第四章煤的變質作用類型

煤地質學Goalofstudy深成變質作用含義及其影響因素深成變質作用特征希爾特定律的內涵巖漿變質作用類型及其特征動力變質作用定義

成煤作用是原始成煤物質最終轉化成煤的全部作用，它分成兩個相繼的階段：從成煤原始物質的堆積，經生物化學作用直到泥炭的形成，稱為泥炭化作用階段；

當泥炭形成后，由于沉積盆地的沉降，泥炭被埋藏于深處，在溫度、壓力增高等物理、化學作用下，形成褐煤、煙煤、無煙煤、變無煙煤，稱為煤化作用階段。

第四章煤的變質作用類型成煤作用的階段劃分

第四章煤的變質作用類型亮褐煤→長焰煤→氣煤→肥煤→焦煤→瘦煤→貧煤→無煙煤→變無煙煤褐煤煙煤無煙煤煤化作用的階段與特征在煤化作用過程中，熱增溫對煤的變質起著主導的作用。由于引起煤變質的熱源和增熱的方式及變質特征的不同，將煤的變質劃分為深成變質作用、巖漿變質作用(區域巖漿熱變質作用和接觸變質作用)、動力變質作用。

第四章煤的變質作用類型§1深成變質作用第四章煤的變質作用類型1.深成變質作用

1)概念深成變質作用是指煤層因沉降而埋藏于地下深處，由于地熱及上覆巖系靜壓力作用下煤所發生的變質作用。地熱變質作用/區域變質作用第四章§1深成變質作用2)深成變質作用的熱源及影響因素地熱來源于:

①原始的地球殘余熱;②化學反應熱;③潮汐摩擦熱;④放射性元素衰變熱;⑤重物質位移熱等。

第四章§1深成變質作用第四章§1深成變質作用放射性元素蛻變熱：酸性巖中的含量比基性巖中高結晶基底中的含量比蓋層高不同地質構造單元（火山、洋脊、島弧等）也存在差別隆起帶較坳陷帶的地溫高第四章§1深成變質作用地表下恒溫帶的溫度和恒溫帶的深度在各地不同影響因素:①熱源不同外;②大地構造特征;③構造斷裂破壞程度;④巖石導熱性;⑤地下深處巖漿巖性質和活動特征;⑥地下水活動特征等。這些因素將造成各地區地溫梯度的差異。

第四章§1深成變質作用第四章§1深成變質作用地殼上的地熱等溫面不是水平的，反映了世界各地等溫梯度也是不同的。煤的變質梯度:①常用煤中干燥無灰基揮發分減少的數值(ΔVdaf--即揮發分梯度是指向地下每加深100m揮發分減少的數值);②鏡質組反射率增大的數值(ΔRmax，即鏡質體反射率梯度)來表示。

不同煤田由于地溫梯度不同，揮發分梯度也不相同。第四章§1深成變質作用第四章§1深成變質作用不同位置煤層在同一深度，即使同一煤田，其煤的變質程度也是有差別；在地質歷史時期，同一地點的地溫梯度也不會是一成不變的。2．深成變質的特點1)希爾特定律德國學者希爾特(Hilt，1873）曾針對西歐若干煤田變質規律提出：在地層大致水平的條件下，每百米煤的揮發分降低約2.3％，即煤的變質程度隨埋藏深度的加深而增高。稱為希爾特定律。

第四章§1深成變質作用

1)希爾特定律用煤的變質梯度表示。變質梯度是指煤在地殼恒溫層之下，每加深100m煤變質程度增高的幅度。希爾特定律幾乎在各個煤田都得到了證實。構造異常、巖漿侵入煤系、煤巖成分、還原程度或煤的成因類型的差異有時會引起與希爾特定律不符合情況

第四章§1深成變質作用第四章§1深成變質作用希爾特定律√√×2)煤變質的分帶性(1)垂直分帶—原始分帶

在煤的深成變質過程中，由于煤系下部煤層或煤組受到大于上部的溫度及壓力，因而變質程度高低不同。這種煤質隨沉降深度呈現規律性的變化，即為煤質的垂直分帶。第四章§1深成變質作用

（2）垂直分帶的影響因素

煤質垂直分帶的明顯程度與分帶的寬窄，主要決定于煤的變質梯度，變質梯度的大小又取決于地熱梯度和煤本身的特征。①煤的變質梯度與帶的關系。②受熱時間與帶的關系。③不同變質程度的煤，其揮發分梯度各異。第四章§1深成變質作用①梯度與帶的關系：地熱梯度大→揮發分梯度和變質梯度也大→引起相同煤質變化所需要的沉降深度也就愈小→煤質的垂直分帶就窄。

