第一章--煤田地质学-精简课件.ppt

第一章 成煤原始物质与堆积环境,概述,煤：古代植物遗体 固体可燃沉积有机岩成煤作用：从植物死亡堆积到形成煤炭的过程。分两个阶段：腐泥化（泥炭化）阶段：主要发生于地表的泥炭沼泽、湖泊以及浅海滨岸地带，主要作用：菌解作用（表生的生物地球化学作用）结果：使低等植物转变为腐泥，高等植物则形成泥炭。煤化作用阶段：泥炭由于地层沉降等原因被沉积物覆盖掩埋于地下深处经成岩作用，即煤在温度、压力条件下进一步转化的物理化学作用，使碳的含量进一步增加，成为褐煤；其后有的经历变质作用阶段，是褐煤受高温高压的影响而变为烟煤和无烟煤的过程。,成煤作用,泥炭化（菌解）作用,来自云南的现代草本泥炭沼泽，可见大量的草本残骸,第一节 成煤物质,1植物演化与成煤作用的关系植物是主要成煤原始物质，植物根据其组成细胞的功能是否分化成组织和器官而分为高等植物和低等植物两大类别。,第一章成煤原始物质与堆积环境,菌类，藻类（构造简单，无根、茎、叶等器官的分化。如：发菜，海带，紫菜）苔藓、蕨类、裸子植物，被子植物（构造复杂，有根、茎、叶的区别）。,低等植物：（菌藻类植物时期构成地史早期（即元古代到早泥盆世）植物界的主体，多生活在水中）高等植物：,第一节 成煤物质,菌藻类植物：没有根，茎，叶的分化。孢子繁殖（绿藻）苔藓植物：有茎，叶分化（如：泥炭藓、湿原藓、大湿原藓等）蕨类植物：只有根，茎，叶。孢子繁殖（铁线蕨、卷柏、鳞木、封印木、科达、桫椤、石松、木贼、华水韭）裸子植物：只有根，茎，叶，种子。种子繁殖（苏铁、银杏、罗汉松、南洋杉、柏木、落羽杉、三尖杉、红豆杉、金钱松、落叶松、雪松、银杉、黄杉、冷杉、云杉、落叶松、红豆杉、南方红豆杉）被子植物：有根，茎，叶，花，果实，种子。种子繁殖（如：毛茛、车前菊、胡椒、睡莲、木兰、小续、罂粟、天南星、百合谷类、豆类、薯类、瓜果和蔬菜等。）种子植物：包括裸子植物与被子植物，种子繁殖,第一章成煤原始物质与堆积环境,藻类植物,蘑菇,具叶绿素、光合作用、营自养活的无维管束、无胚的叶状体植物，一般生长在水体中,绿藻门、裸藻门、轮藻门、金藻门、黄藻门、硅藻门、甲藻门、蓝藻门、褐藻门和红藻门,苔藓植物：高等植物中最原始的类群,葫芦藓,植物界的拓荒者之一,蕨类植物,石松,桫椤,封印木,鳞木,第一章成煤原始物质与堆积环境,最原始的维管植物,羊齿植物,鉴别古生代（从寒武纪到二叠纪）植物化石的基础。单纯根据叶（羽片）的形态建立了大量的化石属种。,苏铁,银杏,罗汉松,中生代最繁盛,现代裸子植物有不少种类出现于第三纪,胚珠外面无子房壁包被，不形成果皮，种子裸露,被子植物 显花植物,三色堇,睡莲,右：可能最早的被子植物古果,被子植物是最重要的食物来源，如禾谷类(特别是稻、小麦和玉蜀黍)、甘蔗、马铃薯、块茎蔬菜和果品。,被子植物出现于1.21.35亿年前的早白垩纪,菌类、藻类、苔藓植物和蕨类植物均是以孢子进行繁殖，合称为孢子植物，孢子植物没有开花结实现象；裸子植物门和被子植物门都是以种子进行繁殖，均有开花结实现象.植物器官的及组织的演化程度不同，使不同时期的煤各具特征。晚古生代，鳞木植物厚树皮，薄木质部；中生代乔本裸子植物，薄树皮厚木质部，第三纪针叶树，具有含大量树脂的木质部。裸子植物的孢子体特别发达，蕨类植物绝大多数是草本植物，极少数种类，比如桫椤，能长到几米至十几米高。,地质年代与生物发展阶段对照表,第一节 成煤物质,植物演化与成煤作用具有密切关系，植物的演化和发展决定了聚煤作用的发生，植物演化具有明显阶段性，因此，成煤作用也就具有阶段性。1 菌藻类植物时代(从25亿年(元古代)到4.1亿年以前(早泥盆世)如我国南方寒武纪的“石煤”。),第一章成煤原始物质与堆积环境,2 裸蕨植物时代（4.2亿年前(晚志留纪)到3.97亿年前(中泥盆世)以蕨为主，为世界上最古老陆生植物时代）植物开始从水生到陆生转化，裸蕨植物的组织器官原始，一般高不到一米，没有真正的叶和根，只在地下茎上生长着假根。由裸蕨形成的煤始于早泥盆世。如德国莱茵区早泥盆世板岩中所夹的镜煤条带即由裸蕨的枝桠形成。我国泥盆纪由裸蕨形成的煤层见于云南禄劝、广东台山和秦岭西段等地。,第一节 成煤物质,3 蕨类、种子蕨类植物时代（从3.7亿年前(晚泥盆世)开始，经过2.93.5亿年前(石炭纪到晚二叠世早期)，以孢子植物蕨类和裸子植物的种子蕨类为主）石松类植物如鳞木、封印木等；节蕨类植物如芦木等；种子蕨类植物如科达，是发育的鼎盛时期。