第一节　煤的宏观特征和微观特征

一、煤岩学的概念

煤是一种可燃有机岩。煤岩学是把煤作为一种有机岩石，用岩石学方法研究煤的物质组成、性质和工艺用途，进而确定其成因及合理用途的科学。煤岩学研究始于1830年，英国人赫顿（Hutton）发展了在显微镜下观察煤薄片的技术，发现了煤中保存着大量植物结构，提出了煤是由植物生成的论断。1919年英国人斯托普斯（M.Stopes）提出将宏观煤岩成分分为镜煤、亮煤、暗煤和丝炭，并详细描述了它们的特征和它们性质的差别。1924年波托涅编写了《普通煤岩学概论》一书，第一次出现了“煤岩学”这个术语。1925年斯塔赫（E.Stach）介绍了煤的光片技术，并使用了油浸物镜研究方法。1928年斯塔赫和屈耳魏恩提出制备粉煤光片的研究方法。1935年斯托普斯建议使用煤岩显微组分这一术语，使煤岩学的研究向微观方向前进了一步。

1953年国际煤岩学委员会（ICCP）的成立是煤岩学发展史上的一个里程碑。1957年和1963年，ICCP分别出版了《国际煤岩学手册》第1版和第2版，使煤岩术语和研究方法趋向标准化。荧光性的研究，保证了低煤化度煤的煤级准确测定。反射率测定方法和装置的逐渐完善，对煤岩学的发展起了重大作用，尤其是光电倍增管及各种型号的反射率自动测定装置的研制成功，加上电子计算机的应用，使20世纪70年代以来煤岩学得到更加迅速的发展和广泛的应用。

反射率测定方法使煤岩学研究如虎添翼，随着各种型号反射率自动测定仪的研制成功及电子计算机的广泛使用，使煤岩学的发展更加迅速且应用范围更加广阔。

煤岩学的研究内容主要包括：各种煤的有机组分、无机组分的来源，转变条件，种类和数量；煤中各组分的分布特征、结构和构造；煤的有机组分的性质、形态、分类及工艺用途；煤中有机组分的变质程度和氧化程度等。

煤岩学的研究方法有两种：宏观研究法和微观研究法。

宏观研究法是用肉眼或放大镜来观察煤，根据煤的颜色、条痕、光泽、硬度、密度、断口等物理性质，确定宏观煤岩成分和宏观煤岩类型，判断煤化程度，初步评定煤的性质和用途。这种方法是煤岩学研究的基础，具有简便易行等优点，缺点是较粗略。

微观研究法是利用显微镜来观察煤片，识别并研究煤的显微组分的方法。常用的方法有两种：一种是在透射光下观察煤的薄片（0.02mm），根据颜色、形态、结构、轮廓等特征鉴别煤的显微组分；另一种方法是在反射光下观察煤的光片（1.5～2cm），根据颜色、形态、结构、轮廓、突起等特征鉴别煤的显微组分。反射光又分普通反射光和油浸反射光，油浸反射光能削弱光线折射的影响，使显微组分的特征更清晰可辨。

二、煤的宏观特征

1.宏观煤岩成分

宏观煤岩成分指用肉眼可以区分的煤的基本组成单位。腐殖煤的宏观煤岩成分可分为镜煤、亮煤、暗煤和丝炭四种。它们具有不同的性质和特征。

（1）镜煤　煤中颜色最黑、光泽最亮的宏观煤岩成分。质地均匀，性脆，以具贝壳状断口和垂直于条带的内生裂隙为特征。在煤层中镜煤呈透镜状或条带状，厚度一般不超过20mm，有时呈线理状夹杂在亮煤或暗煤中，但有明显的分界线。镜煤的内生裂隙发育，裂隙面呈眼球状，有时裂隙面上有方解石或黄铁矿薄膜。在成煤过程中，镜煤是由成煤植物的木质纤维组织经过凝胶化作用形成的均质镜质体或结构镜质体。随煤化度加深，镜煤的颜色由深变浅，光泽变强，内生裂隙增多。在中等变质阶段，镜煤具有强黏结性和膨胀性。

（2）亮煤　光泽次于镜煤、具有微细层理、最常见的宏观煤岩成分。不少煤层以亮煤为主组成较厚的分层，甚全整个煤层全由亮煤组成。亮煤呈黑色，其光泽、脆性、密度、结构均匀性和内生裂隙发育程度等均逊于镜煤。断口有时呈贝壳状，表面隐约可见微细纹理。在显微镜下观察，亮煤是一种复杂、非均一、以镜质组组分为主，并含有不同数量的惰质组组分和壳质组组分的宏观煤岩成分。在中等变质阶段，亮煤具有较强黏结性和膨胀性。

（3）暗煤　光泽暗淡、坚硬、表面粗糙的宏观煤岩成分。暗煤呈灰黑色、内生裂隙不发育、密度大、坚硬且具有韧性。它的层理不清晰，呈粒状结构，断口粗糙。常以较厚的分层出现，甚至单独成层。在显微镜下可以观察到暗煤是一种复杂、非均一、镜质组组分较少，矿物质含量较高的宏观煤岩成分。暗煤由于组成不同，其性质差异很大。如富含惰质组的暗煤，略带丝绢光泽，挥发分低，黏结性弱；富含树皮的暗煤，略带油脂光泽，挥发分和氢含量较高，黏结性较好；含大量黏土矿物的暗煤密度大，灰分高。

