第二節(jié)　煤的生成

一、成煤的原始物質(zhì)

1.煤是由植物生成的

雖然煤的開采、利用可以追溯到遠(yuǎn)古時(shí)期，但是在19世紀(jì)以前，對(duì)于成煤的原始物質(zhì)，并沒有正確的認(rèn)識(shí)。有人認(rèn)為煤和地殼中的其他巖石一樣，一有地球就存在；有人認(rèn)為煤是由巖石轉(zhuǎn)變而成。隨著煤炭的大規(guī)模開采，人們?cè)诿簩拥捻敗⒌装鍘r層中發(fā)現(xiàn)了大量的樹根、樹葉、樹干等植物化石。有人認(rèn)為煤可能是由植物形成的，但缺乏直接證據(jù)。直到19世紀(jì)以后，發(fā)明了顯微鏡，人們利用顯微鏡在煤中觀察到許多植物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，例如，把煤磨成薄片放在顯微鏡下觀察，可以看到煤中保留著植物的某些原始組分（如木質(zhì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)、孢子、木栓質(zhì)、角質(zhì)層等），甚至有時(shí)還能觀察到植物生長(zhǎng)的年輪。最終揭開了成煤原始物質(zhì)之謎，證實(shí)了煤是由植物變成的。

2.植物的演化

地質(zhì)歷史時(shí)期，植物的演化是由單細(xì)胞到多細(xì)胞，由低級(jí)到高級(jí)，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由水生到陸生逐步進(jìn)化和發(fā)展的。其演化發(fā)展主要經(jīng)歷以下幾個(gè)階段。

（1）菌藻植物時(shí)期　中志留世以前，植物界是以水生的菌類、藻類植物為主，如藍(lán)綠藻等。

（2）裸蕨植物時(shí)期　晚志留世至中泥盆世，伴隨著地殼上升，陸地逐漸擴(kuò)大，促使那些能適應(yīng)環(huán)境變化的植物由水生轉(zhuǎn)為陸生，產(chǎn)生了最古老的陸生植物群（裸蕨植物為主）。

（3）蕨類植物時(shí)期　晚泥盆世至早二疊世，隨著原始的裸蕨植物逐漸被淘汰，比它更優(yōu)越的石松類、真蕨類迅速崛起，節(jié)蕨類也重趨繁盛，植物界進(jìn)入了大發(fā)展時(shí)期，出現(xiàn)了茂密的森林。當(dāng)各種蕨類植物演化達(dá)到高潮時(shí)，由它們又演化出一種新的植物類群，即裸子植物的古老類型。其中，以種子蕨綱和苛達(dá)樹綱的迅速發(fā)展為代表。

（4）裸子植物時(shí)期　晚二疊世至早白堊世，氣候逐漸干旱，適宜溫暖潮濕環(huán)境生活的各種蕨類植物，除真蕨綱較能適應(yīng)這一變化外，其他蕨類植物都逐漸衰退了。這一時(shí)期以裸子植物的蘇鐵類、銀杏類、松柏類為主，它們大量繁殖并形成茂密森林。這一時(shí)期，被子植物的祖先開始從裸子植物中脫胎而出。

（5）被子植物時(shí)期　晚白堊世至現(xiàn)代，隨著古地理、古氣候的變化，蘇鐵、銀杏等裸子植物逐漸走向衰退和滅絕，松柏類的數(shù)量大為減少。這一時(shí)期，被子植物迅速繁殖，成為占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的植物群。

3.各地質(zhì)年代的成煤植物及成煤情況

（1）地質(zhì)年代　地球從形成至今已經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的45億年，而且地球始終進(jìn)行著運(yùn)動(dòng)發(fā)展和變化，地殼上留下了許多反映地球運(yùn)動(dòng)、發(fā)展、變化的依據(jù)。為了便于開展地質(zhì)研究及找礦工作，地質(zhì)學(xué)家綜合了地層層序、生物演化、地殼運(yùn)動(dòng)等因素，把地質(zhì)歷史劃分為許多階段，每個(gè)大階段又可分為次級(jí)階段，這樣就產(chǎn)生了地質(zhì)年代單位。

常用的地質(zhì)年代單位主要有代、紀(jì)、世。其中代是根據(jù)生物演化的主要階段劃分的。如古生代的植物主要為孢子植物。中生代的植物主要為裸子植物。紀(jì)的劃分主要依據(jù)地殼節(jié)奏運(yùn)動(dòng)造成的沉積旋回、古地理特征及生物群的變化。世是根據(jù)生物科目的發(fā)展演化階段來劃分的，見表1-3。

（2）中國(guó)主要聚煤期和聚煤作用　中國(guó)蘊(yùn)藏著豐富的煤炭資源，含煤地層遍布全國(guó)各地。研究表明，中國(guó)的聚煤期主要有八個(gè)：早寒武世、早石炭世、晚石炭世-早二疊世、晚二疊世、晚三疊世、早-中侏羅世、晚侏羅世-早白堊世、第三紀(jì)。早寒武世是由低等植物成煤，在中國(guó)湘、鄂、浙、皖、黔、桂等地形成了一定規(guī)模的石煤資源。由陸生高等植物形成的煤，則開始于晚古生代的早石炭世，其中以石炭紀(jì)、二疊紀(jì)、侏羅紀(jì)、第三紀(jì)聚煤作用最強(qiáng)。以下簡(jiǎn)述中國(guó)幾個(gè)主要聚煤期的聚煤作用。