这一时期在温暖潮湿的气象条件下，许多树木十分高大，如鳞木、封印木等可高达三十余米。,第一章成煤原始物质与堆积环境,石炭-二叠纪是全世界范围内最重要的聚煤时期，地势比较平坦，植物繁盛，聚煤作用强，为第一大聚煤时期。如我国石炭二叠纪是最早和最重要的聚煤时期，形成了分布广泛的聚煤盆地和含煤地层，特别是我国华北和华南地区，含煤地层分布稳定，煤层煤质好，形成了我国著名的鄂尔多斯盆地、华北盆地、华南盆地等，都是大型的石炭二叠及聚煤盆地。,二叠纪景观及化石,第一节 成煤物质,4 裸子植物时代（从2.5亿年前（二叠世晚期)开始，到2.05亿年早期（中生代)，由于海西运动和印支运动的影响，陆地面积扩大，地势变化大，地形高差分化明显，气候也随之发生变化。这个时期的主要特点：地球上干旱气候带扩大，石炭-二叠纪的植物群逐渐衰落，由蕨类植物进入裸子植物繁盛时期。随着植物界的的演化，适应能力更强的苏铁纲、银杏纲，特别是松柏纲的的植物繁盛，进入了裸子植物时代。,第一章成煤原始物质与堆积环境,这是地质历史时期又一个重要的聚煤期：侏罗纪（2.05亿年前)和早白垩世是（0.65亿年前)被认为是世界上第二个重要的聚煤期。在我国，侏罗纪被认为是最重要的聚煤时期，特别是我国西部地区，侏罗纪煤炭储量占我国煤炭总储量的60%左右。,第一节 成煤物质,5被子植物时代（早白垩世以后至古、新近纪）从早白垩晚期（1亿年前）开始，被子植物迅速代替了裸子植物群，进入到被子植物时代。这个时期构造活动更加强烈，其后分带也更加明显。被子植物成为 0.230.65亿年间（第三纪）的聚煤的主要物质来源。这个时期被称为世界上第三个聚煤时期。,第一章成煤原始物质与堆积环境,白垩纪景观,因此要首先研究植物的演化特点，将植物演化与地质历史发展、盆地聚煤作用研究紧密地结合起来，阐明聚煤作用的机制。,第一节 成煤物质,即：当地球处于不同地质年代，随着气候和地理环境的改变，生物也在不断地发展和演化。就植物而言，从无生命一直发展到被子植物。这些植物在相应的地质年代中造成了大量的煤。在整个地质年代中，全球范围内有三个大的成煤期：(1)古生代的石炭纪和二叠纪，成煤植物主要是孢子植物。主要煤种为烟煤和无烟煤。(2)中生代的侏罗纪和白垩纪，成煤植物主要是裸子植物。主要煤种为褐煤和烟煤。(3)新生代的第三纪(古近纪，新近纪)，成煤植物主要是被子植物。主要煤种为褐煤，其次为泥炭，也有部分年轻烟煤。,第一章成煤原始物质与堆积环境,第一节 成煤物质,第一章成煤原始物质与堆积环境,我国典型煤田成煤期：开滦、阳泉等煤田，是在古生代的石炭纪至二叠纪时期形成的，这个时期的成煤植物是古代的蕨类植物。大同的武宁煤田，是在中生代的侏罗纪形成的，这个时期的成煤植物有古代的苏铁、松柏类、银杏类等裸子植物。抚顺和云南的小龙潭煤田，是在新生代的第三纪形成的，这个时期的成煤植物是古代裸子植物中的松柏类和原始的被子植物。,第一节 成煤物质,二、植物组成根：植物进化过程中适应陆生条件所形成的一种器官，具有吸收、支持、合成和贮藏的功能。其主要功能：从土壤中吸收水、二氧化碳和无机盐类（硫酸盐、硝酸盐、磷酸盐），以及钾钙镁等离子而转化为植物生存所必需的物质。茎：主要功能是将水分、无机盐和有机盐类和有机营养物质运送到植物体的各个部分，同时又支持枝叶花果有利于进行光合作用、开花、传粉及果实和种子的散布，此外，还有贮藏养料的功能。叶：主要功能是光合作用和蒸腾作用，他们都是植物赖以生存所必需的。光合作用是绿色植物的叶片，在阳光下利用二氧化碳和水合成有机质，并放出氧气的过程，因此形成了大气中碳循环的重要途径。,第一章成煤原始物质与堆积环境,高等植物解剖结构,高等植物,表皮 砖型细胞，覆有角质层,有的有蜡质周皮 次生保护组织皮层维管柱,表皮叶肉叶脉,表皮 不发育角质层,有的有蜡质周皮皮层维管柱 一般没有髓部(玉米等有),茎干,根,叶片,2周皮 次生保护组织枝干加粗 表皮死亡 周皮,3皮层 周皮内侧，同化，储藏，通气，吸收等,多层细胞组成,(多面体,球型,椭圆型),木栓层 细胞排列规则,多为砖型 周皮 木栓形成层 栓内层,1表皮 砖型细胞，细胞外壁角化，蜡质,中柱可分为中柱鞘、初生木质部、初生韧皮部和薄壁细胞四个部分，少数植物还有髓。,4维管柱：又叫中柱，是皮层以内的中轴部分，由原形成层分化而来，由维管束、髓和髓射线等组成。,高等植物组织,第一章成煤原始物质与堆积环境,分生组织,成熟组织,1保护组织,表皮周皮,2基本组织（吸收）,1 分生组织,分生组织是具有分裂能力的细胞群。