（4）丝炭　有丝绢光泽、纤维状结构、性脆的、单一的宏观煤岩成分。在成煤过程中，丝炭是由成煤植物的木质纤维组织经丝炭化作用而形成的。在煤层中丝炭呈扁平透镜体或不连续小夹层，沿煤的层面分布，厚度约为几毫米。丝炭外观像木炭，灰黑色，质地疏松多孔，性脆、易碎，故在煤粉中含量较多。有些丝炭的孔腔被矿物质填充，成为矿化丝炭。矿化丝炭质地坚硬、致密、密度大。在显微镜下观察，具有明显植物细胞结构的丝炭化组织一丝质体和半丝质体，有时还能看到年轮结构。丝炭含氢量低，含碳量高，没有黏结性。由于丝炭孔隙率高，易于吸氧而发生氧化和自燃。

2.宏观煤岩类型

宏观煤岩成分在煤层中的自然共生组合称为宏观煤岩类型。在宏观煤岩成分中，镜煤和丝炭一般仅以细小的透镜体或不连续的薄层出现，难以形成独立的分层；亮煤和暗煤虽然分层较厚，但常常又有互相过渡的现象，分界线不太明显。所以，在了解煤层的岩相组成和性质时，如以上述四种宏观煤岩成分为单位，则不便进行定量分析，也不易了解煤层的全貌。因此，常采用宏观煤岩类型代替宏观煤岩成分作为肉眼观察研究煤层酌单位，共划分为光亮煤、半亮煤、半暗煤和暗淡煤四种基本类型。由于宏观类型是根据相对光泽划分的，而组分的光泽强度又是随煤化程度的增高而增强，因此，只有煤化程度相同的煤才能相互比较，划分宏观类型，并应先以相同煤化程度的镜煤为标准进行划分。煤的宏观类型通常以5cm为最小分层厚度。各种宏观煤岩类型特点如下：

（1）光亮煤　煤层中总体相对光泽最强的类型，它含有大于80％的镜煤和亮煤，只含有少量的暗煤和丝炭。光亮煤成分较均一，通常条带状结构不明显，具有贝壳状断口。内生裂隙发育，较脆，易破碎。中变质阶段光亮煤的黏结性强，是最好的炼焦用煤。

（2）半亮煤　煤层中总体相对光泽较强的类型，其中镜煤和亮煤的含量大于50％～80％，其余为暗煤，也可能夹有丝炭。半亮煤的条带状结构明显，内生裂隙较发育，常具有棱角状或阶梯状断口。半亮煤是最常见的宏观煤岩类型。中变质程度的半亮煤黏结性较好。

（3）半暗煤　煤层中总体相对光泽较弱的类型，其中镜煤和亮煤含量仅为20％～50％，其余的为暗煤，也夹有丝炭。有时镜煤和亮煤含量虽大于50％，但因矿物质含量高而使煤相对光泽减弱，也成为半暗煤。半暗煤的内生裂隙不发育，断口参差不齐；硬度、韧度和密度较大。

（4）暗淡煤　煤层中总体相对光泽最弱的类型，其中镜煤和亮煤含量在20％以下，其余的多为暗煤，有时夹有少量其他煤岩组分，也有个别煤田存在以丝炭为主的暗淡煤。暗淡煤通常呈块状构造，层理不明显，煤质坚硬，韧性大，密度大，内生裂隙不发育。与其他宏观煤岩类型相比，暗淡煤的矿物质含量往往最高。

在煤层中，各种宏观煤岩类型的分层，往往多次交替出现。逐层进行观察、描述和记录，并分层取样，是研究煤层的基础工作。

表2-1示出大同矿区9号煤层的宏观煤岩类型。

三、煤的微观特征

煤的微观特征是指利用显微镜观察到的煤的各种特征。人们把在显微镜下能够识别的煤的基本组成成分叫作煤的显微组分。煤的显微组分可分为有机显微组分和无机显微组分两大类。

1.煤的有机显微组分

有机显微组分是指在显微镜下能识别的有机质的基本单位。国内外关于有机显微组分的分类方案很多，国际煤岩学会对褐煤和硬煤分别制定了显微组分的分类方案（见表2-2、表2-3）。

中国煤岩显微组分分类方案是以国际煤岩显微组分分类方案为基础，结合中国煤炭资源特征和煤岩工作实践而制定的。中国烟煤的显微组分分类方案自从1988年制定以来，经历了两次较大的修订，主要是围绕是否将半镜质组单独划出而展开，由于国际标准中没有划分出过渡组分，致使我国煤岩资料和学术论文在国际交流中出现困难，在显微煤岩类型及煤分类上应用时也有诸多不便。因此现行分类方案（GB/T 15588—2013）放弃了划分出半镜质组的方案，采用镜质组、惰质组和壳质组的三组分划分方案，如表2-4所示。

腐殖煤的有机显微组分可分为三类，即镜质组（凝胶化组分）、惰质组（丝炭化组分）和壳质组（稳定组）。各类显微组分按其镜下特征，可以进一步分为若干组分或亚组分。

（1）镜质组

①镜质组特征。镜质组是由成煤植物的木质纤维组织，经腐殖化作用和凝胶化作用而形成的显微组分组。我国多数地区煤中镜质组的含量为60％～80％。在低煤化烟煤中，镜质组的透光色为橙色—橙红色，油浸反射光下呈深灰色，无突起。随煤化程度增加，反射力增大，反射色变浅，可由深灰色变为白色；透光色变深，可由橙红色变为棕色，直至不透明；正交偏光下光学各向异性明显增强。镜质组有时具弱荧光性。

