《煤化学》笔记推荐

第一章绪论

第一节煤炭是中国的主要能源

一、中国的能源构成

中国富煤少油，是世界上少数几个以煤炭为主要能源的国家。自从1989年煤炭产量超

过10亿t后，一直稳居世界第一，煤炭消费始终占一次能源的70%以上。表1-1是世界主

要国家一次能源消费结构对比数据。

表1-1世界上主要国家一次能源消费结构

国别石油/%天然气/%煤炭/%核能/%水能/%总计/Mt油相当量

美国39.80263024308.502.102028.6

加拿大35.7028.5011.2012.5012.10222.50

丹麦49.0012.1038.90——20.60

法国39.0011.906.0040.003.10232.00

德国40.5018.3028.9011.700.60333.20

英国38.1028.0023.0010.500.40217.80

俄罗斯24.5050.4019.003.902.20644.60

中国19.202.0076.400.501.90748.70

S本56.1011.4017.1014.001.40478.50

总计40.0023.0027.207.202.604926.50

二、中国煤炭资源储量及分布

根据中国煤田地质总局第三次全国煤田预测资料：我国2000m以浅的煤炭资源总量为

5.57万亿t,其中已发现保有储量1.02万亿t,预测资源量4.55万亿t。

我国煤炭资源总量大，但探明成度低，开采条件差，可供建井的储量严重不足。根据全

国矿产储量表和实际情况汇总，截至1996年底全国未利用的经过普查以上的煤产地共2092

处，保有储量3827.43亿t。其中可能利用的1219处，储量2411.5亿t；暂时利用和极难

利用的873处，储量1415.93亿t。达到详查程度的储量有1679亿t,达到精查程度的储量

有646.8亿t,其中可供建井的储量仅有365.2亿t。按矿井生产能力与后备储量1：200的

比例，仅能提供建设1.8亿t的矿井生产能力。此外，在这些储量中尚包括远离消费地、严

重缺水，以及地质及资源条件差所造成的非经济开发储量。可见，煤炭后备资源严重不足，

难以满足国民经济发展对煤炭的需求。

从总量看，我国的煤炭资源丰富,但煤炭产地多且远离经济发达地区和煤炭主要消费地。

全国第三次煤炭资源分布统计如表1-2所列。

表1-2煤炭资源分布统计表

赋煤区已发现资源量/亿t占全国比例/%资源总量/亿t占全国比例/%

东北1311.712.883940.017.07

华北6656.1665.3928114.9350.47

华南981.39.653786.446.80

西北1223.5712.0219786.035.52

滇藏6.630.0676.320.14

全国10179.3610055703.7100

除上海市外其他省（市、区）都有探明煤炭储量，但是规模和储量丰度差异很大。仅晋、

陕、蒙、新、黔、皖、滇、豫、鲁、冀11省（区）普查以上的保有储量就有5395.9亿t,

占全国的92.8%,其中晋、陕、蒙3省（区）达到3774.4亿3占全国的64.9%。以秦岭、

淮河为界，北方地区普查以上的保有储量5182.9亿3占全国的89.1%；南方各省仅有634.6

亿t,占10.9%。中西部普查以上的保有储量有5360.5亿3占全国的92.1%；而经济发达

的东部沿海辽、京、冀、鲁、苏、浙、闽、粤、琼、桂等省区普查以上的保有储量仅有457.0

亿3占全国的7.9%。我国煤炭资源的分布呈明显的北多南少、西多东少的特点。

第二节煤化学的主要内容及其在煤炭加工利用中的作用

煤化学是研究煤的生成、组成（包括化学组成和岩相组成）、结构（包括分子结构和孔

隙结构）、性质、分类以及它们之间的相互关系的科学。广义煤化学的研究内容还包括煤炭

转化工艺及其过程机理的问题。

煤的组成和结构复杂，而且极不均匀。从组成上来说，它是由上千种有机物和儿十种无

机物组成的复杂混合物。有机物是煤炭利用和研究的主体，无机物对于煤的利用基本上是不

利的甚至是有害的。迄今为止，对于煤中的有机物种类及其分子结构还不十分清楚。煤的组

成和性质受多种因素的影响，主要有成煤原始植物的种类、植物遗体堆积和积聚的环境（气

候、水质、水流、水深、地质、土壤、地理位置等）、埋藏深度、沉积时间、地壳运动、地

下水质及水流，等等。由此可见，煤的组成和性质的复杂性不是偶然的，人类对于煤的认识

还有很长的路要走。

虽然煤化学的发展已经有200多年的历史，但对于煤的许多问题还不明了，特别是煤的

分子结构问题是目前困扰科学家的最大难题。

煤的组成和性质是煤化学研究的核心，也是指导煤炭加工利用的基础。现代煤炭加工利

用的各种工艺均离不开煤的组成和性质的分析，简单归纳如下:

