第一章：煤的生成过程及一般特征
首先提出一个问题，煤是由什么生成的？？
人类在近二、三百年来，在对煤的开采和应用过程中，逐步认识到煤是由古植物演变而来。
依据：1、煤层中发现大量古植物化石和炭化了的树干，
2、煤层底板的粘土类岩石中找到了植物根部的痕迹。
3、由煤磨成的薄片在显微镜下观察，可以看到植物细胞的残迹以及孢子、花粉、树脂、角质等植物残体。
也就是说，在一定的地质年代中，繁茂生长的古植物死亡后，没入水中，经一系列生化作用后，然后被地层覆盖，再经长期复杂的地质化学作用，最后形成了煤。
煤虽由古植物演变而来，但无论是性质、组成，还是结构都与古植物有了天壤之别，尽管如此，煤毕竟是由植物演变而来，无论是煤的性质、组成、还是结构都与成煤的原始物料以及成煤过程有着千丝万缕的联系。因此，在研究煤的性质、组成和结构之前，了解成煤的原始物质和成煤过程。
第一节 原始成煤植物
人类赖以生存的地球形成已约60亿年。地球形成初期，世界上不存在任何生物。大约在太古代（约46亿年前）才开始出现生物，我们把地球上出现生物到人类出现之前，这一时期所生存的植物叫做古植物，在漫长的地质历史时期中，植物经历了长期的演变过程，从简单到复杂，从低级到高级，最后演变称当今世界的丰富多彩的植物。
在地质史上的某些时期内，曾经生成过大量的古植物，他们为煤的形成准备了原始物料。
一、 几个地质学中的概念。
1、 地质年代（生成地层的年代）
地质学中时间的概念。它反应了地壳发展和演变的时间表。它包括两个内容：
相对地质年代（按地层生成顺序确定）
距现代的时间（利用同位素衰变规律确定）
例如，石炭纪（相对地质年代），距今3.09亿年（距现代的时间）。
2、 年代地层
不同的地质年代时期形成了不同的地层，每一地质年代所形成的地层，称为相应的年代地层。
例如，石炭纪形成的地层叫石炭系地层。
3、 地质年代与年代地层的单位
地质年代按时间间隔的长短，划分为五级时间单位，按从大到小的顺序分别是宙、代、纪、世、期，（常用的为 代、纪、世）
年代地层单位也划分五级，由大到小为：宇、界、系、统、阶（常用界、系、统）
地质年代单位与年代地层单位一一对应即
地质年代：宙 代 纪 世 期 时
年代地层：宇 界 系 统 组 段
二、 古植物的分类
1、 分类
古植物的分类与现代植物分类一样，由大到小依次按：门、纲、目、科、属、种划分，门是最大单位，种是最小单位。但在总体上，植物界分为两大类：
低等植物：结构简单，由单细胞或多细胞组成，无根、茎、叶的分化，多数属无性繁殖。主要有是藻类和菌类。大多数生活在水中，时地球上最早出现的生物。
高等植物：结构复杂，有明显的根、茎、叶等器官的分化，大多生活
在陆地上。除了苔藓外，高等植物常能够长成高大的乔木，具有粗壮的根和茎，成为重要的成煤来源。
陆生孢子植物；蕨类、苔藓
种 子 植 物：裸子植物、被子植物
不论是高等植物还是低等植物都可参与成煤。
2、 植物发展的主要阶段
低等植物（水生）→高等植物（陆生）（即由简单到复杂）
（1） 藻类植物:藻类：多为叶状，生活于水中，体内有叶绿素，能进
行光合作用，如
红藻（紫菜），褐藻（海带），由细胞分裂形成孢子，再由孢子发育
原生代 成植物体）
菌类：包括细菌、真菌（灵芝蘑菇）不能进行光合作用，
属异养植物（从其它有机物中吸收养分）。多生长在
潮湿的土地上。
（2） 蕨类植物时期： 苔藓：有茎、叶和假根，体矮且小。
蕨类：有根、茎、叶，结构较完善，适于陆生，有些枝体高大。
（3） 裸子植物时期：裸子植物：结构完善，有根茎叶花，种子裸露
在外（外皮屋肉），大多为高大乔木，靠种子繁殖，（如松柏树
等）。
（4） 被子植物时期：被子植物（又称显花植物）：比裸子植物更高级，
种子包于过果实中（如杏桃苹果）
3、 主要的聚煤期
在地质史上有三个重要时期，曾经生长过大量的古植物并参与成煤（即演变成煤），我们把这些时期称聚煤期。
