什么岩石中含有煤、石油等矿物燃料

一般情况是,煤炭在泥岩、粉砂质泥岩等河流湖泊相较软的岩层中含有.在我国北方,主要是山西组、太原组、石盒子组等地层含煤,南方主要是龙潭组、须家河组地层含煤.

而石油主要储存在砂岩及灰岩等具有较大孔隙或裂隙的相对较坚硬的岩层中.

当然,也有很多特殊例外.

秦建中(2005)对苏桥地区石炭纪—二叠纪含煤岩系的测试数据表明，煤的有机碳含量约为暗色泥质岩的20～30倍，炭质泥岩有机碳含量为暗色泥质岩的2.5～9倍，煤和炭质泥岩的可溶有机质含量为暗色泥质岩的4倍，煤及炭质泥岩的壳质组含量分别平均为27.43%和25.85%，而暗色泥质岩仅为13.63%。煤岩和混合泥岩(由炭质泥岩和暗色泥质岩组成)生烃潜力的热模拟实验表明(表4-3)，含煤岩系中煤的生烃潜力大于炭质泥岩和暗色泥质岩，只有当5倍于煤样质量的混合泥质岩，在同样的实验条件下，将混合泥岩中氢气和CO2产率减去，再在同一温阶条件下，比较煤岩与泥质岩的总产烃率及甲烷产率、重烃产率才基本相近，并且煤岩的生烃量仍略高于混合泥岩。说明含煤岩系中炭质泥岩、暗色泥质岩的生烃潜力低于煤岩，因为它们的有机质丰度比煤岩低得多。就有机质含量而言，1m煤层一般相当于20～30m或甚至更厚的暗色泥质岩。但是，生烃潜力的具体差距要视沉积环境而定。

表4-3 煤与含煤岩系中的混合泥质岩生烃潜力模拟实验结果对比表

注：资料来自“六五”国家重点科技攻关项目：中国煤成气形成赋存条件及资源评价；煤样重100g，泥质岩样重500g。

由于煤层高含碳而吸附能力很强，因而在烃类的排驱上表现了更为明显的色层分异效应，重质的极性的可溶组分(重质沥青物质)被吸附在煤层的孔隙表面，难以排出，并为非极性轻质烃类的初次运移创造了很好条件(黄第藩等，1995)，因此，虽然炭质泥岩、暗色泥质岩生烃潜力低于煤岩，但排烃能力却优于煤岩。

：6000，含硫为1以下，3公分以下的无烟粉煤。

（一） 取样。

煤堆取样，不应少于20个点。每个点的深度不少于50厘米，最后带走的样品不少于5公斤。

1、煤质（强度，硬度）

抓一把，用力捏。一般是强度，硬度越好的，媒质越好。

2、矸石（片状和颗粒状分类，以颜色的深浅划分）

抓一把，摊在手心里，仔细看，如果有矸石，而且矸石是成颗粒状。就先看大于1厘米的矸石，有几颗。如果超过3颗，发热没有6000。如果没有大的，再看小于1厘米的矸石有几颗，如果超过7颗，也没有6000。如果矸石是片状，不用看，没有6000。矸石的颜色越深，含硫越高，反之，就低。

3、硫（高，中，低）

含硫主要是看煤块中的铜线和单独的铜晶体。

0.5以下的含硫是看不的明显的硫的。

0.5-0.7在煤块上有1至2丝铜丝或一小节暗硫。

0.7-0.99有三丝以下的铜丝或2小节以下的暗硫。

1.0-1.50有明显的铜线，铜晶体或者有3至4节暗硫。

1.5-2.00有明显的铜晶体，有单个的铜晶体出现，暗硫不少于5节。

2.0-3.00有明显的大个铜晶体。

一般煤分为高2以上，中1---2，低1以下。

简单的区分,抓一把煤，捏几下，扔掉，看手上的残留煤粉，再搓几下，颜色越深，硫越高。黑得发亮的，不用说是高硫煤，瓦灰色，颜色浅的，是中硫。颜色搓不变的，是1以下的，并且，硫越低，残留在手上的煤粉越少。抓一大把，冲洗干净，对着太阳，你会看到彩虹，彩虹越漂亮，美丽。含硫越高，反之就低。抓一把，扔在燃烧的火里，迅速的把头伸过去。0.5以下的，基本没有什么味道，低0.5-1.0的没有多大的味道，1.0-2.0的，有呛人的味道，高硫的，呛人。

(4)、水分的识别（5%为界）

抓一把，捏一下，自然的松开。如果手心里的煤自然的散开，从手指缝隙漏出，没有明显的湿润感，这个水分应该就是5%。如果煤有成跎，但没有超过1/3，应该是6%，超过2/3是7%，煤砣上有手指印，8%，有水滴9% 。

水分的多少是非常重要的，对发热量有非常大的影响。

凭肉眼得出的发热和含硫和化验的相差在200大卡和0.4的含硫以内，做煤应该亏不了。

5000大卡煤炭（动力煤）

具体指标：

1、 煤炭灰分≤26%；

2、 煤炭挥发份≥26%；

3、 煤炭全水分≤8％；

4、 煤炭全硫＜1%；

5、 煤炭应用基低位发热值≥5200大卡

6、 煤炭HGI（哈氏易磨性指数）≥55

第一个指标：水分。

煤中水分分为内在水分、外在水分、结晶水和分解水。

煤中水分过大是，不利于加工、运输等，燃烧时会影响热稳定性和热传导，炼焦时会降低焦产率和延长焦化周期。

现在我们常报的水份指标有：

1、全水份（Mt），是煤中所有内在水份和外在水份的总和，也常用Mar表示。通常规定在4-8%以下。

2、空气干燥基水份(Mad)，指煤炭在空气干燥状态下所含的水份。也可以认为是内在水份，老的国家标准上有称之为“分析基水份”的。

第二个指标：灰分

指煤在燃烧的后留下的残渣。

不是煤中矿物质总和，而是这些矿物质在化学和分解后的残余物。

灰分高，说明煤中可燃成份较低。发热量就低。

同时在精煤炼焦中，灰分高低决定焦炭的灰分。

能常的灰分指标有空气干燥基灰分（Aad）、干燥基灰分（Ad）等。也有用收到基灰分的（Aar）。

第三指标：挥发份（全称为挥发份产率）（煤化度)V

指煤中有机物和部分矿物质加热分解后的产物，不全是煤中固有成分，还有部分是热解产物，所以称挥发份产率。

挥发份大小与煤的变质程度有关，煤炭变质量程度越高，挥发份产率就越低。

在燃烧中，用来确定锅炉的型号；在炼焦中，用来确定配煤的比例；同时更是汽化和液化的重要指标。

常使用的有空气干燥基挥发份（Vad）、干燥基挥发份（Vd）、干燥无灰基挥发份（Vdaf）和收到基挥发份（Var）。

其中Vdaf是煤炭分类的重要指标之一。

第四个指标：固定碳

不同于元素分析的碳，是根据水分、灰分和挥发份计算出来的。

FC+A+V+M=100

相关公式如下：FCad=100-Mad-Aad-Vad

FCd=100-Ad-Vd

FCdaf=100-Vdaf

第五个指标：全硫St

是煤中的有害元素，包括有机硫、无机硫。1%以下才可用于燃料。部分地区要求在0.6和0.8以下，现在常说的环保煤、绿色能源均指硫份较低的煤。

常用指标有：空气干燥基全硫(St,ad）、干燥基全硫(St.d)及收到基全硫(St,ar)。

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质量指标：

挥发分：

是判明煤炭着火特性的首要指标，挥发分含量越高，着火越容易，燃烧速度越快。根据锅炉设计要求，供煤挥发分的值变化不宜太大，否则会影响锅炉的正常运行。如原设计燃用低挥发分的煤而改烧高挥发分的煤后，因火焰中心逼近喷燃器出口，可能因烧坏喷燃器而停炉；若原设计燃用高挥发分的煤种而改烧低挥发分的煤，则会因着火过迟使燃烧不完全，甚至造成熄火事故。因此供煤时要尽量按原设计的挥发分煤种或相近的煤种供应。