(1)煤炭分选：确定分选工艺必须要知道原煤的灰分、硫分、变质程度、密度、矿物

质与煤的结合情况等基本指标。

(2)粉煤成型：确定成型工艺和配方必须要知道原煤的灰分、挥发度、水分、硫分、

密度、粒度组成等基本指标。

(3)动力煤配煤：确定配煤工艺和配方必须要知道原料煤的灰分、挥发度、水分、硫

分、发热量、灰熔点、密度、粒度组成等基本指标。

(4)水煤浆：确定制浆工艺和添加剂的用量必须要知道原料煤的灰分、挥发度、水分、

硫分、发热量、灰熔点、密度、粒度组成、表面性质等基本指标。

(5)煤炭燃烧：选择合适的燃烧设备必须要知道原料煤的灰分、挥发度、水分、硫分、

发热量、灰熔点、粘结性、粒度组成等基本指标。

(6)煤炭气化：选择合适的气化工艺必须要知道原料煤的灰分、挥发度、水分、元素

组成、发热量、灰熔点、灰粘度、粘结性、反应性、结渣性、粒度组成等基本指标。

(7)煤炭液化：选择合适的液化工艺必须要知道原料煤的灰分、挥发度、水分、元素

组成、矿物组成、粘结性、粒度组成等基本指标。

(8)煤炭焦化：制造优质冶金焦必须要知道原料煤的灰分、挥发度、水分、硫分、矿

物组成、粘结性、粒度组成等基本指标。

(9)煤基碳素耐火材料：制造优质碳素耐火材料必须要知道原料煤的灰分、挥发度、

水分、硫分、矿物组成、粒度组成等基本指标。

(10)电极糊：制造优质电极糊必须要知道原料煤的灰分、挥发度、水分、硫分、导电

性、矿物组成、粒度组成等基本指标。

(11)炭质吸附剂：制造优质炭质吸附剂(活性炭、炭分子筛)必须要知道原料煤的灰

分、挥发度、水分、硫分、矿物组成、粒度组成等基本指标。

第二章煤的生成

煤是植物遗体经过生物化学的作用，又经过物理化学的作用而转变成的沉积有机矿物，

是多种高分子化合物和矿物质组成的混合物。

从植物死亡、堆积到转变为煤经过一系列复杂的演变过程，这个过程称为成煤作用。成

煤作用大致可以分为两个阶段：第一个阶段是植物在泥炭沼泽、湖泊或浅海中不断繁殖，其

遗体在微生物参与下不断分解、化合、堆积的过程。这个过程起主导作用的是生物地球化学

作用。低等植物经过生物地球化学作用形成腐泥，高等植物形成泥炭，因此成煤第••阶段可

称为腐泥化阶段或泥炭化阶段。当已形成的泥炭和腐泥由于地壳的下沉等原因而被上覆沉积

物所掩埋时，成煤作用转化为第二阶段——煤化作用阶段，即泥炭、腐泥在以温度和压力为

主的作用下变化为煤的过程。成煤第二阶段包括成岩作用和变质作用。在这一阶段中起主导

作用的是物理化学作用。在温度和压力的影响下，泥炭进一步变为褐煤（成岩作用），再由

褐煤变为烟煤和无烟煤（变质作用）。

煤与煤之间的性质千差万别，不仅不同煤田的煤质差别较大，即使是同一煤田中不同煤

层的煤质，其差异也很大。在同一煤田同一煤层不同地点采的煤样，其煤质也有较大的差别；

甚至是同一煤田同一煤层同一地点采样，而采样时，将煤层从上到下分成若干个分层采样，

各分层的煤质也有差别。引起煤质千差万别的原因，与成煤物质、成煤环境和成煤作用有关。

第一节年代地层系统和主要聚煤期

一、地质年代

某地质年代内形成的岩层，称为该地质年代的地层。

划分地层、确定地层生成次序的主要依据是古生物化石。

生存于某一段地质历史时期的生物，称为古生物。

而保存在地质中的古生物遗骸和遗迹，称为化石。其中演化快、生存时间短、而且分布

又广泛的生物化石，称为标准化石。

表2-1地质年代表注

距今年龄开始繁殖时期

代纪世

（亿年）植物动物

