煤的顯微組分定義與分類(ICCP system 1994)解析II:惰質(zhì)體

代世峰，王紹清，唐躍剛，姜堯發(fā)，任德貽，趙 蕾,，趙峰華，邵龍義，左建平

(1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 地球科學(xué)與測繪工程學(xué)院，北京 100083; 2.中國礦業(yè)大學(xué) 國際煤地質(zhì)學(xué)研究中心，江蘇 徐州 221116; 3.中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 煤炭資源與安全開采國家重點實驗室，北京 100083)

煤中惰質(zhì)體顯微組分的分類于2001年發(fā)表在Fuel[1]期刊上。國際煤和有機巖石學(xué)委員會(ICCP)在正式發(fā)表該分類前，征求了全體ICCP會員的意見，全體會員對該分類進行了充分討論。該分類方案是“ICCP system 1994”的組成部分。該分類的背景和鏡質(zhì)體的分類[2]一樣，在此不再贅述。但是，與鏡質(zhì)體分類的不同之處是:惰質(zhì)體的分類方案中沒有劃分亞組;惰質(zhì)體的分類適用于從泥炭到變無煙煤整個煤化作用階段，鏡質(zhì)體的分類適于中階煤和高階煤。

在中華人民共和國國家標準《煙煤顯微組分分類》(GB/T 15588—2013)[3]和“ICCP system 1994”中，2者所對應(yīng)的惰質(zhì)體顯微組分是一致的，即都包含絲質(zhì)體、半絲質(zhì)體、真菌體、分泌體、粗粒體、微粒體和惰質(zhì)碎屑體。這2個分類方案的主要區(qū)別是:前者分類方案中有3個級別，即，組、顯微組分和顯微亞組分，后者只有組和顯微組分。在中國國家標準分類方案中，將絲質(zhì)體分為火焚絲質(zhì)體和氧化絲質(zhì)體2個亞組分，將粗粒體分為粗粒體1和粗粒體2兩個亞組分;而在“ICCP system 1994”分類中，惰質(zhì)體的全部顯微組分均未劃分顯微亞組分[1]。

1 惰質(zhì)體(Inertinite)概述

1.1 惰質(zhì)體的定義和分類

起初，提出惰質(zhì)體這一術(shù)語是為了簡化煤巖學(xué)的術(shù)語名稱，基于絲質(zhì)體、半絲質(zhì)體、菌類體和微粒體這4種顯微組分在光學(xué)和化學(xué)工藝性質(zhì)上具有相似性，而將它們組合成一個名稱，稱之惰質(zhì)體[1]。顧名思義，“惰質(zhì)體”這一術(shù)語表明，它比鏡質(zhì)體和類脂體具有明顯的惰性，特別是在碳化過程中惰性尤為明顯。

“ICCP system 1994”將惰質(zhì)體定義為:惰質(zhì)體為顯微組分組，在低、中階煤和低、中變質(zhì)程度的沉積巖中，惰質(zhì)體顯微組分的反射率比鏡質(zhì)體(Vitrinite)和類脂體(Liptinite)顯微組分高[1]。

在“ICCP system 1994”中，惰質(zhì)體顯微組分組包含的顯微組分有絲質(zhì)體、半絲質(zhì)體、真菌體、分泌體、粗粒體、微粒體和惰質(zhì)碎屑體，其中真菌體和分泌體與ICCP原命名方案中的菌類體對應(yīng)。

當鏡質(zhì)體和惰質(zhì)體的最大反射率達5%時，鏡質(zhì)體的反射率開始超過惰質(zhì)體[4]。與鏡質(zhì)體相比，惰質(zhì)體顯微組分無熒光或有弱熒光性。惰質(zhì)體顯微組分的形狀和細胞結(jié)構(gòu)保存程度受不同成煤植物組織和沉積環(huán)境及其演化的影響。惰質(zhì)體中保存植物細胞結(jié)構(gòu)的顯微組分有絲質(zhì)體、半絲質(zhì)體和真菌體[1];無植物細胞結(jié)構(gòu)的顯微組分有分泌體、粗粒體和微粒體[1];呈碎屑狀的惰質(zhì)體顯微組分為惰質(zhì)碎屑體[1]。

1.2 惰質(zhì)體的物理和化學(xué)性質(zhì)

大多數(shù)反射率高(隨機反射率大于6%)的惰質(zhì)體顯微組分呈灰、灰白至黃白色(圖1～7)。惰質(zhì)體顯微組分的灰度更多地反映了其沉積環(huán)境而非煤化作用程度。惰質(zhì)體顯微組分的反射率主要取決于它們不同的化學(xué)組成，其反射率在任一煤層或沉積巖中的變化范圍通常很廣。絲質(zhì)體的細胞壁可能具有微弱各向異性[1]。在煤化作用過程中，惰質(zhì)體的反射率直到無煙煤階段仍高于共伴生的鏡質(zhì)體，但到了變無煙煤階段，鏡質(zhì)體的最大反射率會高于共伴生的鏡質(zhì)體。

有3種情況會增加惰質(zhì)體顯微組分的鑒別難度[1]:① 惰質(zhì)體顯微組分呈細胞碎片狀、無定形，且在光學(xué)性質(zhì)上與相鄰的鏡質(zhì)體接近。在此情況下，如果該惰質(zhì)體顯微組分表現(xiàn)出明顯的淺灰色，其反射色明顯高于相鄰鏡質(zhì)體的反射色，則應(yīng)定為惰質(zhì)體;② 低反射率的惰質(zhì)體碎片分散在高反射率的惰質(zhì)體基質(zhì)或基體中。在此情況下，可以通過與視域中反射率最低的顯微組分(類脂體除外)進行比較而辨別，或通過形態(tài)判斷該組分是否為惰質(zhì)體;③ 少量惰質(zhì)碎屑體分散在沉積巖中，在同一視域內(nèi)無法找到相鄰鏡質(zhì)體進行對比。在此情況下，可以通過其形態(tài)特征進行判斷，或?qū)⒃摱栀|(zhì)碎屑體與該樣品中鏡質(zhì)體反射率的范圍值進行比較，確定其是否為惰質(zhì)體。