通常根据分生组织的分布位置，分为顶端分生组织、侧生分生组织和居间分生组织。1）顶端分生组织：位于植物的根尖和茎端，染色较深。该区域能看见细胞有丝分裂的各个时期。2）侧生分生组织：常位于根和茎的外周部分，靠近器官的边缘。它包括形成层和木栓形成层。常位于根茎侧面靠近边缘的位置。,3)居间分生组织：夹在已经有一定分化程度的组织区域之间，是顶端分生组织衍生而遗留在某些器官中局部区域的分生组织。并不普遍存在，且只能保持一定时期的分生能力，以后则完全转变为成熟组织。典型的居间分生组织存在于植物的茎、叶、子房柄、花梗、花序等器官的成熟组织之中，例如稻、麦等禾本科植物的节间基部具有居间分生组织，进行拔节和抽穗，使茎急剧长高，使茎杆倒伏后逐渐恢复直立。葱、蒜、韭菜的叶子割取上部后能继续伸长生长，也是由于叶基部的居间分生组织活动的结果。居间分生组织相较细胞核大，细胞质浓；主要进行横分裂，使器官沿纵轴方向细胞数目增加；细胞持续活动时间较短。,植物体内的分生组织,根尖的分区及其发育,根的尖端，在根毛生长处及其以下的一段，叫做 根尖(root tip)，可依次分为根冠、分生区、伸长区、根毛区(成熟区)等四区。不论主根、侧根或不 定根都具 有根尖，它是根中生命活动最旺盛、最重要的部分。,由分生组织衍生的细胞发育而成保护组织、基本组织、机械组织、输导组织和分泌结构等五种组织，总称为成熟组织(mature tissue)，它们具有一定的稳定性，也称为永久组织(permanent tissue)。但组织的成熟是相对的，有些分化程度较低的组织，有时能随植物体的发育进一步转化为另一种组织，如分化程度较低的薄壁细胞可以脱分化(dedifferentiation)为分生细胞或特化为石细胞。,2 成熟组织,2.1 保护组织,保护组织分布于植物体表面，由一层或数层细胞组成，其功能是减少水分蒸发、防止机械损伤和其他生物的侵害。保护组织按其来源和形态结构不同可分为表皮和周皮。(1)表皮。为初生保护组织，由原表皮分化而来，通常为一层细胞，但也有少数植物的某些器官的外表，可形成由多层生活细胞组成的复表皮。表皮分布于幼茎、叶、花和果实表面，由表皮细胞、组成气孔器的保卫细胞和副卫细胞、表皮毛或腺毛等附属物组成，其中表皮细胞是最基本的成分。,(2)周皮。周皮是取代表皮的次生保护组织。有些植物的根、茎在加粗过程中原来的表皮被损坏脱落，而在表皮下面形成新的保护组织，即周皮。周皮由侧生分生组织木栓形成层分裂活动形成。木栓形成层平周分裂，向外产生的细胞分化成木栓层，向内分化成栓内层。木栓层、木栓形成层和栓内层共同构成周皮。,在形成层的作用下，根茎不断增粗。而木栓形成层的活动使长粗的根茎表面或受伤的器官表面形成新的保护组织。,木栓形成层,2.2基本组织,基本组织或称薄壁组织，广泛分布于植物体的各个器官中，是构成植物体的基础。它们担负吸收、同化、贮藏、通气、传递等功能。基本组织细胞普遍特征：其细胞壁薄，细胞内具有较大的液泡，细胞排列疏松，具有明显的细胞间隙。基本组织因其结构功能不同可分为各种类型的组织，如：1）吸收组织：如根毛(root hair）2）同化组织 3）贮藏组织4）通气组织,1）吸收组织：,位于根尖的根毛区，包括表皮细胞和由表皮细胞外壁向外延伸形成的管状结构-根毛(root hair)，其功能是吸收水分和溶于水中的无机盐。根毛数目很多，壁上角质层薄，常具黏液，与土壤紧密接触，有利于根吸收水分和养料。,根尖根毛区的吸收组织,2）同化组织,同化组织细胞的原生质体含有大量叶绿体，能进行光合作用，所以又称为绿色组织。同化组织分布于植物体的一切绿色部分，如幼茎的皮层、发育中的果实和种子中，尤其是叶片的叶肉，是由典型的同化组织构成的。同化组织在适当条件下较容易恢复分生作用(例台湾莫拉克台风导致台湾花树反季开花催生树叶)。,植物叶片中的同化组织,3)贮藏组织,常见于根和茎的皮层、髓部、果实和种子胚乳或子叶以及块根、块茎等贮藏器官中。细胞中常贮藏营养物质，如淀粉、糖类、蛋白质、油类、单宁、草酸钙等。例如水稻、小麦等禾本科植物种子的胚乳细胞，甘薯块根、马铃薯块茎的薄壁细胞贮藏淀粉粒或糊粉粒；花生种子的子叶细胞贮藏油类。某些贮藏组织特化为贮水组织，使植物能适应干旱环境生长。贮水组织一般存在于旱生的肉质植物中，如仙人掌、龙舌兰、景天、芦荟等的光合器官。,植物细胞中的贮藏组织,毛茛根横切面，示贮藏组织,位于皮层部位的薄壁细胞，细胞壁薄、细胞间隙发达。