新全新世古人类出现

生第四纪

代更新世0-0.018

上新世被子植物大量繁殖，为成煤提供原始物

新近纪

中新世〜0.238质

渐新世

古近纪始新世

古新世〜0.65哺乳动物

晚白垩世被子植物

白垩纪

早白垩世〜1.442

中晚侏罗世

生

代侏罗纪中侏罗世裸子植物极盛，为成煤提供原始物质

早侏罗世〜2.03

晚三叠世

三叠纪中三叠世

早三叠世-2.51爬行动物

晚二叠世裸子植物

二叠纪中二叠世

晚早二叠世〜2.98

古

生晚石炭世池子植物极盛，为成煤提供原始物质

代石炭纪

早石炭世〜3.54两栖动物

晚泥盆世

泥盆纪中泥盆世

早泥盆世〜4.10

古

顶志流世鱼类

生

晚志流世

代志留纪

中志流世裸蕨植物

早早志流世〜4.40

古

生晚奥陶世

代

奥陶纪中奥陶世海藻大量繁殖，为行煤的形成提供原始无脊椎动物

早奥陶世-4.95物质

晚寒武世

寒武纪中寒武世

早寒武世-5.45

续表2-1

距今年龄开始繁殖时期

代纪世

（亿年）植物动物

震旦纪晚震旦世

早震旦世〜6.80

菌藻类

南华纪晚南华世

早南华世〜8.00

青白口纪晚青白口世

早青白口世10.00

中蓟县纪晚蓟县世

元

古早蓟县世14.00

代

长城纪晚长城世

早长城世〜18.00

薄沱纪

古元古代

〜25.00

新太古代〜28.00

中太古代〜32.00

古太古代〜36.00

始太古代〜45.00

二、年代地层单位

国际上通用的年代地层单位，即为宇、界、系、统、阶、带六级。宇是最大的年代地层

单位。现将常见的年代地层单位解释如下。

1.界

它的划分主要是根据生物界演化史上大的阶段。不同界中生物界有较明显的差别，界可

划分为若干次一级的地层单位——系。

2.系

系指一个纪的时间内形成的地层。它是界的组成部分。每个系均有其特征的生物群。系

又可再划分为若干个更次一级的地层单位——统。

3.统

统相当于一个世的时间内形成的地层，它是系的组成部分。通常，一个系可分为若干个

统。

表2-2地层单位名称及其代号简表

界（代号）系（代号）统（代号）

全新统（Qh）

第四系（Q）

更新统（Qp）

上新统（N2）

新近系（N）

新生界（KZ）中新统（N1）

渐新统（E3）

古今系（E）始新统（E2）

古新统（E1）

上白垩统（K2）

白垩系（K）

下白垩统（K1）

上侏罗统（J3）

中生界（MZ）

侏罗系（J）中侏罗统（J2）

下侏罗统（J1）

三叠系（T）上三叠统（T3）

中三叠统（T2）

F三叠统（T1）

上二叠统（P3）

二叠系（P）中二叠统（P2）

下二叠统（P1）

上石炭统（C2）

石炭系（P）

下石炭统（C1）

上泥盆统（D3）

泥盆系（D）中泥盆统（D2）

下泥盆统（D1）

顶志流统（S4）

古生界（PZ）

顶志流统（S3）

志流系（S）

顶志流统（S2）

顶志流统（S1）

上奥陶统（03）

奥陶系（0）中奥陶统（02）

下奥陶统（01）

上寒武统（

寒武系（中寒武统（

卜寒武统（

震旦系（Z）

新元古界（Pt3）南华系（Nh）

青白口系（Qb）

蓟县系（Jx）

中元古界（Pt2）

长城系（Ch）

源沱系（Ht）

古元古界（Ptl）

新太古界（Ar3）

中太古界（Ar2）

古太古界（Ari）

始太古界（ArO）

三、岩石地层单位