（1）古生代的石炭纪和二叠纪 孢子植物 烟煤 无烟煤 40.6%
（2）中生代的侏罗纪，白垩纪 裸子植物 烟煤 无烟煤 4.3%
(3)新生代的第三纪 被子植物 褐煤 烟煤 54.4%
三、造煤植物的有机族组成及生化稳定性
植物的有机族组成包括：糖类及其衍生物、木质素、 蛋白质和脂类。 低等植物主要由蛋白质和糖类组成，也含有一些脂肪；
高等植物主要由木质素和糖类组成，脂肪较少。
1、 糖类及其衍生物：包括纤维素、半纤维素、果胶体（质）等。
纤维素：高分子链状聚合物（C 6H 10O 5）n ，n>2000，M 约为100
万~200万，分子结构图如下：见
P10
纤维素在活植物体中，对微生物作用很稳定，但在植物死亡后，
抵抗微生物作用的能力较差（易分解）即
（（C 6H 10O 5）n →CO 2+H2O+CH4 (多氧，喜氧菌条件下) 。
（（C 6H 10O 5）n →葡萄单糖，纤维二糖，可参与成煤。（缺氧，
酸介质，厌氧菌条件下）
半纤、果胶的组成和性质于纤相近，但抵抗微生物作用的能力
更差。在泥炭形成开始阶段，即因生化作用水解成一系列的单
糖和糖醛酸。
2、 木质素
与纤维素一起构成高等植物根茎叶的主要组织芳香族高分子聚
合物，其单体有三种不同类型，单体间以不同链连接成三度空间的大分子，至今为止不能用一个结构式来表示。但已知它具有一个芳香核，带有侧链并含有-OCH 3、-OH 、-O-、和-CH=O等多种官能团。目前
查明的三种单体类型如表1-4 。木质素生化稳定性比纤搞，不易水解，但较易氧化。
表1-4木质素三种不同类型单体
木质素－→芳香酸脂肪族（多氧、喜氧菌条件）－→CO 2+H2O
木质素－→类腐殖酸物质（缺氧水中或厌氧菌条件）
3、 蛋白质（主要集中在低等植物中）
细胞：细胞壁----纤、半纤
原生质----蛋白质、脂肪
是由许多不同氨基酸分子所和而成的高分子化合物。其结构中
含有-COOH 和-NH 2，呈两性，与强酸强碱都生成盐。
植物死亡后
蛋白质－→NH 3+CO2+H2O (多氧、喜氧菌条件下)
蛋白质－→氨基酸、喹啉等，参与成煤（缺氧水中、厌氧菌）
4、 脂类化合物
脂类化合物通常指不溶于水，而溶于苯、醚和氯仿等有机溶剂
的类化合物，包括脂肪，蜡，树脂，角质，木栓质，孢粉等。
脂肪：是植物细胞内原生质的一种成分，属于长链脂肪酸的甘
油酯（低植含～20％，高植1～2％且集中在孢子种子中）
对生化作用较稳定。
脂肪 －→（水解成）脂肪酸和甘油，可参与成煤．
蜡质：长链脂肪酸与高级一元醇（24～36个碳）形成的脂类，
以薄膜形成覆盖于茎叶和果实的外表面，以防止微生物的侵害
和水的蒸发。
角质：紧贴在蜡质层的下面，作用同蜡质也属酯类 。
木栓质：（长链羧酸和醇类）树皮的主要成分。
树脂：（二萜和三萜类的衍生物）植物受伤时，植物体向伤口
处分泌出的物质（为了保护伤口）
孢粉质：植物的繁殖组织，孢子花粉种子中的主要成分。
此外，还有鞣质、色素等，鞣质具抗腐性）
总体来说，脂类的生化稳定性都较高，但脂肪相对差些。
脂类－→脂肪酸、沥青质，可参与成煤（在还原条件，缺氧水中） 综上所述：1、不论高低植物都可是造煤植物。
2、植物的各个部分及各有机族组分在一定条件下都可参与成煤。
但是，由于植物有机族组成上的差异，对植物残骸的分解转化影响很大，因此对煤的种类、组成、性质产生着重要影响。例如：
成煤物质以木纤为主-----煤的氢含量低
成煤物质以脂类为主-----煤的氢含量较高（残植煤）
成煤物质以蛋白质为主-----煤的氢含量更高（腐植煤）
当然，除了有机族组成外，还要看其它条件。
5、 生物化学稳定性（顺序）
蛋白质＜碳水物＜木质素＜脂类
主要的有机族组分分解由易到难的顺序为：原生质、叶绿素、脂肪、淀粉、半纤维素、纤维素、木质素、木栓质、角质、孢子与花粉、蜡质、鞣质、树脂
第二节 煤的生成及其一般特征
