2.2　煤的形成

煤是古代植物遺體堆積在湖泊、海灣、淺海等地方，經過復雜的生物化學和物理化學作用轉化而成的一種具有可燃性能的沉積巖。煤的化學成分主要為碳、氫、氧、氮、硫等元素。

由植物變為煤的過程如圖2-1所示，可以分為三個階段。

（1）菌解階段（泥炭化階段）

在古生代泥盆紀（距今約4億年）以前，地球上只生長菌藻類低等植物，菌藻類植物死亡以后，在缺氧的環境中經厭氧菌的作用逐漸變成富含瀝青質和膠凍狀物質，并與泥沙混合成為腐泥。地殼運動過程中，腐泥受其上部泥沙堆積層的壓力和地下溫度增高的作用，碳含量和氫含量不斷增加，氧含量減少，形成不同變質階段的腐泥煤。

到了古生代石炭紀（約3億年前）以后，陸地面積增大，干旱氣候帶擴大，菌藻類植物減少，高等植物發育繁茂。高等植物是由纖維素［（C₆H₁₀O₅）_n］、半纖維素、木質素（C₅₀H₄₉O₁₁）、蛋白質和脂肪等組成的。高等植物死亡后，殘骸堆積在泥炭沼澤帶，被積水淹沒，各種厭氧菌不斷地分解破壞植物殘骸，其中的有機質逐漸分解，產生硫化氫、二氧化碳和甲烷等氣態產物，植物殘骸中氧含量越來越少，碳含量逐漸增加，變成泥炭類物質。泥炭經受進一步的地質作用而轉變成腐殖煤。

泥炭質地疏松、褐色、無光澤、密度小，可看出有機質的殘體，用火種可以引燃，煙濃灰多。

（2）煤化作用階段（褐煤階段）

隨著地殼下沉，泥炭層的表面被黏土、泥沙等覆蓋，逐漸形成上覆巖層。當泥炭層被其他沉積物覆蓋時，泥炭化作用階段結束。在上覆巖層的壓力下，原來疏松多水的泥炭受到壓實、脫水、膠結、增碳、聚合等作用，孔隙度減小而變得致密，細菌的生物化學作用消失，碳含量進一步增加，氧和腐殖酸含量逐漸降低，從而變成水分較少、密度較大的褐煤。由泥炭變成褐煤的過程稱為成巖作用。褐煤層一般離地表不深，厚度較大，適于露天開采。

褐煤顏色為褐色或近于黑色，光澤暗淡，基本上不見有機物殘體，質地較泥炭致密，用火種可以引燃，有煙。

（3）變質階段（煙煤及無煙煤階段）

隨著地殼的繼續下沉及上覆巖層不斷加厚，褐煤在地殼深部受到高溫、高壓作用，進入了變質階段，褐煤中的有機物分子進一步積聚，含氧量進一步降低，碳含量繼續增高，外觀色澤和硬度也發生了較大變化，褐煤變成煙煤。煙煤由于燃燒時有煙而得名。由于已無游離的腐殖酸，全部轉化為腐黑物，所以顏色一般呈黑色。由于更強烈的地殼運動或巖漿活動，煤層受到更高溫度和壓力的影響，煙煤還可以進一步變成無煙煤，甚至變成半石墨和石墨。

煙煤顏色為黑色，有光澤，致密狀，用蠟燭可以引燃，火焰明亮，有煙。無煙煤顏色為黑色，質地堅硬，有光澤，用蠟燭不能引燃，燃燒無煙。