煤的形成過程

【摘 要】煤的形成是一個長期復雜的過程。需要適宜的溫度、壓力、地殼運動以及原始的植物遺體堆積。且不同時期、不同地點形成的煤層，其組成成分、開采條件、埋藏深度等均不相同。因此，了解煤的形成過程對煤礦開采就顯得尤為重要。

【關鍵詞】煤炭 植物 地質

【中圖分類號】P618.11 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2013）35-0199-02

煤是由遠古植物遺體大量堆積，并經過一系列長期的生物化學反應和物理演化而形成的固體可燃性礦物。是一種固體可燃有機巖，俗稱煤炭。被人類譽為黑金，工業的食糧，它是工業革命以來人類世界使用的主要能源之一。地位僅次于石油，而在中國這個70%以上能源依靠煤炭提供的國家，煤炭的作用甚至還要強于石油。在地質歷史上，煤炭形成年代主要是在石炭紀、二疊紀、三疊紀以及侏羅紀等地球植物生長繁盛的時期。

不同的成煤地質歷史時期，地球的地質、氣候、生態環境以及植物的進化程度并不相同，形成的煤層各方面條件也各有特點。早石炭紀時期由于陸地面積不斷擴大，大量淺水植物逐漸適應陸生生活，并在陸地上蓬勃發展。這一時期我國華北、華南地區處于赤道附近，為熱帶潮濕氣候，為植物的迅速登陸并大范圍擴展快速生長，提供了極其良好的外部條件。是中國重要的聚煤時期。在晚石炭紀之后的二疊紀早中期，地球古氣候環境進入多變期，劇烈的氣候變化對于加快自然選擇進程，促進植物進一步適應陸生環境起到了相對積極的作用，使植物種類發展日益繁盛。但對于需要大量植物遺體積累，進而對煤的形成過程無疑打擊是巨大的，在整個晚石炭紀和二疊紀早中期煤炭形成數量和質量都極其稀少。之后的三疊紀早期由于全球范圍內的干旱和氣候變遷，植物生長緩慢，沒有形成大規模的聚煤時期。至三疊紀晚期及侏羅紀早期全球氣候轉向濕熱，植物生長重新繁盛且范圍也大大擴展，中國北部在這一時期形成了大量的煤層，因此這一時期也是中國最為重要的聚煤時期，到了侏羅紀中晚期，由于中低緯度地區持續干旱且氣候變化劇烈，高緯度地區植物生長速度加快，因此這一時期煤層主要集中于高緯度地區。

煤形成所需的條件可歸結為：堆積作用；生物作用；化學作用；物理作用。

堆積作用：煤是遠古植物通過光合作用固定的太陽能的直接表現形式，其形成過程需大量植物遺體堆積，植物的堆積作用分為原地堆積和異地堆積。原地堆積：植物遺體未經流水和風的搬運，就地緩慢堆積。它是堆積作用的主要類型。主要標志是：堆積層之下常為含直立根的黏土、砂質黏土；堆積層中有機質分解程度比較一致，變化有規律；混入其中的礦物質（砂、礫、黏土）較少。異地堆積：植物遺體經流水、風力或其他自然營力搬運，在遠離原來生長的地區（盆地內）或盆外快速堆積。主要標志是：堆積層之下不含植物根系殘體，或含少量平臥狀根殘體；堆積層中有機質的分解程度、結構特征雜亂無序；混入較多泥、砂或礫等礦物質。其中流水的搬運作用尤為突出，例如中國大部分煤炭資源分布在華北平原及東北平原南部，形成年代主要是晚石炭紀及早二疊紀，這一時期華北地區尚為淺海灘涂及河流入海口、地勢低洼平緩、水流速度緩慢，來自西部高原地區的河流夾帶的大量植物遺體在此堆積，形成了厚達數十米至數百米的堆積層，為煤炭的形成創造了物質條件。

生物作用：在陸生動植物大量發展的同時，微生物發展也極為繁盛。喜氧微生物和厭氧微生物寄生于堆積層的植物遺體中通過呼吸作用進一步分解植物遺體，并形成新的有機化合物，形成富含碳氫元素的新的化合物，并最終形成泥炭和腐泥。煤中的含碳量明顯高于植物和泥炭，含氧則較低，在植物轉變過程中多余的氧被微生物吸收重新利用，從而使煤的含碳量進一步提高，而植物纖維在這一過程中發生的生物化學反應主要有：CHO+O2=CO2+H2O（氧氣充足）；CHO+O2=CO2+CH4（氧氣不足）。煤層瓦斯氣體中主要為CO2，可以看出微生物在煤炭形成過程中的重要作用。現有的泥炭沼澤形成年代一般都較為年輕，明顯保留有植物腐敗痕跡，并富含植物所需的各種元素，部分已具備可燃性。有明顯向一次化石能源轉變的傾向，年代愈久的泥炭礦煤化程度越高。且泥炭礦分布與煤炭資源分布相似，均為南多北少，進一步證明植物轉變為泥炭進而轉變為煤這一進程。

化學作用：在生物作用進行的同時，化學作用已經開始，利用生物作用中微生物分解作用產生的活潑的化合物進一步對植物遺體進行分解，并合成新的有機化合物，如腐殖酸，瀝青質等較為穩定的化合物。在煤炭形成的中期，即由泥炭腐泥向褐煤轉化時期，其中發生的化學作用主要為脫水作用，當泥炭或腐泥轉變褐煤后，褐煤在長期的高溫、壓力和較長的地質歷史時間的演變內繼續發生化學反應。其所含各種分子結構中的含氧官能團大量失去，結構進一步穩定，同時煤的品質進一步提高，向煙煤或無煙煤演化。

物理作用：煤形成的早期物理作用主要是流水和風等的搬運作用，即植物遺體在流水和風的作用下的匯集，植物遺體懸浮在流水中隨流水作機械運動，在流水的推力作用下，向流水下游匯集，并在淺水盆地、瀉湖、三角洲等水流速度減緩的地區堆積下來，并最終形成沼澤，同時不斷有沙石等物質在此處沉積，形成新的巖層，在這一過程中對泥炭的壓力逐漸增大，溫度進一步升高，煤層壓緊固結，膠體陳化，顏色加深。逐步轉變為褐煤。這種作用下形成的煤層一般較淺。在地下200m～400m的淺層。之后由于煤層受到長期較高溫度、較大地壓的作用，煤層成巖速度加快，成巖凝膠化作用結束以后，凝膠化組分形成。基本上不再顯現植物特征，之后的瀝青化作用使褐煤大量失去含氧官能團，開始具備微弱光澤形成煙煤，隨著時間的進一步流失每層中分子結構逐步趨向規則，變質程度增加，煙煤開始向無煙煤轉變。

當然煤的形成與地殼運動有著密切關系，煤層一般埋藏較深，且成煤年代與煤層埋藏深度并不一致，這是由于在煤形成以后所在地區地殼發生沉降或反轉，且地殼運動往往伴隨著煤層結構的改變。

參考文獻

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〔責任編輯：李爽〕