雖然“ICCP system 1994”中惰質(zhì)體的分類方案包含了目前為止發(fā)現(xiàn)的幾乎所有的惰質(zhì)體顯微組分及其形態(tài)特征，但是在個別的煤層中也發(fā)現(xiàn)了形態(tài)上和“ICCP system 1994”分類方案中對應(yīng)不上的顯微組分[6,8-9]。

除微粒體外，惰質(zhì)體顯微組分通常在煤光片中顯示出正突起。一般情況下反射率越高，突起越高[1]。

與其他顯微組分組(鏡質(zhì)體[2]、腐植體[10]、類脂體[11])相比，惰質(zhì)體碳質(zhì)量分數(shù)高，氧和氫質(zhì)量分數(shù)低。惰質(zhì)體的碳質(zhì)量分數(shù)取決于特定顯微組分來源和(或)在泥炭階段遭受的干燥或氧化還原程度[1]。

1.3 惰質(zhì)體的物質(zhì)來源和分布

惰質(zhì)體顯微組分的來源包括:真菌或高等植物組織、細碎屑、膠凝的無定形物質(zhì)、在泥炭化過程中經(jīng)氧化還原作用和生物化學(xué)作用改變的細胞分泌物。最近的研究發(fā)現(xiàn)，個別煤中惰質(zhì)體可能來源于動物的排泄物糞便[6,8-9]。

雖然有些煤中惰質(zhì)體含量低，但在大多數(shù)煤中惰質(zhì)體都很常見[12]。通常情況下，古生代煤尤其是岡瓦納煤比中生代、古近紀和新近紀煤含有更高含量的惰質(zhì)體[13]。但一些北美的白堊紀和歐洲的侏羅紀煤、中國的侏羅紀和白堊紀煤中富含惰質(zhì)體[1,14-15]。砂巖中的有機質(zhì)比泥巖中的有機質(zhì)含有更多惰質(zhì)體(除了某些有熒光的惰質(zhì)體成分)。惰質(zhì)組是IV型干酪根的組成部分[1]。

1.4 惰質(zhì)體的應(yīng)用

在煤炭開采過程中，如果煤中惰質(zhì)體含量高(特別是具有細胞空腔的絲質(zhì)體和半絲質(zhì)體)，則會促使粉塵的形成。

在煉焦過程中，惰質(zhì)體的反應(yīng)性取決于不同顯微組分的物理化學(xué)性質(zhì)及煤級。不同惰質(zhì)體顯微組分的不均一性、顆粒大小、顯微煤巖類型中組分的共生關(guān)系和含量也會影響惰質(zhì)體的反應(yīng)性[16-18]。低反射的、具熒光的惰質(zhì)體在碳化過程中會部分或全部熔融，而無熒光的惰質(zhì)體則不會熔融[19-20]。部分易熔和難熔的惰質(zhì)體在混煤中用作瘦化劑，但細分散時可提高焦炭強度。適量的惰質(zhì)體有利于獲得高強度和高穩(wěn)定性的焦炭。焦炭強度還受控于混煤中惰質(zhì)體尺寸大小的影響[1]。與由相近煤階的富鏡質(zhì)體煤制得的焦炭相比，富惰質(zhì)體煤制得的焦炭具有高的CRI(焦炭反應(yīng)指數(shù))和相對較低的CSR值(高溫下與CO2反應(yīng)后的轉(zhuǎn)鼓焦炭強度)[21]。

由于惰質(zhì)體經(jīng)常與煤中礦物伴生，因此在低密度的洗煤產(chǎn)品中的惰質(zhì)體含量減少。相反，在高密度的洗選產(chǎn)品(中煤和尾煤)中惰質(zhì)體相對富集。濾餅通常富含惰質(zhì)體[1]，在灰分產(chǎn)率不高的情況下，濾餅可以用作煉焦混合物的添加劑。

在燃燒過程中，大多數(shù)惰質(zhì)體在以粉狀燃料為進料的鍋爐中會發(fā)生變化。反射率最低的惰質(zhì)體會產(chǎn)生多孔的各向異性炭，而反射率最高的惰質(zhì)體通常會產(chǎn)生大量的各向同性焦，偶有小氣泡，表明它們經(jīng)歷了較短的塑性階段[22-24]。惰質(zhì)體形成的焦具有很高的反應(yīng)活性，對于某些高揮發(fā)分煙煤，其反應(yīng)性甚至遠高于鏡質(zhì)體形成的焦[25-26]。

2 絲質(zhì)體(Fusinite)

2.1 絲質(zhì)體的術(shù)語來源和定義

該術(shù)語最初由Stopes提出，用來描述煤中不透明的、具細胞結(jié)構(gòu)的煤成分[27]?！癐CCP system 1994”對絲質(zhì)體的定義是:絲質(zhì)體具有高反射率值及保存有完好的細胞結(jié)構(gòu)，至少有一處保存完整的薄壁組織、厚角組織或厚壁組織的細胞結(jié)構(gòu)[1]。

需要注意的是，只有那些具有高反射率的組織細胞壁才能鑒定為絲質(zhì)體(圖1)。絲質(zhì)體的細胞壁常比結(jié)構(gòu)腐植體/結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體和半絲質(zhì)體的細胞壁要薄。絲質(zhì)體既可以是規(guī)則的、保存完好的組織(有時可以識別出篩板和具緣紋孔)，也可以是上述細胞組織的弧形碎片(當多個薄壁碎片聚集時出現(xiàn)弧形結(jié)構(gòu))。絲質(zhì)體也可能顯示出膨脹的細胞壁。根據(jù)植物來源、微生物破壞的程度和切片的方向，細胞腔顯示出不同的大小和形狀(圖1(b)～(d))。

絲質(zhì)體的細胞腔通常是空的，但偶爾會充填凝膠體、滲出瀝青體或礦物(如黏土或黃鐵礦)[5,28]。值得注意到是，保存完好的真菌來源的組織或細胞不是絲質(zhì)體而是真菌體[1]。