特别是在每个薄壁细胞内，都充满着许许多多的淀粉粒。,4)通气组织,有些薄壁组织中有发达的细胞间隙。这些间隙在发育过程中逐渐互相联结，最后形成网结状气腔和气道。这种具有明显胞间隙的薄壁组织称为通气组织。气腔和气道内蓄积大量空气，有利于器官中细胞呼吸和气体的交换。同时，像蜂巢状系统的胞间隙可以有效抵抗植物在水生环境中所面临的机械应力。如在水稻根、茎、叶中通气组织发达，并与叶鞘的气道通连，这是对湿生条件的适应。水稻通气腔的大小常因品种、栽培条件和分布部位而异，就一条茎杆来说，近基部的节间中通气腔较发达，越近顶部的通气腔越小，穗颈和紧接其下的节间几乎无通气腔的分化。,狐尾藻茎横切面示通气组织,水稻叶片中的通气组织,2.3机械组织,主要机能是对植物起主要支持作用。根据细胞的形态和细胞壁的加厚方式的不同，机械组织可分为厚角组织和厚壁组织。厚角组织由生活细胞组成，细胞壁常在角隅部分增厚。厚壁组织由死细胞组成，细胞壁均匀增厚并木化。其中细胞呈长纺锤状的为纤维，细胞近等径或呈不规则形状的为石细胞。,厚角组织,南瓜茎中的厚角组织,厚角组织,厚壁组织,纤维,石细胞,石细胞的壁强烈次生增厚和木化，通常原生质体消失，成为仅具坚硬细胞壁的死细胞。如桃、李、梅、椰子等果实坚硬的“核”，水稻的谷壳，花生的“果壳”等，都有大量石细胞存在；梨果肉中坚硬的颗粒，便是成簇的石细胞，它们数量的多少是梨品质优劣的一个重要指标。,2.4输导组织,为植物体中担负物质长途运输的主要组织。其中输导水分的是导管和管胞，输导有机物的主要有筛管和伴胞。,(1)导管。导管普遍存在于被子植物的木质部中。,导管分子的类型A.环纹导管 B.螺纹导管 C.梯纹导管 D.网纹导管 E.孔纹导管,南瓜茎内的导管,(2)管胞是绝大部分蕨类植物和裸子植物的惟一输水机构。大多数被子植物中，管胞和导管同时存在于木质部中。此外，管胞细胞壁结构坚固，有较强的机械支持功能。,管胞是狭长而两头斜尖的管状细胞，一般长约12mm，直径较小，细胞壁次生增厚并木化，最后原生质体消失，成为死细胞。与导管的主要区别：管胞端壁不形成穿孔。管胞的次生壁增厚并木化时，同样形成环纹、螺纹、梯纹和孔纹等纹理。管胞纵向排列时，各以先端斜尖面彼此贴合，水溶液主要通过侧壁上的纹孔进入另一个管胞，逐渐向上或横向运输，故输导效率低。,2.5分泌结构,植物体中有一些产生分泌物的细胞或特化的结构，如腺毛，蜜腺、树脂道、分泌腔、和乳汁管等，统称为分泌结构。根据分泌物是否排出体外，可分为外分泌结构和内分泌结构两大类。常见的分泌物有：蜜汁、精油、黏液、树脂、乳汁、盐类、单宁、生物碱等物质，聚积在细胞内、胞间隙或腔道中，或通过一定细胞组成的分泌结构排出体外，许多植物的分泌物，如橡胶、生漆、芳香油、蜜汁等具有重要的经济价值。,腺毛：分泌物贮存于细胞壁和角质层之间，以后角质层破裂而向外分泌黏液或精油，对植物具有一定的保护作用。如烟草、番茄、泡桐、棉幼茎或叶表面腺毛 腺鳞：腺毛排列成鳞片状。腺鳞普遍存在于植物中，尤其见于唇形科、菊科和桑科植物中,1）外分泌结构：将分泌物排到植物体外的分泌结构。大都分布在植物体表面，如腺毛、腺鳞、蜜腺、排水器等,蜜腺：能分泌糖液，位于植物体表面特定部位。包括虫媒植物花部和位于营养体上的花外蜜腺。如油菜花托上的花蜜腺、棉叶中脉和蚕豆托叶上的花外蜜腺。,腺毛,盐腺：分泌物是盐类。一般盐碱地上生长的植物体表有盐腺分布，用于分泌多余的盐分以保持体内的盐分平衡，如矶松属、柽柳属等植物的茎和叶表面均分布有盐腺。腺表皮：是植物体某些部位具有分泌功能的表皮细胞，如矮牵牛、漆树等许多植物花的柱头、表皮均为腺表皮。细胞成乳头状突起，能分泌糖、氨基酸、酚类化合物等柱头液，利于黏着花粉萌发。,排水器:是植物将体内过多的水分排出体外的结构，它的排水过程称为吐水。排水器常分布在叶尖和叶缘，由水孔和通水组织构成。,水从木质部的管胞经通水组织到水孔排出体外的吐水现象在盛夏的清晨最容易看到，是一种由根压产生的的生理现象。这种现象可作为根系正常活动的一种标志。露水与吐水现象的区别？,(2)内分泌结构：其分泌物积聚于植物体的细胞内、胞间隙、腔穴或管道内，常见的有分泌细胞、分泌腔或分泌道和乳汁管。分泌细胞：以单个细胞存在，可以是生活细胞或非生活细胞，在细胞腔内积聚特殊的分泌物。也称为异细胞。根据分泌物类型不同可分为油细胞(樟科、木兰科)、黏液细胞(仙人掌科、锦葵科)、含晶细胞(桑科、蔷薇科、景天科)以及树脂细胞、芥子酶细胞等。