①晚石炭世的聚煤作用。晚石炭世，中國(guó)的絕大部分地區(qū)為熱帶和亞熱帶氣候。高大的鱗木和松柏綱、楔葉綱、真蕨綱高等植物群非常茂盛，許多地區(qū)形成了茂密的沼澤森林，為聚煤作用提供了必要的物質(zhì)基礎(chǔ)。當(dāng)時(shí)中國(guó)華北、西北部分地區(qū)，華東和中南區(qū)為濱海平原，普遍沉積了晚石炭世太原組煤系，其中河北的開灤、峰峰；山西的陽泉、晉城、潞安、汾西、西山等礦區(qū)都沉積有較厚的太原組煤系。

②早二疊世的聚煤作用。早二疊世，中國(guó)華南、華北地區(qū)屬熱帶、亞熱帶氣候。銀杏、蘇鐵和松柏等植物組成的森林十分繁茂，沼澤遍布，具備較好的成煤條件，沉積了以華北為中心的山西組煤系。與此同時(shí)，湖北、湖南、四川、貴州、江西、陜西等地也沉積了具有一定經(jīng)濟(jì)價(jià)值的梁山煤系。早二疊世晚期，中國(guó)北方已變成半干旱半潮濕氣候，大面積的聚煤作用已停止，僅在安徽、蘇北的徐州、河南平頂山沉積了石盒子組煤系。

③晚二疊世聚煤作用。晚二疊世，華北、西北東部氣候逐漸干旱，沒有形成有價(jià)值的煤系。在華南及西南一帶氣候溫暖潮濕，科達(dá)綱、鱗木類植物繁茂，沉積了巨厚的海陸交替相的龍?zhí)睹合怠Ｆ渲幸再F州境內(nèi)沉積厚度最大。

④侏羅紀(jì)聚煤作用。早、中侏羅世，中國(guó)北方氣候溫暖、潮濕，銀杏、松柏和真蕨類植物大量繁殖，形成大面積的原始森林，為成煤提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)，在華北、西北地區(qū)的許多內(nèi)陸聚煤盆地中沉積了早、中侏羅世的陸相煤系。晚侏羅世，中國(guó)北方的植物群仍以松柏、銀杏、蘇鐵和真蕨植物為主，在內(nèi)蒙古東北部、東北地區(qū)都沉積有晚侏羅世煤系。

⑤第三紀(jì)聚煤作用。第三紀(jì)早期，中國(guó)北方氣候溫暖，東部及沿海一帶為潮濕和半潮濕氣候，木本植物茂盛，在撫順、沈陽、梅河、琿春、舒蘭等地沉積了早第三紀(jì)煤系。第三紀(jì)晚期，中國(guó)北方干旱，南方及東南沿海一帶氣候潮濕，沉積了以云南小龍?zhí)睹合禐榇淼年懴嗝合怠?/p>

4.植物的族組成及其成煤性質(zhì)

（1）植物的族組成　在生物發(fā)展史上，植物經(jīng)歷了由水生到陸生，由低級(jí)到高級(jí)，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的逐步進(jìn)化和發(fā)展。按其進(jìn)化順序可分為菌藻植物、苔蘚植物、蕨類植物、裸子植物、被子植物，其中菌藻植物屬低等植物，其余為高等植物。

低等植物主要是單細(xì)胞植物或者是多細(xì)胞構(gòu)成的絲狀體，葉狀體植物，它們沒有根、莖、葉與器官的分劃，大多數(shù)生活在水中或陰暗潮濕的環(huán)境中，如細(xì)菌、藍(lán)藻、綠藻等。

高等植物都是多細(xì)胞植物，具有根、莖、葉等器官的劃分，其中根為吸收和固著器官；莖能支持植物體和起輸導(dǎo)作用；葉進(jìn)行光合作用。此外，高等植物還具有完善的繁殖器官（孢子、花粉）。所以，高等植物具有很強(qiáng)的陸地適應(yīng)性，能適應(yīng)陸地生活。

低等植物和高等植物都是由細(xì)胞組成的，細(xì)胞由細(xì)胞壁和原生質(zhì)構(gòu)成。組成細(xì)胞壁的主要成分是纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、果膠等，原生質(zhì)主要由蛋白質(zhì)和脂類化合物（脂肪、樹脂、樹蠟、角質(zhì)、木栓質(zhì)、孢粉等）組成。研究表明，不同種類植物的有機(jī)組成并不相同，而且同一種植物的不同部位其有機(jī)組成也存在差異，如表1-4所示。

低等植物主要由蛋白質(zhì)和糖類物質(zhì)組成，脂類化合物含量也較高。高等植物的有機(jī)組成以糖類物質(zhì)和木質(zhì)素為主。在木本植物的各部分中，根、莖、葉以糖類和木質(zhì)素為主；孢子、花粉和角質(zhì)層主要由脂類化合物組成；原生質(zhì)則含有大量的蛋白質(zhì)。所以，植物有機(jī)組成的差異，直接影響它們?cè)诔擅哼^程中的分解與轉(zhuǎn)化，并且影響煤的性質(zhì)和煤的用途。