第四章§1深成變質作用②受熱時間與帶的關系：受熱時間的延長會使煤質變化所需的深度變的更小，煤質垂直分帶則更窄。第四章§1深成變質作用第四章§1深成變質作用

③不同變質程度的煤，其揮發分梯度各異。中變質煤的變質梯度最大，因此中變質程度煤的分帶現象明顯，變質帶厚度一般較小，這也是焦煤分布一般不如低和高變質煤廣泛的原因之一。3）水平分帶—垂直分帶的表現

煤變質的水平分帶是垂直分帶性的一種表現，由于地殼構造運動的影響，同一煤田內同一煤層或煤組在形成和形變過程中沉降深度不同，這就表現在煤系本身厚度變化和煤系上覆巖系厚度變化的不相同。

因此，使同一煤層或煤組所經受的變質程度不同，反映在平面上就構成煤質的水平帶狀分布特征。第四章§1深成變質作用

煤質分帶示意圖第四章§1深成變質作用第四章§1深成變質作用德國魯爾煤田石炭紀煤系厚度約5000m，揮發份隨深度而遞減，大致是每100m降低2.3%，在垂直剖面可以劃分四個帶。3）深成變質作用與上覆巖系厚度①煤系與上覆巖系為連續沉積或有小的間斷--上覆巖系厚度與煤系本身的沉降有關，對煤的深成變質有較大影響；②如果上覆巖系與煤系之間存在長期間斷，甚至經歷了不同的構造運動—復雜的關系。第四章§1深成變質作用4）深成變質作用與煤層賦存深度的關系

煤層現今賦存的深度對煤的變質也有影響。在含煤巖系發生構造變動之后，由于后期形變造成了更大埋藏深度，在這種條件下由于溫度、壓力和時間因素的影響，仍然可使煤的變質程度累積加深。盡管經受的溫度低于構造變形之前(不低于50℃)，但由于經歷足夠長的時間，煤的變質仍會繼續加深。

第四章§1深成變質作用

圖4-3魯爾煤田煤化作用史a-主要煤化作用時間1200萬年；b-隆起后剝蝕；c-28000萬年無煤化作用變化第四章§1深成變質作用鏡質組反射率1-小于1.1%；2-1.1~1.6%；3-大于1.6%第四章§1深成變質作用5）深成變質與褶皺的關系在急傾煤層中，可以根據等質線與煤層的交角來判斷褶皺前后煤化作用的強弱。交角越大，即等變質面近于水平，則褶皺期及褶皺后的煤化作用較強。圖4-4根據剖面中等變質線與煤層交角判斷構造變形前后煤化作用的強弱a-褶皺期和褶皺后的煤化作用較強；b-褶皺期和褶皺后的煤化作用較弱，褶皺期前的煤化作用較強第四章§1深成變質作用

思考：“ΔVdaf”的減少或增加是不是就一定說明隨深度而變化？如果是多個煤層，上部煤層的V值是不是一定比下部的煤層高？第四章§1深成變質作用

答案是：不一定。

就是說有很多情況下，下部的煤層的V值比上部煤層的V值還高。這就是反“希爾特定律”現象。為什么存在這種現象？主要是因為成煤環境不同，導致成煤作用不同，特別是泥炭化作用不同，最終導致煤巖組分不同。煤巖組分不同，煤的V值就不同。如山東乃至華北地區C—P煤系：太原組的煤層V值比山西組煤的V值高。第四章§1深成變質作用

§2巖漿變質作用第四章煤的變質作用類型巖漿變質作用：由于巖漿熱、揮發分氣體和壓力的影響，使煤發生的變質作用。這種變質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。進一步劃分為兩種類型：一種是與淺成侵入巖有關的接觸變質作用；另一種是與地下龐大的深成侵入體有關的區域巖漿熱力變質作用。第四章§2巖漿變質作用一、區域巖漿熱力變質作用這種變質作用又稱區域熱力變質作用或遠程巖漿變質作用等。第四章§2巖漿變質作用主要特征：(1)煤變質的垂直分帶明顯，變質帶厚度及平面寬度都較小。(2)這種變質作用所產生的變質帶，在平面上的展布特征與深成巖體分布有一定關系。(3)煤的變質程度決定于巖體大小，以及與巖體距離的遠近。第四章§2巖漿變質作用黑龍江雙鴨山煤田的煤質分帶第四章§2巖漿變質作用區域巖漿熱變質作用的標志：在這種區域熱力變質過程中，由于巖漿熱液作用，無煙煤帶的圍巖往往發生蝕變，如硅化、葉蠟石化、絹云母化、碳酸鹽化、綠泥石化、黃鐵礦化作用等，且石英砂巖變為石英巖，灰巖變質為結晶灰巖或大理巖，泥質巖變質為板巖。