2.2 絲質(zhì)體的物理和化學(xué)性質(zhì)

在灰度和反射率方面，絲質(zhì)體呈灰白色至淡黃白色(圖1)。絲質(zhì)體的反射率始終相對較高，但也隨著煤階升高而增加[29]。盡管雙反射率在細胞壁的邊緣以及在無煙煤和半無煙煤中可能被識別，但絲質(zhì)體通常沒有雙反射率。絲質(zhì)體無熒光。絲質(zhì)體的研磨硬度通常非常高，在拋光表面絲質(zhì)體呈高突起。

絲質(zhì)體碳質(zhì)量分數(shù)相對較高，而氫、氧質(zhì)量分數(shù)以及揮發(fā)分產(chǎn)率較低。反射率越高，絲質(zhì)體碳質(zhì)量分數(shù)越高。隨煤階增加，絲質(zhì)體中碳質(zhì)量分數(shù)由71.0%增至94.0%、氫質(zhì)量分數(shù)由4.0%降至2.0%、氧質(zhì)量分數(shù)由20.3%降至2.2%(干燥無灰基)[30-31]。

絲質(zhì)體中稠環(huán)芳香結(jié)構(gòu)和氫化芳香環(huán)結(jié)構(gòu)發(fā)育。加拿大西部褐煤中不同顯微組分的紅外光譜表明，相比于伴生的腐植體，絲質(zhì)體中OH官能團、C—O官能團和多環(huán)醌類含量較少[1]。

2.3 絲質(zhì)體的物質(zhì)來源

絲質(zhì)體源自木質(zhì)纖維素細胞壁。在細胞結(jié)構(gòu)保存良好的情況下，可以建立絲質(zhì)體與植物的親緣關(guān)系[32]。某些煤中的絲質(zhì)體，特別是在地層空間橫向上延展的絲炭層中的絲質(zhì)體，可能是源于野火而形成的火焚絲質(zhì)體[12,17,33-34]。據(jù)VARMA[17]和TAYLOR等[35]研究，絲質(zhì)體還可以通過在真菌和細菌的參與下使植物組織脫羧，或者通過脫水和風化而生成，也就是氧化絲質(zhì)體。但是，GUO和BUSTIN等[36-37]認為絲質(zhì)體都是不完全燃燒的產(chǎn)物。

2.4 絲質(zhì)體的分布和應(yīng)用

絲質(zhì)體通常以分散的透鏡體、薄層或條帶賦存在煤中。在除煤以外的巖石中，絲質(zhì)體常以獨立碎片形式賦存。絲質(zhì)體可能是通過水或空氣被搬運到泥炭或沉積盆地中[38]，但也可能是原位燃燒產(chǎn)生的[39]。構(gòu)造活動可導(dǎo)致絲質(zhì)體含量增加[40]。因此，很難精確表達絲質(zhì)體的沉積模式。在大多數(shù)煤中絲質(zhì)體含量相對較低，但在某些沉積相形成的煤中可能富集[41]。絲質(zhì)體是IV型干酪根的特征成分。

盡管絲質(zhì)體本身硬度高，但由于它易碎，所以在煤破碎后，絲質(zhì)體會富集在非常細的粒級中以及非常細的粉塵中。在煤磚光片制備過程中，絲質(zhì)體易碎、無彈性。絲質(zhì)體不與煤中其他成分黏合。絲質(zhì)體無結(jié)焦能力，在配煤中用作惰性物料。只有分散在焦炭中時，絲質(zhì)體才提高焦炭強度。絲質(zhì)體焦化副產(chǎn)品的產(chǎn)率非常低。在燃燒過程中，絲質(zhì)體保持不熔融狀態(tài)或者在焦炭形成過程中出現(xiàn)小的圓形脫揮發(fā)氣泡。因為絲質(zhì)體碳含量較高、氫含量較低，不適合對其進行氫化。它很難被氧化并且不易自燃。絲質(zhì)體特別富集的煤層可以用于地層對比，但這種煤層很少[1]。

3 半絲質(zhì)體(Semifusinite)

3.1 半絲質(zhì)體的術(shù)語來源和定義

該術(shù)語最初用來描述性質(zhì)介于絲質(zhì)體和鏡質(zhì)結(jié)構(gòu)體之間的一種惰質(zhì)體顯微組分[1]?！癐CCP system 1994”對半絲質(zhì)體的定義為:半絲質(zhì)體是指在同一煤層或沉積巖中反射率和結(jié)構(gòu)介于腐植結(jié)構(gòu)體/鏡質(zhì)結(jié)構(gòu)體和絲質(zhì)體之間的一種惰質(zhì)體顯微組分。

半絲質(zhì)體的胞腔有時模糊或僅部分可見。即使在同一個煤顆粒中，胞腔的大小和形狀也可能有所不同，但通常小于絲質(zhì)體中相應(yīng)組織的胞腔。如果半絲質(zhì)體的胞腔閉合，則細胞壁通常不會顯示清晰的輪廓。由木質(zhì)部形成的半絲質(zhì)體的胞腔和細胞壁通常比由樹葉形成的半絲質(zhì)體的胞腔和細胞壁保存得更好[42]。半絲質(zhì)體的胞腔可能是空的或充填了其他顯微組分(如滲出瀝青體)或礦物(如黏土礦物等)。

3.2 半絲質(zhì)體的物理和化學(xué)性質(zhì)

半絲質(zhì)體的灰度為灰色至白色(圖1(a))。在同一煤樣品中，其反射率介于腐植結(jié)構(gòu)體/鏡質(zhì)結(jié)構(gòu)體和絲質(zhì)體之間。在進行顯微組分鑒別時，那些具有半絲質(zhì)體形態(tài)，并且比同一樣品中鏡質(zhì)體灰度淺的組分都應(yīng)該鑒定為半絲質(zhì)體。半絲質(zhì)體的反射率隨泥炭的脫水程度和成煤植物氧化程度的增加而提升，也隨煤階升高而增加[43]。半絲質(zhì)體通常顯示出不規(guī)則的各向異性。

