的重要階段。但是，這個(gè)

4、時(shí)期構(gòu)造活動(dòng)更加劇烈，氣候分帶也更加明顯。這個(gè)時(shí)期被稱(chēng)為世界上第三個(gè)重要聚煤時(shí)期。. 從以上分析可以看出，地質(zhì)歷史時(shí)期的聚煤作用是與地質(zhì)歷史中植物演化密不可分的，植物的演化和開(kāi)展決議了聚煤作用的發(fā)生，因此要首先研討植物的演化特點(diǎn)，將植物演化研討與地質(zhì)歷史開(kāi)展、盆地聚煤作用研討嚴(yán)密的結(jié)合起來(lái)，闡明聚煤作用的機(jī)制。.二、植物組成(一)高等植物的器官 根：是植物進(jìn)化過(guò)程中順應(yīng)陸生條件所構(gòu)成的一種器官，它具有吸收、支持、合成和貯藏的功能。 莖：主要功能是將水分、無(wú)機(jī)鹽類(lèi)和有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)送到植物體的各個(gè)部分，此外，還有貯藏養(yǎng)料的功能。 葉：主要功能是光協(xié)作用和蒸騰作用，它們都是植物賴(lài)以生存所必需的。.

5、(二)高等植物的組織 根據(jù)高等植物的組織功能和構(gòu)造的不同，可劃分為分生組織、薄壁組織、維護(hù)組織、輸導(dǎo)組織、機(jī)械組織和分泌組織。其中，后5種組織都是器官構(gòu)成時(shí)由分生組織衍生的細(xì)胞開(kāi)展而成。.三、植物的組成和化學(xué)性質(zhì) 植物主要是由有機(jī)物質(zhì)構(gòu)成，但也含有一定量的無(wú)機(jī)物質(zhì)。不論是低等植物還是高等植物，主要都是由碳水化合物包括纖維素、半纖維素和果膠質(zhì)等、木質(zhì)素、蛋白質(zhì)和脂類(lèi)化合物等組成。各類(lèi)植物以及同一植物的不同部分其有機(jī)組成各不一樣。. 低等植物主要由蛋白質(zhì)和碳水化合物組成，脂肪含量比較高；高等植物的組成那么以纖維素、半纖維素和木質(zhì)素為主。 木本植物的有機(jī)組成差別很大，活細(xì)胞中的原生質(zhì)主要是由蛋白質(zhì)組

6、成，莖和葉以纖維素、木質(zhì)素為主。植物的角質(zhì)膜、木栓層、孢子和花粉那么含有大量的脂類(lèi)化合物。植物的有機(jī)組成的差別，直接影響到它的分解和轉(zhuǎn)化，影響到煤的性質(zhì)和利用。 .一碳水化合物 碳水化合物包括纖維素、半纖維素和果膠質(zhì)等，其中，纖維素是構(gòu)成植物細(xì)胞壁的主要成分。二木質(zhì)素 木質(zhì)素也是植物細(xì)胞壁的主要成分，常分布于植物機(jī)械組織的細(xì)胞壁中，能加強(qiáng)鞏固性，起支持作用。三蛋白質(zhì) 在植物體內(nèi)，蛋白質(zhì)含量所占比重不大。由于它是構(gòu)成植物細(xì)胞原生質(zhì)的主要物質(zhì)，因此在植物生存過(guò)程中起著重要作用。.四脂類(lèi)化合物 脂類(lèi)化合物主要指不溶于水，而溶于醚、苯、氯仿等有機(jī)質(zhì)溶劑的有機(jī)化合物。 1脂肪 2蠟質(zhì) 3樹(shù)脂 4角質(zhì)與木