岩石地层单位与上面的年代地层单位完全是并列的，在煤矿区的地层系统表中，经常见

到的是一些岩石地层单位，如群、组、段、层等。

1.群

群是最大的岩石地层单位，群与统是两套不同的地层单位，没有可比性。群有时也可大

于统，甚至大于系。

2.组

组是基本岩石地层单位。如华北二叠系下部的含煤地层称为山西组，华南二叠组系上部

的含煤地层称为龙潭组。

3.段

段是小于组的地方性地层单位。根据岩性特征等标志的不同，可以把组划分为若干段。

例如，四川华莹山南段矿区的龙潭组分为五段，主要可采煤层大多赋存于第i段中。

四、我国的主要聚煤期

自从地球上出现植物，便有了成煤的物质条件。但由于地史上大的地壳运动，常常使地

形、气候和空气中co2的含量以及气体条件发生过变化。这些变化不仅促使各阶段植物体

本身的演化，而且使得各个时期植物的繁盛程度和堆积强度也不同。加之当时受地表海陆分

布、隆起与沉降状况、沉积作用等因素的影响，故使各时期聚煤作用的强弱有很大差异。几

个较强的聚煤作用时期是：

新生代新近纪一古近纪

中生代晚侏罗世一早白垩世

早、中侏罗世

晚三叠世

晚古生代晚二叠世

晚石炭世一早二叠世

早石炭世

早古生代早寒武世

上述8个聚煤期中，除寒武世属于菌藻植物时代，形成腐泥无烟煤外，其他7个聚煤期

均是以腐植煤为主的聚煤期。若从聚煤作用的强度而言，这7个聚煤期也是不均衡的，其中

以晚石炭世一早二叠世，晚二叠世，早、中侏罗世和晚侏罗世一早白垩世4个聚煤期的聚煤

作用为最强。

第二节成煤物质

一、植物的演化

植物是地史上，逐步有低级向高级发展演化，并经过多次飞跃。从低等的菌藻到高级的

被子植物，其发展过程显示出5个阶段，由老到新是：菌藻植物时代、裸蕨植物时代、蕨类

和种子植物时代、裸子植物时代和被子植物时代。这儿个阶段与煤的形成和聚集有直接的关

系。植物由低级向高级演化，当某种高等植物占优势后，有些植物灭绝，但低等植物的有一

些门类仍继续存在。

最早出现的植物是低等植物，低等植物是由单细胞或多细胞构成的丝状和叶片状植物

体，没有根、茎、叶等器官的分化，如细菌和藻类。低等植物大多生活在水中，细菌的生存

环境十分广泛，它们是地球上最早出现的生物，藻类从太古代、元古代开始一直发展到现在，

其种类达两万种以上。

高等植物有根、茎、叶等器官的分化，包括苔葬植物、蕨类植物、裸子植物和被子植物,

地史上这些类别的植物除苔解外，常能形成高大的乔木，具有粗壮的根和茎，成为重要的成

煤物质。图2-1表示了最主要的植物门类在地史上的分布。

植物演化时代棵蕨

JK类、种子植物

被子植物时代裸子植物时代植物时代时代菌藻植物时代

成

煤

候

煤各气候带（寒带

热带一亚热带、冷带一，亚热带潮湿气候

除外）的潮湿气

温带潮湿气候

类候

别

泥炭石煤（腐泥无烟煤）

植物类别

被子植物

本内苏铁纲

裸苏铁纲

子银杏纲

植松柏纲

物科达纳

种子廉纲

廉石松纲

类节蕨纲

裸藤植物

苔裨植物

菌藻植物

前

寒

第

古

白

侏

泥

志

新

石

奥

三

二

寒

四

近

近

垩

盆

武

罗

留

炭

陶

叠

地质年代武

纪

纪

纪

纪

纪

纪

纪

纪

纪

ft纪

纪

纪

纪

图2-1地史上主要植物群分布图

图2-1地史上主要植物群分布图（P10）

二、植物的有机组成