在長波長激發(fā)光照射下，半絲質(zhì)體可發(fā)熒光[44];但是，其熒光強度比同一煤中鏡質(zhì)體弱。半絲質(zhì)體的反射率越高，其熒光強度越低，直至不發(fā)熒光。隨著半絲質(zhì)體的反射率增高，其研磨硬度也越大，突起也越高。

半絲質(zhì)體的元素組成介于腐植結(jié)構(gòu)體/鏡質(zhì)結(jié)構(gòu)體和絲質(zhì)體之間，但變化范圍很大。半絲質(zhì)體的反射率越高，其氫質(zhì)量分數(shù)越低，碳質(zhì)量分數(shù)越高。值得注意的是，有低反射率、清晰熒光的半絲質(zhì)體，可能與吸附的瀝青質(zhì)物質(zhì)有關(guān)[1]。

3.3 半絲質(zhì)體的物質(zhì)來源

半絲質(zhì)體來源于木本和木本植物的莖以及葉片中的薄壁組織和木質(zhì)部組織，這些組織由纖維素和木質(zhì)素組成。半絲質(zhì)體在泥炭階段通過弱腐植化、脫水和氧化還原作用形成。半絲質(zhì)體胞腔結(jié)構(gòu)的保存程度取決于成煤植物組織的類型和腐植化程度。當野火造成煤中顯微組分的反射率和半絲質(zhì)體接近時，也鑒別為半絲質(zhì)體[33,36-37]。

3.4 半絲質(zhì)體的分布和應(yīng)用

半絲質(zhì)體是煤的常見顯微組分。它通常與鏡質(zhì)體和絲質(zhì)體伴生，賦存于微三合煤、暗煤和絲炭中。某些岡瓦納煤中富含半絲質(zhì)體，其中部分半絲質(zhì)體來源于樹葉。在北半球的石炭紀煤層中，半絲質(zhì)體主要來源于成煤植物的木質(zhì)部，由樹葉衍生的半絲質(zhì)體很少見。大多數(shù)古近紀和新近紀煤中的半絲質(zhì)體含量很低[7,12,45]。在不同時代的砂巖中，半絲質(zhì)體是一種常見的有機成分;根據(jù)其化學(xué)成分，半絲質(zhì)體屬于III-IV型干酪根。

在煉焦過程中，半絲質(zhì)體會釋放出揮發(fā)分，并表現(xiàn)出不同程度地收縮。壓碎的小碎片通常保持其形狀，并充當骨料以增厚和加固焦炭的孔壁。較大的碎片可能會產(chǎn)生收縮破裂，可能導(dǎo)致焦炭中形成裂隙。具有低反射率、發(fā)熒光的半絲質(zhì)體在煉焦中熔化并完全膠結(jié)于焦炭中[45-46]。在所有的轉(zhuǎn)化過程中，半絲質(zhì)體都具有一定的反應(yīng)性，反射率越低，熒光強度越高，反應(yīng)性就越高。

4 真菌體(Funginite)

4.1 真菌體的術(shù)語來源和定義

真菌體由BENES K提出，并由LYONS P在1996年的ICCP會議上以口頭報告形式提出[1]，指的是煤和沉積巖中的真菌遺骸?！癐CCP system 1994”對真菌體的定義為:真菌體是一種惰質(zhì)體顯微組分，主要由高反射率的單細胞或多細胞真菌孢子、菌核、菌絲、菌絲體(菌基質(zhì)和菌根)及其他真菌遺骸組成[1]。

古近紀、新近紀及更年輕沉積物中的真菌體主要由圓形單細胞到橢圓形多細胞組成。根據(jù)細胞數(shù)量可將其分為單細胞真菌孢子、雙細胞真菌孢子和多細胞真菌孢子、紡錘形的冬孢子和多細胞圓形的菌核。真菌體也以管狀形式(菌絲)和細管結(jié)構(gòu)(菌絲體和密絲組織)出現(xiàn)。真菌體在較老的古生代煤和沉積物中較罕見，主要以菌核衍生物和不同類型的真菌組織的形式出現(xiàn)。

一些現(xiàn)代泥炭中的真菌孢子尺寸為10～30 μm，菌核和其他真菌組織尺寸10～80 μm[47]。石炭紀真菌的厚壁孢子體直徑可達185 μm[48]。在近代沉積物和泥炭中，偶爾能肉眼觀察到菌核。菌絲體的尺寸大小不一。單個真菌菌絲(管)的長度和寬度各不相同，并可能很長。印度尼西亞泥炭中的菌絲直徑常為2～4 μm，長度100～200 μm[47]。

需要注意的是，多細胞真菌體可能與泡狀鞣質(zhì)體混淆，2者可從泡狀鞣質(zhì)體的規(guī)則胞腔加以區(qū)分。真菌體集合體(密絲組織)可能與高等植物降解后的遺骸中不規(guī)則惰質(zhì)體團塊很相似[49]。但真菌體缺乏高等植物細胞壁所具有的結(jié)構(gòu)特征(如多層細胞壁，胞間隙等)。晚古生代煤中真菌組織組成的真菌體很難識別，可能會與其他惰質(zhì)體顯微組分(如絲質(zhì)體)混淆。

4.2 真菌體的物理和化學(xué)性質(zhì)

在油浸反射光下，真菌體呈淺灰色到白色(圖2)，黃白色較少見。在古近紀和新近紀低階煤中，真菌體的反射率常略高于腐植結(jié)構(gòu)體，反射率介于0.4%～1.0%。在中階煤和高階煤中，同一煤層中真菌體的反射率變化范圍很大，反射率通常高于對應(yīng)的鏡質(zhì)體，但這種差異在對應(yīng)的鏡質(zhì)體反射率(Rr)約1.6%時消失。

圖2 煤中的真菌體(fg)和粗粒體(m)Fig.2 Funginite and macrinite in coals from China

真菌體無熒光，但被瀝青浸漬時除外[50]。菌核的熒光性細胞充填物主要由滲出瀝青體組成。

低階煤中真菌體通常具有低～中高的研磨硬度和突起。中階煤和高階煤中真菌體具有中—高突起。真菌體的研磨硬度和突起取決于真菌體的植物來源，且與其反射率成正相關(guān)。