一、 成煤条件、煤种和成煤阶段划分
1、煤的成因分类
前已叙及，无论高等植物还是低等植物，都可成煤，但按成煤物质和堆积环境的不同，煤可分为二种。
成煤物质 堆积环境 煤种
高等植物 沼泽 腐植煤
高植中稳定组分富集后（脂类） 沼泽 残植煤
低等植物 湖泊或沼泽深水 腐泥煤
三种煤中，腐植煤量最大（占90%以上）也最重要，工业价值也大，以后没有特殊提及主要讲腐植煤。
2、成煤的基本条件
煤虽然由古植物演变而来，但并非所有的古植物都能成煤，只有在必备的成煤条件下才能成煤，其条件：
（1） 古植物大量繁殖生长的自然条件——气候温和，土地湿润
（2） 能保留植物遗体的地理条件——沼泽
（3） 使植物残体（保留物）转入地下的地质条件——地壳升降
运动，将保留物（泥炭）变为沉积和成岩状态。
3、成煤阶段的划分
腐植煤的成煤过程：1、泥炭化阶段；2、煤化阶段；(1)成岩阶段；（2）变质阶段。
可见，按着煤化程度的不同，煤炭可分为褐煤、烟煤、无烟煤（泥
炭尚未成煤），无烟煤的煤化程度（变质程度）最高。以后大家还会学到，褐煤、烟煤、无烟煤还可分为若干类别。
二、 泥炭化作用
1、 植物遗体的分解类型
（高等）植物死亡后，其遗体在自然条件下大致受三种类型的作用。
（1）全败作用：在少量水、氧气十分充足条件下，遗体在喜氧菌和真菌的作用下充分分解，完全氧化，其产物仅留下矿物。
（2）半败作用：在少量水和氧气不足条件下，遗体主要在喜氧菌的作用下发生腐植化（腐烂）、分解，最后变成腐植土。
（3）泥炭化作用：植物一提在沼泽中堆积，（先少氧，后无氧）并逐渐没入水中（厌氧菌）。经一系列生物化学和物理化学作用形成泥炭。
{低等植物在深水中经腐泥化作用变成腐泥，（类似于泥炭化）}
2、 泥炭化过程
过程十分复杂，植物有机组分发生了十分复杂的变化。
表现：（1）分解：前期在微生物作用下，氧化、水解成简单的、化学性质活泼的物质（例如纤分解为单糖、蛋白质生成氨基酸、喹啉等）
（2）合成：后期，各种物质（主要是分解产物）间相互作用，
合成稳定的物质。
过程在地面沼泽中进行
若将沼泽垂直剖开：氧化层（表层）、过渡层（中间层）、还原层（地
层）。
氧化层：氧足，大量喜氧菌及其它微生物存在。
还原层：氧少、喜氧菌少，厌氧菌多。
植物遗体先堆表层→（氧化分解）部分分解成气体逸出、部分保留. 原因（部分保留）：
（1）植物残体厚度和水深增加（因地壳下层等），导致植物遗体与空气隔绝，进入弱氧化或还原环境，喜氧菌急剧减少，而厌氧菌急剧增加；
（2）PH ↓抑制菌活动，抑制喜氧菌的生存和活动；
（3）防腐杀菌作用（酚、丹宁蜡、树脂）。
→经过渡层到地层（1）厌氧菌利用有机物中氯作养分进行生化分解，留下残留物（发生了还原反应）；（2）分解物含大量活性团（-OH,-COOH,-NH2, ）；（3）木、纤充水膨胀。
→最后形成泥炭（整个过程生化为主）
泥炭已异于原植物
由表中数据可知：（1）、蛋消失了，木、纤↓，沥↑，有大量腐植酸生成。
（2）、C ↑N ↑,O ↓,H 略增加。
腐植酸是多种高分子芳香酸的混合物，含大量的 –COOH 、-OH ，组成十分复杂。
两个重要概念：在泥炭化阶段存在两种作用，即凝胶化作用和丝炭化作用。 凝胶化作用：在弱氧环境下，在厌氧菌参与下，植物的木质纤维组织一方面发
生生化变化，形成腐植酸和沥青等；另一方面，植物的木质纤维组织在沼泽下浸泡下，溪水膨胀，发生胶体化学变化。——最终转化为煤中的镜质组
丝炭化作用：植物的木质纤维组织在泥炭沼泽的氧化环境中，受到喜氧菌的氧化作用，产生富碳贫氢的腐殖物质，或遭受森林火灾而炭化成木炭的过程成为丝炭化作用。气产物统称丝炭，依成因分为氧化丝质体和火焚丝质体。——最终转化为煤中的丝质组。
3、 泥炭的积累速度与温度有关
T↑ （1）→植物生长量↑→利于积累
（2）→ 利于微生物活动→分解快→不利于积累.