,分泌腔和分泌道：是一群最初有分泌能力的细胞，后来部分细胞溶去形成囊状间隙(溶生)或细胞分离形成的裂生间隙(裂生)或两种方式结合而成的间隙(裂溶生)。分泌物贮存于腔穴中。例如柑橘叶和果皮中透亮的小圆点，就是溶生分泌腔，在这个腔周围可以看到有部分损坏的细胞。松柏类木质部中的树脂道和漆树韧皮部中的漆汁道是裂生分泌道，它们是分泌细胞间的胞间层溶解而形成的纵向或横向的长形胞间隙，完整的分泌细胞衬在分泌道的周围，树脂或漆液由这些细胞排出，积累在管道中；芒果属的叶和茎中的分泌道是裂溶生起源。,银杏叶柄内的分泌道,三、植物的组成和化学性质,（1）碳水化合物（2）木质素：（3）蛋白质：（4）脂类化合物低等植物主要组成：碳水化合物、蛋白质。脂肪含量较高。高等植物主要组成：纤维素、半纤维素、木质素为主。木本植物有机组成：活细胞中原生质为蛋白质，茎叶为纤维素和木质素为主。角质膜、木栓层、孢子、花粉含大量脂类化合物。,第一章成煤原始物质与堆积环境,包括纤维素、半纤维素及果胶质。纤维素(葡聚糖)：是构成植物细胞壁的主要成分。是难以消化的碳水化合物。纤维素一般不溶于水和有机溶剂，一定条件下在溶液中能生成胶体，容易水解。棉花纤维素100%。,1 碳水化合物(糖类化合物),半纤维素(hemi-cellulose)：化学组成和性质与纤维素相近，但比纤维素更易分解或水解为糖类和酸。果胶(pectin/pectic substance)：糖的衍生物，呈果冻状。在生物化学作用下，可水解成一系列单糖和糖醛酸。,纤维素,2 木质素,木质素由聚合的芳香醇构成的一类物质，存在于木质组织中，主要作用是通过形成交织网来硬化细胞壁。木质素主要位于纤维素纤维之间，起抗压作用。也是植物细胞壁的主要成分，常分布在植物根、茎部的细胞壁中。木本植物的木质素含量高，木质素是具有苯基丙烷芳香结构的高分子聚合物，含甲氧基、羟基等官能团。木质素的单体以不同的链连接成三度空间的大分子，比纤维素稳定，不易水解，易于保存下来。在泥炭沼泽中，在水和微生物作用下发生分解，与其他化合物共同作用生成腐植酸类物质，这些物质最终转化成为煤。所以木质素是植物转变为煤的原始物质中最重要的有机组分。,3 脂类化合物 lipids/fatty compounds,脂类化合物是指不溶于水而溶于醚、苯、氯仿等有机溶剂的有机化合物。在植物中脂类化合物主要有以下几种。脂肪(fat)：属于长链脂肪酸的甘油酯。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碱性溶液中分解生成脂肪酸和甘油，参与成煤作用。蜡质(wax)：主要是长链脂肪酸与含有2426个碳原子的高级一元醇形成的脂类，化学性质稳定，不易受细菌分解。,树脂 resin/rosin:树脂是植物生长过程中的分泌物，当植物受伤时，胶状的树脂不断分泌出来保护伤口。针状植物含树脂较多，低等植物不含树脂。树脂不溶于有机酸，不易氧化，微生物也不能破坏它，因此能很好地保存在煤中。角质cutin和木栓质phellem：化学性质十分稳定，不溶于有机酸，微生物也难以作用，在成煤过程中能保存下来。,3 脂类化合物 fatty compounds,4 蛋白质 proteins,蛋白质：由若干个氨基酸(amino acid)结合而形成的结构复杂的高分子。由于含羧基carboxyl和羟基hydroxyl，蛋白质具有酸性和碱性官能团，强烈亲水性胶体。高等植物中蛋白质含量少；低等植物中蛋白质含量高。植物死亡后，完全氧化条件下，蛋白质完全分解为气态物质；在泥炭沼泽和湖泊的水中，蛋白质分解成氨基酸、喹啉等含氮化合物，参与成煤作用，但对煤的性质没有决定性的影响。是煤中硫、氮元素的来源之一。,植物化学组成及不同环境分解产物,碳水化合物,纤维素、半纤维素、果胶质,纤维二糖、葡萄糖，酸,CO2、H2O、CH4,在氧化环境分解产物,在酸沼中分解产物,木质素,芳香酸、脂肪酸,类似腐植酸,蛋白质,植物细胞键主要成分，存于细胞壁,植物细胞原生质具酸、碱性,气态产物,氨基酸卟啉等含氮化合物煤中N、S与之有关,脂类化合物,脂肪、蜡质、树脂、角质与木栓质、孢粉质、花粉,不溶于水，溶于有机溶剂,稳定性强，煤化作用中多保存,1)脂肪,脂类化合物,2)蜡质,3)树脂,4)角质与木栓质,5)孢粉质,孢子种子茎皮树皮中,在酸碱液中产物,脂肪酸、甘油,性稳定，从褐煤沥青中可提炼出,茎叶果表皮上,单二三萜烯类混合物,煤化作用,角质酸,性极稳定，完好保存于煤中,植物孢子、花粉外壁,不溶有机酸,树脂的化学性质极为稳定，不溶于有机酸，微生物及昆虫都不能破坏它，因此可以完好地保存于煤中。