①糖類及其衍生物。糖類及其衍生物含有碳、氫、氧三種元素，常用通式Cn（H2O）m表示，所以這類化合物常被稱為碳水化合物。這類化合物包括纖維素、半纖維素和果膠等。

a.纖維素。纖維素是組成植物細(xì)胞壁的主要成分，是構(gòu)成植物支持組織的基礎(chǔ)。在高等植物的木質(zhì)部分，纖維素約占50％。纖維素是一種高分子化合物，屬于多糖，分子式可用（C6H10O5）n表示，分子結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。

纖維素在活著的植物體內(nèi)很穩(wěn)定，但植物死亡后，纖維素變得不穩(wěn)定，需氧細(xì)菌通過纖維素水解酶的催化作用可將纖維素水解為單糖，如果這些單糖繼續(xù)遭受氧化作用，則被分解為CO2和H2O。變化過程如下

但是，在沼澤環(huán)境下，氧化分解常常是不充分的。原因是：首先，隨著泥炭沼澤水的覆蓋和植物遺體堆積厚度的增加，使正在分解的植物遺體逐漸與空氣隔絕而出現(xiàn)弱氧化環(huán)境或還原環(huán)境；其次，植物遺體轉(zhuǎn)化過程中分解出的氣體、液體和細(xì)菌新陳代謝的產(chǎn)物促使沼澤中介質(zhì)的酸度增強(qiáng)，抑制了需氧細(xì)菌、真菌的生存和活動(dòng)。由于上述原因，沼澤水被“毒化”。在缺氧環(huán)境下，厭氧細(xì)菌使纖維素發(fā)酵生成CH4、CO2、C3H7COOH和CH3COOH等。

這些水解產(chǎn)物和發(fā)酵產(chǎn)物都可與植物的其他分解產(chǎn)物縮合形成更復(fù)雜的物質(zhì)參與成煤，或成為微生物的營(yíng)養(yǎng)來源。

b.半纖維素。半纖維素也是植物細(xì)胞壁的組成部分，它在高等植物的木質(zhì)部中占17％～41％。半纖維素也屬于多糖，其結(jié)構(gòu)多種多樣，多維戊糖（C5H8O4）n就是其中之一。與纖維素相比，半纖維素更易水解和發(fā)酵，它們也能夠在微生物作用下水解成單糖，變化過程如下

這種單糖的后續(xù)變化與上述纖維素的情況類似。

c.果膠。果膠屬糖的衍生物，呈果凍狀，存在于植物的木質(zhì)部或集中分部于植物的果實(shí)中。果膠分子中含有半乳糖醛酸HOC—（CHOH）4—COOH，呈酸性，其分子結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。

果膠不穩(wěn)定，在微生物作用下，可以水解成一系列的單糖和糖醛酸，進(jìn)一步分解可形成脂肪酸類物質(zhì)而參與成煤。

②木質(zhì)素。木質(zhì)素主要分布在高等植物莖部的細(xì)胞壁中，包圍著纖維素并填充其間隙，以增加莖部的堅(jiān)固性。木質(zhì)素結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，以至于至今還不能用一個(gè)結(jié)構(gòu)式來表示，但人們已認(rèn)識(shí)到它具有芳香核，帶有側(cè)鏈，并含有甲氧基（—OCH3）、羥基（—OH）、醚基（—O—）和醛基等各種官能團(tuán)。根據(jù)弗來格（FLaig）的研究，木質(zhì)素的組成隨植物種類的不同而變化，共有三種不同類型的單體，如表1-5所示。

木質(zhì)素的單體以不同的鏈相互連接、形成三維空間的大分子，所以，它比纖維素更穩(wěn)定，很難水解。在多氧的沼澤環(huán)境中，經(jīng)微生物作用可被氧化成芳香酸和脂肪酸而參與成煤。研究表明，木質(zhì)素是成煤的主要植物成分。

③蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)是構(gòu)成植物細(xì)胞原生質(zhì)的主要成分，也是有機(jī)體生命起源的最重要物質(zhì)。在低等植物中，蛋白質(zhì)含量較高，而在木本植物中，蛋白質(zhì)含量不高。蛋白質(zhì)是由氨基酸分子按一定排列方式結(jié)合而成的復(fù)雜的高分子化合物。植物死亡后，如果處在氧化條件下，蛋白質(zhì)經(jīng)微生物作用可全部分解成氣態(tài)產(chǎn)物（NH3、CO2、H2O、H2S等）。在泥炭沼澤中，蛋白質(zhì)可水解成簡(jiǎn)單的氨基酸，參與成煤。由于蛋白質(zhì)的元素組成有碳、氫、氧、氮、硫等元素，有些蛋白中含有磷，所以有人認(rèn)為煤中的氮和有機(jī)硫可能來自成煤植物中的蛋白質(zhì)。