所以, 温和、湿润有利。
现代泥炭积累速度，0.5～2.2MM/年
所以，和第四纪埋藏泥炭厚度1～30m
第三纪煤层可达100～200m
4、 成煤植物的堆积方式
原地堆积是主要的，但也有异地生成（河水的冲击）。
5、 成煤植物聚积环境对泥炭性质的影响。
(1) 对硫含量的影响
发现近海煤田S 含高，远海煤田S 低，
近海煤S 高原因：1、植物富硫；2、海水中S 多，多以硫酸根离
子存在（是河水几百到上千倍），海淹后，沼泽泥炭PH 7.0～8.5,
利于硫酸盐还原菌（脱硫弧菌）活动。
(2) 对还原程度等一些性质影响
对同煤化度的煤来说，粘结性好，其原因是还原程度高。
三、 煤化作用。
当泥炭由于地壳下沉等原因被沉积物覆盖时，泥炭化即告结束，转入煤化作用阶段。
煤化阶段又分为成岩阶段和变质阶段。
1. 成岩作用
无定形泥炭(沉积物、压紧失水、胶体老化) —→褐煤(固体物) 变化性质:物理和物化变化(压力是主要影响因素), 因埋藏较浅(200～400m) ，低温也不太高(60～65℃) ，T 影响不大 2. 变质作用
褐煤(深地层) →烟煤、无烟煤
在较高(不断升高) 的T 、P 作用下，煤质发生深刻变化，主要表现为：
脱水、脱羧、脱CH 4、缩聚， 分子内排列规则化，分子量增加。 此阶段最主要作用因素是温度，因此，按着导致煤变质的热源、作用方式和变质特征的不同，变质作用可分为几种类型。 1) 深成变质作用
指煤泥炭或煤在深地层中受地热和上覆岩层静压力作用引起的变质。变质特点:
① 煤的变质程度具有垂直分布规律（煤层深，变质程度高）；
大致上深度每下降100米，温升3～5℃，煤的V daf 降低2.3%，这就是著名的希尔特定律。
② 煤的变质程度具有水平分带规律（同深度水平变质均匀）；例如：我国华北煤田，煤的变质程度在平面上呈环状分布，形态类似院士沉积盆地的等高线轮廓。
图1-4煤变质程度垂直分布和水平分带关系示意图P19
2) 岩浆变质作用
是指煤受到岩浆带来的高温、挥发性气体和压力的影响而发生异常变质——使煤变质的增温热源来于岩浆。
分两种：区域热（力）变质：特点，变质程度分带，与远近有关。靠近岩浆，但未与岩浆接触。 接触变质：特点，局部煤质分带，有天然焦（范围小），煤田局部与岩浆有接触。 3) 动力变质作用
是指由于地壳构造变化产生（褶皱或断裂）的动压力和热量使煤发生变质作用。——地壳构成变化产生热量，使煤质变化。
特点，局部性强，（范围几十米），煤的密度增大，挥发分和热量降低，煤层层理受到破坏等。
图 煤层发生断层示意图（1）正向断层；（2）反向断层
3. 在变质过程中，腐殖酸扮重要角色
从表中数据，可以得出如下规律：
(1) 腐殖酸(先增加后减少、－COOH 、－OH) →腐殖质(-CH4)→腐殖不溶物；
(2) 随着的加深，C 含量逐渐增加，HO 逐渐减少； (3) 随着的加深，沥青含量逐渐减少，无烟煤中不含沥青。
需指出，变质作用是一个在温度、压力长期作用下的连续变化过程。 低等植物变成腐泥，腐泥煤的规律也基本相似。 四 煤化作用的影响因素 T P τ
成岩阶段：P 是主要因素，时间也有一定影响。 变质阶段：T 、P 、て均有影响，但T 最重要。
1、 T 的影响
T ↑→可引起煤质化学变化，导致煤变质程度加深。是主要影响因素。
地球是一个庞大的热库，巨大的地热使地表温度自地表常温层以下随着深度的增加而逐渐升高。深度每增加100m 温度升高的数值叫地温梯度。现代地壳平地温梯度为3℃/100m，但变化范围可由0.5℃/100m—25℃/100m.
煤田钻探发现，煤的变质程度向深部依次递增。这一事实充分证明了温度对煤变质发生了强烈的影响。另一方面，温度因素的重要性也被人工煤化实验所证实。
1930年，格洛普和波德曾将低度褐煤置于闭密容器内，在100MPa 下， T
T>200℃，始变，最后深度褐煤。 两年后，又在180MPa 下，
T
因试验中地质时间的影响不能模拟，所以，比实际变化所需温度要低些，据资料，不同度煤需要的变质T 为
褐煤 40-50℃ 长焰煤
2、 P 也是必不可少的因素
P ↑→促进物理结构变化：水↓、密度↑、孔隙率↓，不能引起化学变化。 人工煤化实验表明：当静压力过大，由于化学平衡移动的原因，压力
反而抑制煤结构单元中侧链和基团的分解析出，从而阻碍煤的变质。因此，人们一般认为压力是煤变质的次要因素。 3、 τ指T 、P 作用持续时间
时间的重要影响表现在以下两个方面：
(1) 受热温度相同时，受热时间越长，煤的变质程度越深。 如：地点 西德某煤田 美国某煤田
时代 石炭纪 新生代第三纪 沉降深度 5100m 5440m T ℃ 147 141 τ 2.7亿年 1.3-1.9亿年
煤化度 V daf =14%-16%(年老烟煤) V daf =35%-40%(年轻烟煤) 可见，埋藏深度和T 相似，τ↑→Vdaf ↓
实际上，P 相近时，煤化度=f(T、τ)
(2) 短て高T=长τ低温（但T>60℃）——等效作用 在T ＜60℃时，τ的影响很小.