天然树脂是指由自然界中动植物分泌物所得的无定形有机物质，如松香、琥珀、虫胶（紫胶虫吸取寄主树树液后分泌出的紫色天然树脂）等。一般要加入固化剂才能固化。,孢子是苔藓和蕨类植物的生殖细胞，而花粉是种子植物的雄性生殖细胞。孢子化石主要是藻菌类和蕨类。花粉化石主要是裸子植物的松、杉；但被子植物的花粉属种多、数量大。,植物的有机组分中除以上五类外，还有鞣质、色素等成分。鞣质(又称丹宁)是由不同的芳香族化合物，如丹宁酸、五倍子酸、鞣花酸等混合而成的，具有酚的特性。鞣质具抗腐性，可浸透老年木质部的细胞壁、种子外壳、树皮，从而增强了植物的抗腐性。色素是植物体内贮存和传送能量的重要组分。除了上述植物的有机化合物组成外，植物有机质的元素组成也影响着成煤特征和煤的利用。构成植物有机质的元素种类虽少，但含量大，主要有碳、氢、氧、氯4种元素。,角质体，锯齿状结构显著,树脂体，基质镜质体,树皮体，显示中心维管束栓内层木栓层的完整构造,藻煤；皮拉藻类体,渗出沥青体，楔形充填状,第二节 植物遗体的堆积环境,一、泥炭的形成与积累泥炭沼泽的形成需具备三个条件：气候、地理、构造。气候：适于植物的生长，地理：有水体，构造：沼泽要持续缓慢沉降。当满足前二者时，构造成为泥炭沼泽发育的关键因素。沼泽基底沉降速度=植物遗体堆积速度，泥炭层堆积厚且稳定，沼泽沉降速度植物遗体的堆积速度，植物会被水淹死，泥炭化作用终止。沉降速度植物遗体堆积速度，植物的遗体分解，同样泥炭化作用停止。如果植物有机质堆积的增长量超过其分解量，才有可能聚集成泥炭层。泥炭层的堆积厚度在没有大的气候环境的变化影响时，主要受控于植物遗体堆积速度与沼泽基底沉降速度相同的时间长度。,第一章成煤原始物质与堆积环境,泥炭化作用的最终产物是泥炭。没入水中，隔绝空气，才能防止氧化分解，在还原条件下发生生物化学反应，产生腐植酸等泥炭物质。通常泥炭沼泽的垂直剖面可划分为：氧化环境的表层，过渡条件的中间层；还原环境的底层。,第二节 植物遗体的堆积环境,沼泽：地球上除南极尚未发现外，各地均有分布。地球上最大的泥炭区在西西伯利亚低地，它南北宽800公里，东西长1800公里，这个区堆积了地球全部泥炭的40。我国的主要分布在东北三江平原和青藏高原等地，欧洲和北美洲北部也有分布。沼泽分类：沼泽的分类是一个比较复杂的问题，目前还没有一个公认的分类系统。在高纬度地区，典型的常呈现一定的发育过程：随着泥炭的逐渐积累，基质中的矿质营养由多而少，而地表形态却由低洼而趋向隆起，植物也相应发生改变。,第二节 植物遗体的堆积环境,我国沼泽研究者，在对若尔盖沼泽分类时，按照综合分类的原则，采用了三个主要特征作为依据：一）沼泽体发育过程的形式与阶段；可分为高位型、低位型；二）沼泽体所处的地貌类型及水分养分状况；划分亚型，例如湖滨洼地沼泽亚型、阶地沼泽亚型、闭流宽谷沼泽亚型；三）植被及其在沼泽体中的分布规律。划分沼泽体，例如睡菜-苔草沼泽、蒿草-木里苔草沼泽。,第二节 植物遗体的堆积环境,一）沼泽体发育过程的形式与阶段,低位、中位、高位是根据土壤中水的来源划分发育过程由低级到高级阶段，因此有富养（低位）、中养（中位）和贫养（高位）之分。低位沼泽：主要由地下水补给、潜水面较高的沼泽；高位沼泽：主要以大气降水为补给来源的泥炭沼泽；中位沼泽或过渡沼泽：兼有低位沼泽和高位沼泽的特点，其水源部分由地下水补给，部分又由大气降水补给的沼泽。,1富养（低位）沼泽特征：,是发育的最初阶段。表面低洼，经常成为地表径流和地下水汇集的所在。水源补给主要是地下水，潜水面较高。随着水流带来大量矿物质，营养较为丰富，灰分较高。,低位沼泽水和泥炭的pH值呈酸性至中性，有的受土壤底部基岩影响呈碱性。如中国川西北若尔盖的泥炭呈碱性反应，就是因为该区基岩多为灰质页岩与灰岩夹层，pH值多在8左右。富养中的植物主要是苔草、芦苇、嵩草、木贼、桤木、柳、桦、落叶松、落羽松、水松等等。,若尔盖沼泽,2贫养（高位）沼泽特征：,往往是发育的最后阶段。随着发展，泥炭藓增长，泥炭层增厚，中部隆起，高于周围，故称为高位或隆起。水源补给仅靠大气降水，水和泥炭呈强酸性，pH值为34.5。灰分含量低，营养贫乏，故名。植物主要是苔藓植物和小灌木杜香、越橘以及草本植物棉花莎草，尤其以泥炭藓为优势，形成高大藓丘，所以贫养又称泥炭藓（泥炭藓是生长在欧洲和北美洲的水性藓苔）。