④脂類化合物。脂類化合物通常指不溶于水，而溶于苯、醚和氯仿等有機(jī)溶劑的一類有機(jī)化合物。存在于植物中的脂類化合物主要有以下幾種類型。

a.脂肪。脂肪屬于長(zhǎng)鏈脂肪酸的甘油酯，是植物細(xì)胞內(nèi)原生質(zhì)的一種成分。低等植物脂肪含量較高，在藻類中可達(dá)20％；高等植物的脂肪含量一般為1％～2％，主要集中在植物的孢子和種子中。在生物化學(xué)作用過程中，脂肪可被水解，生成脂肪酸和甘油，脂肪酸能參與成煤。

b.樹脂。樹脂是植物生長(zhǎng)過程中產(chǎn)生的分泌物，當(dāng)植物受到傷害時(shí)，就會(huì)分泌出膠狀的樹脂來保護(hù)傷口。低等植物沒有樹脂，高等植物中的針葉植物含樹脂最多。樹脂的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不溶于有機(jī)酸，也不易被微生物破壞，能完好地保存在煤中，直接參與成煤的作用。中國(guó)撫順第三紀(jì)褐煤中的“琥珀”就是由成煤植物中的樹脂轉(zhuǎn)變成的。

c.樹蠟。樹蠟呈薄膜狀覆蓋在植物莖、葉和果實(shí)的表面，可以有效地防止水分的過度蒸發(fā)和微生物的侵入。樹蠟的化學(xué)性質(zhì)類似于脂肪，但比脂肪更穩(wěn)定，遇強(qiáng)酸也不易分解。在泥炭和褐煤中經(jīng)常可發(fā)現(xiàn)樹蠟。

d.角質(zhì)。角質(zhì)是角質(zhì)膜的主要成分，含量可達(dá)50％以上，角質(zhì)膜常覆蓋在植物的葉、嫩枝、幼芽和果實(shí)的表皮上，以防止水分的過度蒸發(fā)和微生物的侵入。角質(zhì)是脂肪酸脫水或聚合的產(chǎn)物，其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在生物化學(xué)作用過程中不易分解，能較完整地保存在煤中。

e.木栓質(zhì)。木栓質(zhì)能將植物的木栓組織浸透以提高其抵抗腐爛的能力。在木栓中木栓質(zhì)的含量可達(dá)25％～50％。木栓質(zhì)的主要成分是脂肪醇酸、二羧酸等。木栓的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在煤中常保存著植物的木栓層。

f.孢粉質(zhì)。孢粉質(zhì)是構(gòu)成植物繁殖器官孢子、花粉外壁的主要有機(jī)成分。在孢子中孢粉質(zhì)的含量達(dá)20％，孢粉質(zhì)具有脂肪-芳香族網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，它的化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，能耐較高的溫度和酸、堿，也不溶于有機(jī)溶劑，常完好地保存在煤中。

上述脂類化合物的共同特點(diǎn)是化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，因此能較完整地保存在煤中。除上述主要有機(jī)化合物外，植物中還有鞣質(zhì)、色素等成分。鞣質(zhì)屬芳香族化合物，它浸透了老年植物木質(zhì)部細(xì)胞壁、種子外殼。在許多植物的樹皮中鞣質(zhì)高度富集，鐵樹、漆樹、云杉、樺樹等現(xiàn)代植物和一些古植物中都含有鞣質(zhì)。鞣質(zhì)的抗腐性很強(qiáng)，不易分解。色素是植物體內(nèi)儲(chǔ)存和傳遞能量的重要因子，含有能與金屬原子相結(jié)合的吡咯化合物結(jié)構(gòu)。

以上介紹了植物的各種有機(jī)組分及在生物化學(xué)變化過程中的變化情況，如果按分解的難易程度，由易到難依次為：原生質(zhì)；葉綠素；脂肪；半纖維素、纖維素；木質(zhì)素；木栓質(zhì)；角質(zhì)；孢子、花粉；樹蠟；鞣質(zhì)；樹脂。

（2）成煤原始物質(zhì)對(duì)煤質(zhì)的影響　地質(zhì)歷史時(shí)期，植物的演化、發(fā)展經(jīng)歷了幾個(gè)大的階段，在不同的地質(zhì)時(shí)期生物群的面貌存在很大差異。由于不同種類的植物，其有機(jī)組分的含量相差懸殊，相同植物的不同部分有機(jī)組分的含量也不相同（見表1-4）；而且，不同植物的元素組成有差異，不同類型的有機(jī)組分其元素組成也有較大變化（見表1-6）。

從理論上講，各種植物、植物的各個(gè)部分，分解后的產(chǎn)物及參與分解的微生物都能參與成煤。但是，由于成煤植物及植物的不同部分在有機(jī)組成上存在差異，也由于不同有機(jī)組分在化學(xué)性質(zhì)、元素組成上的差異，使得不同植物和植物的不同部分的分解、保存和轉(zhuǎn)化存在很大差別，例如，低等植物中蛋白質(zhì)、脂類化合物含量高，由低等植物形成的煤（腐泥煤）中氫含量較高。導(dǎo)致煤的組成、性質(zhì)的差異，影響到煤的工業(yè)利用。所以，成煤原始物質(zhì)是影響煤質(zhì)的重要因素之一。

在高等植物形成的煤中，如果成煤植物是以根、莖等木質(zhì)纖維組織為主，煤的氫含量較低；如果成煤植物是以角質(zhì)、木栓質(zhì)、樹脂、孢粉等脂類化合物為主，則煤的氫含量較高。

二、成煤過程

成煤過程是指從植物死亡，遺體堆積直到轉(zhuǎn)變成煤所經(jīng)歷的一系列演變過程。

1.成煤條件

地質(zhì)歷史時(shí)期，存在著大量植物，這些植物是否都能轉(zhuǎn)變成煤呢。研究證實(shí)，并不是所有植物都能成煤，要想成煤，必須具備一定的條件。