根据细胞结构保存程度及形态、大小等特征，分为3个显微组分和若干个显微亚组分。

②结构镜质体。显微镜下显示植物细胞结构的镜质组显微组分（指细胞壁部分）。根据细胞结构保存的完好程度，又分为2个亚组分。

a.结构镜质体1。细胞结构保存完好的结构镜质体。细胞壁未膨胀或微膨胀，细胞腔清晰可见，细胞排列规则。细胞腔中空，或为矿物和其他显微组分充填。

b.结构镜质体2。细胞壁强烈膨胀，细胞腔完全变形或几乎消失，但可见细胞结构残迹。细胞腔闭合后常呈线条状结构。由树叶形成的结构镜质体2，常具角质体镶边，有时显示团块状结构。

③无结构镜质体。显微镜下不显示植物细胞结构的镜质组分。根据形态特征，无结构镜质体又分为4个亚组分。

a.均质镜质体。在垂直层理切面中呈宽窄不等的条带状或透镜状，均一、纯净，常见垂直层理方向的裂纹。低煤级烟煤中有时可见不清晰隐结构，经氧化腐蚀，可见清晰的细胞结构，该组分为镜质组反射率测定的标准组分之一。

b.基质镜质体。没有固定形态，胶结其他显微组分或共生矿物均匀，基质镜质体显示均一结构，颜色均匀；不均匀基质镜质体为大小不一、形态各异、颜色略有深浅变化的团块状或斑点状集合体。与均质镜质体相比，反射率略低，透光色略浅。该组分也为反射率测定标准组分之一。

c.团块镜质体。多呈圆形、椭圆形、纺锤形或略带棱角状、轮廓清晰的均质块体。常充填细胞腔，其大小与细胞腔一致；也可单独出现，最大者可达300μm。油浸反射光下呈深灰色或浅灰色，透射光下为红色—红褐色。

d.胶质镜质体。均一纯净，无确定形态，常充填在细胞腔、裂隙及真菌体和孢粉体的空腔中。镜下其他光性特征与均质镜质体相似。

④碎屑镜质体。粒径小于10μm的镜质组碎屑，多呈粒状或不规则状，偶见棱角状。常被基质镜质体胶结，并且不易与基质镜质体区分。

（2）惰质组

①惰质组特征。惰质组也是煤中比较常见的一种显微组分，惰质组在煤中的含量为10％～20％，惰质组是由植物的木质纤维组织经过丝炭化作用形成的。人们认为产生丝炭化作用的原因有两种，其一是最初发生在多氧少水的氧化环境中，植物有机组分在微生物作用下失去被氧化的原子团而脱水、脱氢，碳含量相对增加，经过氧化作用后，植物残骸转入覆水较深的弱氧化以至还原环境，或被泥沙覆盖与空气隔绝，再经过煤化作用转变为惰质组的显微组分；其二是沼泽中生长的植物发生火灾后，植物残体被烧焦，变成类似木炭的炭化物质，它们沉入地下转变成惰质组显微组分。

由于成因、堆积环境、堆积方式等因素的影响，有的惰质组分细胞壁完整，细胞结构清晰，如丝质体等；有的惰质组显微组分细胞中填充有黏土矿物；还有的细胞壁破裂为碎屑，虽然它们的形态特征差异很大，但它们的工艺性质却很相似。

需要指出的是由于环境等因素的改变，凝胶化作用和丝炭化作用可以交替发生，处于凝胶化作用中的产物都可以发生丝炭化作用，处于丝炭化作用中的产物一般也可以再进行凝胶化作用。

惰质组在煤化作用过程中的光性变化不及镜质组明显，一般不发荧光。根据细胞结构和形态特征等惰质组分为以下若干组分。

②丝质体。油浸反光下为亮白色或亮黄白色，中高突起，具细胞结构，呈条带状、透镜状或不规则状。常见细胞结构保存完好，甚至可见清晰的年轮及分节的管胞。细胞腔一般中空或被矿物、有机质充填。根据成因和反射色不同分为2个亚组分。

a.火焚丝质体。植物或泥炭在泥炭沼泽发生火灾时，受高温碳化热解作用转变形成的丝质体。火焚丝质体的细胞结构清晰，细胞壁薄，反射率和突起很高，油浸反光下为亮黄白色。

b.氧化丝质体。与火焚丝质体相比，细胞结构保存较差，反射率和突起稍低，油浸反光下为亮白色或白色。

③半丝质体。油浸反光下为灰白色，中突起，呈条带状、透镜状或不规则状。具细胞结构，有的呈现较清晰的、排列规则的木质细胞结构，有的细胞壁膨胀或仅显示细胞腔的残迹。

④真菌体。来源于真菌菌孢子、菌丝、菌核和密丝组织。油浸反射光下呈现灰白色、亮白色或亮黄白色，中高突起，显示真菌的形态和结构特征。来源于真菌菌孢的真菌体，外形呈椭圆形、纺锤形，内部显示单细胞、双细胞或多细胞结构。形成于真菌菌核的真菌体，外形呈近圆形，内部显示蜂窝状或网状的多细胞结构。

⑤分泌体。由树脂、丹宁等分泌物经丝炭化作用形成，因而常被称为氧化树脂体，但它也可能起源于腐殖凝胶。油浸反射光下为灰白色、白色至亮黄白色，中高突起。形态多呈圆形、椭圆形或不规则形状，大小不一，轮廓清晰。一般致密、均匀。根据结构不同可分为无气孔、有气孔和具裂隙的三种。无气孔的多为较小的浑圆状，表面光滑，轮廓清晰。有气孔的往往具有大小相近的圆形小孔。第三种则呈现出方向大约一致或不一致的氧化裂纹。