灰分：

灰分含量会使火焰传播速度下降，着火时间推迟，燃烧不稳定，炉温下降。煤的灰分产率越高，发热量越低，燃烧温度下降，排灰量增大，热效低，受热面沾污磨损严重．所以灰分越低越好。

水分：

水分含量高，发热量低，排烟损失大，还容易引起煤仓、管道及给煤机内黏结堵塞。但水分的存在有一定的好处，火焰中含有水蒸气对煤粉的悬浮燃烧是一种十分有效的催化剂，水分还可防止煤尘飞扬等。

发热量：

发热量是锅炉设计的一个重要依据。由于电厂煤粉对煤种适应性较强，因此只要煤的发热量与锅炉设计要求大体相符即可，一般不低于设计值 0.8MJ/Kg。

煤灰熔融性:

对于固态排渣煤粉炉要求ST≥1350℃,低于这个温度有可能造成炉膛结渣,阻碍锅炉正常运行。液态排渣煤粉炉要求灰熔融性越低越好，而且煤灰黏度也越低越好。（灰熔点：由于煤粉炉炉膛火焰中心温度多在1500℃以上，在这样高温下，煤灰大多呈软化或流体状态。）

煤的硫分：

硫是煤中有害杂质，虽对燃烧本身没有影响，但它的含量太高，对设备的腐蚀和环境的污染都相当严重。因此，电厂燃用煤的硫分不能太高，一般要求最高不能超过2.5%，高硫煤在煤仓内储存时易自燃，所以硫分越低越好， wd(St)<1.25pc.为最好。

粒度：

悬燃炉均燃用煤粉，煤粉愈细，愈容易着火和燃烧完全，热损失小，但耗电量增加，飞扬损失大。一般要求粒度为0～30mm,而且大多数20～50um 粒度均匀。

中国规定，对供应火力发电厂煤粉炉用煤的粒度要求（洗）末煤13mm，（洗）混末煤＜25mm，中煤、洗混煤＜50mm，如上述煤种供应不足时可暂时供原煤。

质量要求：

火电厂用的煤炭质量对锅炉设计和生产过程都是重要的基本依据。燃料煤的特性包括两个方面：一是煤特性，二是灰特性。

煤特性指煤的水分、灰分、挥发分、固定碳、元素含量（碳、氢、氧、氮、硫）、发热量、着火温度、可磨性、粒度等。这些指标与燃烧、加工（例如磨成煤粉）、输送和储存有直接关系。

灰特性指煤灰的化学成分、高温下的特性、以及比电阻等。这些特性对燃烧后的清洁程度，对钢材的腐蚀性以及煤灰的清除等有很大的影响。

电厂煤粉炉对煤种的适用范围较广，它既可以设计成燃用高挥发分的褐煤，也可设计成燃用低挥发分的无烟煤。但对一台已安装使用的锅炉来讲，不可能燃用各种挥发分的煤炭，因为它受到喷燃器型式和炉膛结构的限制。

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煤的分类

煤有褐煤、烟煤、无烟煤、半无烟煤等几种。云南常用的是褐煤、烟煤、无烟煤三种。煤的种类不同，其成分组成与质量不同，发热量也不相同。单位重量燃料燃烧时放出的热量称为发热量，人为规定以每公斤发热量7000千卡的煤作为标准煤，并以此标准折算耗煤量。

（1）褐煤：多为块状，呈黑褐色，光泽暗，质地疏松；含挥发分40%左右，燃点低，容易着火，燃烧时上火快，火焰大，冒黑烟；含碳量与发热量较低（因产地煤级不同，发热量差异很大），燃烧时间短，需经常加煤。

（2）烟煤：一般为粒状、小块状，也有粉状的，多呈黑色而有光泽，质地细致，含挥发分30%以上，燃点不太高，较易点燃；含碳量与发热量较高，燃烧时上火快，火焰长，有大量黑烟，燃烧时间较长；大多数烟煤有粘性，燃烧时易结渣。

（3）无烟煤：有粉状和小块状两种，呈黑色有金属光泽而发亮。杂质少，质地紧密，固定碳含量高，可达80%以上；挥发分含量低，在10%以下，燃点高，不易着火；但发热量高，刚燃烧时上火慢，火上来后比较大，火力强，火焰短，冒烟少，燃烧时间长，粘结性弱，燃烧时不易结渣。应掺入适量煤土烧用，以减轻火力强度.

煤，从广义的角度讲也可以算是岩石中的一种固体可燃有机岩，由于沉积环境的原因，使原生树木的沉积形成了煤，如果环境适应于形成其他东西，这些原生树木则会形成其他东西，比如硅化木之类的东西。 所以说煤也是岩石。和泥岩 是对等的啊，不是归属关系！

含煤岩系3种烃源岩虽然有机质含量差别很大(煤层平均有机碳含量为62%～70%，炭质泥岩平均有机碳含量为6%～10%，暗色泥质岩平均有机碳含量为1%～3%)，但热模拟试验结果表明它们都是良好的煤成烃源岩。据含煤岩系的地化指标，例如含煤岩系氯仿沥青“A”族组分中芳烃含量大于饱和烃，在红外光谱图上反映苯环结构的吸收峰较强；所含的生物标志化合物以反映陆源高等植物输入的5αC25豆甾烷和松香衍生物等甾、萜类化合物为主；含煤岩系3种烃源岩的干酪根在Van Krevelen图上的分布和光学鉴定结果等等资料，以及在同一地区、同一层系中的煤岩及泥质岩有机地化特征、生物标志化合物及碳同位素组成等一系列地球化学指标(H/C原子比、O/C原子比、δ13C值、氯仿沥青“A”的芳烃红外图谱)基本相近(表4-1)。

表4-1 中国部分含煤层系有机地球化学参数表

注：1.资料来自“六五”国家重点科技攻关项目：中国煤成气形成赋存条件及资源评价；2.*为氯仿沥青“A”的饱和烃与芳烃之比。

表明含煤岩系3种烃源岩的有机质都是以腐殖型有机质为主，以Ⅲ型干酪根为主。母质主要为陆源高等植物，三者的沉积环境及有机地球化特征、演化史有成因联系。(图4-1)。

图4-1 我国主要含煤岩系煤和暗色泥岩干酪根的化学元素组成和演化图

煤是古代植物埋藏在地下经历了复杂的生物化学和物理化学变化逐渐形成的固体可燃性矿产,一种固体可燃有机岩,主要由植物遗体经生物化学作用,埋藏后再经地质作用转变而成.俗称煤炭.

