煤地質學

煤地質學

煤地質學是以地質理論為基礎,研究煤、煤層、含煤岩系、煤盆地以及與煤共生的其他礦產(油頁岩、煤成氣等)的物質成分、成因、性質及其分布規律的學科。也稱煤田地質學。是地質學中形成較早的分支學科。煤地質學與大地構造學、構造地質學、沉積學、礦床學、地球物理探礦和石油地質學等密切相關。煤是重要能源之一,也是煉焦工業和冶金工業的重要原料。煉焦過程中可獲得焦油、煤氣和氨水等副產品,從中還可製取化學工業原料苯、甲苯、酚和萘等。這些化學工業原料是染料、藥品、肥料、炸藥、人造纖維等幾百種產品的重要原料。

簡介

煤地質學紅格爾煤田
煤地質學(coal geology)研究煤礦床的地質構造、煤層的產狀、分布規律以及煤的成分、成因、性質的學科。又稱煤田地質學。地質學的分支學科。煤地質學與構造地質學、沉積學、礦床學、石油天然氣地質學等密切相關。煤是重要的能源資源,也是多種工業的重要原料。煤地質學的研究,對煤炭資源的開發、綜合利用具有實際意義。20世紀70年代初期石油危機出現後,煤的液化和氣化燃料又使煤作為潔淨燃料成為能源的組成部分。煤或煤灰中還可提取有益的金屬元素如等(見煤中伴生元素)。煤在國民經濟中不僅是重要的能源,也是多種工業的重要原料。

發現和利用煤的歷史較早。中國《山海經》稱煤為石涅,並載有產地。《天工開物》記述了煤礦開採的通風排氣、頂板支護等情況;有“明煤產北,碎煤產南”的記述。希臘學者泰奧弗拉斯托斯在《石史》 (約前300年)中載有煤的性質和產地。18 世紀後 ,蒸汽機的廣泛套用對煤的需求量大增,促使採煤工業迅速發展,對煤的研究也大力加強。約在1870年揭示煤是從植物轉變而來,證明了煤的有機成因說。19世紀末~20世紀初,對煤系地層、構造和煤的成因、性質的研究 ,使煤地質學飛速發展 ,從礦床學和採礦學中獨立出來。30年代以後,隨著有關學科的迅速發展,煤地質學也得到比較全面、系統的發展,形成煤岩學、煤化學等分支學科。煤中伴生的鍺、鎵、釩、金等元素富集的研究,已成為重要課題。把沉積學的研究成果套用於煤地質學,在聚煤盆地分析、成煤沉積環境模式的建立和煤田煤質預測等方面都取得了成效。

研究簡史

煤地質學《山海經》中稱煤為“石涅”,並載有幾處煤產地
煤地質學的發展大致可分為4個階段。

早期用煤階段 中國是世界上最早發現和利用煤的國家。遼寧新樂古文化遺址(6000多年前)中,就發現過煤制工藝品。《山海經》中稱煤為“石涅”,並載有幾處煤產地。中國現已發現河南鞏縣西漢時用煤餅煉鐵的遺蹟。魏晉時稱煤為“石墨”或“石炭”,晉《水經注》中有“石墨可書,又燃之難燼,亦謂之石炭”,說明當時對煤的染手、耐燒等特性已有了認識。“煤”和“煤炭”兩詞始見於《本草綱目》。在《天工開物》一書中,記述了煤礦開採的通風排氣、頂板支護等,還對煤的塊度進行分類,並對產地作了記述,如“明煤產北,碎煤產南”;關於煤的性質與用途分類則有:“炎(焰)高者曰飯炭,用於炊烹;炎平者曰鐵炭,用於冶鐵”;還有“凡取煤經久者,從土面能辨有無之色,然後掘挖深至五丈許方始得煤”的記載。 希臘古羅馬也是用煤較早的國家,希臘學者泰奧弗拉斯托斯在約公元前 300年所著《石史》中載有煤的性質和產地;古羅馬大約在2000年前開始用煤加熱。