,低位、高位沼泽差别,高位泥炭沼泽具有不透水层，阻隔了地下水等含有高养分的水源，唯一的水分来源是养分含量低的雨水，形成高位泥炭的生长环境：pH值低、含养分少的”特色”，主要能生存的植物是水苔(sphagnum moss)，也因此高位泥炭具有植物来源专一、少含矿盐。,3中养（中位）沼泽：,属于上述两者之间的过渡类型，由雨水与地表水混合补给，营养状态中等。有富养植物，也有贫养植物。苔藓植物较多，但尚未形成藓丘，地表形态平坦，称为中位或过渡。,二）沼泽体所处的地貌类型及水分养分状况,（一）依据沼泽水动力条件分类：闭流沼泽：水体较浅，动力弱，可见完好直立根化石。常见菱铁矿，黄铁矿结核。多发育在聚煤作用早期。多见于煤层底板，顶板和矸石中也可见。覆水沼泽：水体较深，见水平或波状层理，层面见大量炭化植物叶、茎碎片。多发育在聚煤作用晚期。多在煤层顶板。泥炭沼泽：介乎上述之间，是历史上主要聚煤环境。,三）植被及其在沼泽体中的分布规律,按植被生长情况，可分为草本、泥炭藓和木本。草本：是典型的低位，草本泥炭主要是由各种草本植物残体组成，类型多，分布广，常呈微酸到微 碱性。常年积水或土壤透湿，通常以莎草科，植物为主，以苔草及禾本科植物占优势，其次有芦苇、香蒲，几乎全为多年生植物。,泥炭藓：高位，一般生成于酸性和强酸性环境，常称为酸沼。这类泥炭的灰分含量最低，含水量最高，主要分布在欧美北方针叶林带，由于多水、寒冷和贫营养的生境，泥炭藓成为优势植物，还有少数的草本、矮小灌木及乔木能生活在泥炭藓中，例如羊胡子草、越橘、落叶松等。由于分解缓慢使纤维保存较好，色淡，弹性强。我国这类泥炭极少，仅在大、小兴安岭和其他高山地带有少量分布。,第二节 植物遗体的堆积环境,木本：即中位。主要由乔木和灌木植物的枝干、根系、果、叶等经过泥炭化作用而形成。木本植物物质残体含量占泥炭全部有机残体总量的一半以上。主要分布于温带，植被以木本中养分植物为主，有乔木和灌木之分，优势植物有杜香属、桦木属和柳属。木本植物残体中木质素含量较多，分解较为缓慢，分解弱的残体往往较好地保存成碎块状，分解强的则形成碎屑状。木本泥炭的灰分含量一般比草本泥炭低，含水量少，显示红褐色，弹性差，我国有少量泥炭属于此类。,第二节 植物遗体的堆积环境,二 泥炭形成与堆积的影响因素,1 大气环境植物有机体的增长量与大气和土壤的温度等环境因素有密切关系。地球纬度-植物生长大致上是从高纬度向低纬度增高。温暖、潮湿的气候带更适宜植物的繁殖与生长；热带干旱气候环境不利于植物遗体的保存。,二 泥炭形成与堆积的影响因素,2 植物残体的分解强度泥炭的形成与积累，还取决于植物残体的分解强度。影响植物残体分解强度的因素有：微生物的种类、数量、水热条件土壤的酸碱度和有机质的组成等。在相同条件下不同种植物残体，由于化学组成不同，因而分解的速度和抵抗分解的能力有明显不同。泥炭的累积速度不仅在空间上不同，在时间演化中也各不相同。,三 植物残骸的堆积方式（理论或学说）,堆积方式有原地生成或异地生成等不同观点1、原地生成说（原地堆积说）：认为造煤植物的残骸堆积于植物繁衍生存的泥炭沼泽内，没经过搬运，在原地堆积并转变为泥炭，最终成煤。主要依据：（1）现代泥炭沼泽（湿地）繁殖大量植物，在原地堆积成泥炭，且没有发现被搬运的迹象；2）煤层底板中有垂直的根系化石，煤层底板为植物生长的土壤；（3）煤中陆源碎屑矿物比较少；（4）大多数煤层厚度比较稳定，在大面积范围内可以对比，说明当时成煤环境是一种稳定的环境。煤层作为标志层进行打分为对比。,2、异地生成说（异地堆积说）认为泥炭层形成的地方，即植物残体大量堆积的地方并不是成煤植物生长的地方，植物残体经过长距离搬运后，再在浅水盆地、泻湖、三角洲地带堆积而成。依据：1)在现代的三角洲地带（如亚马逊河、刚果河等）常可见到上游原始森林区带来的大量漂木，2)在湖泊中见到漂浮的泥炭层，3)某些煤田内曾见有树根朝上倒置的树化石，4)煤中混有大量矿物杂质，5)煤层底板岩性与煤层在沉积上有大的差异，如煤层底板为石灰岩等化学沉积等。,第一章成煤原始物质与堆积环境,第二节 植物遗体的堆积环境,如河漫滩沼泽、三角洲平原沼泽受河水泛滥影响，以及滨海沼泽受海潮、风暴潮的影响，都可能造成沼泽内部的局部搬运和重新堆积现象。为微异地成因或亚原地生成。在微异地生成的煤片中，常见植物结构组分破碎，微细斜层理，以及各种煤岩显微组分的碎屑体和原有植物组织的氧化现象和大量矿物杂质的混入等。