（1）古植物條件　植物是成煤的物質(zhì)基礎(chǔ)，只有植物大量繁殖的時(shí)期才是成煤的有利時(shí)期。在植物發(fā)展史上，早期出現(xiàn)的植物是生活在水中的低等植物，如菌類、藻類。分布于中國(guó)南方省份的石煤就是由低等植物演變而成的。隨著植物的進(jìn)化，從晚志留世-早泥盆世植物開始“登陸”，出現(xiàn)了陸生的高等植物（裸蕨），裸蕨只能生活在水盆地的邊緣，數(shù)量較少且個(gè)體矮小，未能形成大規(guī)模的煤層。到了石炭、二疊紀(jì)，陸生植物飛速發(fā)展，不僅數(shù)量多，而且發(fā)育成高大的木本植物，為成煤提供了大量的物質(zhì)基礎(chǔ)，形成大量具有工業(yè)價(jià)值的煤層。為了證明植物與成煤的關(guān)系，有人曾做過實(shí)驗(yàn)估算：5～10m厚的植物遺體能形成1m厚的泥炭，時(shí)間需400～500年；而5～10m厚的泥炭能形成約1m厚的褐煤，時(shí)間約需上萬年。還有人根據(jù)成煤過程中的變化，估計(jì)10m厚的植物遺體堆積層可形成1m厚的泥炭，進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)?.5m厚的褐煤或0.17m厚的煙煤。可見，只有當(dāng)植物大面積分布，且持續(xù)繁殖才能形成儲(chǔ)量豐富的煤田。

（2）氣候條件　氣候與成煤的關(guān)系非常密切，它對(duì)成煤的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面。首先，氣候能影響植物的繁殖，研究表明，干旱的氣候環(huán)境，不利于植物的生長(zhǎng)，植被稀少；寒冷地區(qū)，植物生長(zhǎng)緩慢，只有溫暖、潮濕的氣候環(huán)境最適宜植物的生長(zhǎng)繁殖，植物非常茂盛。其次，氣候控制著泥炭沼澤的發(fā)育。當(dāng)年平均降水量小于年平均蒸發(fā)量時(shí)，只有少數(shù)有水源補(bǔ)給的低洼地區(qū)可能沼澤化。而當(dāng)年平均降水量大于年平均蒸發(fā)量時(shí)，可導(dǎo)致低洼地區(qū)大范圍沼澤化。所以，溫暖、潮濕的氣候條件最適宜成煤。

（3）自然地理?xiàng)l件　研究表明，要想形成分布面積廣，具有開采價(jià)值的煤層，必須有既適宜植物大量繁殖，又能使植物遺體得以保存的良好自然地理環(huán)境。自然界中，只有泥炭沼澤具備這種條件。因?yàn)檎訚墒堑乇沓Ｄ攴e淺水，氣候非常濕潤(rùn)的洼地，沼澤環(huán)境很適宜植物的生長(zhǎng)、繁殖，通常植物叢生，當(dāng)植物死亡后，又能及時(shí)被沼澤中的水掩蓋，避免植物全部氧化，所以，泥炭沼澤是發(fā)生聚煤作用的良好古地理環(huán)境。

（4）地殼運(yùn)動(dòng)條件　地殼運(yùn)動(dòng)是地球運(yùn)動(dòng)、發(fā)展、變化的一種表現(xiàn)形式。地殼運(yùn)動(dòng)對(duì)成煤的影響表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

①地殼運(yùn)動(dòng)對(duì)自然地理環(huán)境起控制作用。當(dāng)?shù)貧ぐl(fā)生沉降運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以使近海平原或內(nèi)陸洼地積水，引起沼澤化，形成沼澤。而且沼澤的面積大小、覆水深度、演化過程都受地殼運(yùn)動(dòng)控制。

②地殼沉降速度直接影響泥炭層的沉積厚度。當(dāng)?shù)貧さ某两颠M(jìn)度與植物遺體的堆積速度大致相等時(shí)，沼澤基底沉降的空間恰好被植物遺體的堆積所充填，沼澤中積水的深度基本保持不變，繼續(xù)維持沼澤環(huán)境，這種平衡持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，泥炭層的堆積厚度就越大。

當(dāng)?shù)貧こ两邓俣刃∮谥参镞z體堆積速度時(shí)，沼澤基底沉降的空間不足以充填植物遺體，相當(dāng)于沼澤中積水的深度變淺，這種狀況持續(xù)一段時(shí)間后，沼澤被植物遺體填滿，后續(xù)植物死亡后不能被水掩蓋，遭受氧化而破壞，無法形成較厚的泥炭層。

當(dāng)?shù)貧こ两邓俣却笥谥参镞z體堆積速度時(shí)，沼澤基底沉降的空間不能被植物遺體填滿，相當(dāng)于沼澤中積水的深度增大，這種狀況持續(xù)一段時(shí)間后，沼澤逐漸演變?yōu)楹矗参锏纳L(zhǎng)繁殖受到限制，泥炭層的沉積中斷，不能形成較厚的泥炭層，轉(zhuǎn)而沉積泥沙物質(zhì)。