高等植物和低等植物的基本组成单元都是细胞。植物细胞是由细胞壁和细胞质构成的。

细胞壁的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素，细胞质的主要成分是蛋白质和脂肪。高等

植物的细胞含细胞质较低等植物要少。茎是高等植物的主体，其外表面被角质层和木栓层的

表皮所包裹，内部为形成层、木质部和髓心。高等植物除了根、茎、叶外，还有抱子和花粉

等繁殖器官。从化学的观点看，植物的有机组成可以分成4类，即糖类及其衍生物、木质素、

蛋白质和脂肪化合物。

（-）糖类及其衍生物

糖类及其衍生物包括纤维素、半纤维素和果胶质等成分。

纤维素是•种高分子的碳水化合物，属于多糖，其链式结构可用通式（C6H10O5%表示，

纤维素的分子结构如图2-2所示。纤维素在生长着的植物体内很稳定，但植物死亡后，需氧

细菌通过纤维素水解酶的催化作用可将纤维素水解为单糖，单糖可进-步氧化分解为C02

和田0,即：

（C6H“Qd+nH?O细菌作用,nC6Hl2。6

C6Hl2O6+6O2f6co2t+6H2O+热量

图2-2纤维素的分子结构（Pl1）

当成煤环境逐渐转变为缺氧时，厌氧细菌使纤维素发酵生成CH,、C02,C3H7co0H等中间

产物，参与煤化作用。无论是水解产物还是发酵产物，它们都可能与植物的其他分解产物作

用形成更复杂的物质参与成煤。

半纤维素也是多糖，其结构是多种多样的，例如多维戊糖（C5H8。4）11就是其中的一种。

它们也能在微生物的作用下分解成单糖。

果胶质主要由半乳糖醛酸与半乳糖醛酸甲酯缩合而成，属糖的衍生物，呈果冻状存在于

植物的果实和木质部中。果胶分子中有半乳糖醛酸，故呈酸性。果胶质不太稳定，在泥炭形

成的开始阶段，即可因生物化学作用水解成一系列的单糖和糠醛酸。此外，植物残体中还有

糖甘类物质，有糖类通过其还原基团与其他含烧基物质，如醉类、酚类缩合而成。

（-）木质素

木质素是成煤物质中最主要的有机成分，主要分布在高等植物的细胞壁中，包围着纤维

素并填满其间隙，以增加茎部的坚固性。木质素的组成因植物种类的不同而异，但已知它具

有一个芳香核，带有侧链并含有一OC%、一0H、一0一等多种官能团。目前已查明有三种

类型的单体如表2-3所示。木质素的单体以不同的连接方式连接成三维空间的大分子，因而

比纤维素稳定，不易水解。但是多氧的情况下，经微生物的作用易氧化成芳香酸和脂肪酸。

表2-3木质素的三种不同类别的单体（P12）

表2-3木质素的三种不同类别的单体（据谢克昌,2002）

植物种类针叶树阔叶树禾本

单体名称松柏醇芥子醉香豆醇

OHOH

TT

H3coOH

Y4I

Y

结构式

CHCH

11V0

CHCH

1

CH2OHCH2OH

（三）蛋白质

蛋白质是构成植物细胞原生质的主要物质，是生命起源最重要的有机物质基础，是由许

多不同的氨基酸分子按照一定的排列规律缩合而成的具有多级复杂结构的高分子化合物（见

图2-3）。一个氨基酸分子中的一COOH和另一个氨基酸分子中的一NH2生成酰胺键，分子

中的一CO—NH一成为肽键。蛋白质是天然多肽，相对分子质量在10000以上，一般含有

竣基、胺基、羟基、二硫键等。煤中的氮和硫可能与植物的蛋白质有关。植物死后，蛋白质

在氧化条件下可分解为气态产物；在泥炭沼泽中，它可水解生成氨基酸、叶琳等含氮化合物,

参与成煤作用，例如氨基酸可以与糖类发生缩合作用生成结构更为复杂的腐殖质。