形成过程

在地表常温、常压下,由堆积在停滞水体中的植物遗体经泥炭化作用或腐泥化作用,转变成泥炭或腐泥；泥炭或腐泥被埋藏后 , 由于盆地基底下降而沉至地下深部,经成岩作用而转变成褐煤；当温度和压力逐渐增高,再经变质作用转变成烟煤至无烟煤.

泥炭化作用是指高等植物遗体在沼泽中堆积经生物化学变化转变成泥炭的过程.腐泥化作用是指低等生物遗体在沼泽中经生物化学变化转变成腐泥的过程.腐泥是一种富含水和沥青质的淤泥状物质.冰川过程可能有助于成煤植物遗体汇集和保存.

煤的形成年代——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,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.

1、煤的工业分类中的一些基本概念

①基的概念：基准，前提条件。例如d,ad,daf,dmmf,ar分别代表干燥基、空气干燥基，干燥无灰基、干燥无矿物质基和收到基。

②煤的粘结性。是指煤粒（d<0.2mm）在隔绝空气加热后能否粘结其本身或惰性物质形成块的能力。

③煤的结焦性。是指煤粒隔绝空气加热后能否生成优质焦炭的性质。

④煤的全水分。是煤的外在水分（表面水）和内在水分之和。外在水是空气中干燥失去的水分，剩下的是内在水。

⑤挥发分。空气干燥基煤样在900℃条件下隔绝空气加热7分钟后减少的质量扣除水和二氧化碳的质量。常用干燥无灰基挥发分表示。Vdaf/%

⑥灰分：空气干燥基煤样加热到815℃完全燃烧后残余物的质量。

⑦弹筒发热量。是指单位质量的煤在充有过量氧气的弹筒中燃烧，最终产物为25的二氧化碳、氧气、氮气、硝酸、硫酸、液态水和固态灰时放出的热量。

⑧高位发热量。是指单位质量的煤在充有过量氧气的弹筒中燃烧，最终产物为25的二氧化碳、氧气、氮气、二氧化硫、液态水和固态灰时放出的热量。其数值等于弹筒发热量扣除硝酸和硫酸的形成热。

⑨低位发热量。是指单位质量的煤在充有过量氧气的弹筒中燃烧，最终产物为25的二氧化碳、氧气、氮气、二氧化硫、气态水和固态灰时放出的热量。其数值等于高位发热量扣除水的汽化热。

2、煤的用途

火力发电31%，工业锅炉31%，民用20%，炼焦8%，蒸汽机4%，煤化工3%，出口3%

3、煤的工业分类依据

根据煤化程度指标（挥发分等）和热加工工艺性质（粘结性、发热量等）。

4、中国煤炭分类表及说明

①煤的数码编号说明：十位数表示干燥无灰基挥发分的大小，个位数表示它的粘结性大小。十位数字大，表示挥发分高；个位数字大，表示粘结性高。

②无烟煤分类：3个编号。 类别 编号 挥发分Vdaf/% 氢含量Hdaf/% 无烟煤一号 01 老无烟煤 0-3.5 0-2 无烟煤二号 02 典型无烟煤 3.5-6.5 2-3 无烟煤三号 03 新无烟煤 6.5-10 3-4 ③烟煤分类：24个编号

挥发分10-20%，20-28%，28-37%，37%以上，分别为低、中、中高和高挥发分。

粘结指数G 0-5，5-20，20-50，50-65，65以上，分别为不粘、弱粘、中低粘、中高粘和强粘结性。

④褐煤分类：2个编号 类别 编号 挥发分Vdaf/% 目视比色法透光率PM 褐煤一号 51 新褐煤 37以上 ≤30 褐煤二号 52 老褐煤 37以上 30-50 ⑤中国煤的分类

14大类：褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤、1/2中粘煤、气煤、气肥煤、1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫瘦煤、贫煤和无烟煤。

17小类

5、煤的可选性及评价方法

①选煤的概念

利用煤与矿物杂质物理化学性质的不同，设法除去矿物杂质，提高煤质量规格的过程。

②选煤方法

主要是重力选煤，利用煤与矿物杂质密度的不同，采用跳汰选煤或重介质洗煤。

③煤的可选性

把矿物杂质从煤中分离出来达到工业用煤要求的难易程度。用±0.1临近密度物产率表示。

④评价方法

筛分试验和浮沉试验。

煤岩学

第一节 宏观煤岩组成及煤的物理性质

1、宏观煤岩成分：肉眼可以区分的煤的基本组成单位。

①镜煤。颜色深黑，光泽最强，贝壳状断口，内生裂隙发育，呈条带状或透镜状，由植物的木质纤维组织经凝胶化作用形成，是一种简单的宏观煤岩成分。

②丝炭。颜色灰黑，纤维状结构，丝绢光泽，疏松多孔，被矿物充填后坚硬致密，比重较大，由植物的木质纤维组织经丝炭化作用形成，也是一种简单的宏观煤岩成分。

③亮煤。亮煤是复杂的宏观煤岩成分，由植物的木质纤维组织经凝胶化作用，并掺入一些由风或水带来的矿物杂质形成。光泽和亮度仅次于镜煤，断面平坦，内生裂隙不如镜煤发育，常呈较厚分层，是最常见的宏观煤岩成分。

④暗煤。暗煤是复杂的宏观煤岩成分，富含壳质组、惰质组或矿物质，光泽暗淡，灰黑色，致密坚硬，比重大，韧性大，不易破碎，断面粗糙，一般不发育内生裂隙。较为常见。

2、宏观煤岩类型

按宏观煤岩成分组合及其反映出来的平均光泽强度划分为4种宏观煤岩类型。

①光亮煤。主要由镜煤和亮煤组成（大于80%）。

②半亮煤。亮煤和镜煤占多数（50-80%）。

③半暗煤。亮煤和镜煤占20-50%，硬度、韧性、比重较大。

④暗淡煤。镜煤与亮煤小于20%，硬度、韧性、比重大。

二、煤的物理性质

1、光学性质

①颜色：表色、粉色、体色、反射色、反射荧光色

表色指普通白光照射下煤表面反射的颜色。

粉色指煤研成粉末或用钢针刻划煤表面形成条痕的颜色。又称条痕色。

体色指把煤表面磨光，在显微镜下观察反射光的颜色。

反射荧光色：把煤表面磨光，用蓝光或紫外光激发后呈现的颜色。 煤类 表色 粉色 体色 反射色 反射荧光色 褐煤 褐色 褐色 煤级越高，透光性越差 煤级越高，反射色越浅 煤级越高，荧光色越弱 低阶烟煤 黑色 深褐色 高阶烟煤 黑色 黑色 无烟煤 黑色 深黑色 ②光泽。煤的新鲜断面的反光能力。与煤成因、煤岩成分、煤化程度和风化程度有关。镜煤→亮煤→暗煤→丝炭，光泽减弱。随煤级增高，光泽增强。

