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可燃有机岩矿床 可燃有机岩矿床是指有机成因的，可供工业开 采和利用的地下可燃有机物质自然聚集体。按 其存在状态可分为三类：（1）固体燃料矿床， 如煤、油页岩等；（2）液态燃料矿床，如石 油等；（3）气体燃料矿床，如天然气等。 可燃有机岩矿产在国民经济建设中占有十分重 要的地位，现代能源主要由石油、煤、天然气 提供，此外，可燃有机岩矿产还是化工和医药 的重要原料，单从石油中可提炼出1000多种产 品。世界上每年开采的矿产，就产值而言，约 70％来自可燃有机岩矿床。 煤矿床 煤矿床的概念、特点和主要用途 煤是指在沼泽盆地中堆积的大量植物（包括高 等植物和低等植物）的遗体残骸，经过沉积成 岩作用形成的固态可燃矿产。 根据成煤植物性质不同可分为两类： （1）腐植煤 由高等植物在沼泽盆地中形成，包 括褐煤、烟煤和无烟煤等； （2）腐泥煤 由低等植物在湖沼中形成，包括藻 煤、石煤等。 • 基本特征 煤矿床产于一定时代沼泽相或湖沼过渡相 黑色或灰黑色沉积岩系内，分布面积广，层位稳定， 产状与相邻沉积岩层一致。矿体多呈层状或似层状， 亦可呈凸镜状或豆荚状，矿石以块状、薄层状构造为 主，煤层中的有机组分极易氧化，经氧化的部分主要 是一些粘土矿物，当煤层出露地表或近地表分布时， 常见白色粘土线。 • 煤的用途 首先是人类最主要的燃料之一，其次又是 一种十分重要的化工原料，例如，通过煤的热解作用 得到的煤焦油、煤气等，是化肥、人造化学纤维、塑 料、医药等工业重要原料；从煤灰中可以用收稀有元 素；煤中有机成分可以改良农田土壤。近年来人们用 煤灰与粘土混合烧制砖瓦，既经济又减少了环境污染。 我国煤炭资源十分丰富，储量和产量均居于世界前三 名，在能源结构中占有很大的比例，是国民经济建设 中的重要资源。 • 煤的形成条件及成煤作用 • 成煤条件 （1）植物条件 煤是植物遗体变成的，有了植物才有成 煤的可能。从全球煤的形成历史看，只有在植物大量 繁殖时期才有大规模煤层的形成，例如我国的石炭纪 －二叠纪、侏罗纪和第三纪分别是孢子植物、裸子植 物和被子植物繁殖的极盛时期，相应地也是最主要的 四个聚煤时期。 • （2）气候条件 潮湿、温暖的气候最有利于植物的生 长和繁殖，但也有些煤形成于较冷的潮湿环境中，如 岗瓦纳大陆的二叠纪煤；潮湿气候又加快植物的腐烂， 同时迅速被沼泽水淹没，使植物遗体与大气水隔开， 避免遭完全氧化而得以保存。 • （3）地理条件 形成大面积的煤层，必须具备 发生大面积沼泽化的自然地理条件，宽缓的低 洼地区最为理想，主要有滨海平原、内陆大湖 泊、宽广河谷、大河口三角洲、海湾泻湖和山 间盆地等。 • （4）构造条件 地壳保持长时期平稳缓慢下降 是形成较厚煤层重要的构造条件，地壳下降速 度与植物埋藏和聚积速度大致平衡最为理想。 同一沼泽中能形成多个煤层的条件是地壳在总 体下降过程中能发生多次升降或间歇性下降。 成煤作用 从植物遗体转化成煤，主要经历以下两个阶段。 （1）泥炭－腐泥化作用 植物遗体转化为泥炭是在微生物参与下发生的复杂 的生物化学作用过程。早期植物遗体对于沼泽浅部多 氧环境下，植物的组成部分中有些被彻底分解，变成 气体和水分；另一部分在微生物的作用下分解成简单 的有机化合物，未遭受分解的部分，特别是稳定组分 被保留。