煤的的形成

（1）腐植煤： 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。
（2） 腐泥煤： 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。 （3） 残植煤 ： 由高等植物残骸中对生物化学作用最稳定的 组分(孢子、角质层、树皮、树脂)富集而成。 （4）腐植腐泥煤：由高等植物、低等植物共同形成的煤。
第二节 成煤的条件和环境
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、气候的影响) （2）植物遗体不能完全腐烂－－适合的堆积场 所 (沼泽、湖泊等) （3）地质作用的配合（地壳的沉降运动－－形 成上覆岩层和顶底板－－多煤层）
1~3
0
桦川草本 泥炭
55.87
6.35
2.90
34.97
19.69
0.75
0
3.50
43.58
合浦木本 泥炭
65.46
6.53
1.20
26.75
o.89
0.39
0
0
42.88
1 泥炭化作用peatification
1.4 泥炭化作用中微生物的活动
1.4.1 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。
3
我国主要聚煤期： 新 生 代
我国主要聚煤期
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）
第三节 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.
1.3 植物经泥炭化作用成为泥炭，在两方面发生巨大变化：
（1）组织器官（如皮、叶、茎、根等）基本消失，细胞 结构遭到不同程度的破坏，变成颗粒细小、含水量极大、 呈胶泥状的膏状体－－泥炭； （2）组成成分发生了很大的变化，如植物中大量存在的 纤维素和木质素在泥炭中显著减少，蛋白质消失，而植 物中不存在的腐植酸却大量增加，并成为泥炭的最主要 的成分之一，通常达到40%以上。
50~80 40~50 15~20 10~15 5~10 1~7 1 8 2 5 70
5~20 10~20 8~10 3~5 5~10 1~3 2~3 5~8 25~30 90 10
木质部 叶 木 栓 孢粉质 原生质
5 煤炭的成因类型
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 泥炭化作用peatification
1.5 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。
4 植物的主要化学组成 (constituents)
（1）碳水化合物（ carbohydrates ） （2）木质素（ lignins ） （3）蛋白质（ proteins ） （4）脂类化合物（ lipids/lipidic compounds ）
4.1 碳水化合物（ carbohydrates ）
4.3 脂类化合物 lipidic compounds
树脂 : 树脂是植物生长过程中的分泌物，当植物受 伤时，胶状的树脂不断分泌出来保护伤口。针状植物含 树脂较多，低等植物不含树脂。树脂不溶于有机酸，不 易氧化，微生物也不能破坏它，因此能很好地保存在煤 中。 角质和木栓质：化学性质十分稳定，不溶于有机酸， 微生物也难以作用，在成煤过程中能保存下来。
第一节 成煤物质(material for coal formation)
1、煤是由植物（ plant ）形成的
煤是由植物遗体经过生物化学作用和物理化学作 用演变而成的沉积有机岩。
2 低等植物和高等植物的特点(characteristics) 低等植物(lower plants)：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 plants) ：包括苔藓、蕨类、裸
（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。
包括纤维素、半纤维素及果胶质。 纤维素：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：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：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。
1 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，喜氧微生物被 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。
1 泥炭化作用peatification
1 泥炭化作用peatification
1.4 泥炭化作用中微生物的活动
1.4.2 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：
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、茎、叶的区 别。 地史上植物演化年代见图2-1。
5.45 4.95 4.40 4.10 3.54
2.98 2.51
2.03 1.44 0.2-0.6
0.018
低等植物——海带
低等植物——地衣
高等植物——蕨类植物
高等植物——松树

Part 2：Coal Formation

Chaprt 2：Coal Formation
Chaprt 2：Coal Formation
主要内容：


（1）成煤的物质是什么？ （2）煤是如何形成的？
2009 年 11月在新疆沙尔湖煤田勘查区钻孔，钻探 出可采煤层11层，总厚度达301米，其中一处单一煤层 的最大厚度达217.14米，再次刷新了全国纪录。
1 泥炭化作用peatification
1.5 泥炭的组成
（2）沥青质：它是由合成作用形成的，也可以由树脂、蜡 质、孢扮质等转化而来。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。
1.2 泥炭化作用的过程：分两个阶段
第—阶段：多氧条件下 植物遗体暴露在空气中或在沼泽浅部的多氧条件下， 由于喜氧细菌和真菌等微生物的作用，植物遗体中的有 机化合物，经过氧化分解和水解作用。一部分被彻底破 坏，变成气体和水；另一部分分解为简单的化学性质活 泼的化合物，它们在一定条件下可化合成为腐植酸，而 未分解的稳定部分则保留下来。
表2—6 植物与泥炭化学组成的比较 元素组成，%
植物与泥炭 C 47.20 H N O+S 纤维素 半纤维素 50.00
有机组成，%
木质 素 20~30 蛋白 质 5~10 沥青 腐植 酸 0
莎草
5.61
1.61
39.37
5~10
木本植物
50.15
6.20
1.05
42.10
50.60
20.30
1~7
4.4 蛋白质 proteins
蛋白质：由若干个氨基酸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。 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。
4.2 木质素 lignins
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。
木质素，其组成因植物的种类不同而异，见图。
OH O-CH3
H3C-O
OH O-CH3
OH
CH CH CH2OH
CH CH CH2OH
CH
CH CH2OH
针叶树的松 柏醇
落叶树的芥 子醇
乔木的－香 豆醇
4.3 脂类化合物 lipidic compounds
脂类化合物是指不溶于水而溶于醚、苯、氯仿等有 机溶剂的有机化合物。在植物中脂类化合物主要有以下 几种。 脂肪：属于长链脂肪酸的甘油酯。高等植物中含量少 (1-2%)，低等植物含量高(20%左右)。在生化作用下在酸 性或碱性溶液中分解生成脂肪酸和甘油，参与成煤作用。 蜡质 ：主要是长链脂肪酸与含有24～26个碳原子的高 级一元醇形成的脂类，化学性质稳定，不易受细菌分解。
图示如下：
煤化作用
植物 泥炭化 泥炭 成岩作用 变质作用
褐煤
烟煤、无烟煤
第三节 成煤作用过程
煤化程度metamorphic grade的概念：在褐煤向烟煤、无烟
煤转化的进程中 ，由于地质条件和成煤年代的差异，使煤 处于不同的转化阶段。煤的这种转化阶段称为煤化程度， 有时称为变质程度，或煤级(rank)。按煤化程度由低到高 依次是： 褐煤 lignite/brown coal 烟煤 bituminous coal （长焰煤、气煤、肥煤、 焦煤、瘦煤、贫煤） 无烟煤 anthracite。
氧化环境层 过渡层 还原环境层
1 泥炭化作用peatification
1.4 泥炭化作用中微生物的活动
1.4.2 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。
4.5 不同植物化学组成的差异性
植 物 碳水化合物 木质素 蛋白质 脂类化合物
细菌 绿藻 苔 藓 蕨类 草 类
松柏及阔叶树 木 本 植 物 的 不 同 部 分
12~28 30~40 30~50 50~60 50~70 60~70 60~75 65 60 5 20
0 0 10 20~30 20~30 20~30 20~30 20 10 0 0
1 泥炭化作用peatification
1.1 泥炭化作用的概念：
高等植物死亡后，在生物化学作用下，变成
泥炭的过程称为泥炭化作用。
在这一阶段，植物首先在微生物作用下，分
解和水解为分子量较Baidu Nhomakorabea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、沥青质等。
1 泥炭化作用peatification