特別是熱液石英脈的發育，是區域巖漿熱變質作用的標志之一。第四章§2巖漿變質作用二、接觸變質作用1.概念

接觸變質作用是指各種巖床、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達1000℃以上而發生變質。這種熱影響多是局部的、多變的，地質時間上是短暫的。第四章§2巖漿變質作用2.特征(1)臨近侵入體附近，有不規則的天然焦帶。(2)經接觸變質作用的煤性質發生變化。顏色變淺，比重增大，灰分增高，揮發分和發熱量降低，粘結性消失，愈近巖體愈明顯。(3)在接觸帶中，煤的鏡質組因經受高溫溶解時氣體逸出而具氣孔狀構造，形成多氣孔和溝槽的天然焦。第四章§2巖漿變質作用(4)在接觸帶附近，常常存在規模較小且不規則的局部煤質分帶現象。(5)在煤的裂隙或孔腔中新的物質成分出現。大量的揮發分在煤的裂隙或孔腔中冷卻固化成焦油或類瀝青。(6)褐煤和無煙煤的接觸變質與煙煤不同。①褐煤的變化是大量脫水、裂開和充填礦物質，它不會因受熱變成膠質體，只是收縮、彎曲，保留原顯微結構。②煙煤靠近侵入體的地方變為天然焦。

③無煙煤在侵入期間不軟化，保存無煙煤的結構，在化學組成、光學和其它性質上近似于石墨，具極大的各向異性。第四章§2巖漿變質作用3.淺成巖體的接觸變質作用強度的影響因素：1)巖體的產狀。

巖墻與巖脈/巖床2)巖體的大小、侵入部位和侵入次數。3)巖漿的成分、性質及煤層圍巖的物理性質。

酸性/基性

孔隙度大/導熱性第四章§2巖漿變質作用§3動力變質作用第四章煤的變質作用類型1.概念:動力變質作用是指煤系形成后由于地殼構造變動的直接原因而造成煤發生變質的作用。壓力,不論是靜壓力還是動壓力,只促進煤的物理—結構變化,本身并不促進變質過程中的化學反應.煤層在遭受強大的動力作用下發生碎裂、揉搓、摩擦等作用,由機械能轉化為熱能,成為增高煤變質程度的因素,從這一意義上說,它也是一種熱變質作用.第四章§3動力變質作用動力變質作用與深成變質作用的區別區別動力成因熱變質作用深成變質熱變質作用持續的時間比較短,僅限于機械能轉化為熱能這一時間比較長變質煤的煤級取決于機械能轉變的熱能多少，熱能數量有限煤層的沉降深度及埋藏時間受影響的范圍比較小,僅限于動力變質煤本身或其周圍范圍大，平面上可以是整個含煤盆地,縱向上可以是整套煤系地層變質均勻性生成、傳導、積聚和煤受熱的影響程度具有不均勻的特點變質作用均勻的,符合希爾特規律2.特點當構造應力作用于煤巖層而產生大量摩擦熱后，而導致煤的變質。由于這種熱量往往較少，因此動力變質作用主要發生在煤層圍巖導熱差，且熱量易于集中的相對密閉的環境。第四章§3動力變質作用含煤建造的形成與演變過程常是復雜的，所以在一些煤中煤的變質作用也往往以多種復合型式出現。第四章§3動力變質作用第四章煤的變質作用類型§4煤變質研究在地質上的應用第四章煤的變質作用類型在深成變質作用條件下，煤的變質程度隨煤層沉降的深度而升高，因此在地層層序與煤級關系的基礎上，可以利用巖層中煤包體的變質程度確定新老地層的層序。第四章煤的變質作用類型第一，同一煤層在古隆起邊緣的變質程度較在坳陷中心部位為低；如魯爾煤盆地南緣的含煤巖系薄，產煉焦煤，而在煤盆地中心的沉積厚，產無煙煤。通過做等變質線圖可以發現煤系剖面中的構造問題。如魯爾煤田一張發熱量與深度關系圖上，發現在550m深處發熱量曲線出現了位移。第四章煤的變質作用類型第四章煤的變質作用類型在鉆進近水平或緩傾斜煤系的過程中。若在變質較高的煤層之下突然遇到較低變質的煤層指明了遇到斷層。反之，若從變質程度較低煤層很快進入變質程度高得多的煤