綜上所述，在地質(zhì)歷史時(shí)期，聚煤盆地只有同時(shí)具備植物、氣候、古地理和地殼運(yùn)動(dòng)這四個(gè)條件，且相互配合默契、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，才能形成煤層多、儲(chǔ)量大的重要煤田。

2.成煤過程

當(dāng)植物死亡后，遺體堆積在沼澤中，經(jīng)過復(fù)雜的生物化學(xué)變化轉(zhuǎn)變?yōu)槟嗵炕蚋啵S著地殼沉降運(yùn)動(dòng)，泥炭、腐泥被埋到地下深部，經(jīng)過物理化學(xué)作用、地質(zhì)作用，逐漸演變成腐殖煤或腐泥煤。

根據(jù)成煤過程中影響因素和結(jié)果的不同，成煤過程可分為泥炭化作用（或腐泥化作用）和煤化作用兩個(gè)階段。

（1）泥炭化作用與腐泥化作用　泥炭化作用是指高等植物的遺體經(jīng)過復(fù)雜的生物化學(xué)變化和物理化學(xué)變化轉(zhuǎn)變成泥炭的過程。在這個(gè)過程中，植物有機(jī)組分的變化非常復(fù)雜，根據(jù)引起變化的微生物類型又可分兩個(gè)階段。

第一階段　植物遺體被沼澤中的水掩蓋后，最初是處于泥炭沼澤的表層，由于表層覆水淺、陽光充足、空氣流通，又有大量的有機(jī)質(zhì)提供養(yǎng)料，很適宜微生物的生存，水中含有大量的需氧細(xì)菌，植物遺體在需氧細(xì)菌的作用下發(fā)生氧化分解和水解作用，轉(zhuǎn)化成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、化學(xué)性質(zhì)活潑的有機(jī)化合物。例如，纖維素經(jīng)需氧細(xì)菌水解后形成單糖，木質(zhì)素被氧化分解成芳香酸和脂肪酸，蛋白質(zhì)被分解為氨基酸。

第二階段　隨著地殼的沉降和植物遺體堆積，分解產(chǎn)物和未分解的植物遺體被埋到泥炭沼澤的中層和底層，氧化環(huán)境逐漸被還原環(huán)境取代，這時(shí)需氧細(xì)菌的數(shù)量不斷減少，厭氧細(xì)菌的數(shù)量顯著增多，在厭氧細(xì)菌的作用下，植物有機(jī)組分發(fā)生厭氧分解，其中纖維素、果膠經(jīng)厭氧分解生成丁酸、乙酸等產(chǎn)物，蛋白質(zhì)分解產(chǎn)生氨基酸，脂肪分解成脂肪酸，在厭氧細(xì)菌的作用下分解產(chǎn)物之間，分解產(chǎn)物與植物殘?bào)w之間又不斷發(fā)生一系列復(fù)雜的生物化學(xué)變化，逐漸化合形成腐殖酸、腐殖酸鹽、瀝青質(zhì)、硫化氫、二氧化碳、甲烷、氫等，其中一部分不穩(wěn)定的氣體逸出后，剩下的物質(zhì)沉積成泥炭。

研究表明，由植物轉(zhuǎn)變成泥炭后，其化學(xué)組成發(fā)生了明顯的變化，其中，植物中所含的蛋白質(zhì)全部消失了，在植物中占主要地位的纖維素、木質(zhì)素也所剩無幾；而植物中原本沒有的腐殖酸在泥炭中的含量卻相當(dāng)高。元素組成上，泥炭的碳含量比植物高，氫、氮的含量有所增高，而氧、硫的含量降低較多（見表1-7）。

泥炭一般為棕褐色或黑褐色，無光澤，質(zhì)軟且富含水分及腐殖酸。

我國(guó)泥炭?jī)?chǔ)量約270億噸，80％屬裸露型，20％屬埋藏型。主要分布于大小興安嶺、三江平原、長(zhǎng)白山、青藏高原東部以及燕山、太行山等山前洼地和長(zhǎng)江沖積平原等地。埋藏淺、易開采，具有很高的利用價(jià)值。干燥后可作燃料，泥炭中的腐殖酸可做腐殖酸肥料，可進(jìn)行低溫干餾制取化工原料等。近年來，泥炭的開發(fā)和利用受到有關(guān)國(guó)家的高度重視。

腐泥化作用是指低等植物的遺體經(jīng)復(fù)雜的生物化學(xué)變化轉(zhuǎn)變成腐泥的過程。

在湖泊、積水較深的沼澤及潟湖中，菌類、藻類等低等植物及浮游生物大量繁殖，它們死亡后沉積下來，在缺氧的還原環(huán)境中，經(jīng)過厭氧細(xì)菌的作用，蛋白質(zhì)、脂肪等遭受分解，再經(jīng)過聚合、縮合等作用，逐漸形成一種含水很多且富含瀝青質(zhì)的棉絮狀膠體物質(zhì)，這種物質(zhì)經(jīng)脫水致密，逐漸形成腐泥。

腐泥常呈黃褐色、暗褐色、黑灰色等，水分含量可達(dá)70％～90％，是一種粥狀流動(dòng)的或凍膠淤泥狀物質(zhì)；干燥后水分降低至18％～20％，為具有彈性的橡皮狀物質(zhì)。

