2.3.2 时间的影响 时间是影响煤变质的另一重要因素。时间因素的重要性
表现在以下两个方面：第一，在温度、压力大致相同 的条件下，受热时间越长，煤化程度越高。第二，煤 受短时间较高温度的作用或受长时间较低温度（超过 变质临界温度）作用，可以达到相同的变质程度。
2.3.3 压力的影响 压力可以使煤压实，孔隙率降低，水分减少；并使煤岩
组分沿垂直压力的方向作定向排列。静压力促使煤的 芳香族稠环平行层面作有规则的排列。
尽管一定的压力有促进煤物理结构变化的作用， 但只有化学变化才对煤的化学结构有决定性的影响。 人工煤化实验表明，当静压力过大时，由于化学平衡 移动的原因，压力反而会抑制煤结构单元中侧链或基 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。
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）
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 ）
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。
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。
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。
木质素，其组成因植物的种类不同而异，见图。
OH
OH
OH
O-CH3
H3C-O
O-CH3
CH CH
CH2OH
针叶树的松 柏醇
CH
CH CH2OH
落叶树的芥 子醇
CH
CH CH2OH
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。
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。
4.4 蛋白质 proteins
1~3
0
桦川草本 55.87 6.35 2.90 34.97 19.69
0.75
0
3.50 43.58
泥炭
合浦木本 65.46 6.53 1.20 26.75
o.89
0.39
0
泥炭
0
42.88
2.3 变质作用的因素：
影响煤变质的因素主要有温度、压力和时间。
2.3.1 温度的影响 促成煤变质作用的主要因素是温度。温度过低
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）
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。
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
经过运移并聚集成藏的成为煤成气藏，仍然保存在煤 层中的称为煤层气。
第四节 煤层气 coal-bed gas
二、煤层气的成因 1. 生物成因气
生物成因气是指在相对低的温度条件下，有机质 通过细菌的参与或作用，在煤层中生成的以甲烷为主 并含有少量其它成分的气体。其形成温度不超过50℃， 相当于泥炭－褐煤阶段。按生气时间、母质以及地质 条件的不同，生物成因气又可以分为原生生物成因气 和次生生物成因气两种类型。
（1）原生生物成因气 原生生物成因气是煤化作用早期阶段（泥炭化和
褐煤阶段），低变质煤在泥炭沼泽环境中通过细菌分 解等一系列复杂作用所产生的气体。由于泥炭或低变 质煤中的孔隙很有限，而且埋藏浅、压力低，对气体 的吸附作用也弱，所以一般认为原生生物成因气难以 保存下来。
（2）次生生物成因气 次生生物成因气与盆地水动力学有关，是煤系地
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
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。
4.3 脂类化合物 lipidic compounds
4.1 碳水化合物（ carbohydrates ）
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。
（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。
是煤中硫、氮元素的来源之一。
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 木质部
本叶
植 木栓
物 孢粉质
的 不
原生质
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
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
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。
表2—6 植物与泥炭化学组成的比较
元素组成，%
有机组成，%
植物与泥炭 C
H
N
O+S 纤维素 木质 蛋白 沥青 腐植
47.20 5.61 1.61 39.37 50.00 20~30 5~10 5~10
0
木本植物 50.15 6.20 1.05 42.10 50.60
20.30 1~7
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 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。
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.
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
3 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）