7、栓質(zhì) 5孢粉質(zhì).包括纖維素、半纖維素及果膠質(zhì)。 纖維素(cellulose)：是構(gòu)成植物細(xì)胞壁的主要成分。纖維素普通不溶于水，在溶液中能生成膠體，容易水解。在泥炭沼澤的酸性介質(zhì)中，纖維素可以分解為纖維二糖和葡萄糖等簡(jiǎn)單化合物。 半纖維素(hemi-cellulose)：化學(xué)組成和性質(zhì)與纖維素相近，但比纖維素更易分解或水解為糖類(lèi)和酸。 果膠(pectin / pectic substance)：糖的衍生物，呈果凍狀。在生物化學(xué)作用下，可水解成一系列單糖和糖醛酸。 1.4.1 碳水化合物 carbohydrates .1.4.2 木質(zhì)素 Lignin 木質(zhì)素也是植物細(xì)胞壁的主要成分，常分布在植物根

8、、莖部的細(xì)胞壁中。木本植物的木質(zhì)素含量高，木質(zhì)素是具有苯基丙烷芳香構(gòu)造的高分子聚合物，含甲氧基methoxyl 、羥基hydroxyl等官能團(tuán)。木質(zhì)素的單體以不同的鏈銜接成三度空間的大分子，比纖維素穩(wěn)定，不易水解，易于保管下來(lái)。在泥炭沼澤中，在水和微生物作用下發(fā)生分解，與其他化合物共同作用生成腐植酸類(lèi)物質(zhì)，這些物質(zhì)最終轉(zhuǎn)化成為煤。所以木質(zhì)素是植物轉(zhuǎn)變?yōu)槊旱脑嘉镔|(zhì)中最重要的有機(jī)組分。.針葉樹(shù)的松柏醇落葉樹(shù)的芥子醇喬木的香豆醇 木質(zhì)素，其組成因植物的種類(lèi)不同而異，見(jiàn)圖。.1.4.3 脂類(lèi)化合物 lipids/fatty compounds 脂類(lèi)化合物是指不溶于水而溶于醚、苯、氯仿等有機(jī)溶劑的有機(jī)

9、化合物。在植物中脂類(lèi)化合物主要有以下幾種。 脂肪(fat)：屬于長(zhǎng)鏈脂肪酸的甘油酯。高等植物中含量少(1-2%)，低等植物含量高(20%左右)。在生化作用下在酸性或堿性溶液中分解生成脂肪酸和甘油，參與成煤作用。 蠟質(zhì)(wax) ：主要是長(zhǎng)鏈脂肪酸與含有2426個(gè)碳原子的高級(jí)一元醇構(gòu)成的脂類(lèi)，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易受細(xì)菌分解。. 樹(shù)脂 resin/rosin: 樹(shù)脂是植物生長(zhǎng)過(guò)程中的分泌物，當(dāng)植物受傷時(shí)，膠狀的樹(shù)脂不斷分泌出來(lái)維護(hù)傷口。針狀植物含樹(shù)脂較多，低等植物不含樹(shù)脂。樹(shù)脂不溶于有機(jī)酸，不易氧化，微生物也不能破壞它，因此能很好地保管在煤中。 角質(zhì)cutin和木栓質(zhì)phellem：化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定

10、，不溶于有機(jī)酸，微生物也難以作用，在成煤過(guò)程中能保管下來(lái)。 .1.4.4 蛋白質(zhì) proteins 蛋白質(zhì)：由假設(shè)干個(gè)氨基酸(amino acid)結(jié)合而構(gòu)成的構(gòu)造復(fù)雜的高分子。由于含羧基carboxyl和羥基hydroxyl，蛋白質(zhì)具有酸性和堿性官能團(tuán)，劇烈親水性膠體。 高等植物中蛋白質(zhì)含量少；低等植物中蛋白質(zhì)含量高。 植物死亡后，完全氧化條件下，蛋白質(zhì)完全分解為氣態(tài)物質(zhì)；在泥炭沼澤和湖泊的水中，蛋白質(zhì)分解成氨基酸、喹啉等含氮化合物，參與成煤作用，但對(duì)煤的性質(zhì)沒(méi)有決議性的影響。 是煤中硫、氮元素的來(lái)源之一。.第一章 成煤原始物質(zhì)與堆積環(huán)境2 泥炭沼澤.2022/7/2526.2022/7/2