腐泥干燥后也可做燃料或肥料使用；干餾時(shí)腐泥的焦油產(chǎn)率很高。

（2）煤化作用　是指由泥炭轉(zhuǎn)變?yōu)楦趁旱倪^程，或由腐泥轉(zhuǎn)變?yōu)楦嗝旱倪^程。

煤化作用中，主要發(fā)生物理化學(xué)變化和化學(xué)變化。根據(jù)作用條件的不同，煤化作用可分為成巖作用和變質(zhì)作用兩個(gè)階段。

①成巖作用。泥炭層沉積之后，由于地殼持續(xù)沉降，泥炭層被埋到地下一定深度，泥炭在以壓力、溫度為主的物理化學(xué)作用下，逐漸被壓緊，失去水分，密度增大。當(dāng)生物化學(xué)作用減弱以至消失后，泥炭中碳元素的含量逐漸增加，氧、氫元素的含量逐漸減少，腐殖酸的含量不斷降低直至完全消失，經(jīng)過這一系列的復(fù)雜變化，泥炭變成了褐煤，這種由泥炭變成褐煤的過程稱為煤的成巖作用。泥炭變成褐煤后，化學(xué)組成發(fā)生了明顯變化（見表1-8）。

一般認(rèn)為泥炭化作用和成巖作用是逐步過渡的，隨著泥炭的不斷堆積泥炭層底部已開始了成巖作用。

腐泥經(jīng)過成巖作用可轉(zhuǎn)變?yōu)楦嗝骸Ｆ渥兓^程也是受壓力、溫度為主的物理化學(xué)作用。

②變質(zhì)作用。褐煤形成后，由于地殼繼續(xù)沉降，使褐煤層被埋到地下更深的地方，褐煤繼續(xù)受到深部不斷增高的溫度和壓力的作用，進(jìn)一步引起煤中有機(jī)質(zhì)分子的重新排列，聚合程度增高，使煤的結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化；同時(shí)元素組成和含量也在改變，其中碳含量進(jìn)一步增加，氧和氫的含量逐漸減少；揮發(fā)分和水分的含量減少，腐殖酸完全消失，煤的光澤增強(qiáng)，密度進(jìn)一步增大，褐煤逐漸演變成煙煤、無煙煤。這個(gè)變化過程稱為煤的變質(zhì)作用。

褐煤變成煙煤、無煙煤后，化學(xué)組成也發(fā)生了明顯變化（見表1-8）。

腐泥煤經(jīng)過變質(zhì)作用后，煤化程度進(jìn)一步增高。

③影響煤變質(zhì)的因素。影響煤變質(zhì)的因素主要有溫度、壓力和時(shí)間。

溫度。溫度是影響煤變質(zhì)的主要因素。在煤田地質(zhì)勘探過程中，穿過煤系的深孔鉆探提示了隨煤層的埋藏深度增加，煤化程度增高這一事實(shí)，說明地溫增高，煤化程度增高。

另外，為了研究溫度與煤化程度的關(guān)系，人們做了一系列的煤化實(shí)驗(yàn)，例如1930年，格羅普（W.Gropp）曾將泥炭置于密閉的高壓容器內(nèi)進(jìn)行加熱實(shí)驗(yàn)，在100MPa的壓力條件下加熱到200℃時(shí)，試樣在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)并無變化，當(dāng)溫度超過200℃時(shí)，試樣開始發(fā)生變化，泥炭轉(zhuǎn)變成褐煤；當(dāng)壓力升高到180MPa，而溫度低于320℃時(shí)，褐煤一直無明顯變化，當(dāng)溫度升到320℃時(shí)，褐煤轉(zhuǎn)變成具有長(zhǎng)焰煤性質(zhì)的產(chǎn)物；繼續(xù)升溫到345℃，可得到具有典型煙煤性質(zhì)的產(chǎn)物，當(dāng)溫度升至500℃時(shí)，產(chǎn)物具有無煙煤的性質(zhì)。可見溫度是促使煤變質(zhì)的重要因素。

根據(jù)變質(zhì)條件和變質(zhì)特征的不同，煤的變質(zhì)作用可以分為深成變質(zhì)作用、巖漿變質(zhì)作用和動(dòng)力變質(zhì)作用三種類型。

深成變質(zhì)作用是指煤在地下較深處，受到地?zé)岷蜕细矌r層靜壓力的影響而引起的變質(zhì)作用。這種變質(zhì)作用與大規(guī)模的地殼升降運(yùn)動(dòng)直接相關(guān)。煤的變質(zhì)作用具有垂直分布規(guī)律，即在同一煤田大致相同的構(gòu)造條件下，隨著埋藏深度的增加，變質(zhì)程度逐漸增高。一般地深度每增加100m，煤的干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf減少2.3％左右。這個(gè)規(guī)律稱為希爾特（Hilt）定律。煤的變質(zhì)程度還具有水平分布規(guī)律，在同一煤田中，同一煤層沉積時(shí)沉降幅度可能不同，按照希爾特定律，這一煤層在不同的深度上變質(zhì)程度也就不同，反映到平面上可以造成變質(zhì)程度呈帶狀或環(huán)狀分布的規(guī)律。