图2-3蛋白质片断化学结构示例

图2-3蛋白质片段化学结构示例（P12）

（四）脂类化合物

脂类化合物通常不溶于水，而溶于苯、醛和氯仿等有机溶剂的一类有机化合物，包括脂

肪、树脂、蜡质、角质、木栓质和抱粉质等。脂类化合物的共同特点是化学性质的稳定，因

此能较完整地保存在煤中。

脂肪属于长链脂肪酸的甘油酯，如三软脂酸甘油酯（见图2-4）。低等植物脂肪较多，

如藻类含脂肪可达20%。高等植物一般仅含且多集中在植物的抱子或种子中。脂

肪受生物化学作用可被水解，生成脂肪酸和甘油，前者参与成煤作用。

O

H2c—O—C—（CH2）14CH3

O

HC—o—C—（CH2）14CH3

0

H2c—o—C一（CH2）14CH3

图2-4-软脂酸甘油酯的结构式

树脂是植物生长过程中的分泌物，高等植物中的针状物含树脂较多。树脂是混合物，其

成分主要是二菇和三菇类的衍生物。在树脂中存在的典型树脂酸有松香和右旋海松酸（见图

2-5）。这两种树脂酸具有不饱和性，能起聚合作用。树脂的化学性质十分稳定，不受微生物

破坏，也不溶于有机酸，因此能较好地保存在煤中。

蜡质的化学性质类似于脂肪，但比脂肪更稳定，通常以薄层覆盖于植物的叶、茎和果实

表面，成分比较复杂，蜡质的主要成分是长链脂肪酸和含有24〜36（或更多）个碳原子的

高级一元醇形成的脂类（如甘油硬脂酸类），其化学性质稳定，不易分解。在泥炭和褐煤中

常常发现有蜡质存在。

HaCx^^COOHHaC'/COOH

图2-5松香酸（1）和右旋海松酸（2）

图2-5松香酸（1）和右旋海松酸（2）

角质是角质膜的主要成分，植物的叶、嫩枝、幼芽和果实的表皮常常覆盖着角质膜。角

质是脂肪酸脱水或聚合作用的产物，其主要成分是含有16〜18个碳原子的角质酸。

木栓质的主要成分是3脂肪醇酸、二竣酸、碳原子数大于20的长链竣酸和醇类。

抱粉质是构成植物繁殖器官抱子花粉外壁的主要有机成分，具有脂肪一芳香族网状结

构。化学性质非常稳定，耐酸耐碱且不溶于有机溶剂，并可耐较高的温度而不发生分解。

除上述4类有机化合物外，植物中还有少量糅质、色素等成分。糅质（又称丹宁）是由

不同组成的芳香族化合物，如丹宁酸、五倍子酸、糅花酸等混合而成，并具有酚的特性。糅

质浸透了老年木质部细胞壁、种子外壳,许多树皮中鞍质高度富集，如红树皮中鞭质达21%〜

58%,铁杉、漆树、云杉、株、柳、桦等现代和第三纪成煤植物的重要种属都含有糅质。糅

质具有抗腐性，泥炭碎的细胞壁由于浸透了糅质，所以抗腐性强，一般分解程度较差。色素

是植物内贮存和传递能量的重要因子，含有与金属原子结合的毗咯化合物结构。

综上所述，不论是高等植物还是低等植物，包括微生物，都是成煤的原始物质，它们的

各种有机组成都可能通过不同途径参与成煤，这是煤具有高度复杂性的重要原因之一。

三、成煤植物对煤炭性质的影响

由于植物种类的不同，其有机组分的百分含量也是不同的。低等植物主要是蛋白质和碳

水化合物组成，脂肪的含量较高，而高等植物的组成则以纤维素、半纤维素和木质素为主。

相同植物不同部分的有机组分百分含量也不同，如木本植物各部分的有机组成差别很大，见

表24

表24植物的主要有机组分含量%

植物糖类及其衍生物木质素蛋白质脂类化合物

细菌12〜28050〜805〜20

绿藻30〜40040〜5010〜20

苔薛30〜501015〜208-10

蕨类50〜6020〜3010〜153〜5

草本植物50〜7020〜305〜105-10