接下来，在沼泽水的覆盖下，出现缺氧，早 期保留下来的植物成分经厌氧细菌的分解及早期分解 产物的化学合成作用，转化为腐植酸、腐植酸盐类及 沥青等；这些合成物质与部分分解的和尚未分解的植 物遗体，同沼泽中的泥质混合在一起形成泥炭。 有些低等植物如藻类等，机体以脂肪和蛋白质为主， 繁殖在湖泊或较深的沼泽中，死亡后遗体下沉水底， 经分解形成腐泥。腐泥与泥炭不同，腐泥中沥青质多， 泥炭中腐植质多。 （2）煤化作用 • 由泥炭向褐煤、烟煤和无烟煤的转变称为煤化作用。 包括先后进行的成岩作用和变质作用。 • 沼泽中堆积的泥炭和腐泥被泥砂等沉积物覆盖后标志 着煤化作用的开始，在上覆沉积物静压力作用下，泥 炭层发生压实、脱水、孔隙度减少和增碳等一系列变 化，逐渐固结、煤化而转变成比重较大，较致密的褐 煤。这一过程即为煤化中的成岩作用。 • 当褐煤层继续受到地壳下降运动的影响而逐渐埋深时， 温度和压力也不断增加，引起煤层内部分子结构、物 理化学性质等方面的变化，表现在结构更紧密、密度 增大，并产生了粘结性，颜色变深至黑色，光泽增强， 腐植酸消失，碳质增加，褐煤逐渐变成烟煤。褐煤变 成烟煤的过程是一种浅变质过程。烟煤进一步变质就 成了无烟煤、无烟煤呈致密块状，硬度大，金属光泽， 具导电性。 煤的物质组成及煤的分类 • 1.煤的物质组成 • 化学组成分有机质和无机质两大类，有机质主 要为碳、氢、氧、氮等组成的化合物，是组成 煤的主体部分；无机质包括水分和矿物，是影 响煤质量的有害组分。 • （1）碳 是煤中最主要的成分和最主要的可燃 物质。煤中碳含量越高，发热量越大，煤质也 越好；通常碳含量随煤变质程度加深而增高。 • （2）氢 在煤中含量较少但比较重要，燃烧热 相当于同重量碳的4.2倍，其含量一般随变质程 度加深而减少。 • （3）氧 煤中氧含量变化较大，并随着煤化程 度加深而减少，风化煤层中氧含量明显增高。 • （4）氮 煤中氮含量较少，主要来自成煤植物 中的蛋白质。 • （5）硫 是煤中最有害的杂质，硫燃烧生成 SO2 既腐蚀金属设备，又污染环境。焦炭中混 入硫，严重影响钢材质量。煤中无机硫以黄铁 矿、石膏等形成存在。 • （6）磷 是煤中另一主要的有害杂质，以磷灰 石和微量有机磷存在于煤中。炼铁时，焦炭中 的磷进入生铁中使钢铁性能变脆。 • 此外煤中还有砷、氯、汞、硒及氟等有害杂质， 总体含量少，但局部集中时也易造成环境污 染。。 • ２．煤的分类 • • • • 煤是一种固体可燃矿产，同时又是一种复杂的沉积岩。 （1）煤岩学分类 通过煤的物质成分、结构构造、物理化学性质等将煤分成四类： 镜煤 黑色、光泽强、质匀、性脆、具贝壳状断口，垂直层理 方向裂隙发育。成分中凝胶化物质一般在95％以上，挥发分和 含氢量高，灰份低，粘结性强。含镜煤较多的烟煤宜炼焦。 • 亮煤 黑色但颜色比镜煤稍浅，光泽较强，仅次于镜煤，性较 脆，有时具贝壳状断口，均一程度较镜煤差，隐约可见微细层 理。成分由多量凝胶化物质与少量形态分子组成。亮煤可用于 炼焦。 • 暗煤 灰黑色，光泽暗淡，坚硬，致密，韧性较大，断口呈不 规则状，不显层理，成分中凝胶化物质较少，矿物质含量较多， 形态分子多而复杂。暗煤不适合单独炼焦。 • 丝煤 暗黑色，具纤维状结构和丝绢光泽，形如天然木炭，硬 度小，脆性大，染手，成分中丝炭的植物组织、细胞结构保存 完整，细胞腔常被矿物填充，碳含量高，氢含量低，灰份高， 不宜炼焦。 （2）工业分类 • • • • 根据工业用途的不同，我国将煤分为十大类，除褐煤和无 烟煤之外，某余八种统称为烟煤。 