,3、微异地生成说（或称“亚原地生成说”）泥炭沼泽内部植物残体、部分泥炭受冲刷搬运并重新堆积的现象比较常见。,2、内陆有利发育泥炭沼泽的地区一般多属于河流作用、冰川作用有关的河湖地带。河漫滩洼地、废弃河道洼地、在近湖区，因湖水上涨，由于积存洪泛水或潜水位上升，形成长期积水条件，沼泽植物丛生，因而形成有利于泥炭沼泽堆积的地带。地壳长期相对下沉，河道迂回多变，湖泊、洼地极多，谷地地表低洼，排水不畅，多为常年积水或过湿地区，因而形成了有利于泥炭沼泽的长期发育。在大陆内部，由于大陆冰川的消融和退缩，留下一系列冰蚀冰积地貌，往往构成泥炭沼泽发育很有利的场所。,第三节 泥炭沼泽,二、泥炭沼泽形成的方式两种泥炭沼泽化的方式：由陆地演化为泥炭沼泽，称为陆地沼泽泥炭化；水域转化为泥炭沼泽，称为水域泥炭沼泽化。水域泥炭沼泽化的基本模式：1 浅水缓岸湖泥炭沼泽化的发育模式这种湖泊由四周到湖心逐渐变深。湖底首先沉积含少量有机质的粘土和沙层，其上为腐泥层。湖水逐渐淤浅，在湖底沉积的同时，岸边与不同水深的地带，植物繁盛起来，由于水深各异而形成不同植物群落，由岸向湖心方向植物群落呈有规律的变化，可区分出几个植物带。,第三节 泥炭沼泽,浅水缓岸湖泥炭沼泽化的发育模式,1苔草泥炭2睡莲泥炭、眼子菜 3苔草草丘4芦苇 5藻类沉水植物 6芦苇泥炭7针叶阔叶树 8浮水植物9腐泥,所,第三节 泥炭沼泽,2 深水陡岸湖泥炭沼泽化发育模式在这种湖中，因湖边大量繁殖漂浮植物，植物死后，其残体沉入湖底转化为泥炭，这是一种由上而下的泥炭化过程。随着浮毯的逐渐加大，积厚向水中沉没，其下部死亡的植物残体，因重力作用，脱落沉入湖底，转化为泥炭。因而逐渐使湖底填积加高，渐渐与浮毯相连，浮毯不断向湖心扩展造成湖泊的淤浅而萎缩。,第三节 泥炭沼泽,3小河泥炭沼泽化模式这种泥炭沼泽化大致与第一种模式近似，成带状，植物分带不明显，往往在流速最小的河段河底开始生长水生植物，在水中充氧不足的条件下，积累起泥炭，使整个河道泥炭沼泽化。,第四节 泥炭的主要组成和性质,泥炭是泥炭化作用的最终产物，从植物残体转化成煤的总进程中，它又构成成煤作用的中间产物。一、泥炭的化学组成 在泥炭的组成中，除含有大量水分外，还含有复杂的固态有机组分和无机组分。1泥炭的有机质 泥炭的有机质主要包括末完全分解的植物残体和腐植质。在我国的泥炭资源中，多以富营养草本泥炭为主，有机质含量一般为50%-70%，也有少数低于50%。其他类型泥炭，如草本-藓类和木本草本藓类泥炭，其有机质含量一般为30%70%；泥炭藓泥炭的有机质含量为80%以上，有的高达90%以上。,第四节 泥炭的主要组成和性质,植物残体的类型、泥炭的积累时间和泥炭分解程度的不同致使泥炭有机质中碳、氢、氧、氯、硫等元素含量高低不同。碳是泥炭有机质中主要的组成元素，其含量多在50%-60%，最高可达65%以上。一般木本泥炭的碳含量较高，草本泥炭次之藓类泥炭较低，这主要与形成泥炭的植物含碳量变化有关。碳的聚集是在沼泽环境下，由于微生物作用，使植物残体进行缓慢的缩合、脱水和脱疑基的生物化学作用的结果。,第四节 泥炭的主要组成和性质,氢含量主要和泥炭的类型有关，一般变化为4.7%7.5%，由贫营养泥炭至富营养泥炭氢的含量减少。氧含量为30%40%，含量的高低主要受形成泥炭的植物及其分解程度的影响。氮含量高低及其存在的形态，主要与泥炭类型有关。富营养泥炭氮含量较高，一般为1.5%3.5%，且以蛋白氮和杂环氮为主，占全氮的91.9%，富营养泥炭中草本泥炭氮含量高于木本泥炭；贫营养泥炭氮含量较低，一般为0.8%1.2%。硫在泥炭有机质中的含量比其他各种固体可燃矿产都低，平均含量为0.3%，最高0.66%，最低0.08%。一般硫含量在贫营养泥炭中较低，富营养泥炭中较高。,第四节 泥炭的主要组成和性质,泥炭有机质的有机组分组成：复杂。主要包括：有机溶剂(如苯、苯-醇(1：1)、氯仿等)，从泥炭中萃取出的物质，统称为类脂或沥青；用热水从泥炭中提取的物质为水溶物，在无机酸中存在的经水解后溶解的物质为易水解物。泥炭中有机质内的水溶物主要包括较低含量的单糖类和有机酸等溶于水的有机化合物。易水解物主要包括半纤维素，它是由低聚糖和糖醛类物质组成。难水解物主要为纤维素。是由大量葡萄糖基构成的链状高分子化合物。泥炭有机质中不水解的残余物，即不水解物主要包括木质素、角质和木栓类物质。,第四节 泥炭的主要组成和性质,以稀碱溶液从泥炭中提取的物质，称为腐植酸，它是泥炭的特征组分。煤经人工氧化