2023/9/191高等植物從死亡到變成泥炭過程→

泥炭化作用低等植物從死亡到變成腐泥過程→

腐泥化作用泥炭（腐泥）變成褐煤的過程→

成巖作用褐煤→煙煤→無煙煤的過程→

變質作用植物從死亡、堆積到轉變為煤所經歷的一系列演化過程成煤作用高等植物低等植物沼澤

湖泊或淺海

泥炭腐泥

煤褐煤→煙煤→無煙煤地下石墨泥炭（腐泥）化作用成巖作用變質作用煤化作用第一節成煤作用2023/9/192第二節成煤物質人類對煤形成的認識植物演化與成煤作用的關系植物的有機組成2023/9/193一、人類對煤形成的認識在十九世紀以前，人們還不能正確地解釋煤的形成過程。煤和地球上的其它巖石一樣，一有地球，就存在了；煤是由巖石變化而來的；煤是由植物變化來的。十九世紀以后，人們應用顯微鏡發現煤中還保留有一些植物的原來組成部分，從此揭開了成煤原始物質之謎，證實了煤是由植物變成的。結構鏡質體，胞腔充填角質鏡質體，透射光80×，遼寧阜新J3－K12023/9/19412

植物細胞結構（切片）1—據田寶霖2—據丁丕訓2023/9/195二、植物演化與成煤作用的關系成煤植物植物界可分為低等植物和高等植物兩大類別。屬于低等植物的有藻類和菌類，存在于元古代到早泥盆世，為植物發展演化的菌藻類植物時期。高等植物是由低等植物歷經長期演變而來的，在形體結構和生理功能特征上都比低等植物更加復雜。成煤作用也就具有階段性：原因在于植物演化與成煤作用具有密切關系，而植物演化具有明顯的階段性。2023/9/196二、植物演化與成煤作用的關系低等植物—主要是菌類和藻類1）由單細胞或多細胞構成，以蛋白質為其主要組成成分；2）基本呈絲狀體和葉狀體；3）構造簡單，不具備各種植物器官的分化；4）多生活于水體中而呈浮游狀態，故稱也為浮游生物。5）在地史早期(元古代到早泥盆世)，它們構成了當時植物界的主體成煤植物2023/9/197高等植物—苔蘚植物、蕨類植物、種子植物

1）它們的結構復雜，根、莖、葉等器官分明；

2）組成植物的基本結構單元是細胞。細胞由細胞壁和原生質組成。

3）細胞壁的主要組分是：纖維素、半纖維素、木質素。4）原生質是細胞的內含物，它是由蛋白質、脂肪和果膠質等一些碳水化合物組成的。成煤植物二、植物演化與成煤作用的關系2023/9/198植物的演化史

從地史上與成煤作用的關系，植物的演化大體上可以分為：1.菌藻類時代元古代到早泥盆世為低等植物發育時代，因此不可能有大規模的聚煤作用發生。廣闊、穩定的淺海環境提供了藻類大量繁殖的良好條件，這是地史上最早的聚煤時期。本時期所形成的煤，一般屬于高灰分的腐泥無煙煤類。南方寒武紀地層“石煤”。二、植物演化與成煤作用的關系2023/9/199植物的演化史二、植物演化與成煤作用的關系2．裸蕨植物時代晚志留世至早中泥盆世為世界上最古老的陸生植物時代。植物由水生到陸生的轉化過程，是植物由低等向高等發展的重要轉折時期。裸蕨類植物是地質歷史上最早的陸生植物，僅能適宜濱海潮濕低地。其高度不足1m，沒有真正的葉、根之分，仍然是比較原始的植物。2023/9/1910植物的演化史二、植物演化與成煤作用的關系3．蕨類、種子蕨類植物時代

晚泥盆世至晚二疊世早期，是高等植物發育、發展和演化的最重要的時期，以孢子植物蕨類和裸子植物的種子蕨為主。

這個時期的氣候條件是溫暖、潮濕，適合植物生長，在全球范圍內比較一致。如石炭-二疊紀煤層形成于此時代。2023/9/1911植物的演化史二、植物演化與成煤作用的關系石炭-二疊紀是全世界范圍內最重要的聚煤時期，地勢比較平坦，植物繁盛，聚煤作用強，為第一大聚煤時期，形成了分布廣泛的聚煤盆地和含煤地層。在我國華北和華南地區存在著重要的石炭-二疊紀煤炭盆地。如華北盆地、華南盆地等。2023/9/1912植物的演化史二、植物演化與成煤作用的關系4．裸子植物時代自晚二疊世晚期至中生代，是裸子植物最為繁盛的時代。主要特點是：地球上干旱氣候帶擴大，石炭-二疊紀的植物群逐漸衰落，由蕨類植物進入到裸子植物繁盛時期。侏羅紀和早白堊世被認為是世界上第二個重要的聚煤期。在我國，侏羅紀是最為重要聚煤時期。2023/9/1913植物的演化史二、植物演化與成煤作用的關系5．被子植物時代早白堊世以后至古、新近紀是植物進入到高級發展的重要階段。但是，這個時期構造活動更加強烈，氣候分帶也更加明顯。