松柏及阔叶树60〜7020〜301〜71〜3

木木植物的木质部60〜7520〜3012〜3

不同部分叶652085〜8

木栓质6010225〜30

泡粉质50590

原生质2007010

高等植物和低等植物都是成煤的重要原始物质。由于成煤的原始物质的不同，必然导致

煤炭在性质上的差异和用途上的不同。由高等植物形成的煤叫“腐植煤”，由低等植物形成

的煤叫“腐泥煤”，而山高等植物、低等植物共同形成的煤叫“腐植腐泥煤”。这些山不同种

类的成煤植物所形成的各种类型的煤，成为不同成因类型的煤。

若成煤的原始物质主要是植物的根、茎等木质纤维素组织，则煤的氢含量就比较低；若

成煤的原始物质是由含脂类化合物多的角质层、木栓层以及树脂、抱粉所组成，则煤的氢含

量就高（见表2-5）；若成煤的原始物质是由藻类所组成，则煤的氢含量就更高。这些煤在

加工利用过程中，表现出来的工艺性质很不一样，所以成煤的原始物质是影响煤炭性质的重

要因素之一。

表2-5成煤植物各种物质的元素组成

J元素组成/%CH0N

成煤植物\

浮游植物45.07.045.03.0

细菌48.07.532.512.0

陆生植物54.06.037.02.75

纤微素44.46.249.4—

木质素62.06.131.9—

蛋白质53.07.023.016.0

脂肪77.512.010.5—

蜡质81.013.55.5—

角质61.59.19.4—

树脂80.010.59.0一

他粉质59.38.232.5—

糅质5134.344.4—

第三节成煤环境

植物遗体不是在何情况下都能顺利地堆积并能转变为泥炭的，而是需要一定的条件。首

先需要有大量植物的持续繁殖，其次是植物遗体没有被全部氧化分解，能够保存下来转变为

泥炭。具备这样条件的场所就是沼泽。

一、泥炭沼泽的起源

沼泽是在一定的气候、地貌和水文条件下的产物。沼泽是常年积水或及其潮湿的地段，

内有大量植物生长和堆积，植物死亡后遗体被沼泽水覆盖，并与氧呈半隔绝状态，使植物遗

体不致完全氧化分解，经过生物化学作用，即可转变为泥炭。煤层通常源自沉积在沼泽中的

泥炭。泥炭沼泽形成条件取决于古植物、古气候、谷地理和大地构造。

古植物：植物遗体的大量堆积是泥炭形成的基础，亦是成煤的物质来源。尽管泥盆纪已

有陆生植物出现，但数量不多，未能形成有工业价值的煤层。只有植物演化到一定阶段，高

大的木本植物繁殖堆积，才可形成广泛的、工业意义的煤层。

古气候：植物生长需要适宜的温度和湿度，即温度潮湿的气候。其中湿度是最重要的，

只要有足够的湿度，热带、亚热带、温带和寒带都可发育泥炭沼泽，并形成泥炭层。气温既

可影响植物繁殖速度也可影响植物遗体分解速度。在潮湿温暖的气候下沉积的煤层中含有许

多由粗大树干形成的光亮煤宽条带，而温和或微冷的气候下则光亮煤相对较少。

古地理：提供成煤的场所（泥炭形成环境）——常年积水的洼地。包括地形和沉积环境

在内的总体景观。煤层的前身是泥炭和腐泥，它们是沼泽的产物。古地理环境决定了煤层发

育的一般地段和最有利地段。虽然许多泥炭沼泽是由于海退形成的，但另一些则是由于海浸

的结果。

大地构造（地壳运动）：提供成煤作用缓慢而均匀的沉降运动（均衡补偿）和成煤坳陷,

同时也产生坳陷内部的次级隆起以及坳陷所导致的沉积作用分异。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，决定泥炭层形成厚度。

