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第二部分 第二章 煤的生成,第二章 煤的生成,主要内容： （1）成煤的物质是什么？ （2）煤是如何形成的？,第一节 成煤物质,一、煤是由植物形成的 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 1、植物的演化及种类 按进化论的观点，植物是由低级向高级逐步 演化的，植物界传统划分为四大类：藻菌植物、 苔藓植物、蕨类植物和种子植物，第一种称为低 等植物，后三种称为高等植物前三种又称为孢 子植物，就是植物用孢子繁殖而种子植物则能 产生种子，用种子繁殖低等植物与高等植物的 组成差别较大，且对成煤的性质有较大影响2、低等植物和高等植物的特点 低等植物：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：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、茎、叶的区别 3、植物演化史 植物演化史：见教材P7低等植物——海带,低等植物——地衣,低等植物——蘑菇,高等植物——华南毛蕨,高等植物——松树,4、植物的主要化学组成,（1）碳水化合物（包括纤维素、半纤维素及果 胶质 ） （2）木质素 （3）蛋白质 （4）脂类化合物 4.1 碳水化合物(糖类及其衍生物) 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 的分子式是(C6H10O5)n，具长链状结构，其分子量 约为100万～200万纤维素一般不溶于水，在溶液 中能生成胶体，容易水解在活的植物中，纤维素 对于微生物的作用很稳定，但当植物死亡后，在氧 化性条件下，易受微生物作用而分解成CO2、CH4 和水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：的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 果胶质：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4.2 木质素,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、羟基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,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24～36个碳原子的高 级一元醇形成的脂类，其化学性质稳定，不易受细菌 分解树脂: 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是混 合物,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、孢粉质：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 脂类化合物的共同特点是化学性质稳定,能完整地保存在煤中4.4 蛋白质,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和羟基，蛋白质具有酸性和 碱性官能团，是强烈亲水性胶体 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、卟啉等含氮化合物，参与成煤作 用，但对煤的性质没有决定性的影响。

煤中硫、氮元素的来源之一表2-1 不同植物化学组成的差异性,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、腐植腐泥煤 （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自然界中分布最广，蕴藏量最 大煤化学的主要研究对象 （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）腐植腐泥煤：由高等植物、低等植物共同形成的 煤第二节 成煤条件和环境,一、成煤的条件：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）植物遗体不能完全氧化－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、泥炭沼泽的形成,1.1 什么是沼泽? 沼泽是在一定的气候、地貌和水文条件下，常 年积水或极其潮湿的地段，内有大量的植物生长和 堆积 1.2 泥炭沼泽的形成条件 泥炭沼泽的形成和发育是地质、地貌、水文、 土壤、植物等多种自然因素作用的结果。

1.3 泥炭沼泽的演化 泥炭沼泽是水域和陆地的过渡形态,它的形成产 生于两种泥炭沼泽化的形式：由水域演化为泥炭沼 泽称为水域泥炭沼泽；由陆地演化为泥炭沼泽水域泥炭沼泽广泛分布于世界各地；水域沼泽化可以概括为三种模式：浅水缓岸湖泥炭沼泽化发育模式；深水陡岸湖泥炭沼泽化发育模式；小河泥炭沼泽化发育模式陆地沼泽化比水域沼泽化更为广泛,面积也大,尤 以气候温和湿润地带最为发育陆地沼泽化有多种 成因：有的是由于地下水位升高或溢出地面;有的是 由于地表低洼,洪水、冰雪融水及大气降水的汇集,使 地表过湿或积水,土层通气条件恶化而形成;有的则是 由植物自然更替而引起土壤养分的贫化而造成 2、泥炭沼泽的类型 （1）按水分补给来源的不同，可划分为三种类型：,低位泥炭沼泽：主要由地下水补给、潜水面较高的沼泽； 高位泥炭沼泽：主要以大气降水为补给来源的泥炭沼泽；,中位沼泽或过渡沼泽：兼有低位沼泽和高位沼泽的 特点，其水源部分由地下水补给，部分又由大气降 水补给的沼泽 （2）按距离海岸的远近，泥炭沼泽分为近海泥炭沼 泽与内陆泥炭沼泽近海泥炭沼泽又分为：濒海泥 炭沼泽;三角洲平原泥炭沼泽;红树林泥炭沼泽 （3）按植物群落分，泥炭沼泽又可分为草木泥炭沼 泽和木本泥炭沼泽。