11、527.一、泥炭沼澤及其構(gòu)成條件一泥炭沼澤概念 沼澤：沼澤是地表土壤充分潮濕、季節(jié)性或長(zhǎng)期積水，叢生著喜濕性沼澤植物的低洼地段。 泥炭沼澤：假設(shè)沼澤中構(gòu)成并積累著泥炭，那么稱(chēng)為泥炭沼澤。 屬性：泥炭沼澤既不屬于水域，又不是真正的陸地，而是地表水域和陸地之間的過(guò)渡形狀。 .泥炭沼澤概念 沼澤是泥炭的主要堆積場(chǎng)所。地表土壤周期性或年年積水并充分潮濕沼澤植物或水生-半水生植物繁盛。泥炭沼澤是水域與陸地之間的一種過(guò)渡地理單元，來(lái)源于兩類(lèi)方式：一是由湖泊、河流、潟湖等水域轉(zhuǎn)化而來(lái)，二是由陸地演化而來(lái)。前者稱(chēng)為水域沼澤化，后者稱(chēng)為陸地沼澤化。 .一按照泥炭沼澤外表形狀和水源補(bǔ)給，以及營(yíng)養(yǎng)和植被等特征。劃分

12、類(lèi)型： 低位泥炭沼澤； 中位泥炭沼澤； 高位泥炭沼澤。三、泥炭沼澤的類(lèi)型. 沼澤的分類(lèi)1按水分補(bǔ)給來(lái)源的不同，可劃分為三種類(lèi)型： 低位沼澤：主要由地下水補(bǔ)給、潛水面較高的沼澤； 高位沼澤：主要以大氣降水為補(bǔ)給來(lái)源的泥炭沼澤； 中位沼澤或過(guò)渡沼澤：兼有低位沼澤和高位沼澤的特點(diǎn)，其水源部分由地下水補(bǔ)給，部分又由大氣降水補(bǔ)給的沼澤。2按植被生長(zhǎng)情況沼澤劃分:草本沼澤、泥炭蘚沼澤和木本沼澤。3根據(jù)沼澤間隔海岸的遠(yuǎn)近，分為近海泥炭沼澤與內(nèi)陸泥炭沼澤。4根據(jù)水介質(zhì)的含鹽度，沼澤又可分為淡水的、半咸水的和咸水的。 (5) 根據(jù)沼澤的水動(dòng)力條件、巖性組合以及堆積物特征，可劃分為閉流沼澤、覆水沼澤和泥炭沼澤三種

13、類(lèi)型。 .2022/7/2535.1.低位泥炭沼澤 有人稱(chēng)為富營(yíng)養(yǎng)泥炭沼澤。 低位泥炭沼澤的外表由于泥炭的積累不厚，且尚未改動(dòng)原有的地表低洼形狀。 地表水和地下水作為豐富的水源補(bǔ)給，潛水位較高或地表有積水； 溶于水中的礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)豐富。沼澤多為中性或微堿性，pH77.8； 沼澤植物要求營(yíng)養(yǎng)較多，種屬較豐富。我國(guó)第四紀(jì)泥炭構(gòu)成于這種類(lèi)型的沼澤約占90，在地史中各成煤期內(nèi)也大多構(gòu)成于這種泥炭沼澤類(lèi)型。這種沼澤類(lèi)型多處于泥炭沼澤開(kāi)展的初期。.2.高位泥炭沼澤 這種類(lèi)型的泥炭沼澤往往處于泥炭沼澤演化的后期或泥炭沼澤一直處于潛水面之上。沼澤主要是由大氣降水補(bǔ)給，沼澤的水面位于潛水面之上，水源不充足，水中短