在以上4个条件中，大地构造因素往往起主导作用（见图2-6）,古气候、古地理受大

地构造的影响，而古生物的大量繁殖又是在合适的古气候、古地理条件下产生的。古结构在

区域上决定了海水进退，局部调节微地貌和水文条件，它是通过影响古地理进而影响这沉积

面貌和含煤性变化的。但大地构造因素不决定一切，因为某些古气候和古地理受全球性控制,

与大地构造因素无关。

图2-6泥炭沼泽形成条件关系

煤的形成是自然界生物成矿作用的重要地质事件，其赋存和分布不仅受古植物、古气候

和古地理环境的制约，也受一定构造格局的控制。在不同的构造背景和沉积环境下，形成了

不同含煤建造（含有煤层的沉积岩系）。所以，含煤建造是地壳构造演化特定阶段的产物。

不同地史时期的构造运动具有自身的特点，它对聚煤作用具有直接的影响，不仅影响聚煤盆

地形态、聚煤中心和富煤带的展布和迁移，而且奠定了大型聚煤区的分布，控制海水进退及

生物群的迁移。中国东部和西部古生代海西运动表现出的强度差异性、运动阶段性、旋回性

及定向迁移性，对晚古生代植物种群和聚煤作用的规律性变化起到了直接控制作用。进入中、

新时代，中国东部及亚洲东部滨太平洋区域的广大地区，地壳构造格局发生深刻变化，导致

北北东一北东向的隆起和坳陷以及强烈的褶皱和断裂发育。地壳的裂解致使古陆解体并漂

移，从而形成一系列大型构造盆地，为聚煤作用提供了良好的场所。

地史上植物的发生和繁殖同样受构造格局和沉积环境的影响。自然景观的变化，深刻地

影响生物有机体。植物由于遗传和变异、适应和选择而出现相应阶段性的变化。从低等植物

到高等植物，从水生植物、半水生植物到陆生植物，从简单到复杂，形成种类繁多的植物世

界，为煤的聚集提供了物质基础。正由于植物群落的演变呈现出继承性、阶段性发展，使中

国地史上聚煤模式经过了四个阶段(见图2-1),而且每一个阶段具有一定的特点，并在煤

岩性质方面留下了不同的标志。

二、沼泽分类

沼泽可发育在浅海的滨岸、泻湖海湾、水上三角洲、山间盆地、湖泊、冲积扇前缘、河

漫滩阶地和牛朝湖等处。

(1)根据水分补给来源的不同，可分为低位沼泽、中位沼泽或过度沼泽、高位沼泽。

低位沼泽：主要以地卜水为补给来源的潜水面较高的沼泽，其地卜水面的高度几乎与沼

泽表面相等，而且由于地形低凹，常被水淹没或者周期性地被水淹没。

中位沼泽或过度沼泽：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

分由大气降水补给的沼泽。

高位沼泽在：主要以大气降水为补给来源的泥炭沼泽，其地下水面经常低于凸起的沼泽

表面。

(2)根据沼泽距离海岸的远近，可分为近海泥炭沼泽和内陆泥炭沼泽。

近海泥炭沼泽：在近海区域不论是滨海平原、滨海三角洲平原，还是潮坪带都有泥炭沼

泽发育。

①滨海泥炭沼泽——在北美大西洋、墨西哥湾沿岸的海滨平原，宽达五百余千米；而

大部分海滨平原海拔不及30m,地势低平。海滨平原上分布着许多宽阔的河流盆地，由于泄

水不良，有泥炭沼泽发育，有些面积可达几千平方千米。

©三角洲平原泥炭沼泽——美国密西西比河三角洲及墨西哥湾北岸发育着大片的滨海

沼泽，局部伸入到大陆内部50km。各种植物带及其相应的沼泽平行海岸分布，由滨海生长

网茅等草本植物的咸水沼泽，在陆地上变成繁殖莞属等植物的微咸水沼泽以及生长芦苇的半

微咸水沼泽，最后变成以香蒲、芦苇为主的淡水沼泽。

©红树林泥炭沼泽——红树林泥炭沼泽是一种特殊类型的滨海泥炭沼泽。红树林是热

带地区的海岸植物，它生长在滨海的浅海滩上。涨潮时潮水淹没了浅海滩，树干被淹泡在水

中，只有树冠漂露在海面上，成为一片“海洋森林”；落潮后露出的树干常沾满污泥，树根

周围堆积了大量的浮泥（海滩上茂密的红树林，有减低流速和加速沉积的作用）。为了适应

长期浸泡在海水与淤泥等缺乏空气的环境中生活，又适应海岸风浪，红树具有发达的支柱根

和气根。红树的生长要求终年无霜，气候温暖、潮湿，世界上红树林大致分布在南北回归线

范围内。

内陆泥炭沼泽：内陆泥炭沼泽发育在山间盆地、内陆湖泊、冲积扇前缘、河漫滩阶地和

牛轨湖等处。

（3）根据沼泽内的植物群，可分为草本泥炭沼泽和木本泥炭沼泽。我国四川西北部的

康藏高原东北边缘的若尔盖沼泽都属草本泥炭沼泽。若尔盖沼泽海拔3400m,面积达

2700km2左右，该地区降水量大（年降水量为556〜860mm）,故地F水得到充分补给，而且

气候寒冷。蒸发量小，年平均湿度较大，沼泽内长满了喜湿的草本植物和低等植物，如蒿草、

苔草、睡莲和藻类，这些植物随着水的深浅呈带状分布，所以在沼泽中堆积着泥炭层。泥炭

层的厚度一般为2〜3m,厚者可达6m,古为内陆高原低位草本泥炭沼泽。

（4）根据水介质的含盐度，可分为淡水沼泽、半咸水沼泽和咸水沼泽。淡水沼泽一般

是内陆沼泽，在大陆上分布很广，有些是湖泊淤泥形成的，有些是由河流两侧的泛滥平原和

扇面地区形成的，如若尔盖沼泽、河北省围场县宽谷泥炭沼泽等。咸水沼泽和半咸水沼泽，

都是与海有关的近海泥炭沼泽，如我国海南省