褐煤 颜色多呈褐色，光泽暗淡，有时可见到木质结构，比 重最轻，含碳量及发热量较低，含水分较多，挥发分大于40 ％，无粘结性。一般用于化工和民用。 长焰煤 在烟煤中煤化程度最低的，呈褐黑色，沥青光泽， 燃烧时有较长的火苗，挥发分大于40％，胶质厚度在0~5mm 之间，粘结性差，主要用于燃料及化工工业中干馏焦油。 气煤 为低煤化烟煤，黑色，弱玻璃光泽，挥发分大于30％， 胶质厚度5~25mm，粘结性较强，加热时能产生大量气体和 较多的焦油，是制造煤气的优质原料，也是良好的炼焦配煤。 肥煤 为中等煤化的烟煤，黑色，玻璃光泽，挥发分在25％ 左右，加热时产生较多的胶质体，胶质最大厚度大于25mm， 粘结性最强，是炼焦配煤的主要煤种。 • 瘦煤 属高等煤化烟煤，黑色，强玻璃光泽，挥发分 14~20%，胶质厚度0~12mm，粘结性弱，主要作炼焦 配煤。 • 焦煤 为中等煤化的烟煤，黑色，玻璃光泽挥发分大于 14~30%，胶结最大厚度25~28mm，粘结性和出焦量均 较好，是炼焦炭的最好用煤。 • 贫煤 是煤化程度最高的一种烟煤，灰黑色，具极强玻 璃光泽，挥发分大于10~20%，加热时不产生胶质体， 无粘结性，燃烧火焰短，多为动力或民用煤。 • 弱粘性 属低－中等煤化的烟煤，挥发分大于20~37%， 加热时仅能产生少量胶质体，粘结性很弱，胶质厚度 0~9mm，作燃料及气化煤原料。 • 不粘煤 属低－中等煤化的烟煤，挥发分大于20~37%， 无粘结性，作动力、民用气化用煤。 • 无烟煤 是煤化程度及变质程度最高的煤种，呈灰黑色， 似金属光泽，硬度和比重在所有煤种中最大，火力耐 久，含碳高而含氢最低，挥发分0~10%，为民用煤及 化工用煤。 煤层和煤系 1.煤层 煤层是自然界中植物遗体聚集层经过成煤作 用后形成的可燃有机岩层，是人们开采和利用的对 象。煤层由煤与混入的矿物质或夹石组成。在含煤 岩系正常层序中，直接伏于煤层下面的沉积表层称 为煤层的底板；直接盖在煤层上面的沉积岩层称为 煤层的顶板。 • 煤层底板主要是沼泽相粘土岩，泥质岩和粉砂岩。 富含植物根化石或痕木化石，表明它曾经是成煤植 物生长的土壤。煤层顶板岩石按沉积环境不同分为 两类，即湖泊相的泥质岩、粉砂岩和浅海相的石灰 岩和泥质岩；前者常含丰富植物枝、叶化石，后者 常含正常海相动物化石。 • 煤层的厚度是指顶底板之间的垂直距离，按可采厚 度 分 为 薄 煤 层 （ 小 于 1.3m ） 、 中 厚 煤 层 （1.3~3.5m）、厚煤层（大于3.5m）。 顶板 0.45 0.10 总 厚 度0 . 2 0 m 0.65 可 采 厚 度 m 0.55 0.48 0.20 底板 煤 层 厚 度及 顶 底 板 示 意图 煤层分不含夹石层的简单结构煤层和含 夹石层的复杂结构煤层。 复杂结构煤层中夹石层少者几层，多者 十几层至几十层。夹石层的岩性主要有 炭质泥岩、泥质岩、砂岩，其次有粘土 岩、石灰岩和砂岩，有时可见到油页岩、 菱铁矿层、火山碎屑岩等，造成复杂结 构煤层形成的原因主要是地壳总体匀速 下降过程中出现多次快慢反复，打破了 成煤过程中的均衡速率体系；其次由于 间歇性气候变化，雨水增多，较多的泥 砂搬运到沼泽中，破坏成煤环境。 2.含煤岩系 含煤岩系是指聚煤盆地中的一套含有煤层的 沉积岩系，简称煤系；也有人称为含煤建造。 通常具有以下特点：①是一套黑色、灰黑色为 主的沉积岩，包括砾岩、砂岩、泥质岩和煤层， 有时也见灰岩、粘土岩、火山碎屑岩等；②煤 的沉积环境主要是沼泽，因而煤系中一般都含 有沼泽相沉积建造；③具明显的旋回结构，即 在剖面上可见到岩性、岩相等按一定规律交替 出现；④含丰富的植物化石，且多集中于煤层 附近，底板多见根化石，顶板多为叶化石。 