真菌遺骸主要由幾丁質(zhì)組成，幾丁質(zhì)是一種不溶于水的弱酸和弱堿的含氮多糖。真菌遺體中的黑色素導(dǎo)致其在透射光下呈深色，并具有高反射率[51]。黑色素含10%～15%的蛋白質(zhì)，且與腐植酸和木質(zhì)素有一定的結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)。其經(jīng)驗式為C32H54O21N4。真菌體不具可溶性，并且具有抗有機降解能力[52-53]。

中階煤中真菌體的Micro-FTIR圖譜顯示在1 587,1 449和1 027 cm-1處有明顯的芳香峰，在700～900 cm-1區(qū)域內(nèi)也有顯著的面外芳香峰[54]。真菌體的這2個顯著芳香峰(1 587和1 449 cm-1)在土壤真菌菌絲體的熱變黑色素中也出現(xiàn)過[52]。

4.3 真菌體的來源、分布和應(yīng)用

真菌體來源于真菌孢子、菌核、菌絲和其他真菌組織。

早古生代后的所有主要類別的真菌已被認知[55-57]。從泥盆紀到現(xiàn)在的泥炭、煤和沉積巖中都可能出現(xiàn)少量真菌體。真菌體是北半球貧孢子微暗煤中的常見成分，它可與其他任何顯微組分伴生[38]。真菌體偶爾也富集成團塊或富集成層。在低階煤中真菌體常與腐植碎屑體共存，且常富集于軟褐煤的亮煤條帶中，而在暗煤條帶中的真菌體與其他化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的顯微組分(惰質(zhì)碎屑體、分泌體、樹脂體)可能以堆積的形式出現(xiàn)[58]。真菌體偶爾與根源性的木質(zhì)結(jié)構(gòu)體/鏡質(zhì)結(jié)構(gòu)體(菌根)緊密賦存[38,59]。真菌體的存在可能表明泥炭中的化石或者泥炭的近期風化(脫水)[60]。近期的真菌遺骸也可能以雜質(zhì)形式存在于低階煤中。真菌體是IV型干酪根的一部分，在沉積物中也有賦存，如在某些南極洲三疊紀燧石中就有真菌體賦存[61]。

煤中有的粗粒體和真菌體以及細菌活動密切相關(guān)[62-65]。圖2(b),(c)顯示真菌體存在于粗粒體中，表明動物糞便中菌落活動[8]。

由于煤中真菌體含量通常較低，因此還未發(fā)現(xiàn)其在煤的制備、成型和煉焦性能方面的影響，但高反射性的冬孢子(teleutospores)和菌核在煉焦中具惰性[66-68]。菌核類型和形態(tài)可用于區(qū)分新生代煤和中生代、古生代沉積物。世界范圍內(nèi)只有古近紀和新近紀及更年輕時代煤和沉積物中記錄有冬孢子和某些類型的菌核。菌孢子和其他真菌體的種類及數(shù)量可能有助于煤層對比及確定泥炭(煤)的形成古環(huán)境[69-70]。

5 分泌體(Secretinite)

5.1 分泌體的術(shù)語起源和定義

該術(shù)語由LYONS 等[71]提出并于1997年被ICCP采用，是惰質(zhì)體中的一種圓至橢圓形、無細胞形態(tài)、具高反射率的顯微組分?！癐CCP system 1994”對分泌體的定義為:分泌體屬于惰質(zhì)體的顯微組分，其形狀通常為圓形-橢圓形、有氣孔或無氣孔、無明顯植物結(jié)構(gòu)。

雖然分泌體常近圓形(圖3(a),(b))，但也可能以月牙形或多邊形(圖3(c))的形式產(chǎn)出[71]。分泌體的橫截面一般為60～400 μm，可小至10 μm，或長至2 000多微米。分泌體可能有特征性裂隙，也可能有氧化邊和內(nèi)部裂隙[31]。分泌體也可能被高嶺石或其他礦物充填而表現(xiàn)出高反射率的貝殼狀外觀。低反射率的分泌體可能呈均一狀或由黏性流體導(dǎo)致的旋渦狀。

圖3 煤中的分泌體(s)(青海木里煤田侏羅紀煙煤[5])Fig.3 Secretinite (s) in the Jurassic subbituminous coal from the Muli Coalfield,Qinghai Province,China[5]

分泌體與粗粒體的區(qū)別在于前者常呈圓形或等大的，有更高的突起;與團塊凝膠體的區(qū)別在于前者有更高的反射率，粒徑更大，且常有裂隙，氧化邊和氣孔[71]。需要注意的是，被礦物質(zhì)填充的高反射貝殼狀分泌體不應(yīng)與天然存在于煤和炭質(zhì)沉積物中的細球狀炭顆粒所混淆[72]。在舊的分類方案中，具氣孔和無氣孔的分泌體都鑒定為菌類體[38,73-74]。

5.2 分泌體的物理和化學(xué)性質(zhì)

分泌體呈淺灰色到黃白色，其反射率值變化范圍大。在同一樣品中，分泌體的反射率可能略高于鏡質(zhì)體(尤其在無煙煤中)，也可能超過絲質(zhì)體。在紫外和藍光激發(fā)下分泌體無熒光。

分泌體的研磨硬度變化范圍大。和同一樣品中鏡質(zhì)體相比，具有低反射率的分泌體不顯突起，但這種情況不常見。具有高反射率的分泌體可能比同一樣品中的絲質(zhì)體硬度大，具很高的突起，因此難以研磨。

對于分泌體的化學(xué)成分知之甚少。阿巴拉契亞煤中分泌體的H/C原子比與伊利諾斯盆地中“棒狀樹脂”的H/C原子比(0.46～0.59)接近[1]，但與樹脂化石的H/C原子比(約1.5)不同。西班牙某褐煤中的分泌體的反射率和H/C原子比也與棒狀氧化樹脂的接近[1]，但分泌體的O/C原子比(<0.11)明顯低于棒狀氧化樹脂(0.29)，表明這種分泌體是非樹脂性來源。不同于鏡質(zhì)體和絲質(zhì)體，分泌體中幾乎檢測不到硅和鋁[75]。