地质观测结果表明：τ=500万年，T=340℃，可形成无烟煤； τ=2000万年-1亿年，T=150-200℃，也可形成高变质的烟煤和无烟煤 五 不同煤化度的一般特征
第一章：煤的生成过程及一般特征
首先提出一个问题，煤是由什么生成的？？
人类在近二、三百年来，在对煤的开采和应用过程中，逐步认识到煤是由古植物演变而来。
依据：1、煤层中发现大量古植物化石和炭化了的树干，
2、煤层底板的粘土类岩石中找到了植物根部的痕迹。
3、由煤磨成的薄片在显微镜下观察，可以看到植物细胞的残迹以及孢子、花粉、树脂、角质等植物残体。
也就是说，在一定的地质年代中，繁茂生长的古植物死亡后，没入水中，经一系列生化作用后，然后被地层覆盖，再经长期复杂的地质化学作用，最后形成了煤。
煤虽由古植物演变而来，但无论是性质、组成，还是结构都与古植物有了天壤之别，尽管如此，煤毕竟是由植物演变而来，无论是煤的性质、组成、还是结构都与成煤的原始物料以及成煤过程有着千丝万缕的联系。因此，在研究煤的性质、组成和结构之前，了解成煤的原始物质和成煤过程。
第一节 原始成煤植物
人类赖以生存的地球形成已约60亿年。地球形成初期，世界上不存在任何生物。大约在太古代（约46亿年前）才开始出现生物，我们把地球上出现生物到人类出现之前，这一时期所生存的植物叫做古植物，在漫长的地质历史时期中，植物经历了长期的演变过程，从简单到复杂，从低级到高级，最后演变称当今世界的丰富多彩的植物。
在地质史上的某些时期内，曾经生成过大量的古植物，他们为煤的形成准备了原始物料。
一、 几个地质学中的概念。
1、 地质年代（生成地层的年代）
地质学中时间的概念。它反应了地壳发展和演变的时间表。它包括两个内容：
相对地质年代（按地层生成顺序确定）
距现代的时间（利用同位素衰变规律确定）
例如，石炭纪（相对地质年代），距今3.09亿年（距现代的时间）。
2、 年代地层
不同的地质年代时期形成了不同的地层，每一地质年代所形成的地层，称为相应的年代地层。
例如，石炭纪形成的地层叫石炭系地层。
3、 地质年代与年代地层的单位
地质年代按时间间隔的长短，划分为五级时间单位，按从大到小的顺序分别是宙、代、纪、世、期，（常用的为 代、纪、世）
年代地层单位也划分五级，由大到小为：宇、界、系、统、阶（常用界、系、统）
地质年代单位与年代地层单位一一对应即
地质年代：宙 代 纪 世 期 时
年代地层：宇 界 系 统 组 段
二、 古植物的分类
1、 分类
古植物的分类与现代植物分类一样，由大到小依次按：门、纲、目、科、属、种划分，门是最大单位，种是最小单位。但在总体上，植物界分为两大类：
低等植物：结构简单，由单细胞或多细胞组成，无根、茎、叶的分化，多数属无性繁殖。主要有是藻类和菌类。大多数生活在水中，时地球上最早出现的生物。
高等植物：结构复杂，有明显的根、茎、叶等器官的分化，大多生活
在陆地上。除了苔藓外，高等植物常能够长成高大的乔木，具有粗壮的根和茎，成为重要的成煤来源。
陆生孢子植物；蕨类、苔藓
种 子 植 物：裸子植物、被子植物
不论是高等植物还是低等植物都可参与成煤。
2、 植物发展的主要阶段
低等植物（水生）→高等植物（陆生）（即由简单到复杂）
（1） 藻类植物:藻类：多为叶状，生活于水中，体内有叶绿素，能进
行光合作用，如
红藻（紫菜），褐藻（海带），由细胞分裂形成孢子，再由孢子发育
原生代 成植物体）
菌类：包括细菌、真菌（灵芝蘑菇）不能进行光合作用，
属异养植物（从其它有机物中吸收养分）。多生长在
潮湿的土地上。
（2） 蕨类植物时期： 苔藓：有茎、叶和假根，体矮且小。
蕨类：有根、茎、叶，结构较完善，适于陆生，有些枝体高大。
（3） 裸子植物时期：裸子植物：结构完善，有根茎叶花，种子裸露
在外（外皮屋肉），大多为高大乔木，靠种子繁殖，（如松柏树
等）。
（4） 被子植物时期：被子植物（又称显花植物）：比裸子植物更高级，
种子包于过果实中（如杏桃苹果）
