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。
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
1.1 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、沥青质等。
1 泥炭化作用peatification
（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。
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。
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 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。
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。
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。
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）
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
1.2 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。
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。
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 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 ）
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。
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.
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
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 0.2-0.6Fra bibliotek0.018
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
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：
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。
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

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。
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。
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。
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）