分泌體的Micro-FTIR光譜沒有出現(xiàn)樹脂和氧化樹脂在1 450和2 900 cm-1處特有的強脂肪C—H伸縮和彎曲峰[76]。中階煤中分泌體的Micro-FTIR光譜表現(xiàn)有815～825,751～759和883～887 cm-1的弱脂肪族伸縮和彎曲振動峰，并具有顯著的芳香面外振動峰;在1 595 cm-1處也有一個突出的芳香峰[1]。

5.3 分泌體的來源、分布和應(yīng)用

分泌體的來源尚不完全清楚。普遍認為分泌體是樹脂的氧化產(chǎn)物[1]，但也可能來源于髓木目種子蕨植物分泌管中形成的腐植質(zhì)凝膠[71]，其次形成于其他維管植物中的細胞和導(dǎo)管。在阿巴拉契亞中階煤中發(fā)現(xiàn)了與厚壁、馬蹄形的絲質(zhì)體伴生的分泌體，它來源于一種髓木目種子蕨植物分泌管周圍的厚壁組織(纖維)[31]。高度富集的分泌體可能是在野火或強降解作用下選擇性富集了腐植質(zhì)凝膠或氧化樹脂的結(jié)果[1]。

分泌體在世界范圍內(nèi)的石炭紀和二疊紀中階煤和高階煤中都很常見。在中國[77]和丹麥[1]侏羅紀煤中也發(fā)現(xiàn)有分泌體賦存。分泌體以氧化樹脂的形式賦存于加拿大薩斯喀徹溫的古新世蘇里斯類脂體中。分泌體常與具搬運沉積形成的微暗煤層以及煤或頁巖中的黏土礦物伴生。

分泌體一般不參與粉塵的形成。熱臺試驗顯示，當溫度高達510 ℃時，中階煤(Rr=0.60%)中分泌體也未熔融[31]。在結(jié)焦過程中分泌體不熔融，但可能會分散在基質(zhì)中從而提高了焦炭強度。

自早石炭世開始，分泌體就以“菌核顆?！钡男问皆跉W洲頁巖中賦存。加拿大大西洋地區(qū)的中階煤中可能高度富集分泌體，該特征已經(jīng)被用作煤層對比的依據(jù)[78]。

6 粗粒體(Macrinite)

6.1 粗粒體的術(shù)語起源和定義

該術(shù)語由STACH和ALPERN于1963年提出，用來描述無細胞結(jié)構(gòu)的、相對大且致密的惰質(zhì)組顯微組分[1]?！癐CCP system 1994”對粗粒體的定義為[1]:粗粒體是惰質(zhì)體顯微組分組中的一個顯微組分，常以無定形基體或以形態(tài)各異的、離散的、無結(jié)構(gòu)塊體出現(xiàn)。在垂直于層理的切面上，粗粒體無特定形狀，可呈基質(zhì)狀、條帶狀或透鏡狀產(chǎn)出。粗粒體集合體的最小直徑大于10 μm。根據(jù)其結(jié)構(gòu)和反射率，粗粒體可逐漸變?yōu)榘虢z質(zhì)體[42]。在低階煤中，粗粒體的紋理結(jié)構(gòu)與周圍的細屑體或密屑體相似。

需要注意的是，清晰可辨的極細小惰質(zhì)體顆粒(<2 μm)應(yīng)屬于微粒體;其他呈圓形的惰質(zhì)組顯微組分，無論發(fā)育氣孔和裂隙與否，均屬于分泌體。

6.2 粗粒體的物理和化學(xué)性質(zhì)

粗粒體呈淺灰色到白色(圖4)，在油頁巖中有時呈黃白色。在同一煤樣中，粗粒體的反射率值變化范圍可能很大(圖4～6)，但通常比共伴生的鏡質(zhì)體中的顯微組分反射率高。有時粗粒體和同一煤樣中的腐植體/鏡質(zhì)體接近，但是低于絲質(zhì)體[79-81]。粒徑較大的粗粒體表面可能有斑點。

圖4 煤中的粗粒體(ma)(內(nèi)蒙古勝利煤田白堊紀亞煙煤[6])Fig.4 Macrinite (ma) in the Cretaceous subbituminous coal from the Shengli Coalfield,Inner Mongolia,China[6]

用長波長光源激發(fā)粗粒體時可見熒光[44]，其熒光強度通常比同一煤中的鏡質(zhì)體顯微組分弱[45]。粗粒體的反射率越高，其熒光強度越低，直至無熒光。

同一煤樣中粗粒體的突起變化較大;在大多數(shù)情況下，同一煤樣中粗粒體突起比鏡質(zhì)體顯微組分高。有時粗粒體突起比同一煤樣中分泌體低。

對粗粒體的化學(xué)成分研究甚少。MASTALERZ和BUSTIN[54]提供了煤中粗粒體的一些基本的電子探針數(shù)據(jù)。

6.3 粗粒體的物質(zhì)來源、分布和應(yīng)用

粗粒體可能來源于絮凝的腐植質(zhì)基質(zhì)，由于短暫的地下水位下降，這些腐植基質(zhì)物質(zhì)在早期炭化過程中經(jīng)歷過脫水和氧化還原過程所致[12,42]。粗粒體也可能是真菌和細菌的代謝產(chǎn)物，孤立存在的粗粒體的集合體可能來自糞化石[38]。DAI等[6,8]在內(nèi)蒙古勝利煤田白堊紀亞煙煤中發(fā)現(xiàn)成群出現(xiàn)的來自糞化石的粗粒體。低煤階煤中粗粒體可能形成于緩慢的泥炭火災(zāi)。