3、 主要的聚煤期
在地质史上有三个重要时期，曾经生长过大量的古植物并参与成煤（即演变成煤），我们把这些时期称聚煤期。
（1）古生代的石炭纪和二叠纪 孢子植物 烟煤 无烟煤 40.6%
（2）中生代的侏罗纪，白垩纪 裸子植物 烟煤 无烟煤 4.3%
(3)新生代的第三纪 被子植物 褐煤 烟煤 54.4%
三、造煤植物的有机族组成及生化稳定性
植物的有机族组成包括：糖类及其衍生物、木质素、 蛋白质和脂类。 低等植物主要由蛋白质和糖类组成，也含有一些脂肪；
高等植物主要由木质素和糖类组成，脂肪较少。
1、 糖类及其衍生物：包括纤维素、半纤维素、果胶体（质）等。
纤维素：高分子链状聚合物（C 6H 10O 5）n ，n>2000，M 约为100
万~200万，分子结构图如下：见
P10
纤维素在活植物体中，对微生物作用很稳定，但在植物死亡后，
抵抗微生物作用的能力较差（易分解）即
（（C 6H 10O 5）n →CO 2+H2O+CH4 (多氧，喜氧菌条件下) 。
（（C 6H 10O 5）n →葡萄单糖，纤维二糖，可参与成煤。（缺氧，
酸介质，厌氧菌条件下）
半纤、果胶的组成和性质于纤相近，但抵抗微生物作用的能力
更差。在泥炭形成开始阶段，即因生化作用水解成一系列的单
糖和糖醛酸。
2、 木质素
与纤维素一起构成高等植物根茎叶的主要组织芳香族高分子聚
合物，其单体有三种不同类型，单体间以不同链连接成三度空间的大分子，至今为止不能用一个结构式来表示。但已知它具有一个芳香核，带有侧链并含有-OCH 3、-OH 、-O-、和-CH=O等多种官能团。目前
查明的三种单体类型如表1-4 。木质素生化稳定性比纤搞，不易水解，但较易氧化。
表1-4木质素三种不同类型单体
木质素－→芳香酸脂肪族（多氧、喜氧菌条件）－→CO 2+H2O
木质素－→类腐殖酸物质（缺氧水中或厌氧菌条件）
3、 蛋白质（主要集中在低等植物中）
细胞：细胞壁----纤、半纤
原生质----蛋白质、脂肪
是由许多不同氨基酸分子所和而成的高分子化合物。其结构中
含有-COOH 和-NH 2，呈两性，与强酸强碱都生成盐。
植物死亡后
蛋白质－→NH 3+CO2+H2O (多氧、喜氧菌条件下)
蛋白质－→氨基酸、喹啉等，参与成煤（缺氧水中、厌氧菌）
4、 脂类化合物
脂类化合物通常指不溶于水，而溶于苯、醚和氯仿等有机溶剂
的类化合物，包括脂肪，蜡，树脂，角质，木栓质，孢粉等。
脂肪：是植物细胞内原生质的一种成分，属于长链脂肪酸的甘
油酯（低植含～20％，高植1～2％且集中在孢子种子中）
对生化作用较稳定。
脂肪 －→（水解成）脂肪酸和甘油，可参与成煤．
蜡质：长链脂肪酸与高级一元醇（24～36个碳）形成的脂类，
以薄膜形成覆盖于茎叶和果实的外表面，以防止微生物的侵害
和水的蒸发。
角质：紧贴在蜡质层的下面，作用同蜡质也属酯类 。
木栓质：（长链羧酸和醇类）树皮的主要成分。
树脂：（二萜和三萜类的衍生物）植物受伤时，植物体向伤口
处分泌出的物质（为了保护伤口）
孢粉质：植物的繁殖组织，孢子花粉种子中的主要成分。
此外，还有鞣质、色素等，鞣质具抗腐性）
总体来说，脂类的生化稳定性都较高，但脂肪相对差些。
脂类－→脂肪酸、沥青质，可参与成煤（在还原条件，缺氧水中） 综上所述：1、不论高低植物都可是造煤植物。
2、植物的各个部分及各有机族组分在一定条件下都可参与成煤。
但是，由于植物有机族组成上的差异，对植物残骸的分解转化影响很大，因此对煤的种类、组成、性质产生着重要影响。例如：
成煤物质以木纤为主-----煤的氢含量低
成煤物质以脂类为主-----煤的氢含量较高（残植煤）
成煤物质以蛋白质为主-----煤的氢含量更高（腐植煤）
当然，除了有机族组成外，还要看其它条件。
5、 生物化学稳定性（顺序）
蛋白质＜碳水物＜木质素＜脂类
主要的有机族组分分解由易到难的顺序为：原生质、叶绿素、脂肪、淀粉、半纤维素、纤维素、木质素、木栓质、角质、孢子与花粉、蜡质、鞣质、树脂