③反射率、折射率和吸收率

煤的反射率是在垂直照明条件下，煤岩组分磨光面的反射光强度与入射光强度之比。

煤的折射率是在光线入射煤的界面时，入射角和折射角的正弦之比。

煤的吸收率是被吸收的光能与入射光能量之比。

2、机械性质

①硬度。抵抗硬物压入表面的能力，分为刻划硬度、压痕硬度和磨损硬度。

刻划硬度指用标准矿物刻划煤得到的相对硬度。

压痕硬度指用专门的仪器测定的煤的显微硬度。

抗磨硬度指用煤磨光面上耐磨阻力的大小表示的硬度。

②脆度。物体受外力作用后破碎的性质。脆度大，韧性差，与硬度不直接相关。焦煤脆度最大。

③可磨性。研磨的难易程度。煤的可磨性系数指风干状态下将相同重量的标准煤样和试验煤样由相同粒度研磨到相同细度所消耗的能量比。

④压缩性。煤在恒温加压下体积变化的百分数。

⑤断口。煤受力后断开的截面。

⑥比重、密度。

⑦比表面积。每克煤具有的总表面积。M2/g

可采用湿润法、BET法、Langmuir等温吸附法、气相色谱法。褐煤和无烟煤比表面积最大。

⑧孔隙率。煤中孔隙和裂隙总体积与煤总体积之比，又称孔隙度。

⑨导电性。通常用电阻率表示。与煤化程度、水、矿物质、孔隙度和风化程度有关。

⑩磁性。煤是抗磁性物质。

⑾导热性。煤的比热介于水和矿物之间。水比热大，矿物比热小。

三、煤中的裂隙

1、内生裂隙：凝胶化物质在温度、压力作用下均匀收缩产生内张力而形成的裂隙。与层理面垂直发育两组。

2、外生裂隙：后期构造应力作用的产物，与层理面呈不同角度相交，裂隙内有煤屑。

四、煤的结构与构造

1、煤的结构分为原生结构和次生结构。原生结构指煤化作用过程中未经构造运动作用形成的煤结构。次生结构指煤层遭受构造运动后的结构，包括碎裂、碎粒、縻棱结构。

2、煤的构造

煤作为一种沉积岩，具有沉积构造，包括层理、波痕等；有些不具有层理特征，呈块状构造。原生构造经构造运动后产生次生构造，如滑动镜面、鳞片状构造、揉皱构造等。

第二节 煤的显微组成

一、煤的有机显微组分

1、镜质组。由植物的木质纤维组织在还原条件下经凝胶化作用形成。镜质组分为结构镜质体、无结构镜质体和碎屑镜质体。保存有植物细胞结构的称为结构镜质体，没有植物细胞结构的称为无结构镜质体，呈碎屑状分布的称为碎屑镜质体。

2、惰质组。又称丝质组，是木质纤维组织在氧化环境下经丝炭化作用形成。C含量高，芳构化程度高，较硬，反射率高，挥发分低，无粘结性。

3、壳质组。又称稳定组，类脂组。壳质组还有大量脂肪族成分，氢含量高，加热时产生大量的焦油和气体。粘结性较差或没有，具有荧光性。

二、煤的无机显微组分

1、煤中矿物质来源

①原生矿物。植物通过根吸收的矿物质。

②同生矿物。由风、水携带与泥炭同时沉积的矿物质。

③后生矿物。煤层形成后，由于水或岩浆的侵入形成于煤体内的矿物。

2、煤中矿物质种类

粘土矿、碳酸盐矿、氧化物、硫化物、氢氧化物等。

第三节 煤岩学应用

1、根据煤层剖面、生物化石、煤核可以推断煤层沉积史。

2、根据煤层形成曲线可以推断沉积历史。

3、利用同等深度不同变质程度可以推断构造运动史。

第四节 煤岩学研究方法

一、宏观研究方法

肉眼观察煤层剖面，绘制煤岩柱状图，描述分层名称、厚度、结构、构造、矿物质等。

二、显微研究方法

1、显微煤岩组分定量

煤粒d≤1mm，平均d=0.8mm

2cm 颗粒数约为25×25=625

2cm

测量步距0.6mm时，测量点数是33×33=1089。统计原则：以目镜十字丝交点下组分进行统计，十字丝交点下没有显微组分的不统计。判断原则：如果十字丝交点落在组分边界时，按充满某个象限的组分参与统计。

2、显微煤岩类型定量

目镜插入网格微尺，网格数20，网格尺寸0.5mm×0.5mm，测量步距0.6mm。统计原则：网格与煤粒交叉点数在10个以上时参与统计。数据点的判断原则：①矿物点数<20%且无硫化物时，该数据点定为显微煤岩；②矿物点数>50%或硫化物点数>15%重叠点数时，该点定为矿物体；③其它数据点定为微矿质煤。

3、显微组分和显微煤岩类型综合分析

在目镜中插入网格微尺，以网格微尺某一点作为十字丝，综合前面的统计和判断依据进行统计和分析。

三、煤的反射率测定

显微光度计

四、仪器设备

1、自动显微光度计

根据灰度值计算出反射率，判断煤化程度、显微组分或煤岩类型。

2、扫描电子显微镜：用于研究固体的表面形态。

3、核磁共振：特定的原子核在特定的外加磁场中，只吸收特定频率的射频能量。用于研究煤分子的化学结构。芳香度改变，相当于外加磁场改变，被吸收的射频频率也改变。

4、电子顺磁共振

第五章 含煤沉积体系

1、 含煤岩系的概念

是指充填于盆地内含有煤层的具有共生关系的沉积总体。含煤岩系的颜色主要由灰色、灰绿色和黑色组成，岩石类型包括砂、泥岩、炭质泥岩、灰岩、煤等。

2、 煤层形成的条件

煤层的前身是泥炭层，泥炭层的形成和保存与沼泽中的水位密切相关，根据植物遗体的堆积速度和沼泽水面的上升速度对比，可分为三种情况，又称为三种补偿方式：过度补偿、均衡补偿和欠补偿。

3、 煤层的结构

煤层包含煤分层和岩石夹层，煤层内不含夹石层者称为简单结构煤层，煤层内含夹石层者称为复杂结构煤层。

4、 煤层的底板和顶板

煤层底板以泥岩、粘土岩最为常见，富含植物根茎化石，俗称根土岩；如果底板为砾岩或石灰岩，则为植物遗体异地沉积。根土岩含有伊利石、蒙脱石、高岭石和其他粘土矿物，呈灰白色。

煤层顶板的岩石类型有多种，最常见的是泥岩、砂岩和石灰岩，与沉积环境有关。例如，我国华北石炭二叠纪含煤岩系太原组是海进型充填序列，成煤环境主要为泻湖-障壁岛体系，发育石灰岩顶板。华北地区山西组为海退型充填序列，成煤环境主要为三角洲、河流体系，煤层顶板为湖相泥岩、冲击相砂岩。

5、 煤层中的结核、包体和化石

顶板为海相沉积物的煤层，煤层中、顶部常见黄铁矿结核，煤层下半部常见硅质结核。

泥炭中混入外来漂砾，形成包体。

煤层中有时可见到动植物化石。

6、 煤层厚度、形态及其控制因素

煤层总厚度、有益厚度、可采厚度、可采煤层、厚度级别

煤层形态控制因素：泥炭沼泽基底形状、沉积环境（冲积扇、河流、湖泊、三角洲、泻湖-障壁岛）、同期构造变动（河流或湖泊相碎屑沉积体侵入煤层产生煤层分叉现象、基底发生断裂、褶皱）、后期构造变动（褶皱、断裂、岩浆侵入、岩溶陷落柱）