⑥粗粒体。油浸反光下为灰白色、白色、淡黄白色，中高突起，基本上不呈现细胞结构。有的完全均一，有的隐约可见残余的细胞结构。通常为不规则的浑圆状单体或不定形基质。一般大于30μm。

⑦微粒体。油浸反光下呈白灰色—灰白色至黄白色的细小圆形或似圆形的颗粒，粒径一般在1μm以下。常聚集成小条带，小透镜体或细分散在无结构镜质体中。也常充填于结构镜质体的胞腔内或呈不定形基质状出现。反射力明显高于镜质组，微突起或无突起。主要为煤化作用过程中的次生显微组分。

⑧碎屑惰质体。为惰质组的碎屑成分，粒径小于30μm，形态极不规则。

（3）壳质组

①壳质组特征。壳质组在煤中的含量不多，主要来源于高等植物的繁殖器官、保护组织、分泌物和菌藻类，以及与这些物质相关的降解物。

从低煤级烟煤到中煤级烟煤，壳质组在透射光下呈柠檬黄色—黄色—橘黄色—红色，大多轮廓清楚，外形特征明显；在油浸反射光下呈灰黑色到深灰色，反射率比煤中其他显微组分都低，突起由中高突起降到微突起。随煤化程度增高，壳质组反射率等光学特征比共生的镜质组变化快，光镜质组反射率达1.4％左右时，壳质组的颜色和突起与镜质组趋于一致；当镜质组反射率大于2.1％以后，壳质组的反射率变得比镜质组还要高，常具强烈的光学各向异性。

壳质组具有明显的荧光性。从低煤级烟煤到中煤级烟煤，壳质组在蓝光激发下发绿黄色—亮黄色—橙黄色—褐色荧光，随煤化程度增高，荧光强度减弱，直至消失。

②孢粉体。孢粉体是由成煤植物的繁殖器官大孢子、小孢子和花粉形成的，分为2个显微亚组分。由大孢子形成的孢粉体称为大孢子体。由于小孢子和花粉在煤垂直层理切片中非常相似，很难区分，故将小孢子和花粉形成的孢粉体统称为小孢子体。

a.大孢子体。长轴一般大于100μm，最大可达5000～10000μm。在垂直层理的煤片中，常呈封闭的扁环状。常有大的褶曲，转折处呈钝圆形。大孢子体的内缘平滑，外缘一般平整光滑，有时可见瘤状、刺状等纹饰。

b.小孢子体。长轴小于100μm。在垂直层理的煤片中，多呈扁环状、蠕虫状、细短的线条状或似三角形状。外缘一般平整光滑，有时可见刺状纹饰。常呈分散状单个个体出现，有时可见小孢子体堆或囊堆。

③角质体。来源于植物的叶和嫩枝、果实表皮的角质层。显微镜下角质体呈厚度不等的细长条带。外缘平滑，而内缘大多呈锯齿状，叶的角质体保存完好时，为上下两片锯齿相对，且末端褶曲处呈尖角状。一般顺层理分布，有时密集呈薄层状。角质体可以镶边的形式与镜质组伴生。根据厚度，可将角质体分为厚壁角质体和薄壁角质体两种。

④树脂体。来源于植物的树脂以及树胶、脂肪和蜡质分泌物。树脂体主要呈细胞充填物出现，有时也呈分散状或层状出现。在垂直层理的煤片中，树脂体常呈圆形、卵形、纺锤形等，或呈小杆状。在透射光下，树脂体多呈淡黄白色、柠檬黄色，也呈橙红色。油浸反射色深于孢粉体和角质体，多为深灰色，有时可见带红色色调的内反射现象。一般不显示突起。

⑤木栓质体。来源于植物的木栓组织的栓质化细胞壁。细胞腔有时中空，有时为团块状镜质体充填。常显示叠瓦状构造。栓质化细胞壁在油浸反射光下呈均一的深灰色，低突起到微突起，在低煤级烟煤中可发较弱的荧光。

⑥树皮体。可能来源于植物茎和根的皮层组织，细胞壁和细胞腔的充填物皆栓质化。

在油浸反射光下呈灰黑色至深灰色，低突起或微突起。树皮体有多种保存形态，常为多层状、有时为多层环状或单层状等。在纵切面上，由扁平长方形细胞叠瓦状排列而成，呈轮廓清晰的块体。水平切面上呈不规则的多边形。透射光下呈柠檬黄、金黄、橙红及红色。具有明显的亮绿黄色、亮黄色至黄褐色荧光，各层细胞的荧光强度不同，荧光色差异较大。

⑦沥青质体。沥青质体是藻类、浮游生物、细菌等强烈降解的产物油浸反射光下呈棕黑色或灰黑色。没有一定的形态和结构，分布在其他显微组分之间，也见有充填于细小裂隙中或呈微细条带状出现。微突起或无突起，反射率较低，荧光性弱，呈暗褐色。

⑧渗出沥青体。渗出沥青体是各种壳质组分及富氢的镜质体，在煤化作用的沥青化阶段渗出的次生物质呈楔形或沿一定方向延伸，充填于裂隙或孔隙中，并常与母体相连，其光性特征与母体基本一致或略有差别。透射光下呈金黄色或橙黄色；蓝光激发下荧光色变化较大，多为亮黄色或暗黄色，多与母体的荧光色相似。