第二节 煤的生成及其一般特征
一、 成煤条件、煤种和成煤阶段划分
1、煤的成因分类
前已叙及，无论高等植物还是低等植物，都可成煤，但按成煤物质和堆积环境的不同，煤可分为二种。
成煤物质 堆积环境 煤种
高等植物 沼泽 腐植煤
高植中稳定组分富集后（脂类） 沼泽 残植煤
低等植物 湖泊或沼泽深水 腐泥煤
三种煤中，腐植煤量最大（占90%以上）也最重要，工业价值也大，以后没有特殊提及主要讲腐植煤。
2、成煤的基本条件
煤虽然由古植物演变而来，但并非所有的古植物都能成煤，只有在必备的成煤条件下才能成煤，其条件：
（1） 古植物大量繁殖生长的自然条件——气候温和，土地湿润
（2） 能保留植物遗体的地理条件——沼泽
（3） 使植物残体（保留物）转入地下的地质条件——地壳升降
运动，将保留物（泥炭）变为沉积和成岩状态。
3、成煤阶段的划分
腐植煤的成煤过程：1、泥炭化阶段；2、煤化阶段；(1)成岩阶段；（2）变质阶段。
可见，按着煤化程度的不同，煤炭可分为褐煤、烟煤、无烟煤（泥
炭尚未成煤），无烟煤的煤化程度（变质程度）最高。以后大家还会学到，褐煤、烟煤、无烟煤还可分为若干类别。
二、 泥炭化作用
1、 植物遗体的分解类型
（高等）植物死亡后，其遗体在自然条件下大致受三种类型的作用。
（1）全败作用：在少量水、氧气十分充足条件下，遗体在喜氧菌和真菌的作用下充分分解，完全氧化，其产物仅留下矿物。
（2）半败作用：在少量水和氧气不足条件下，遗体主要在喜氧菌的作用下发生腐植化（腐烂）、分解，最后变成腐植土。
（3）泥炭化作用：植物一提在沼泽中堆积，（先少氧，后无氧）并逐渐没入水中（厌氧菌）。经一系列生物化学和物理化学作用形成泥炭。
{低等植物在深水中经腐泥化作用变成腐泥，（类似于泥炭化）}
2、 泥炭化过程
过程十分复杂，植物有机组分发生了十分复杂的变化。
表现：（1）分解：前期在微生物作用下，氧化、水解成简单的、化学性质活泼的物质（例如纤分解为单糖、蛋白质生成氨基酸、喹啉等）
（2）合成：后期，各种物质（主要是分解产物）间相互作用，
合成稳定的物质。
过程在地面沼泽中进行
若将沼泽垂直剖开：氧化层（表层）、过渡层（中间层）、还原层（地
层）。
氧化层：氧足，大量喜氧菌及其它微生物存在。
还原层：氧少、喜氧菌少，厌氧菌多。
植物遗体先堆表层→（氧化分解）部分分解成气体逸出、部分保留. 原因（部分保留）：
（1）植物残体厚度和水深增加（因地壳下层等），导致植物遗体与空气隔绝，进入弱氧化或还原环境，喜氧菌急剧减少，而厌氧菌急剧增加；
（2）PH ↓抑制菌活动，抑制喜氧菌的生存和活动；
（3）防腐杀菌作用（酚、丹宁蜡、树脂）。
→经过渡层到地层（1）厌氧菌利用有机物中氯作养分进行生化分解，留下残留物（发生了还原反应）；（2）分解物含大量活性团（-OH,-COOH,-NH2, ）；（3）木、纤充水膨胀。
→最后形成泥炭（整个过程生化为主）
泥炭已异于原植物
由表中数据可知：（1）、蛋消失了，木、纤↓，沥↑，有大量腐植酸生成。
（2）、C ↑N ↑,O ↓,H 略增加。
腐植酸是多种高分子芳香酸的混合物，含大量的 –COOH 、-OH ，组成十分复杂。
两个重要概念：在泥炭化阶段存在两种作用，即凝胶化作用和丝炭化作用。 凝胶化作用：在弱氧环境下，在厌氧菌参与下，植物的木质纤维组织一方面发
生生化变化，形成腐植酸和沥青等；另一方面，植物的木质纤维组织在沼泽下浸泡下，溪水膨胀，发生胶体化学变化。——最终转化为煤中的镜质组
丝炭化作用：植物的木质纤维组织在泥炭沼泽的氧化环境中，受到喜氧菌的氧化作用，产生富碳贫氢的腐殖物质，或遭受森林火灾而炭化成木炭的过程成为丝炭化作用。气产物统称丝炭，依成因分为氧化丝质体和火焚丝质体。——最终转化为煤中的丝质组。
3、 泥炭的积累速度与温度有关
T↑ （1）→植物生长量↑→利于积累
（2）→ 利于微生物活动→分解快→不利于积累.