巖漿變質(zhì)作用是指煤層受到巖漿帶來的高溫、揮發(fā)性氣體和壓力的影響使煤發(fā)生異常變質(zhì)的作用，屬于局部變質(zhì)現(xiàn)象。主要由淺層浸入的巖漿直接浸入、穿過或接近煤層而使煤變質(zhì)程度增高叫做接觸變質(zhì)作用；煤層下部巨大的浸入巖漿引起煤變質(zhì)程度增高叫做區(qū)域熱變質(zhì)作用。

動(dòng)力變質(zhì)作用是指由于地殼構(gòu)造變化所產(chǎn)生的動(dòng)壓力和熱量使煤發(fā)生的變質(zhì)作用，也屬于局部變質(zhì)現(xiàn)象。

壓力。壓力也是引起煤變質(zhì)的因素之一。由于上覆巖層沉積厚度不斷增大，使地下的巖層、煤層受到很大的靜壓力，導(dǎo)致煤和巖石的體積收縮，在體積收縮過程中，發(fā)生內(nèi)摩擦而放出熱量，使地溫升高，間接地促進(jìn)煤的變質(zhì)。此外在地殼運(yùn)動(dòng)的過程中，還會(huì)產(chǎn)生一定方向的構(gòu)造應(yīng)力，在構(gòu)造應(yīng)力的作用下，形成斷裂構(gòu)造，斷裂兩側(cè)巖塊相對(duì)位移時(shí)，放出熱量，也可引起煤變質(zhì)。

壓力可以使成煤物質(zhì)在形態(tài)上發(fā)生變化，使煤壓實(shí)、孔隙率降低、水分減少，還可以使煤的巖相組分沿垂直壓力的方向定向排列和促使煤的芳香族稠環(huán)平行層面作有規(guī)則的排列。一般認(rèn)為壓力是煤變質(zhì)的次要因素。

時(shí)間。時(shí)間是影響煤變質(zhì)的另一重要因素。在溫度、壓力大致相同的條件下，煤化程度取決于受熱時(shí)間的長(zhǎng)短，受熱時(shí)間越長(zhǎng)，煤化程度越高，受熱時(shí)間短，煤化程度低。例如，某地的石炭二疊紀(jì)煤系，形成于距今二億七千萬年前，煤系沉降深度約5100m，受熱溫度約為147℃，經(jīng)取樣化驗(yàn)，煤種屬焦煤；另一地區(qū)從鉆進(jìn)深度約5400m的第三紀(jì)中新統(tǒng)地層中獲取了煤的包裹體，包裹體所在位置溫度約141℃，第三紀(jì)中新世距今1300萬年～1900萬年，經(jīng)分析，煤包裹體屬低煤化程度煙煤。另外，有人將長(zhǎng)焰煤置于密閉的條件下加熱，在溫度、壓力不變的情況下，加熱96h后，得到具有肥煤特征的產(chǎn)物；加熱150h后則得到具有肥煤過渡到焦煤特征的產(chǎn)物。可見，時(shí)間在變質(zhì)過程中具有重要意義。

（3）成煤環(huán)境和過程對(duì)煤質(zhì)的影響　根據(jù)沼澤水的補(bǔ)給來源，沼澤分為低位沼澤、中位沼澤和高位沼澤。低位沼澤的水源主要靠地下水和地表水補(bǔ)給，水質(zhì)為微酸性到中性，富含礦物質(zhì)和無機(jī)鹽類。由于低位沼澤的水中礦物質(zhì)、無機(jī)鹽豐富，且有地表水?dāng)y帶的泥沙沉積，所以低位沼澤中形成的泥炭灰分含量較高，干燥基灰分一般大于7％。高位沼澤的水源主要靠大氣降水補(bǔ)給，水中礦物質(zhì)含量低，形成的泥炭灰分含量低，干燥基灰分一般低于5％。中位沼澤的水源一部分靠地下水補(bǔ)給，一部分靠大氣降水補(bǔ)給，形成的泥炭灰分介于以上兩者之間，干燥基灰分一般為5％～7％。

根據(jù)古地理環(huán)境，沼澤可分為濱海沼澤和內(nèi)陸沼澤兩類。濱海沼澤是由于地殼沉降使由近海平原積水、沼澤化而形成的沼澤。內(nèi)陸沼澤是由于湖泊中沉積物不斷堆積，湖泊淤塞演變成沼澤，或由于地殼沉降使內(nèi)陸洼地積水、沼澤化而形成沼澤。

首先，由于濱海沼澤的植物多生長(zhǎng)在鹽堿土上，植物本身的硫含量就較高，另外，濱海沼澤中水介質(zhì)呈弱堿性，有利于硫酸鹽還原菌的活動(dòng)，硫酸鹽還原菌利用植物有機(jī)質(zhì)提供氫使海水中的還原為H2S。H2S可與鐵離子結(jié)合形成FeS2（黃鐵礦），或者與植物分解產(chǎn)物反應(yīng)形成有機(jī)硫化物轉(zhuǎn)變成煤中的有機(jī)硫。所以，在濱海沼澤中形成的煤硫含量通常較高，有時(shí)可高達(dá)8％～12％。而內(nèi)陸沼澤形成的煤硫含量一般較低，大多在1％左右。其次，受沼澤中水的深度、酸堿度、流動(dòng)性、微生物的類型等因素的影響，濱海沼澤中形成的煤鏡質(zhì)組含量高，殼質(zhì)組也占相當(dāng)比例；內(nèi)陸沼澤形成的煤，惰質(zhì)組和樹脂含量高。