4）按水介质的含盐度分，泥炭沼泽又可分为淡水沼泽、半咸水沼泽和咸水沼泽3、成煤沉积环境模式 成煤沉积环境主要有以下几种： (1) 冲积扇成煤沉积体系 (2) 河流成煤沉积体系 (3) 湖泊成煤沉积体系 (4) 三角洲成煤沉积体系 (5) 濒岸带成煤沉积体系,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整个成煤作用可划分为两个阶段：泥炭化作用过程和煤化作用图示如下：,一、煤化程度的概念 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、烟煤（长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤）、无烟煤二、成煤条件 1、古植物因素：只有当植物演化发展到一定阶段, 即有高大的木本植物大量繁殖堆积,才能广泛形成有 工业意义的煤层 2、古气候因素：气候对成煤的影响主要表现在两个 方面：(1) 气候能影响植物的繁殖; (2) 气候控制泥炭 沼泽的发育 3、古地理因素：地形的起伏形成广大的沼泽地带, 有利于植物群落的发展以及植物残骸浸没在水中,受 厌氧细菌作用,发生变化并保存下来。

4、古构造因素：,地壳的升降运动对成煤有重大的影响地壳运 动对成煤的影响表现在以下几个方面： (1) 泥炭层聚集要求地壳发生缓慢下降 (2) 地壳沉降速度大于植物残骸的的堆积速度,泥炭 层可继续增厚,同时水流和风带来的泥沙会或多或少 地淤积下来 (3) 泥炭层的保存并转变成煤层要求地球发生较大幅 度和较快的沉降 地壳的剧烈或过缓沉降运动都不利于厚层泥炭 层的形成，植物的堆积和地壳沉降的平衡，决定泥 炭层形成的厚度三、腐植煤的成煤作用过程,1、泥炭化作用 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 1.2 泥炭化过程的两个阶段 泥炭化过程中的生物化学作用大致分为两个阶 段第一阶段：植物遗体暴露在空气中或在沼泽浅 部、多氧的条件下,在微生物作用下，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合成为腐植酸,而未分解的 稳定部分则保留下来第二阶段：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,而是相互联系的 1.3 泥炭化作用的结果 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%以上植物变成泥炭后组成的变化,2、煤化作用,煤化作用包括成岩作用和变质作用两个连续的过程 2.1 成岩作用 泥炭在沼泽中层层堆积，越积越厚，当地壳下降速度较大时，泥炭将被泥沙等沉积物覆盖在上覆沉积物的压力作用下，泥炭发生了压紧、失水、胶体老化、固结等一系列变化，微生物的作用逐渐消失，取而代之的是缓慢的物理化学作用这样，泥炭逐渐变成了较为致密的岩石状的褐煤2.2 变质作用,当褐煤层继续沉降到地壳较深处时，上覆岩层压力不断增大，地温不断增高，褐煤中的物理化学作用速度加快，煤的分子结构和组成产生了较大的变化碳含量明显增加，氧含量迅速减少，腐植酸也迅速减少并很快消失，褐煤逐渐转化成为烟煤。

随着煤层沉降深度的加大，压力和温度提高，煤的分子结构继续变化，煤的性质也发生不断的变化，最终变成无烟煤1) 变质作用的类型,根据变质条件和变质的特征不同,变质作用可以 分成深成变质作用、岩浆变质作用、动力变质作 用 深成变质作用：深成变质的两个特点：煤的变质程 度具有垂直分布规律;煤的变质程度具有水平分带规 律 岩浆变质作用：岩浆变质作用可分为区域岩浆热变 质作用和接触变质作用两种类型 动力变质作用：动力变质只是局部现象2)变质作用的因素： 促成煤变质作用的主要因素是温度温度过低 （50～60℃），褐煤的变质就不明显了，如莫斯科 煤田早石炭世煤至今已有3亿年以上，但仍处于褐煤 阶段通常认为，煤化程度是煤受热温度和持续时 间的函数温度越高，变质作用的速度越快因为 变质作用的实质是煤分子的化学变化，温度高促进 了化学反应速度的提高 四、腐泥煤的生成 腐泥化作用：在停滞缺氧的滞水盆地中，浮游生物 和菌藻类等低等植物死亡后，在缺氧的环境中，由 于厌氧细菌的作用，低等植物中的蛋白质、碳水化,合物、脂肪受到分解，再经聚合和缩合作用，形成,一种含水很多的棉絮状胶体物质这种物质再经过 脱水、致密，比重增大，逐渐形成腐泥。

腐泥经煤化作用而成腐泥煤随煤化程度的增 加，腐泥煤发生的变化与腐植煤相似 五、影响煤性质的因素 堆积方式(原地生成的、异地生成的)；形成泥 炭的植物群落；沉积环境(浅沼的，湖沼的，微咸 水-咸水，富含钙质的)；养分供给(富养分的，贫氧 分的)；pH值；细菌活动性；硫的供给；氧化还原 电位（需氧的，厌氧的）六、主要聚煤。