煤的成因

氧化环境层 过渡层 还原环境层
各泥炭层中的微生物特性
泥炭表层空气流通，温度高，又有大量有机质，有利于微 生物的生存。在1g泥炭中含有微生物几百万个至几亿个。如在 低位泥炭沼泽的表层，含有大量喜氧性细菌、放线菌和真菌， 而厌氧性细菌数量较少。植物的氧化分解和水解作用，主要是 在泥炭沼泽表层进行，因而泥炭沼泽表层又称为泥炭形成层。
泥炭化作用peatification
泥炭的分类 ①高位泥炭：高位沼泽中形成，为温带高纬度植物埋在地层下经长期 堆积炭化而形成。以羊胡子草属、水藓属植物为主，分解程度较低， 氮和灰分元素含量少，酸性较强，pH值在4至5之间。容重较小，吸 水透气性好，一般可吸持水分为其干重的10倍以上，适合作无土栽培 基质，但pH值必须调至5.5至6.0 左右，也可用于配制培养土。
（1） 泥炭沼泽水的覆盖，使正在分解的植物遗 体逐渐与大气隔绝，进入弱氧化或还原环境。 （2）微生物要在一定的酸碱度环境中才能正常 生长。在泥炭化过程中，植物分解形成酸性产 物，使沼泽水变为酸性，则不利于喜氧细菌的 生存。所以泥炭的酸度越大，细菌越少，植物 的结构就保存得越完好。 （3） 有的植物本身就具有防腐和杀菌的成分， 如高位沼泽泥炭藓能分泌酚类，某些阔叶树有 丹宁保护纤维素，某些针叶树含酚，并有树脂 保护纤维素，都使植物不致遭到完全破坏。
成煤的条件和环境 environment
• 煤炭的生成，必须有气候、生物、地理、 地质等条件的相互配合，才能生成具有工业利 用价值的煤炭矿藏。这些条件包括： （1） 大量植物的持续繁殖 (生物life-form、 气候climate的影响) （2）植物遗体不能完全腐烂－－适合的堆积 场所accumulation locale(沼泽、湖泊swamp and lake等) （3）地质作用的配合（地壳的沉降运动 subside－－形成上覆岩层和顶底板－－多煤 层）
• 低等植物和高等植物的特点(characteristic)
•
低等植物(lower plant)：包括菌类和藻类，
是由单细胞和多细胞构成的丝状体或叶状体植
物，没有根、茎、叶等器官的分化。
• 高等植物(higher plant) ：包括苔藓、蕨类、 裸子植物和被子植物 。进化论认为，高等植 物由低等植物长期进化而来，构造复杂，有根、
烟煤 bituminous coal （长焰煤、气煤、肥煤、 焦煤、瘦煤、贫煤）
无烟煤 anthracite。
泥炭化作用peatification
• 泥炭化作用的概念： 高等植物死亡后，在生物化学作用下 biochemical reaction，变成泥炭的过程称为泥炭化 作用。
• 在这一阶段，植物首先在微生物microorganism 作用下，分解decomposition和水解hydrolyzation为 分子量较小的性质活泼的化合物，然后小分子化合 物之间相互作用，进一步合成新的较稳定的有机化 合物，如腐植酸humic acid、沥青质pitch等。
1~7
0
桦川草本 泥炭 合浦木本 泥炭
55.87
6.35
2.90
34.97
19.69
0.75
0
3.50
43.58
65.46
6.53
1.20
26.75
o.89
0.39
0
0
42.88
泥炭化作用peatification
泥炭化作用中微生物的活动
泥炭的分层 泥炭层的垂直剖面，分为氧化环境表层、中间层及还原环 境底层。
0 0 10 20~30 20~30 20~30
50~80 40~50 15~20 10~15 5~10 1~7
60~75 65 60 5 20
ห้องสมุดไป่ตู้
20~30 20 10 0 0
1 8 2 5 70
2~3 5~8 25~30 90 10
煤炭的成因类型 genesic type
根据形成煤炭的物质基础划分煤炭的类型称为成因类型。主要是： 腐植煤、腐泥煤、残植煤和腐植腐泥煤。 • （1）腐植煤 humic coal： 由高等植物经过成煤过程中复杂的生 化和地质变化作用生成。
不同植物化学组成的差异性
植 物 碳水化合 物 12~28 30~40 30~50 50~60 50~70 60~70 木质素 蛋白质 脂类化合 物 5~20 10~20 8~10 3~5 5~10 1~3
细菌 绿藻 苔 藓 蕨类 草 类
松柏及阔叶 树 木 木质部 本 叶 植 木 栓 物 孢粉质 的 原生质 不 同 部 分
低等植物——海带 kelp
低等植物——地衣(lichen)
低等植物——蘑菇 mushroom
高等植物——蕨类植物 fern
高等植物——松树 pine
植物的主要化学组成 (constituent)
• （1）碳水化合物（ carbohydrate ） （2）木质素（ lignin ） （3）蛋白质（ protein ） （4）脂类化合物（ lipid/lipidic compound ）