HOWER等[9]認為，煤中有的粗粒體是降解作用形成的顯微組分，它們顯示不同的固結(jié)程度，其反發(fā)射色均介于腐植體/鏡質(zhì)體和絲質(zhì)體之間，高于同一煤樣中的半絲質(zhì)體。表明它是降解的顯微組分，在形成的初始，它和碎屑腐植體/碎屑鏡質(zhì)體很類似，而后是經(jīng)歷了時間更長的降解過程。

DAI等[6,8]、HOWER等[9]報道了內(nèi)蒙古白堊紀亞煙煤中2種特殊的粗粒體，這2種粗粒體在 “ICCP system 1994”惰質(zhì)體分類方案中找不到與之相對應(yīng)的顯微組分。① 節(jié)肢動物糞便形成的粗粒體(圖4(d)，5(a),(b))，這些糞化石起初分布在遭到降解的植物組織中，而后發(fā)生火災(zāi)而形成了粗粒體集合體。② 圖6(a),(b)展示了沒有植物組織結(jié)構(gòu)的惰質(zhì)體，可能由降解的植物組織又經(jīng)歷了煤火而形成。圖6(b)中的粗粒體的反射色和其周邊的腐植體/鏡質(zhì)體接近，但是遠低于周邊的絲質(zhì)體。

圖5 煤中的粗粒體(ma)和惰質(zhì)碎屑體(id)(內(nèi)蒙古勝利煤田白堊紀亞煙煤[6]) Fig.5 Macrinite (ma) and inertodetrinite (id) in the Cretaceous subbituminous coal from Shengli Coalfield,Inner Mongolia,China[6]

圖6 煤中的粗粒體(ma)(內(nèi)蒙古烏蘭圖嘎礦白堊紀亞煙煤[8])Fig.6 Macrinite (ma) in the Cretaceous subbituminous coal from the Wulantuga deposite,Inner Mongolia,China[8]

粗粒體在微暗煤中很常見。微三合煤中也可見粗粒體。粗粒體有時也與鏡質(zhì)體共伴生，尤其是膠質(zhì)碎屑體。根據(jù)其化學(xué)性質(zhì)，粗粒體可能是III型干酪根的一部分(熒光粗粒體)，但大多數(shù)粗粒體屬于IV型干酪根。

粗粒體的反應(yīng)性與反射率和熒光性有關(guān)。它的反射率越低，熒光越強，反應(yīng)能力越強[42]。

7 微粒體(Micrinite)

7.1 微粒體的術(shù)語起源和定義

該術(shù)語源于Stopes的“micronite”(微粒)?！癐CCP system 1994”對微粒體的定義為:微粒體是以很小的圓形顆粒存在的惰質(zhì)體顯微組分(圖7)。

有時很難區(qū)分微粒體和其他的細小的惰質(zhì)組碎片，因此在實際應(yīng)用中，為了與惰質(zhì)碎屑體區(qū)別開來，把微粒體最大尺寸定為2 μm[42]。值得注意的是，微粒體的集合體不能鑒定為粗粒體;在定量時，由于微粒體的每個顆粒都很小，很難精確地對微粒體進行鏡下顯微組分定量，只能定量微粒體的集合體。

在鏡下觀察時，需要將微粒體與其他細粒物質(zhì)區(qū)分，如低階煤中的高嶺石或多孔凝膠體。與微粒體不同，其他物質(zhì)通常具有明顯的內(nèi)反射，而且缺乏可以明顯區(qū)分粒度尺寸的特征。

7.2 微粒體的物理和化學(xué)性質(zhì)

微粒體為淺灰色到白色(圖7)。在同一煤樣中微粒體反射率比鏡質(zhì)體高但常低于惰質(zhì)體中的其他顯微組分。在鏡質(zhì)體反射率大于1.4%時，微粒體與鏡質(zhì)體的反射率變得接近而難以區(qū)分。由于微粒體的粒度細小，其反射率只能近似地在其集合體上測定。微粒體不發(fā)熒光，突起微弱或不顯突起。由于微粒體顆粒小且難分離，對其化學(xué)組成的研究僅有較少報道。與其他惰質(zhì)體顯微組分相比，微粒體能產(chǎn)生較多的揮發(fā)分[38]。上西西里亞煤中鏡質(zhì)體富含微粒體，微粒體的氫質(zhì)量分數(shù)和揮發(fā)分產(chǎn)率較高;該煤中胞腔的樹脂體充填物可能轉(zhuǎn)化為微粒體[35,38]。當高揮發(fā)分煙煤光片上的微粒體受紅外光輻射，是最早消失的熱敏顯微組分，因此更像類脂體[35,38]。

7.3 微粒體的物質(zhì)來源

微粒體集合體中的細小顆?？赡苡胁煌膩碓础Ｓ行┪⒘ｓw被稱之為在煤化作用中形成的“次生顯微組分”，可能是厚壁組織的煤化作用產(chǎn)物。更多情況下，微粒體是類脂物質(zhì)(類脂體或富氫鏡質(zhì)體)的殘渣[82]。THIESSEN 和SPRUNK[83]在透射光下觀察到的不透明微粒體顆粒，是由次生管胞壁的殘余物形成的。有時微粒體形成于泥炭化過程[84-86]。微粒體還可能來源于劇烈碎裂的惰質(zhì)體其他顯微組分。

7.4 微粒體的分布和應(yīng)用

微粒體是中階煤中的常見的顯微組分，在低階煤中較為罕見。微粒體在大多數(shù)顯微煤巖類型中以獨立細小顆?；蝾w粒集合體形式存在。微粒體在微鏡煤中很常見，這種微粒體來源于與孢子體和藻類體極為近似的膠質(zhì)碎屑體。微粒體也以基質(zhì)形式賦存在燭煤和藻煤中。微鏡惰煤中的微粒體來自于富含樹脂的木本植物。因為古生代煤中含有更多類脂體，古生代煤比更年輕煤中含有更多的微粒體。石炭紀煤中微粒體的平均質(zhì)量分數(shù)為3%～6%，可高達19%。二疊紀煤和其他后石炭紀煤中微粒體幾乎不超過3%[42]。油頁巖[87-88]和黑色頁巖[89]中也有微粒體。在油型烴源巖中，微粒體以“死碳”(dead carbon)形式賦存[35]。