⑨荧光体。由植物分泌的油脂等转化而成的具强荧光的壳质组分。在蓝光激发下发很强的亮黄色或亮绿色荧光。荧光体常呈单体或成群的粒状、油滴状及小透镜状，主要分布于叶肉组织间隙或细胞腔内。油浸反射光下为灰黑色或黑灰色，微突起，透射光下为柠檬黄色或黄色。

⑩藻类体。藻类体是由低等植物藻类形成的显微组分，它是腐泥煤的主要组分。根据结构和形态特征分为2个亚组分。

a.结构藻类体。普通反射光下为灰色，结构和形态清晰，低-中突起。油浸反射光下呈灰黑色或黑色，反射率很低。透射光下色调不均一，多呈柠檬黄色，橙黄色。蓝光激发下发强荧光，结构更加清晰，随煤化程度增高，荧光色由柠檬黄色变化为橙黄色至红褐色。

煤中常见的是由皮拉藻形成的结构藻类体，呈不规则的椭圆形和纺锤形等形状。在垂直层理切片中，表面呈斑点状、海绵状，边缘呈放射状、似菊花状的群体细胞结构特征。由轮奇藻形成的结构藻类体较少见，水平切面为中空的环带，边缘呈齿状，在垂直切面上中空部分压实后呈线性。

b.层状藻类体。细胞结构和形态保存不好，在垂直层理的切面中呈纹层状、短线条状。油浸反射光下呈黑色至暗灰色，反射率很低。蓝光激发下荧光色为黄色，橘黄色至褐色。

碎屑壳质体。粒径小于3μm的碎屑状壳质体，常成群出现，在油浸反射光下呈深灰色，反射率低，在蓝光激发下发亮黄色荧光。

研究表明，煤的有机显微组分与煤的宏观煤岩成分关系非常密切。其中镜煤由单一成分组成，镜煤基本上全部由镜质组组成；丝炭基本上全由惰质组组成；亮煤和暗煤由三种显微组分以不同的比例组合而成，亮煤中镜质组含量较多，暗煤中惰质组和壳质组含量较高。煤岩有机显微组分与宏观煤岩成分之间的关系见图2-1。

2.煤的无机显微组分

煤的无机显微组分是指在显微镜下可以观察到的煤中矿物质。煤的无机显微组分（矿物质）主要来自于成煤过程中混入煤中的矿物质；另外成煤植物体内的无机成分也可转入煤中成为无机显微组分，但数量很少。

反射光下能辨认的煤中常见矿物，按成分分为5类，见表2-5。

反射光下鉴定特征如下。

（1）黏土类　黏土矿物是煤中最主要的矿物，一般可占煤中矿物总量的70％左右。普通反射光下为暗灰色、土灰色，油浸反射光下为灰黑色、黑色，低突起或微突起，表面不光滑，常呈微粒状、团块状、透镜状、薄层状产出，或充填于细胞腔中。

（2）硫化物类　煤中常见的硫化物矿物，主要是黄铁矿，其次是白铁矿等。黄铁矿在普通反射光下为黄白色，油浸反射光下为亮黄白色，突起很高，表面平整，有时不易磨光呈蜂窝状。常呈结核状、浸染状或毒粒状集合体产出，或充填于裂隙和细胞腔中。黄铁矿为均质，在正交偏光下全消光，而白铁矿具有强非均质性，偏光色为黄-绿-紫色，双反射显著。常呈放射状、同心圆状集合体。

（3）碳酸盐类　煤中常见的碳酸盐类矿物主要有方解石和菱铁矿。方解石在普通反射光下为灰色，低突起，油浸反射光下为灰棕色，表面平整光滑，强非均质性，偏光色为浅灰-暗灰色，内反射显乳白色-棕色，双反射显著。多呈脉状充填裂隙或胞腔中，常见双晶纹及菱形解理纹。菱铁矿的突起比方解石高，常呈结核状、球粒状集合体产出，有时呈脉状。其他特征与方解石相似。

（4）氧化硅类　煤中氧化硅类矿物以石英为主。普通反射光下为深灰色，有时呈浅紫灰色，油浸反射光下为黑色。一般表面平整，由于磨损硬度大，突起很高，周围常有暗色环。呈棱角状、半棱角状碎屑为主。自生石英呈自形晶或半自形晶，也有充填细胞腔的，热液石英多呈脉状充填在显微组分的裂隙中。

3.显微煤岩类型

显微煤岩类型是显微镜下所见各组显微组分的典型组合。国际煤岩学会将显微煤岩类型组别分为微镜煤、微稳定煤、微惰性煤、微亮煤、微镜惰煤、微暗煤和微三组混合煤（见表2-6）。1966年中国地质科学院地质矿物研究所张毓爽等提出了中国腐殖煤的显微煤岩类型分类方案（见表2-7）。

注：N—凝胶化组分；BN—半凝胶化组分；S—丝质化组分；BS—半丝质化组分；J—角质化组分。

另据资料显示，中国晚石炭世和二叠纪的煤以亮煤型和暗亮煤型为主。其中丝质亮煤和丝质暗亮煤占大多数。中生代煤以亮煤型为主，其中纯亮煤和角质亮煤多见。第三纪绝大部分为亮煤型，其中以角质亮煤和纯亮煤为主。

4.各种显微组分的镜下特征

镜质组的显微镜下特征主要表现为：在透射光下的颜色由橙色到红色，随煤化程度的增高逐渐加深；透明度随煤化程度的增高而减弱，由透明到半透明；质地均匀，有明显的垂直裂纹。在普通反射光下，镜质组呈灰色，在油浸反射光下为深灰色，无突起。