泥炭化作用peatification
泥炭的组成
泥炭主要由有机物、矿物质和水组成，其中含水量70%～90%， 矿物质含量随泥炭产地不同差异很大，有机物的组成包括一下几个 部分： （1）腐植酸：它是泥炭中最主要的成分。腐植酸是高分子羟基芳香 羧酸所组成的复杂混合物，具有酸性，溶于碱性溶液而呈褐黑，它 是一种无定形的高分子胶体，能吸水而膨胀。 （2）沥青质：它是由合成作用形成的，也可以由树脂、蜡质、孢粉 质等转化而来。沥青质溶于一般的有机溶剂。 （3） 未分解或未完全分解的纤维素、半纤维素、果胶质和木质素。 （4） 变化不多的稳定组分，如角质膜、树脂和孢粉等。 另外，在泥炭中一般可以看到植物的组织，如根、茎、叶等。
成煤物质(material for coal formation)
煤是由植物（ plant ）形成的
煤是由植物遗体（plant debris）经过生 物化学作用（biochemcal reaction）和物理化 学作用（physico-chemical reaction）演变而成 的沉积有机岩（ sedimentary organic rock）
（ carbohydrate ）
包括纤维素、半纤维素及果胶质。 纤维素(cellulose)：是构成植物细胞壁的主要成 分。纤维素一般不溶于水，在溶液中能生成胶体， 容易水解。在泥炭沼泽的酸性介质中，纤维素可以 分解为纤维二糖和葡萄糖等简单化合物。 半纤维素(hemi-cellulose)：化学组成和性质与纤 维素相近，但比纤维素更易分解或水解为糖类和酸。 果胶(pectin / pectic substance)：糖的衍生物， 呈果冻状。在生物化学作用下，水解成一系列单糖 和糖醛酸。
蛋白质 protein
• 蛋白质：由若干个氨基酸(amino acid)结合而 形成的结构复杂的高分子。由于含羧基 carboxyl和羟基hydroxyl，蛋白质具有酸性和碱 性官能团，强烈亲水性胶体colloid。 高等植物中蛋白质含量少；低等植物中蛋 白质含量高。 植物死亡后，完全氧化条件下，蛋白质完 全分解为气态物质；在泥炭沼泽和湖泊的水中， 蛋白质分解成氨基酸、喹啉等含氮化合物，参 与成煤作用，但对煤的性质没有决定性的影响。 是煤中硫、氮元素的来源之一。
木质素 lignin
• 木质素也是植物细胞壁的主要成分，常分布在 植物根、茎部的细胞壁中。木本植物的木质素 含量高，木质素是具有苯基丙烷芳香结构的高 分子聚合物，含甲氧基methoxyl 、羟基 hydroxyl等官能团。木质素的单体以不同的链 连接成三度空间的大分子，比纤维素稳定，不 易水解，易于保存下来。在泥炭沼泽中，在水 和微生物作用下发生分解，与其他化合物共同 作用生成腐植酸类物质，这些物质最终转化成 为煤。所以木质素是植物转变为煤的原始物质 中最重要的有机组分。
泥炭化作用peatification
第二阶段：缺氧条件下
在沼泽水的覆盖下，出现缺氧条件，微生 物被厌氧细菌所替代。分解产物相互作用，进 一步合成新的较稳定的有机化合物，如腐植酸、
沥青质等。这两个阶段不是截然分开的，在植 物分解作用进行不久，合成作用也就开始了。
泥炭化作用peatification
成煤作用过程
由高等植物转化为腐植煤要经历复杂而漫长的过程， 一般需要几千万年到几亿年的时间。腐植煤成煤作用 可划分为两个阶段：即泥炭化作用 peatification和煤 化作用coalification。 煤化作用又分为两个连续的过程即成岩作用 diagenesis和变质作用metamorphism. 图示如下：
泥炭化作用peatification
泥炭化作用中微生物的活动 各泥炭层中的微生物特性
泥炭表层以下，随着深度的增加，喜氧细菌、 真菌和放线菌的数目减少，而厌氧细菌活跃，它们 利用了有机质的氧，留下富氢的残留物。在微生物 的活动过程中，植物有机组分一部分成为微生物的 食料，另一部分则被加工成为新的化合物。 若条件适宜，植物会被完全分解成为气体和液 体而流失，不能形成煤炭。但实际上，在泥炭沼泽 中，植物中的化合物会转化、保留下来成为煤炭， 原因是：
茎、叶的区别。
5.45 4.95 4.40 4.10 3.54 2.98 2.51
成煤地质年代
2.03
1.44 0.2-0.6
0.018
我国主要聚煤期
我国主要聚煤期： 新 生 代 新近纪-古近纪（约0.24～0.65亿年） 中 生 代 晚侏罗世-早白垩世（约1.44亿年） 早、中侏罗世（约2.03亿年） 晚三叠世（约2.5亿年） 晚古生代 晚二叠世（约3亿年） 晚石炭世-早二叠世（约3～3.54亿年） 早石炭世（约3.54亿年） 早古生代 早寒武世（约5.45亿年）
• （2） 腐泥煤 sapropelite： 主要由湖沼或浅水海湾中藻类等低 等植物形成。储量大大低于腐植煤，工业意义不大。