根据含煤岩系沉积时的不同环境，可分为近 海型煤系和内陆型煤系两类。 时 岩性 代 柱状 时 岩性 代 柱状 3 J1 2 J1 C3 1 J1 D J1 北京某矿下侏罗统含煤岩系柱状简图 （引自四川矿业学院《煤矿地质》） 河 北 某矿 太 原 组 煤 系岩 性 柱 状 图 （1）近海型煤系 近海型煤系的沉积区，地形多比较简 单，主要为滨海平原、泻湖、海湾及浅 海等。这类地区地壳多发生频繁的升降 运动，即使幅度较小，也可引起较大面 积的海进和海退，浅海和陆相沼泽相交 替出现，近海型煤系分布面积广，岩相 稳定，岩石组合较简单，旋回较清楚， 煤层也稳定，对比容易，我国华北石炭 －二叠纪及华南晚二叠世煤系，均为重 要的近海型煤系。 （2）内陆型煤系 内陆型煤系的沉积区为内陆地区，主要有内 陆盆地、山间盆地及山前盆地等。煤系分布范 围小，且全由陆相沉积物组成，其中粗碎屑比 例显著增加，在煤系地层剖面上可见到各种陆 相沉积呈现有规律的变化。在内陆盆地，煤系 底部为河床相或湖滨三角洲相的各种粒度的砂 岩，往上是河漫滩相粉砂岩，再往上则为沼泽 相泥岩和煤层，煤层之上是深湖相的粘土岩和 粉砂岩。在山间盆地和山前盆地，河床相砂岩 之下多出现山麓相砾岩。这类煤系中煤层数目 变化大，厚度稳定性较差，结构比较复杂，煤 层对比难。我国中、新生代煤系绝大部分属于 内陆型煤系，如东北、西南及陕北等地区（侏 罗~第三纪）、新疆天山北麓（早、中侏罗 世）。 1 A B 2 3 4 1 2 C D 3 4 内陆盆地地型煤系岩 性、岩相示意图 聚煤盆地、煤田及我国主要成煤时代 1.聚煤盆地 聚煤盆地是指在同一构造单元内为含煤 岩系提供沉积场所的盆地。按成因聚煤 盆地可分成侵蚀盆地和坳陷盆地。 （1）侵蚀盆地 盆地的形成与构造运动无 关，完全是由侵蚀作用而形成的，其特 点是盆地基底常起伏不平，形成的煤系 厚度小，变化大，分布零星，我国云南 省第三纪的一些煤田中常见这种类型。 （2）坳陷盆地 盆地的形成直接受控于地壳 的构造运动，构造运动引起基底逐渐沉降，沉 降物不断地补偿过程中形成的聚煤盆地。这类 盆地常形成波状起伏的坳陷，盆地坳陷范围大， 沉降幅度中间大、边部小，形成的煤系中间厚， 最厚可达数百米，向两边逐渐变薄。我国华北 石炭－二叠纪煤系就是在这类广阔的坳陷盆地 中形成的。构造运动也可形成断陷聚煤盆地， 其构造是盆地一侧或两侧有断裂分布，基底面 不连续。辽宁省阜新煤盆地属断陷盆地，为侏 罗纪以后断裂带长期活动造成断块下陷造成。 煤系由一套洪积、冲积和湖相陆源碎屑岩组成， 岩性厚度变化都很大。 波 状坳 陷 盆地 示 意图 2.煤田 煤田指聚煤盆地经后期构造改造后保留下来的 产煤区域。一个聚煤盆地被后期构造改造后常 分隔成若干个煤田。煤田面积变化大，从数平 方公里至数百平方公里，最大可达上千平方公 里。两个煤田的实例：沁水煤田和阜新煤田。 （1）沁水煤田 该煤田位于山西中部，北临五台 山，南至太行山，呈一近南北向延伸的长圆形 盆地，为一暴露式煤田。 煤的形成时代为石炭－二叠纪。聚煤盆地基底为 太古界花岗质片麻岩、震旦系、寒武系和奥陶 系，含煤的石炭－二叠系平行不整合于奥陶系 之上，上覆地层为晚二叠世的石千峰组，二叠 系和第三系。煤田构造形态简单，为一平缓开 阔的向斜构造，断裂构造多发育在煤田边部， 主要为张性正断层。 