7、 含煤沉积体系

山地冲积扇地带沉积体系成煤特征：扇间、扇内或扇前盆地可形成煤层，侧向连续性差

河流沉积体系成煤特征：岸后沼泽和废弃河道有利于形成煤层

湖泊沉积体系成煤特征：湖泊淤浅过程中，沉积粒度下细上粗

三角洲沉积体系成煤特征：上三角洲平原地带，近河岸由于决口扇沉积而出现煤层分岔和灰分增高现象，多形成低硫煤；下三角洲平原，受海水和潮汐影响明显，煤层顶板多为海相沉积，硫分含量高。

泻湖-障壁岛沉积体系成煤特征：泻湖淤浅沼泽化形成煤层，厚度变化较大，煤层硫分含量较高。

第六章 聚煤盆地与聚煤规律

1、根据聚煤盆地的形成条件，分为凹陷型聚煤盆地，断陷型聚煤盆地和构造侵蚀型聚煤盆地。

①我国华北石炭二叠纪聚煤盆地是一个比较典型的波状凹陷型聚煤盆地。盆地南侧是秦岭-大别山构造带，盆地北侧是阴山构造带，总体是一个西北向东南方向缓倾斜的簸箕状盆地，呈现“东西向分带，南北向迁移”的格局。

②断陷型聚煤盆地。由断裂作用和断块沉陷作用形成。

③侵蚀型聚煤盆地。基底为具有剥蚀面的凹地。

2、聚煤盆地的演化

①聚煤盆地的演化受古植物、古气候、古地理和古构造的影响。

②盆地内存在不均匀沉降现象。

③聚煤盆地在构造运动、海水进退和气候影响下，具有侧向迁移现象。

涉及的词汇：海进、海退、海退退覆、超覆、进积（海退时）、退积（海进时）、沉积基准面

3、聚煤规律

在古植物、古气候、古地理和古构造影响下，聚煤作用总是发生于盆地中的一定部位，在时空上表现出一定的规律性。

①富煤带。指煤层发育较好、相对富集的块段，在空间上具有带状分布的特点。

②富煤中心。富煤带内煤层厚度较大的部位。

一般情况下，大型盆地富煤带呈圆形或椭圆形，受地质构造控制时沿构造线延展方向展布。

4、成煤作用研究

受海水影响的煤中，硫含量高，黄铁矿含量高，富集云母、白云石、方解石和磷灰石等矿物。

具有海相顶板的煤层，由于是深水环境，暗煤发育。

第七章 煤的伴生矿产资源

第一节 油页岩

油页岩中的有机物质几乎完全由藻类遗体组成，油页岩的形成环境主要为静水沉积还原环境。

第二节 煤层气

一、有机质丰度

（一）研究区煤系烃源岩有机质丰度评价标准

对泥岩来说，国内应用较多的是黄第藩等（1990）根据酒东盆地研究提出的陆相生油岩有机质丰度评价标准（表9-1）。这个标准是建立在对湖相泥岩研究基础上的，而煤系中有些泥岩形成于沼泽环境，和湖相泥岩相比，无论在沉积环境，还是在有机质类型等方面都具有一定的差异，因此，在建立煤系烃源岩评价标准时应反映这种变化。

表9-1　我国陆相生油岩有机质丰度评价标准（据黄第藩，1990）

煤是一种有机质高度富集的有机岩，它的有机碳含量高，但可溶有机质相对泥岩来说低；另一方面，煤中有机组分复杂，各类有机组分的生烃性质存在较大差异。因此，对煤作为烃源岩的评价除了要考虑地球化学指标以外，还应该考虑其中有机组分组成及相对含量的变化。对煤作为源岩的评价标准已作了许多研究。张士亚等（1986）曾根据煤中三大类组分含量的比例及平均生烃潜力的大小将煤作为烃源岩划分为4个型9个亚类；傅家谟等（1995）提出了根据煤岩组分和亚组分定量结果确定煤成烃源岩的方案（表9-2），并定义壳质体包括孢子体、角质体和木栓质体。类脂体包括树脂体、沥青质体、藻类体及腐泥基质等。在依据地球化学方面，刘德汉（1987）提出根据Ro、“A”S1+S2和H/C等4项指标进行评价（表9-3）。程克明、赵长毅等（1995、1997）在研究吐哈盆地早中侏罗世煤系烃源岩丰度时，根据研究区的特点，提出了吐哈盆地煤系泥岩和煤的有机质丰度评价标准（表9-4,9-5）。黄第藩（1992）明确指出：“只有那些壳质组含量＞10%（气一肥煤阶段可降低到5%），IH>100mg/g Corg，埋藏中煤层的沥青化作用达到气—肥煤阶段（Ro＜1.5%）的煤才能成油。”

表9-2　煤岩学法评价煤成烃源岩的方案（据张士亚等，1986）

表9-3　不同演化阶段煤成烃源岩划分标准（据刘德汉等，1987）

表9-4　吐哈盆地煤系烃源岩有机质丰度评价标准（据程克明等，1995,1997）

表9-5　吐哈盆地煤质量评价表（据程克明等，1995,1997）

作者在现有的研究成果的基础上，着重从石炭—二叠纪煤系烃源岩的有机碳、氯仿沥青“A”、总烃、生烃潜量等地球化学指标及其与显微组分的相互关系分析入手，建立本区煤系烃源岩丰度评价标准。渤海湾盆地石炭—二叠纪煤系烃源岩的地球化学性质具有下列基本特点：

1.有机碳含量高

对泥岩来说，有机碳含量分布范围较宽，从0.011%～9.92%，其中＞1.0%的样品占45%以上，＞3.0%的样品＜10%，这说明有机碳作为丰度指标对泥岩是合适的。煤和碳质泥岩的有机碳含量分布范围为10%～75%，其中碳质泥岩集中在10%～20%范围为主，煤一般＞50%（图9-1），相对来说，分布范围较窄，表明有机碳作为碳质泥岩和煤（尤其是煤）的丰度指标反映效果较差。

图9-1　研究区煤系烃源岩有机碳含量分布直方图

（a）泥岩；（b）碳质泥岩；（c）煤

2.可溶有机质丰度分布范围大

泥岩的氯仿沥青“A”含量一般比较低，但分布范围较大，从0.003%～0.48%,＜0.1%的样品占75%以上，碳质泥岩氯仿沥青“A”含量分布范围比较宽，＜0.1%的样品占＜10%,0.3%～0.5%的样品占50%以上。煤的氯仿沥青“A”分布和有机碳不同，分布范围较宽，从0.3%～3.94%，以2.5%～3.5%居多。这除了与成熟度因素有关外，还反映了不同地区、不同时代煤的性质差异（图9-2）。因此，氯仿沥青“A”作为煤系烃源岩有机丰度评价指标是有效的。

图9-2　研究区煤系烃源岩氯仿沥青“A”产率分布直方图

（a）泥岩；（b）碳质泥岩；（c）煤

3.生烃潜量（S1+S2）分布范围宽

泥岩的生烃潜量主要集中在0.05～2.5mg/g范围内，碳质泥岩的生烃潜量则主要分布在10～30mg/g范围，而煤的生烃潜量分布范围很大（图9-3）。由此可见，生烃潜量分布范围较宽，而且碳质泥岩和煤的分布范围更宽，因此，生烃潜量作为丰度指标也是有效的。