14、少礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)，因此有人稱(chēng)為貧營(yíng)養(yǎng)泥炭沼澤。 中間貧周緣富：高位泥炭沼澤在開(kāi)展演化中，泥炭積累速度與營(yíng)養(yǎng)的供應(yīng)情況發(fā)生了變化。即在沼澤的邊緣部分，易得到周邊流水所攜帶的豐富營(yíng)養(yǎng)；而中心部位那么難于得到富營(yíng)養(yǎng)的地表水和地下水的補(bǔ)給，僅靠大氣降水補(bǔ)給，促使貧營(yíng)養(yǎng)植物首先出現(xiàn)于中心地帶。.3.中位泥炭沼澤 這類(lèi)泥炭沼澤多出現(xiàn)于前兩類(lèi)沼澤的過(guò)渡時(shí)期，在特征與性質(zhì)上具有過(guò)渡特點(diǎn)，因此又稱(chēng)為過(guò)渡類(lèi)型或中營(yíng)養(yǎng)泥炭沼澤。這類(lèi)泥炭沼澤的外表，由于泥炭的積累趨于平坦或中部細(xì)微凸起，地表水和地下水經(jīng)過(guò)周邊的泥炭層時(shí)，其中的水分和營(yíng)養(yǎng)被部分吸收到達(dá)中心地帶時(shí)，已大為減少，因此潛水位變低、營(yíng)養(yǎng)情況變差，泥炭層也處于中性到

15、微酸性，植被以中等營(yíng)養(yǎng)植物為主。.泥炭沼澤中植物與泥炭層的構(gòu)成.3成煤學(xué)說(shuō).植物殘骸的堆積方式實(shí)際或?qū)W說(shuō) 對(duì)于植物殘?bào)w的堆積方式存在著原地生成與異地生成的不同觀念。 1.原地生成說(shuō)或稱(chēng)為“原地堆積說(shuō) 原地生成說(shuō)以為，造煤植物的殘骸堆積于植物繁衍生存的泥炭沼澤內(nèi)，沒(méi)有經(jīng)過(guò)搬運(yùn)，在原地堆積并轉(zhuǎn)變?yōu)槟嗵浚罱K成煤。.主要根據(jù)： 現(xiàn)代泥炭沼澤濕地繁衍大量植物，在原地堆積構(gòu)成泥炭，且沒(méi)有發(fā)現(xiàn)被搬運(yùn)的跡象； 煤層底板中有垂直的根系化石，煤層底板為植物生長(zhǎng)的土壤； 煤層中陸源碎屑礦物比較少； 大多數(shù)煤層厚度比較穩(wěn)定，在大面積范圍內(nèi)可以對(duì)比，闡明當(dāng)時(shí)成煤環(huán)境是一種穩(wěn)定的環(huán)境。煤層可以作為標(biāo)志層進(jìn)展大范圍對(duì)比。.2.異地生成說(shuō)異地堆積說(shuō) 異地生成說(shuō)以為，泥炭層構(gòu)成的地方，即植物殘?bào)w大量堆積的地方并不是成煤植物生長(zhǎng)的地方，植物殘?bào)w從生長(zhǎng)地經(jīng)過(guò)長(zhǎng)間隔搬運(yùn)后，再在淺水盆地、瀉湖、三角洲地帶堆積而成。 . 其根據(jù)是在現(xiàn)代的三角洲地帶(如亞馬遜河、剛果河等)，?？梢?jiàn)到從上游原始森林區(qū)帶來(lái)的大量漂木;在湖泊中見(jiàn)到漂浮的泥炭層;某些煤田內(nèi)曾見(jiàn)有樹(shù)根朝上倒置的樹(shù)化石;煤中混有大量礦物雜質(zhì);煤層底板巖性與煤層在堆積上有大的差別，如煤層底板為石灰?guī)r等化學(xué)堆積等。.3