惰质组的镜下特征主要表现为：在透射光下，惰质组呈黑色，不透明。在普通反射光下呈白色，突起高；在油浸反射光下，为白色到亮黄色。

壳质组的镜下特征主要表现为：在透射光下，壳质组呈黄色至棕黄色，透明到半透明，外形特殊，轮廓清楚，容易识别。在普通反射光下，呈深灰色，稍有突起；在油浸反射光下为灰黑色至黑灰色。镜质组、惰质组、壳质组中各种显微组分的镜下鉴定特征见表2-8。

煤中常见矿物的鉴定特征见表2-9。

5.显微组分的定量分析

因为划分显微煤岩类型要依据各种显微组分在煤中的含量，所以需要详细统计各种显微组分的数量，即进行显微组分的定量分析。煤岩定量分析的基本要求是：采用颗粒小于1mm的粉煤光片；使用油浸物镜，放大500倍左右；使用国产电动求积仪用数点法统计；行间距为1mm，点间距为0.3mm；统计的总点数不少于600个。为了避免颗粒偏析的影响，必须将整个光片统计完毕。

测定煤岩显微组分常用的方法是计点法。该方法使用电动求积仪测定。电动求积仪主要由两个部分组成，一个部分是机械台，用来夹持薄片或光片，另一个部分是自动记录器（电磁计数器）。记录器上有8～10个键，最多为14个键。操作时，需设定用哪个键统计哪一种显微组分，在视域中见到那种组分落在十字丝中心时，就按相当于该组分之键，每个键都有相应的数字累计显示，每按一次键，数字显示就增加1，并通过电子管传递的信号控制机械台使煤片移动一定距离（一般为0.3mm），然后再统计出现在新视域中十字丝中心的显微组分，如此进行下去直到光片的尽头。然后，用手移动1mm行间距，再开始统计这一行，直到将整个光片统计完毕。最后根据各种显微组分统计的点数，就可计算各种显微组分质量分数，计算公式为

　　 （2-1） 　　

式中　w（x）——某种显微组分的质量分数，％；

n——某种显微组分统计出的总点数；

N——煤片中各种显微组分点数的总和。

山西平朔矿区部分煤层的煤岩显微组分定量统计见表2-10。

因为不同显微组分的元素组成，化学性质和工艺性质存在差异，所以根据显微组分的定量分析数据，可以预测煤的工艺性质，为煤的加工、利用提供技术依据。另外，通过对高灰、高硫煤的定量统计，可了解煤中矿物质的成分、数量及存在状态，为评价煤的可选性提供资料。

6.煤岩显微组分的化学组成和工艺性质

（1）化学组成　研究表明，同一种煤中各种显微组分（镜质组、惰质组、壳质组）的化学组成、物理性质都有较大差异，呈规律性变化；另外，随煤化程度的增高，同一种显微组分（镜质组或惰质组或壳质组）的化学组成、物理性质也发生规律性变化。三种显微组分的化学组成和其他性质见表2-11。

从表2-11中可见，在同一煤化程度的煤中，惰质组碳含量最高，壳质组次之，镜质组最低；壳质组氢含量最高，镜质组次之，惰质组最低；密度是惰质组最高，镜质组次之，壳质组最低；壳质组的挥发分最高，镜质组次之，惰质组最低；反射率是惰质组最大，镜质组次之，壳质组最小。

在不同煤化程度的煤中，随着煤化程度增高，各种显微组分（镜质组、惰质组、壳质组）的碳含量增加，氢含量和挥发分减少，密度和反射率增大。另外还可看出，随着煤化程度的增高，各种显微组分的化学组成，物理性质的差异在逐渐缩小。

（2）工艺性质　黏结性是炼焦煤的一个重要工艺性质。在煤热解过程中，不同的显微组分性质各异。镜质组的黏结性和膨胀性良好，且随煤化程度增高黏结性逐渐增强，到烟煤阶段达到最大值，之后黏结性不断减弱。壳质组表现出良好的流动性，而且软化温度低，也是炼焦过程中的活性组分；惰质组在热解过程中既不软化，也不产生胶质体，属于惰性组分。所以，当煤化程度相同时，煤中镜质组、壳质组含量越高，煤的黏结性越好，煤中惰质组含量越高煤的黏结性越差。

煤中各种显微组分工艺性质的差异在其他一些方面也有体现。例如，干馏时，壳质组的煤气产率和焦油产率最高，镜质组次之，惰质组的煤气、焦油产率最低；对煤进行加氢液化时，壳质组和镜质组属于活性组分较容易液化，而惰质组属惰性组分，很难液化，所以用于液化的煤，应选择惰质组含量低的煤。

四、煤岩学的应用

煤岩学自创立以来，在生产中的应用日益广泛，已在煤田地质、选煤、炼焦、煤质评价和煤分类方面发挥了重要作用。

1.在选煤中的应用

选煤是煤炭加工的一种重要方法，其目的是力求排除煤中的矿物杂质，使洗后精煤的灰分、硫、磷等有害杂质含量降到能满足各种工业用煤的质量要求。要达到上述目的，需要选择适宜的选煤方法并制定科学的工艺流程。选煤方法、工艺流程的确定要依据煤的可选性评价结果（实验数据），可选性曲线和中煤含量是目前常用的可选性评价方法，由于这些方法没有考虑到煤的成因因素（煤岩组成，矿化特征等），使得这些方法只能评定已开采煤的可选性，而不能预测未采煤的可选性。实际上，煤岩组成、煤中矿物质的性质、赋存状态及数量对选择选煤方法有显著的影响，同时还决定了选煤效果的好坏。所以，利用煤岩学方法评定煤的可选性是非常重要的。