萌芽時期 18世紀後半期,蒸氣機的套用使煤的需求量大增。19世紀中期,歐洲許多國家成立地質機構,開辦礦業

煤地質學煤和石油·早期地質年代植物產物

學校,開展地質調查,採煤工業迅速發展。此後,煉焦工業興起,氣化工業誕生。1870年左右首次在顯微鏡下發現煤是從植物轉變而來,證明了煤的有機成因說。

形成時期 19世紀末期到20世紀初期,電力工業、冶金工業、有機合成工業蓬勃發展,用煤量大幅度增加。為了適應煤炭生產的需要,大力開展大煤田的地質調查研究,這一時期對煤系地層、構造、煤的成因和性質等方面,有較多的著述,如D.E.懷特R.蒂森《煤的起源》(1913)、蒂森《古生代煙煤的構造》(1920)和M.C.斯托普絲《條帶狀煙煤的四種可見組分》(1919)。煤地質學的研究和發展,使其從礦床學和採礦學中分了出來,成為獨立的學科。

發展時期 20世紀30年代以後,煤地質學得到比較系統的發展,並進一步分化形成幾個分支學科,如煤岩學和煤化學在研究煤的成因、成分、物理化學性質、工藝性質的同時,引進其他有關學科進行綜合性研究,強調煤質、煤層、含煤岩系的變化和分布規律與地質因素之間的關係。

基本內容

煤地質學相關書籍
煤地質學的基本內容有以下幾個方面:

煤的物質成分和性質 用岩石學方法研究煤的物理組成和類型的學科為煤岩學;用化學方法研究煤的元素組成和工藝性質的學科為煤化學(見煤地球化學)。

成煤作用 研究泥炭化作用階段、成岩作用階段和變質作用階段的轉變因素、條件、過程和內容,找出煤的成分和性質複雜多樣的原因,認識煤質的變化和分布規律,進行煤質評價和預測(見煤化作用)。

含煤岩系和煤層 研究內容包括含煤岩系的地質時代、地層劃分、岩性岩相組成、旋迴結構以及煤層、岩層對比等。

含煤岩系沉積古地理 研究三角洲平原濱海平原沖積平原湖泊三角洲等沉積環境及其亞環境中的含煤岩系特點和發育在不同沉積環境中的各種成煤模式,以便預測煤層的分布和煤質特徵等(見聚煤古地理)。

聚煤盆地分析與煤的區域分布規律 聚煤盆地分析以盆地為整體,從演化發展的觀點進行古環境和古構造相結合的分析,並進行區域大地構造、古氣候、海水進退以及盆地在古大陸的位置等背景分析。煤的區域分布規律則從植物演化、氣候條件、古地理環境、古構造學等方面對較大區域直至全球的煤聚集規律進行研究。

煤與石油、天然氣在成因上的聯繫 已知有些含煤岩系產出石油、天然氣,有的石油建造發育有煤層,因而從成因上研究煤、石油、天然氣的共生關係,具有理論和實際意義。煤作為油氣源岩已經成為煤岩學和油氣勘探工作的一個重要研究課題。

與煤共生的沉積礦產和某些與煤相鄰礦產的關係 與煤相鄰的礦產主要指區域岩漿熱變質煤的附近有可能發育金屬礦產。研究它們之間的關聯,有助於更好地進行綜合找礦勘探,提高礦產勘探效率,更有效地尋找、開發有關礦產。

發展方向

1973年開始出現的石油危機,迫使人們尋找替代石油的能源,因而大力開發煤炭資源,已成為一些國家能源政策的重要組成部分。大力勘探煤炭資源,提高煤的利用效益,發展煤的熱解液化、氣化、合成等煤的綜合利用,是世界解決能源問題的共同趨勢。煤和石油、天然氣在形成上存在著密切的成因聯繫,因此,煤地質學和石油地質學的研究有相互滲透的趨勢。由於尋找掩蓋區煤田的任務加重,因此地球物理勘探的套用也日益重要。例如,套用反射地震成果來解釋地下煤層的賦存部位和展布,已取得成功等。煤和黑色頁岩中鍺、鎵、釩、金等元素的富集的研究,已成了煤和黑色頁岩有機地球化學的研究方向。70年代以來,把沉積學的進展套用於煤地質學,在聚煤盆地分析、成煤沉積環境模式的建立和煤田煤質預測等方面都取得了成效,煤沉積學和煤盆地分析研究的重要性日益顯著。

相關學科

地質學概述、構造地質學、板塊構造學、礦物學成因礦物學、礦床地質學、地層學、層序地層學、地震地層學、生物地層學、事件地層學、冰川地質學、地震地質學、水文地質學、海洋地質學、火山地質學、石油地質學、區域地質學、宇宙地質學、地史學、古生物學、古生態學、古地理學、沉積學、地球化學、岩石學、實驗岩石學、工程地質學。

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