图9-3　研究区煤系烃源岩S1+S2分布直方图

（a）泥岩；（b）碳质泥岩；（c）煤

4.总烃（HC）含量低

总烃（HC）产量与饱和烃和芳烃有关，研究区煤系烃源岩的烃含量较低，泥岩为270×10-6～2092×10-6；碳质泥岩为1030×10-6～2379×10-6；煤为1469×10-6～6686×10-6。

下面以有机碳含量作为参照，分析本区煤系烃源岩地球化学指标之间的关系。

（1）泥岩。图9-4为煤系中泥岩的有机碳与氯仿沥青“A”、生烃潜量的相关关系图，泥岩的有机碳含量与“A”呈正相关，Corg为0.5%时，“A”含量为0.01%,Corg为1.5%时，“A”为0.05%；当Corg为3%时，“A”为0.1%。泥岩的有机碳含量与生烃潜量也是正相关关系，当Corg＜0.5%时，其S1+S2＜0.5mg/g，当Corg为1.5%时，生烃潜量为2.5mg/g；当Corg为3.0%时，生烃潜量可达6.0mg/g，达到好生油岩标准。据资料分析，泥岩有机碳含量与HC关系为正相关关系，当Corg为0.5%时，HC一般＜120×10-6，当Corg为1.5%时，HC为200×10-6，当Corg为3.0%时，HC为400×10-6；当Corg为6.0%时，HC一般＞700×10-6。

图9-4　泥岩有机碳含量与“A”和生烃潜量相关关系图

（2）碳质泥岩。碳质泥岩的有机碳含量与“A”、生烃潜量都呈正相关关系。（图9-5），当Corg为10%时，“A”为0.2%,S1+S2为15mg/g,Corg为15%时，“A”为0.3%,S1+S2为25mg/gCorg为25%时，“A”为0.5%,S1+S2为45mg/g。碳质泥岩的沉积环境、母质类型、生烃性质都不同于湖相泥岩，而其有机质富集程度又不同于煤，若完全套用泥岩的丰度评价指标，则碳质泥岩几乎全部属于好—最好的生油岩，显然与实际不符。为了不至于把碳质泥岩全部归属于好—最好生油岩这样一个误区，对碳质泥岩单独建立丰度评价标准，并大致参照泥岩的相关系数，以便把泥岩和碳质泥岩统一到一起。

图9-5　碳质泥岩的有机碳含量与“A”生烃潜量相关关系图

据此，可以建立研究区煤系泥岩和碳质泥岩有机质丰度的评价标准（表9-6）。

（3）煤。前人已提出不少煤的丰度评价方法和标准，这里要强调的是对煤评价时，应该充分考虑其中的有机显微组分类型及含量的分布特征。据对孔古4井及徐14井、大参1井揭露的部分煤层分析，其生烃潜量、氢指数等值与煤中壳质组和镜质组含量关系十分密切，尤其是与E+S的关系更明显。从孔古4井的测试数据可以看出，当E+S>15%（IH:385mg/g Corg，生烃潜量：177mg·g-1），才能进入中等生油岩的标准，而E+S＜15%，只能算差生油岩，若E+S含量＜5%，即使镜质组含量90%，也达不到中等生油岩的标准。根据资料统计（图9-6）可以看出，煤的氢指数与生烃潜量呈正相关关系。参照吐哈盆地煤的评价研究成果，提出渤海湾盆地煤的有机质丰度评价标准（表9-7）。

表9-6　渤海湾盆地石炭—二叠纪煤系泥岩和碳质泥岩有机质丰度评价标准

图9-6　煤的生烃潜量与IH相关关系图

表9-7　渤海湾盆地石炭一二叠纪煤的有机质丰度评价标准

这里要说明的是，这个有机质丰度评价标准只是从煤成油的角度出发考虑，而不是从煤成气角度进行的划分，因为对有机质高度富集的煤来说，它在不同热演化阶段都能形成气态烃，广义上说，它是很好的气源岩。从煤成烃的角度考虑，良好的能生成油的煤，当然也具有良好的生气特征。

（二）煤系烃源岩有机质丰度分布特征

研究区不同坳陷内石炭—二叠纪煤系烃源岩有机质丰度有一定差异，即使在同一坳陷的不同凹陷内也有变化。这些变化一是受成熟度的影响，二是受沉积环境变化的控制。表9-8是黄骅、济阳、冀中三坳陷已有的地球化学分析测试结果的综合分析。这里要说明的是，表中的数据是根据掌握的1000多个数据而汇总的，但这些数据多集中在有限的钻井中，而平面上大量的钻井则缺乏相关的资料，因此，我们只能从这些数据变化中寻找研究区石炭—二叠纪煤系烃源岩有机质丰度的变化特征。分析各坳陷有机质丰度及不同级别生油岩所占百分比分布特征（图9-7），可以看出：

（1）各坳陷中达到好生油岩的煤系烃源岩一般＜20%，以中一差生油岩为主。

（2）从时代看，同一坳陷中下石盒子组泥岩丰度最差；太原组和山西组相比，其泥岩、碳质泥岩和煤的丰度都更好一些，但由于煤中壳质体含量在山西组煤中往往更富集，因此，在统计的数据中达到好生油岩标准的煤在某些地区山西组更多一些。

表9-8　渤海湾盆地石炭—二叠系煤系烃源岩有机质丰度综合表

（3）从不同坳陷看，以黄骅和冀中坳陷反映的结果最好，但两地区稍有差异。冀中坳陷泥岩、碳质泥岩好—中等生油岩所占比例比黄骅坳陷高，而两坳陷中的太原组相比，则黄骅坳陷好于冀中坳陷；济阳坳陷有机质丰度较差，以差生油岩类型为主，这与济阳坳陷成熟度较高有关，因为在评价标准中，总烃、生烃潜量、氢指数、氯仿沥青“A”等都与烃源岩中现有的可溶有机质数量有关，而烃源岩中可溶有机质数量随着成熟度的增加而大大减少。从总有机碳看，济阳坳陷的含量并不明显偏低。