实验表明，煤的可选性与煤中矿物质的成因、成分、粒度、数量及赋存状态关系密切，如果煤中矿物质的粒度大、数量少、分布集中、与煤中有机质的密度差异大，经破碎后，矿物质与煤中有机质就容易分离，则煤的可选性就好。相反，如果煤中的矿物质粒度小，数量多，均匀分布于煤的有机质中或充填于有机质细胞腔中，虽经破碎，矿物质与煤中有机质也难以分离开，则煤的可选性差。

所以，利用显微镜观察煤的光片，能直观地了解煤中矿物质的种类、数量、粒度大小和赋存状态等，根据观察到的“信息”可对煤的可选性做出评价，并为选择合理的破碎粒度、制定选煤工艺和流程提供技术依据。

2.在配煤炼焦方面的应用

用煤岩学方法预测焦炭质量指导配煤炼焦是煤岩学发展史上的一个重大成就。这种方法被公认是比较好的配煤方法，在世界各国被广泛采用。

（1）配煤炼焦的理论基础

①煤是不均一的物质，煤中各种有机显微组分的性质不同，其中镜质组和壳质组属于活性物质，在热解过程中能熔融并产生活性键成分，具有黏结性；而惰质组为惰性成分，在热解过程中不能熔融，不产生活性键成分，不具备黏结性。

②活性成分的质量差别很大，不仅不同煤化程度的煤差别大，即使同一种煤，所含的活性成分的质量也有差别。

③惰性成分也是不可缺少的，缺少或过剩都对配煤炼焦不利，都会导致焦炭质量下降。

所以说，一个比较好的配煤方案，实际上是各种活性组分和一定质量的惰性组分比例恰当的组合。

（2）应用实例

①煤种鉴别。现行煤炭分类标准GB 5751—2009是按煤的煤化程度及工艺性能进行分类的，对焦化厂煤种的判定，一般是采用Vdaf、G、Y、b参数为标准（见表6-4）。在生产中为了能准确及时地了解来煤质量，在煤质判定中，采用煤岩分析与常规工业分析相结合的方法，结合煤岩分析情况进行合理判定。

在煤岩分析过程中，根据GB/T 15591—1995《商品煤反射率分布图判别方法》的规定，结合焦化厂的日常检测情况，对测定中的方差进行调整，同时根据HD型显微光度计具有对混煤情况进行自动划分的功能，在制定煤岩分析指标中增加了主要煤种组成的指标，煤岩分析指标见表2-12。

②混煤的鉴定。Vdaf、G、Y、b等常规工艺指标无法鉴别煤样是否已“混配”，所以已不能完全满足焦化生产需要。煤岩分析手段是目前鉴别“掺混煤”的唯一有效手段，通过镜质组反射率的测定可区分出煤样是否已“混配”及混入的煤种。一般以反射率间隔0.05％为半阶，分别统计各间隔的测点数并计算出频率（f）。以频率为纵坐标，随机反射率为横坐标绘制出反射率分布图。如某厂进厂煤1工业分析指标，见表2-13，根据挥发分和黏结指数指标判定，属于肥煤；镜质组反射率直方图（见图2-2），根据镜质组反射率判断，该煤是肥煤与少量1/3焦煤混合而成的混煤。

进厂煤2工业分析指标，见表2-14，该煤属于焦煤；为了进一步验证，测定镜质组随机反射率分布直方图，见图2-3，该煤是一种具有2个凹口的复杂混煤，是由肥煤、焦煤、瘦焦煤3种变质程度不同的煤混合而成。

③煤岩分析指导配煤。煤炭资源日益紧张的情况下，以混煤充当但中炼焦煤的现象十分普遍，但混煤不同于单种煤，在炼焦中不能起到相应牌号的单种煤的作用，因此在进行配煤方案制定时要参考反射率分布图中各种煤所占实际比例，制定合理的配煤方案。如某厂进厂焦煤工业分析指标见表2-15，该煤属于焦煤；但根据镜质组反射率直方图，见图2-4，该煤实际上是气煤、1/3焦煤、肥煤和焦煤混合而成，镜质组最大反射率为1.008％，远低于焦煤镜质组最大反射率的分布范围，该煤在使用时应严格控制配入量。

理想的配煤方案反射率分布图是连续的，平滑斜降的，不应有明显的凹口，特别是1.0％～1.2％附近。分布范围不能太宽，尤其是小于0.6％和大于2.1％的量不在占太大的比例。见图2-5。

3.在煤质评价方面的应用

从煤岩学的观点考虑，影响煤质的因素主要有煤岩组成和煤化程度。研究表明，同一煤系煤化程度相同的煤层，由于煤岩组成不同，煤的工艺性质出现明显差异。例如，鹤岗煤田兴山矿处于不同埋藏深度的上、下部煤层的挥发分值出现一定异常，呈现上部挥发分值低于下部的情况，与正常规律相背离（见表2-16）。为了查明异常的原因，测定了煤岩岩相组成及镜质组反射率，表明上、下部煤层的煤化程度基本相同，但是下部煤层镜煤含量高，而暗煤、丝炭、半丝炭较上部明显偏低，所以说正是岩相组成的不同造成了上、下部煤层化学性质、工艺性质的差异。