形成煤田的聚煤盆地属波状坳陷型，为华北石炭－ 二叠纪大型波状聚煤坳陷的一部分，含煤岩系由一 套在近海条件下形成的海陆交互相地层组成。本溪 组和太原组由海陆交互相的泥岩、粉砂岩、砂岩及 灰岩组成；山西组由砂岩、泥岩等陆相、过渡相的 碎屑岩组成；石盒子组为一套纯陆相的碎屑岩。太 原组和山西组为主要的含煤层位，其厚度较稳定， 沉积旋回清楚，主要可采煤层厚度较大，多为中厚 煤层。本溪组和石盒子组一般不含可采煤层，多呈 煤线出现。 整个煤田的煤质属中等变质到高级变质的腐植煤， 自北向南呈现出带状分布特点，南北两端以贫煤和 无烟煤为主，煤田中段是肥煤和贫煤。 O1 O1 2 A R r1 P 2 Sh QT 2 C O1 太原 O1 2 C P1 P2 Sh Q N2 P 2 Sh P1 2 C C2 3 O1 O1 2s T A C 2 C Z N2 Q 2 O1 2 P1 O1 P2 2 C Z C2 Sh P1 O1 2 C2 3 2s 3 沁 水煤 田 地质 示 意图 2 阜新煤田 该煤田位于辽宁省中部，沿南西延伸 至义县、锦州，呈－“S”型的狭长盆地。 • 成煤时代为晚侏罗~早白垩世（J3－K1），含煤 岩系为晚侏罗－早白垩世一套碎屑岩系，与下 伏前震旦系和震旦系基底呈不整合接触，其上 为白垩纪碎屑岩和第三纪玄武岩 。分布在煤田 中部的含煤地层基本呈一单斜构造，向南东平 缓倾斜（倾角20°左右）；其上又发育新丘、 海州、清河门等五个短轴背斜。煤田中断裂构 造较为发育，尤其是煤田东侧，长期活动的大 巴锦州断裂，控制着阜新聚煤盆地的形成和发 展。聚煤盆地在成煤期为一典型断陷盆地，而 今煤田的构造形态属地堑型构造。 • 组成煤田的含煤岩系有阜新组、九佛堂组和义 县组。其中以阜新组最为重要，该组厚约 450~1200m，由一套陆相碎屑岩组成，岩性、 岩相和含煤的组合特点再分为五个旋回即五个 层群（图P263），一般高德、水泉层群中煤层 厚度较薄；太平、中间和孙家湾层群中煤层厚 度较大，多为厚层煤和巨厚层煤，但横向上厚 度变化较大，向盆缘断裂一侧，冲积相的砂砾 岩增加，厚煤层逐渐分叉、变薄，最后完全被 洪积相的砂砾岩所代替，煤层尖灭。九佛堂组 厚800~1000m，一般分为三段；中段为含煤段， 由一套以砂岩、泥岩为主的陆相碎屑岩组成， 煤层为薄煤层和中厚煤层；上投为深湖相的泥 岩和油页岩层。 我国主要的成煤时代 我国主要的成煤时期为石炭纪、二叠纪、 三叠纪、侏罗纪、白垩纪和第三纪；其 中以晚石炭－早二叠世、侏罗纪和第三 纪最为重要，主要聚煤期。 表 我国主要聚煤期地理分布及主要特点 聚煤期 主要聚煤地区 主要特点 第三纪 东北、广东、广西、云南、 台湾 白垩纪 东北、内蒙 侏罗纪 东北、内蒙、西北、华北、 华南 属陆相煤系，煤层厚，产状平缓， 多为褐煤或低级烟煤，一般北方含 煤层较南方老。 属陆相煤系，煤系与煤层较不稳定， 零星分布、规模小，主要在早白垩 世 属陆相煤系，煤系与煤层较不稳定， 多为弧立煤盆地，一般南方含煤层 较北方老，总储量约占全国一半。 晚二叠世－早三叠 世 华南、北方局部地区 晚石碳世－早二叠 世 华北、东北南部 早石炭世－早石炭 世 华南、西北 以海陆交互相为主，少量陆相，煤 系与煤层较稳定，以华南晚二叠区 煤系较重要 海陆交互相，煤系与煤层稳定，煤 层厚，为各种级别烟煤，煤质优良， 总储量全国三分之一。 海陆交互相，分布局限，规模小， 极少数具工业规模