图9-7　渤海湾盆地主要油气区不同级别生油岩频率分布直方图

（a）大港油气区；（b）华北油气区；（c）胜利油气区

（4）同一坳陷内不同区域差异较大。根据对研究区已掌握的有机岩石学和地球化学分析测试资料，黄骅坳陷有机质丰度较好的煤系烃源岩主要分布在以孔古4、徐14、徐13等钻井代表的孔西潜山和徐黑潜山构造带（也就是南皮凹陷的北缘）。这里石炭—二叠纪煤中基质镜质体含量26.5%～58.2%，壳质组＋腐泥组含量可达52%～34%，煤的氯仿沥青“A”产率达1.7%～3.28%，生烃潜量达93～205mg/g，氢指数达203～515mg/gCorg。泥岩的有机碳含量达1.31%～5.9%，氯仿沥青“A”达0.11%～0.32%，生烃潜量达0.2～8.35mg/g，因此，中等以上生油岩可达到30%以上。冀中坳陷有机质丰度以苏13、苏8等钻井为代表的苏桥地区（即沧县隆起区的西缘）最好，其次是廊坊地区。这里石炭—二叠纪煤中富含壳质组分，而且山西组多于太原组，E+S一般可达15%～30%，某些分层可达35%～59%，已形成残植煤，其中主要成分是孢子体和角质体，其次是树脂体。这些富含壳质组的煤氯仿沥青“A”产率达1.2%～2.789%，生烃潜量＞170mg·g-1，有些可达268mg/g，氢指数一般＞200mg/gCorg。泥岩的有机碳含量一般＞0.9%，其中＞1.5%的可达67.5%，氯仿沥青“A”产率一般＞0.05%，其中＞0.1%的样品可达28%，生烃潜量一般＞0.5mg/g，其中＞2.5mg/g的占47.2%,HC一般＞150×10-6。冀中坳陷的大城凸起一带，煤系烃源岩也具有良好的生烃性质。煤的有机碳含量30.69%～63.29%，氯仿沥青“A”产率0.41%～6.04%，以＞3%的为主，生烃潜量达21～151mg/g，总烃可达5977×10-6～10220×10-6，煤中“E+S”相对含量一般＜10%。泥岩的有机碳含量一般0.5%～8.78%，其中＞1.5%的可达50%以上，生烃潜量达0.9～29.2mg/g，其中＞2.5mg/g的占60%以上；氯仿沥青“A”产率达0.027%～0.082%，其中＞0.05%的占50%以上；总烃达77×10-6～427×10-6。南部深县地区上古生界煤系烃源岩丰度比上述地区差。济阳坳陷内各凹陷成熟较高，但在成熟度低的地区（如康古1井，Ro为0.54%～0.58%；义古40井，Ro为0.52%～0.58%）有机质丰度也比较低，据康古1和义古40井资料，煤的有机碳含量58%～65%，但其氯仿沥青“A”产率一般＜1%，生烃潜量一般＜120mg/g，煤中E+S一般＜5%。从泥岩看，其有机碳含量一般＜1.5%，生烃潜量一般＜2.5mg/g，总烃一般为83～270mg/gCorg。

二、有机质类型

研究区石炭-二叠纪煤系烃源岩的有机组分复杂，既有由高等植物形成的镜质组、惰质组、壳质组组分，也有由低等水生生物形成的腐泥组，它们以不同的组成比例形成不同性质的烃源岩，而这些不同性质的烃源岩反映在有机质类型上就有了很大差异。

对烃源岩有机质类型的判识主要有地球化学方法（如干酪根元素组成分析、岩石热解氢指数、氧指数、降解率、类型指数分析、干酪根红外吸收光谱分析、干酪根碳同位素分析等）和有机岩石学方法。本专题对有机质类型的划分采用目前常用的有三类四分法，即I型——腐泥型、Ⅱ型（Ⅱ1——腐殖腐泥型、Ⅱ2——腐泥腐殖型）和Ⅲ型——腐殖型。

从组成烃源岩的各种有机组分化学性质看，煤系烃源岩（尤其是煤和碳质泥岩）应该以Ⅲ型为主，但当其中壳质组和腐泥组含量达到一定比例时就可能形成Ⅱ2～Ⅱ1型。据对孔古4井煤系烃源岩进行的Rock-Eval分析，IH、IO、D等指标对煤及碳质泥岩的有机质类型反映效果很差，IH、D值都比较高，造成以Ⅰ～Ⅱ型为主的结果。氯仿沥青“A”的族组成分析表明，饱合烃含量1.29%～8.29%，而芳烃含量高达18.59%～47.03%，饱/芳比＜1，全部为Ⅲ型。导致热解分析出现类型指数偏低的原因，其一与煤及碳质泥岩的有机质丰度高有关，有机质丰度高会导致降解潜率（D）的增大；其二与煤对已经形成的烃类有较强的吸附能力有关，由于其中吸附了大量已形成的烃，造成IH和D值偏大。

由于煤及碳质泥岩中形态有机质含量高，采用有机岩石学的方法进行评价是可行的。利用有机岩石学方法，通过计算产烃指数（HP）和产油指数（OP）对有机质类型的判识，基本上以Ⅲ型为主，但有些地区的煤层和泥岩中由于富含基质镜质体B和壳质组、腐泥组而出现较多的Ⅱ2型（如孔古4、大参1、苏8、苏13等井）。因此，研究区煤系烃源岩有机质类型总体以Ⅲ型为主，但各地区差异较大。在有机质丰度高的黄骅坳陷南皮凹陷北缘孔西潜山及徐黑凸起一带（以孔古4、徐4、徐13等钻井为代表）、冀中坳陷苏桥地区（以苏13、苏8等井为代表）及沧县隆起区的大城凸起（以大参1井和胜1井为代表）等地区的煤和泥岩中由于含有较多的壳质组＋腐泥组而使得Ⅱ2～Ⅱ1型比较丰富，其他地区基本上都是Ⅲ型，并含有一定数量的Ⅱ2型。

三、有机质成熟度

（一）有机质成熟度及分布

含煤地层中煤和暗色泥岩有机质的化学结构与湖相和海相生油岩不同。湖相和海相生油岩有机质是带有较多链状结构和环烷状结构的化合物；而煤系地层中的有机质是以带有侧链和官能团的缩合芳香核体系，因此，煤成烃的过程实质上就是煤分子结构中化学稳定性差的侧链和官能团（如甲氧基、甲基、亚甲基、羰基、羧基等）先后脱落，生成甲烷、重烃气和液态烃的过程。

根据煤成烃的特点，可将其划分为三个阶段：

（1）Ro＜0.5%的未成熟阶段：这个阶段有机质在细菌和氧的生物化学作用下产生一些CO2、H2O、CH4及少量的凝析油等，属生物成气阶段，也称为早干气阶段。

（2）Ro为0.5%～1.9%的成熟阶段：这个阶段烃类大量产生，既能生成大量湿气，又可伴生凝析油和原油。按煤阶划分，即为长焰煤-气煤-肥煤-焦煤-瘦煤阶段。在这一演化过程中，从长焰煤到肥煤阶段（Ro为0.5%～1.2%）以生成湿气和高蜡原油（即气油阶段）为主，同时伴生少量的凝析油；从焦煤-瘦煤阶段则主要生成湿气和凝析油。