4.在煤炭分类中的应用

长期以来，煤炭分类问题备受人们瞩目，国内外现有的煤炭分类方案大多使用反映煤化程度和反映煤工艺性质的指标作为分类依据，比如，使用挥发分、碳含量、氢含量、发热量等表示煤化程度；使用黏结指数、胶质层厚度、奥亚膨胀度、罗加指数、自由膨胀序数、葛金焦型等表示煤的工艺性质（黏结性、结焦性）。随着科学技术的不断发展，人们对煤的研究逐渐深化，对煤的认识更加深刻，而且煤的加工、利用途径更加广阔，各种工业用煤对煤质的要求更加严格，现有分类已不能完全满足工业应用的需要，所以，不断有人提出新的分类指标和新的分类方法，其中比较有影响，已形成趋势的是工业-成因分类。这种分类以煤的成因因素作为基础，认为煤的性质主要取决于成煤前期的生物化学作用和后期的物理化学及化学作用。对于相同成煤原始物料来说，成煤前期的生物化学作用决定其煤岩组成，成煤后期的物理化学及化学作用决定其煤化程度。如果能得到准确反映这两个性质的指标，煤的性质应该基本上能确定下来。目前工业-成因分类采用镜质组反射率和惰性组分（或活性成分）总和作为分类指标。镜质组反射率随着煤化程度的增高而增大，故可作为反映煤化程度的指标，它的优点是不受煤的组成干扰，被公认是反映煤化程度的最佳指标。惰性组分（或活性组分）总和能反映成煤的性质，特别是煤的工艺性质。20世纪70年代以来，俄罗斯、美国、澳大利亚、加拿大、印度等国都分别提出了以煤岩学参数为分类指标的煤炭分类方案，可见，煤的成因因素已被公认是煤分类中必须重点考虑的因素。

5.在煤田地质方面的应用

（1）研究煤的成因类型和成煤环境　煤是由植物演变而成的，在煤中保存着许多植物的细胞结构和植物的原始组分。如果是低等植物形成的煤，在煤片中可观察到藻类体等显微组分；如果是高等植物形成的煤，则可观察到孢子、花粉、角质层、树脂等显微组分，进而可确定煤的成因类型。

在沼泽中，植物遗体的堆积环境决定了凝胶化作用或丝炭化作用的形式，所以根据煤中各种显微组分的含量可推测成煤环境。例如，美国伊利诺斯煤田宾夕法尼亚系的Springfield和Herrin煤层的成煤环境就可用镜质组和惰质组的比值加以说明。研究表明，这两层煤的镜质组和惰质组的比值与沼泽距古河道的远近有关。在靠近古河道处，沼泽水位高，氧气不充足，泥炭不易暴露和氧化，主要发生凝胶化作用，所以煤中的镜质组与惰质组比值较高（12～27）；在远离河道处（10～20km），沼泽水位低，氧气充足，泥炭易暴露和氧化，丝炭化作用显著，煤的镜质组与惰质组比值较小（5～11）。

（2）确定煤化程度　研究表明，镜质组反射率随煤化程度的增高而增大，而且镜质组反射率与挥发分、碳含量等可反映煤化程度的指标相比较，它受煤的岩相组成的影响小，是判定煤化程度的比较理想的指标。用于判定中、高煤化程度的烟煤效果最好，无烟煤的判定效果也较好（见图2-6）。

（3）在地质勘探中的应用　煤和石油都是生物遗体形成的沉积矿产。研究发现，油气形成的阶段与煤中镜质组反射率存在对应关系。例如，在中国，当镜质组反射率为0.3％～0.7％时，常能发现石油；反射率为0.7％～1.0％时，不常有石油；反射率为1.0％～1.3％时，很少出现石油；反射率为1.3％～2.0％时，没有石油，但常出现天然气；反射率大于2.0％时，天然气也消失了。

（4）进行煤层对比　煤层对比是开展地质研究的一种基本方法。煤岩学方法是诸多煤层对比方法中的一种。其基本原理是：同一个煤层的宏观煤岩类型、显微煤岩类型的组合特征基本相同；而不同煤层的宏观煤岩类型、显微煤岩类型往往存在差异。所以，根据煤的宏观煤岩类型、显微煤岩类型的组合特征可以进行煤层对比。

6.富集煤中的稀散元素

研究发现在煤中伴生着很多种稀散元素，锗就是其中之一。锗是优质的半导体材料，在工业上的用途非常广泛，锗的提取和回收也是煤综合利用的一个方面。中国曾用煤岩学和化学相结合的方法，研究含锗煤层中锗的富集规律，结果发现锗是富集在镜质组中，而不是富集在矿物质中，并且在靠近煤层顶板和底板的镜质组中锗的含量更高。由于锗主要富集在镜质组中，可以通过煤炭洗选或筛选等方法，使镜质组与其他成分分离，达到富集锗的目的。

7.预测煤的液化性能

对某些煤进行加氢反应，可使煤的一部分转化为液体燃料。煤加氢液化的转化率与煤化程度和煤岩组成密切相关。研究发现在煤的有机显微组分中，加氢的活性顺序为：镜质组>壳质组>惰质组，所以加氢反应的活性组分是指低煤化程度煤中的镜质组和壳质组。一般认为煤的碳含量超过89％时，即使是活性组分，加氢液化也很困难。而碳含量在82％～84％时，加氢液化的转化率最高，在中国镜质组最大反射率为0.35％～0.89％的低煤化程度煤是最好的液化用煤。