在大多數(shù)煤的轉(zhuǎn)化過程中，微粒體都表現(xiàn)出反應(yīng)活性。但由于在大多數(shù)煤中其尺寸較小、含量較低，它在實際應(yīng)用中的意義尚不清楚。煤轉(zhuǎn)化產(chǎn)物及殘渣中的微粒體難以在鏡下識別[90]。

8 惰質(zhì)碎屑體(Inertodetrinite)

8.1 惰質(zhì)碎屑體術(shù)語起源和定義

該術(shù)語由ICCP于1964年引入，指在顯微鏡下不能識別某種具體顯微組分的惰質(zhì)體微小碎片?！癐CCP system 1994”對惰質(zhì)碎屑體的定義為[1]:惰質(zhì)碎屑體是惰質(zhì)體顯微組分，以細小的、呈分散狀和不同形狀的惰質(zhì)體碎片形式存在。

顆粒呈分散狀以及顆粒大小是識別惰質(zhì)碎屑體的重要標準(圖5(a),(b))。短粗狀的顆粒最大粒徑<10 μm，線狀碎片的短軸尺寸<10 μm。需要注意的是，粒徑<2 μm的顆粒應(yīng)當鑒定為微粒體[41]。需要注意的是，無論尺寸的大小，那些惰性的、孤立存在的并具完整細胞和“弧狀結(jié)構(gòu)”的彎曲細胞壁碎片屬于絲質(zhì)體，不能鑒定為惰質(zhì)碎屑體。

8.2 惰質(zhì)碎屑體的物理和化學(xué)性質(zhì)

根據(jù)不同惰質(zhì)體的來源，同一煤樣中惰質(zhì)碎屑體的灰度和反射率變化范圍很大。在鏡質(zhì)體反射率為0.5%～1.4%的煤中，惰質(zhì)碎屑體的灰度和反射率是向鏡質(zhì)碎屑體逐漸過渡的。在無煙煤中，部分惰質(zhì)碎屑體和鏡質(zhì)碎屑體的灰度和反射率類似。

除了某些低階煤和中階煤中反射率較低的顆粒外，惰質(zhì)碎屑體不發(fā)熒光。

惰質(zhì)碎屑體的磨拋硬度比對應(yīng)的鏡質(zhì)體顯微組分高，但根據(jù)其顆粒來源不同而有所變化。

惰質(zhì)碎屑體的化學(xué)性質(zhì)取決于其不同來源的惰質(zhì)體顯微組分。

8.3 惰質(zhì)碎屑體的物質(zhì)來源

惰質(zhì)碎屑體有不同植物組織來源(如植物細胞壁或其填充物、已分解組織中的鞣質(zhì)[35]、氧化孢子、真菌成分)，它們都遭受過一定程度的絲炭化作用。很多惰質(zhì)碎屑體來源于野火后泥炭的殘骸[39]。

惰質(zhì)碎屑體碎片的形狀和棱角在一定程度上反映了分解壓實前和分解壓實過程中的絲炭化成分干燥程度、機械破碎程度和磨損程度。

8.4 惰質(zhì)碎屑體的分布和應(yīng)用

惰質(zhì)碎屑體是微三合煤、微鏡惰煤和微暗煤的組成成分，其在各顯微煤巖類型中的含量各不相同，在薄層暗煤中特別富集。經(jīng)搬運沉積的惰質(zhì)碎屑體可能與黏土礦物、黃鐵礦或藻類體一起賦存，呈漸變層理和疊瓦狀交錯層理[42,91]?？傮w而言，北半球石炭紀煤中惰質(zhì)碎屑體含量較低，在俄羅斯石炭二疊紀煤中惰質(zhì)碎屑體相對稀少。惰質(zhì)碎屑體在加拿大白堊紀煤中高度富集[92]。在很多岡瓦納煤和歐洲西北部的侏羅紀煤中惰質(zhì)碎屑體含量普遍較高[1]。

惰質(zhì)碎屑體也常富集在腐泥煤及很多黏土和砂質(zhì)沉積物中。惰質(zhì)碎屑體也常出現(xiàn)在湖相或具有動蕩水位的陸相環(huán)境中形成的微亮暗煤和微暗煤中。它也可能因穹狀泥炭頂部的有氧腐解而富集[47]。大多數(shù)惰質(zhì)碎屑體屬于IV型干酪根;但根據(jù)其反應(yīng)性，有的惰質(zhì)碎屑體也可能是III型干酪根的一部分。

惰質(zhì)碎屑體在工藝過程中的重要性，取決于其在特定原料中的豐度。在以高揮發(fā)分煙煤為主裝料生產(chǎn)的焦炭中，惰質(zhì)碎屑體能很好地與熔融焦基體融合，從而提高焦炭的機械強度。

9 結(jié) 語

“ICCP system 1994”將惰質(zhì)體包含了7種顯微組分，即絲質(zhì)體、半絲質(zhì)體、真菌體、分泌體、粗粒體、微粒體和惰質(zhì)碎屑體。惰質(zhì)體的分類方案不包含亞組。該分類方案中的真菌體和分泌體替代了舊分類方案中的菌類體?！癐CCP system 1994”重新定義了粗粒體，以便使其與分泌體之間有清晰的分辨界限。值得注意的是，該分類方案中真菌體僅包括真菌的遺骸;雖然分泌體和真菌菌核的光學(xué)性質(zhì)近似，但實際上它是氧化后又經(jīng)歷了煤化作用的植物分泌物?！癐CCP system 1994”和國家標準《煙煤顯微組分分類》相比，2者之間的顯微組分是相互對應(yīng)的，但是后者多了顯微組分亞組，即絲質(zhì)體分為火焚和氧化絲質(zhì)體;粗粒體分為粗粒體1和粗粒體2。

致謝感謝Elsevier對發(fā)表于Fuel原文中對煤的顯微組分定義與分類解析的授權(quán)使用。