煤的形成过程.doc

煤的形成过程 【摘 要】煤的形成是一个长期复杂的过程。需要适宜的温度、压力、地壳运动以及原始的植物遗体堆积。且不同时期、不同地点形成的煤层，其组成成分、开采条件、埋藏深度等均不相同。因此，了解煤的形成过程对煤矿开采就显得尤为重要。 【关键词】煤炭 植物 地质 【中图分类号】P618.11 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2013）35-0199-02 煤是由远古植物遗体大量堆积，并经过一系列长期的生物化学反应和物理演化而形成的固体可燃性矿物。是一种固体可燃有机岩，俗称煤炭。被人类誉为黑金，工业的食粮，它是工业革命以来人类世界使用的主要能源之一。地位仅次于石油，而在中国这个70%以上能源依靠煤炭提供的国家，煤炭的作用甚至还要强于石油。在地质历史上，煤炭形成年代主要是在石炭纪、二叠纪、三叠纪以及侏罗纪等地球植物生长繁盛的时期。 不同的成煤地质历史时期，地球的地质、气候、生态环境以及植物的进化程度并不相同，形成的煤层各方面条件也各有特点。早石炭纪时期由于陆地面积不断扩大，大量浅水植物逐渐适应陆生生活，并在陆地上蓬勃发展。这一时期我国华北、华南地区处于赤道附近，为热带潮湿气候，为植物的迅速登陆并大范围扩展快速生长，提供了极其良好的外部条件。是中国重要的聚煤时期。在晚石炭纪之后的二叠纪早中期，地球古气候环境进入多变期，剧烈的气候变化对于加快自然选择进程，促进植物进一步适应陆生环境起到了相对积极的作用，使植物种类发展日益繁盛。但对于需要大量植物遗体积累，进而对煤的形成过程无疑打击是巨大的，在整个晚石炭纪和二叠纪早中期煤炭形成数量和质量都极其稀少。之后的三叠纪早期由于全球范围内的干旱和气候变迁，植物生长缓慢，没有形成大规模的聚煤时期。至三叠纪晚期及侏罗纪早期全球气候转向湿热，植物生长重新繁盛且范围也大大扩展，中国北部在这一时期形成了大量的煤层，因此这一时期也是中国最为重要的聚煤时期，到了侏罗纪中晚期，由于中低纬度地区持续干旱且气候变化剧烈，高纬度地区植物生长速度加快，因此这一时期煤层主要集中于高纬度地区。 煤形成所需的条件可归结为：堆积作用；生物作用；化学作用；物理作用。 堆积作用：煤是远古植物通过光合作用固定的太阳能的直接表现形式，其形成过程需大量植物遗体堆积，植物的堆积作用分为原地堆积和异地堆积。原地堆积：植物遗体未经流水和风的搬运，就地缓慢堆积。它是堆积作用的主要类型。主要标志是：堆积层之下常为含直立根的黏土、砂质黏土；堆积层中有机质分解程度比较一致，变化有规律；混入其中的矿物质（砂、砾、黏土）较少。异地堆积：植物遗体经流水、风力或其他自然营力搬运，在远离原来生长的地区（盆地内）或盆外快速堆积。主要标志是：堆积层之下不含植物根系残体，或含少量平卧状根残体；堆积层中有机质的分解程度、结构特征杂乱无序；混入较多泥、砂或砾等矿物质。其中流水的搬运作用尤为突出，例如中国大部分煤炭资源分布在华北平原及东北平原南部，形成年代主要是晚石炭纪及早二叠纪，这一时期华北地区尚为浅海滩涂及河流入海口、地势低洼平缓、水流速度缓慢，来自西部高原地区的河流夹带的大量植物遗体在此堆积，形成了厚达数十米至数百米的堆积层，为煤炭的形成创造了物质条件。 生物作用：在陆生动植物大量发展的同时，微生物发展也极为繁盛。喜氧微生物和厌氧微生物寄生于堆积层的植物遗体中通过呼吸作用进一步分解植物遗体，并形成新的有机化合物，形成富含碳氢元素的新的化合物，并最终形成泥炭和腐泥。煤中的含碳量明显高于植物和泥炭，含氧则较低，在植物转变过程中多余的氧被微生物吸收重新利用，从而使煤的含碳量进一步提高，而植物纤维在这一过程中发生的生物化学反应主要有：CHO+O2=CO2+H2O（氧气充足）；CHO+O2=CO2+CH4（氧气不足）。煤层瓦斯气体中主要为CO2，可以看出微生物在煤炭形成过程中的重要作用。现有的泥炭沼泽形成年代一般都较为年轻，明显保留有植物腐败痕迹，并富含植物所需的各种元素，部分已具备可燃性。有明显向一次化石能源转变的倾向，年代愈久的泥炭矿煤化程度越高。且泥炭矿分布与煤炭资源分布相似，均为南多北少，进一步证明植物转变为泥炭进而转变为煤这一进程。 化学作用：在生物作用进行的同时，化学作用已经开始，利用生物作用中微生物分解作用产生的活泼的化合物进一步对植物遗体进行分解，并合成新的有机化合物，如腐殖酸，沥青质等较为稳定的化合物。在煤炭形成的中期，即由泥炭腐泥向褐煤转化时期，其中发生的化学作用主要为脱水作用，当泥炭或腐泥转变褐煤后，褐煤在长期的高温、压力和较长的地质历史时间的演变内继续发生化学反应。其所含各种分子结构中的含氧官能团大量失去，结构进一步稳定，同时煤的品质进一步提高，向烟煤或无烟煤演化。 物理作用：煤形成的早期物理作用主要是流水和风等的搬运作用，即植物遗体在流水和风的作用下的汇集，植物遗体悬浮在流水中随流水作机械运动，在流水的推力作用下，向流水下游汇集，并在浅水盆地、?湖、三角洲等水流速度减缓的地区堆积下来，并最终形成沼泽，同时不断有沙石等物质在此处沉积，形成新的岩层，在这一过程中对泥炭的压力逐渐增大，温度进一步升高，煤层压紧固结，胶体陈化，颜色加深。逐步转变为褐煤。这种作用下形成的煤层一般较浅。在地下200m400m的浅层。之后由于煤层受到长期较高温度、较大地压的作用，煤层成岩速度加快，成岩凝胶化作用结束以后，凝胶化组分形成。基本上不再显现植物特征，之后的沥青化作用使褐煤大量失去含氧官能团，开始具备微弱光泽形成烟煤，随着时间的进一步流失每层中分子结构逐步趋向规则，变质程度增加，烟煤开始向无烟煤转变。 当然煤的形成与地壳运动有着密切关系，煤层一般埋藏较深，且成煤年代与煤层埋藏深度并不一致，这是由于在煤形成以后所在地区地壳发生沉降或反转，且地壳运动往往伴随着煤层结构的改变。 参考文献 1李增