（3）过成熟阶段（Ro＞1.9%）：又称为干气阶段，生成以甲烷为主的干气并伴生少量的凝析油。

根据上述煤成烃对应的几个阶段，研究区煤系烃源岩热演化程度可分以下几个阶段：

Ro＜0.5%，早期干气阶段；

Ro:0.5%～1.2%，湿气＋高蜡原油阶段；

Ro:1.2%～1.9%，湿气＋凝析油阶段；

Ro：＞1.9%，晚期干气阶段。

分析渤海湾盆地石炭一二叠纪煤系烃源岩Ro等值线图，上古生界煤系烃源岩的成熟度除了济阳坳陷偏高，黄骅和冀中坳陷的大部分地区都比较低。在黄骅坳陷，据目前掌握的资料，中部古潜山地区Ro值一般分布在0.55%～0.75%，孔古4井已深至近4000m,Ro也仅0.78%。预计在南皮、岐口、板桥坳陷深部，Ro值会随着埋深的增加而增高。冀中坳陷文安、霸县、廊坊等地区Ro值一般0.5%～0.9%，冀中地区可达0.5%～1.1%，局部地区受岩浆岩体的影响可达1.45%～2.45%（如苏1、4井等）。济阳坳陷现今埋深＜3000m的Ro值达0.52%～0.82%，且主要分布在坳陷边缘和凸起区，坳陷内则由于埋深大而一般达高成熟—过成熟阶段。钟宁宁等（1996）统计渤海湾盆地内各坳陷石炭－二叠纪煤系烃源岩有机质成熟度分布列于表9-9，由表可以看出，黄骅坳陷有机质成熟度主要分布在Ro为0.6%～1.3%范围内，分布频率占74.1%；冀中坳陷则主要分布在Ro＜0.6%和0.6%～1.3%范围内，分别占32.8%和61.8%，二者之合达90%以上；济阳坳陷有机质成熟度Ro在1.3%～4.0%范围内所占的比例达70%。因此，济阳坳陷石炭—二叠煤系烃源岩有机质成熟度明显比黄骅和冀中坳陷高。

本次研究中归纳总结不同地区Ro值分布状况列于图9-8。由图可以看出，黄骅坳陷孔西潜山-徐黑凸起一带Ro值以分布在0.8%～1.2%之间的为主，占59%，其次是0.5%～0.8%，占29%，二者之和达85%以上，也就是说，从成熟度来看，该区正处于生烃的最佳阶段。华北苏桥-文安一带Ro值以0.5%～0.8%为主，占62%，而0.8%～1.2%占27%，二者之和也大于85%，因此，苏桥-文安一带有机质成熟度相对孔西潜山－徐黑凸起一带来说要低一些。华北-大港油气区除了上述两个地区外，其他地区Ro值也以0.5%～1.2%为主，但Ro值为1.2%～1.9%的占27%，这说明相对上述两个地区成熟度偏高。胜利油气区的边缘和盆地内凸起区的Ro值以1.2%～1.9%为主，占40%,Ro值为1.9%～2.5%的占19%，由此可见，盆地内深部的Ro值会更大，因此，胜利油气区的有机质成熟度明显偏高。河北晋县以南（横跨华北、中原两个油气区）地区的Ro值以0.5%～1.2%为主，其中0.5%～0.8%的占67%,0.8%～1.2%的占23%，这说明该区成熟度相对较低。但中原油气区南部Ro值则以0.8%～1.9%为主，二者之和达84%。因此，从镜质体反射率（Ro值）分布和变化看，渤海湾盆地内石炭—二叠纪煤系烃源岩有机质成熟度以胜利油气区最高，其次是中原油气区南部。华北、大港油气区基本上以成熟阶段为主，部分地区（如大港油气区南部的南皮凹陷）处于成熟—高成熟阶段。

表9-9　各坳陷山西组有机质成熟度分布特征（据钟宁宁等，1996年）

图9-8　不同地区镜质体反射率频率分布直方图

（二）有机质热演化史

1.前印支—燕山期深成变质作用阶段

研究区石炭—二叠纪煤系地层在一定的深度范围内Ro值一般比较稳定，不随埋深的增加而增大（如冀中坳陷＜3000m，济阳坳陷＜3200m），埋深超过这个范围时Ro值会随着埋深的增加而增大。造成这种现象的原因是因为研究区在印支—燕山期前因深成变质作用已使煤系地层的成熟度达到现今埋深＜3000～3200m的成熟度，后期地层遭受抬升剥蚀，而后又开始沉降，但再次沉降深度没有超过抬升前埋深的缘故。从这个意义上来说，研究区目前埋深＜3000～3200m的上古生界煤系烃源岩的成熟度基本上都是在这个演化阶段就已形成的（去除个别地区受岩浆活动影响）。

2.印支—燕山期岩浆热变质和热液变质作用阶段

印支运动使华北地区开始抬升，造成晚三叠世—早侏罗世的沉积间断，其后便是长期的抬升剥蚀；侏罗纪—晚白垩世仅在局部地区形成沉积。燕山运动期间，随着构造-岩浆活动的增强而使得局部地区成熟度在深成变质作用的基础上发生了岩浆热变质和热液变质的叠加，造成局部地区成熟度的异常。

3.喜马拉雅期分异和第二次深成变质作用阶段

喜马拉雅运动期间渤海湾盆地进入断陷沉积时期，在由燕山运动形成的一系列一级和二级断陷盆地里沉积了大套湖相泥岩，沉降分异显著。因此，这个时期对成熟度的影响主要体现在断陷盆地内随着埋深增加而发生的第二次深成变质作用；而其他没有接受沉积的隆起区或沉积厚度小于抬升隆起前（即印支运动前）沉积厚度的地区（除了局部受燕山期岩浆活动影响外），则基本上保留了前印支运动第一次深成变质作用的水平。

因此，研究区成熟度有三种类型：一是埋深＜3000～3200m的第一次深成变质作用形成的成熟度；二是局部受岩浆或热液活动影响出现的异常成熟度；三是埋深＞3000～3200m的二次深成变质作用形成的成熟度。这三个不同成熟度演化阶段的组合及在不同地区的影响变化对研究区煤系烃源岩的评价和生烃能力会产生直接影响。

煤是古代植物遗体的堆积层埋在地下后，经过长时期的地质作用而形成的。据研究，几乎所有的植物遗体，只要具备了成煤的条件，都可以转化成煤。不过，低等植物遗体所形成的煤，分布范围小，厚度薄，很少被人利用。那些分布广、规模大、利用广泛的煤，都是高等植物的遗体（主要是古代的蕨类、松柏类以及一些被子植物的遗体）形成的。

在地球的历史上，最有利于成煤的地质年代主要是晚古生代的石炭纪、二叠纪，中生代的侏罗纪以及新生代的第三纪。这是因为，在这几个时期内，地球上的气候非常温暖潮湿，地球表面到处长满了高大的绿色植物，尤其在湖沼、盆地等低洼地带和有水的环境里，封印木、鳞木等古代蕨类植物生长得特别茂盛。

当时，高大的树木倒下以后，就会被水淹没了，这就造成了倒木和氧隔绝的情况。在缺氧的环境里，植物体不会很快地分解、腐烂。随着倒木数量的不断增加，最终形成了植物遗体的堆积层。这些古代植物遗体的堆积层在微生物的作用下，不断地被分解，又不断地化合，渐渐形成了泥炭层，这是煤的形成的第一步。

由于地壳的运动，泥炭层下沉了。泥炭层被泥沙、岩石等沉积物覆盖起来。这时，泥炭层一方面受到上面的泥沙、岩石等的沉重压力，另一方面，也是更重要的方面，泥炭层又受到地热的作用。在这样的条件下，泥炭层开始进一步发生变化：先是脱水，被压紧，从而比重加大，而且石炭的含量逐渐增加，氧的含量逐渐减少，腐殖酸的含量逐渐降低。完成这几个过程以后，泥炭就变成了褐煤。

褐煤如果继续不断地受到增高的温度和压力的作用，就会引起内部分子结构、物理性质和化学性质的进一步变化，褐煤就逐渐变成了烟煤或无烟煤了。

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。