所以, 温和、湿润有利。
现代泥炭积累速度，0.5～2.2MM/年
所以，和第四纪埋藏泥炭厚度1～30m
第三纪煤层可达100～200m
4、 成煤植物的堆积方式
原地堆积是主要的，但也有异地生成（河水的冲击）。
5、 成煤植物聚积环境对泥炭性质的影响。
(1) 对硫含量的影响
发现近海煤田S 含高，远海煤田S 低，
近海煤S 高原因：1、植物富硫；2、海水中S 多，多以硫酸根离
子存在（是河水几百到上千倍），海淹后，沼泽泥炭PH 7.0～8.5,
利于硫酸盐还原菌（脱硫弧菌）活动。
(2) 对还原程度等一些性质影响
对同煤化度的煤来说，粘结性好，其原因是还原程度高。
三、 煤化作用。
当泥炭由于地壳下沉等原因被沉积物覆盖时，泥炭化即告结束，转入煤化作用阶段。
煤化阶段又分为成岩阶段和变质阶段。
1. 成岩作用
无定形泥炭(沉积物、压紧失水、胶体老化) —→褐煤(固体物) 变化性质:物理和物化变化(压力是主要影响因素), 因埋藏较浅(200～400m) ，低温也不太高(60～65℃) ，T 影响不大 2. 变质作用
褐煤(深地层) →烟煤、无烟煤
在较高(不断升高) 的T 、P 作用下，煤质发生深刻变化，主要表现为：
脱水、脱羧、脱CH 4、缩聚， 分子内排列规则化，分子量增加。 此阶段最主要作用因素是温度，因此，按着导致煤变质的热源、作用方式和变质特征的不同，变质作用可分为几种类型。 1) 深成变质作用
指煤泥炭或煤在深地层中受地热和上覆岩层静压力作用引起的变质。变质特点:
① 煤的变质程度具有垂直分布规律（煤层深，变质程度高）；
大致上深度每下降100米，温升3～5℃，煤的V daf 降低2.3%，这就是著名的希尔特定律。
② 煤的变质程度具有水平分带规律（同深度水平变质均匀）；例如：我国华北煤田，煤的变质程度在平面上呈环状分布，形态类似院士沉积盆地的等高线轮廓。
图1-4煤变质程度垂直分布和水平分带关系示意图P19
2) 岩浆变质作用
是指煤受到岩浆带来的高温、挥发性气体和压力的影响而发生异常变质——使煤变质的增温热源来于岩浆。
分两种：区域热（力）变质：特点，变质程度分带，与远近有关。靠近岩浆，但未与岩浆接触。 接触变质：特点，局部煤质分带，有天然焦（范围小），煤田局部与岩浆有接触。 3) 动力变质作用
是指由于地壳构造变化产生（褶皱或断裂）的动压力和热量使煤发生变质作用。——地壳构成变化产生热量，使煤质变化。
特点，局部性强，（范围几十米），煤的密度增大，挥发分和热量降低，煤层层理受到破坏等。
图 煤层发生断层示意图（1）正向断层；（2）反向断层
3. 在变质过程中，腐殖酸扮重要角色
从表中数据，可以得出如下规律：
(1) 腐殖酸(先增加后减少、－COOH 、－OH) →腐殖质(-CH4)→腐殖不溶物；
(2) 随着的加深，C 含量逐渐增加，HO 逐渐减少； (3) 随着的加深，沥青含量逐渐减少，无烟煤中不含沥青。
需指出，变质作用是一个在温度、压力长期作用下的连续变化过程。 低等植物变成腐泥，腐泥煤的规律也基本相似。 四 煤化作用的影响因素 T P τ
成岩阶段：P 是主要因素，时间也有一定影响。 变质阶段：T 、P 、て均有影响，但T 最重要。
1、 T 的影响
T ↑→可引起煤质化学变化，导致煤变质程度加深。是主要影响因素。
地球是一个庞大的热库，巨大的地热使地表温度自地表常温层以下随着深度的增加而逐渐升高。深度每增加100m 温度升高的数值叫地温梯度。现代地壳平地温梯度为3℃/100m，但变化范围可由0.5℃/100m—25℃/100m.
煤田钻探发现，煤的变质程度向深部依次递增。这一事实充分证明了温度对煤变质发生了强烈的影响。另一方面，温度因素的重要性也被人工煤化实验所证实。
1930年，格洛普和波德曾将低度褐煤置于闭密容器内，在100MPa 下， T
T>200℃，始变，最后深度褐煤。 两年后，又在180MPa 下，
T
因试验中地质时间的影响不能模拟，所以，比实际变化所需温度要低些，据资料，不同度煤需要的变质T 为
褐煤 40-50℃ 长焰煤
2、 P 也是必不可少的因素
P ↑→促进物理结构变化：水↓、密度↑、孔隙率↓，不能引起化学变化。 人工煤化实验表明：当静压力过大，由于化学平衡移动的原因，压力
反而抑制煤结构单元中侧链和基团的分解析出，从而阻碍煤的变质。因此，人们一般认为压力是煤变质的次要因素。 3、 τ指T 、P 作用持续时间
时间的重要影响表现在以下两个方面：
(1) 受热温度相同时，受热时间越长，煤的变质程度越深。 如：地点 西德某煤田 美国某煤田
时代 石炭纪 新生代第三纪 沉降深度 5100m 5440m T ℃ 147 141 τ 2.7亿年 1.3-1.9亿年
煤化度 V daf =14%-16%(年老烟煤) V daf =35%-40%(年轻烟煤) 可见，埋藏深度和T 相似，τ↑→Vdaf ↓
实际上，P 相近时，煤化度=f(T、τ)
(2) 短て高T=长τ低温（但T>60℃）——等效作用 在T ＜60℃时，τ的影响很小.
地质观测结果表明：τ=500万年，T=340℃，可形成无烟煤； τ=2000万年-1亿年，T=150-200℃，也可形成高变质的烟煤和无烟煤 五 不同煤化度的一般特征