這個時期被稱為世界上第三個重要聚煤時期。2023/9/1914二、植物演化與成煤作用的關系地質歷史時期的聚煤作用是與地質歷史中植物演化密不可分的，植物的演化和發展決定了聚煤作用的發生;因此要首先研究植物的演化特點，將植物演化研究與地質歷史發展、盆地聚煤作用研究緊密的結合起來，闡明聚煤作用的機制。2023/9/19152023/9/1916三、植物的有機組成

碳水化合物木質素蛋白質脂類化合物2023/9/1917三、植物的有機組成高等植物的器官:根：植物進化過程中適應陸生條件所形成的一種器官，它具有吸收、支持、合成和貯藏的功能。莖：主要功能是將水分、無機鹽類和有機營養物質運送到植物體的各個部分，此外，還有貯藏養料的功能。葉：主要功能是光合作用和蒸騰作用，它們都是植物賴以生存所必須的。2023/9/1918三、植物的有機組成高等植物的組織:

根據高等植物的組織功能和結構的不同，可劃分為分生組織、薄壁組織、保護組織、輸導組織、機械組織和分泌組織。其中，后5種組織都是器官形成時由分生組織衍生的細胞發展而成。2023/9/1919三、植物的有機組成植物主要是由有機物質構成，但也含有一定量的無機物質。不論是低等植物還是高等植物，主要都是由碳水化合物（包括纖維素、半纖維素和果膠質等）、木質素、蛋白質和脂類化合物等組成。各類植物以及同一植物的不同部分其有機組成各不相同。低等植物主要由蛋白質和碳水化合物組成，脂肪含量比較高。2023/9/1920三、植物的有機組成

高等植物的組成則以纖維素、半纖維素和木質素為主。木本植物的有機組成差別很大，活細胞中的原生質主要是由蛋白質組成，莖和葉以纖維素、木質素為主。植物的角質膜、木栓層、孢子和花粉則含有大量的脂類化合物。植物的有機組成的差別，直接影響到它的分解和轉化，影響到煤的性質和利用。2023/9/1921植物碳水化合物木質素蛋白質脂類化合物細菌綠藻苔蘚蕨類草類松柏及闊葉樹12-28050-805-2030-40040-5010-2030-501015-208-1050-6020-3010-153-550-7020-305-105-1060-7020-301-71-3木本植物的不同部分木質部60-7520-3012-3葉652085-8木栓6010225-30孢粉質50090原生質2007010三、植物的有機組成2023/9/1922（一）碳水化合物：

是植物細胞壁的主要成分，包括纖維素、半纖維素和果膠質等。纖維素是構成植物細胞壁的主要成分，在溶液中呈膠體，容易水解；植物死亡后，在氧化條件下容易受喜氧性細菌、霉菌等微生物的作用而分解成CO2、CH4和水。半纖維素和果膠的化學組成和性質與纖維素相近，但比纖維素更易水解為糖類和酸。三、植物的有機組成2023/9/1923

（二）木質素：

也是植物細胞壁的主要成分。它在植物中主要起著增強植物組織機械強度的作用。木質素是具有芳香結構的化合物。它的結構復雜，至今尚不能用一個結構式來表示，但是已知它是一個具有縮合芳香環，并帶有側鏈，具有甲氧基、酚羥基、醇羥基、醛基等多種官能團的物質。在堿性介質中容易氧化成類似腐植酸的多環芳香羧酸。所以木質素是植物轉變成煤的原始物質中最重要的有機組分。三、植物的有機組成2023/9/1924

（三）蛋白質：

細胞中的原生質主要由蛋白質組成。蛋白質是由若干個氨基酸按一定鍵結合而成的結構復雜的高分子化合物，含有羧基和羥基，具有酸性和堿性，是一種具有強烈親水性的膠體。低等植物中蛋白質含量高，如藻類、細菌等；在高等植物中蛋白質含量較少。植物死亡后，蛋白質在供氧充分的條件下可以全部分解成氣態氨、硫化氫等氣體。在缺氧條件下，主要生成氨基酸、卟啉等含氮化合物。煤中的部分氮就與植物的蛋白質有關。三、植物的有機組成2023/9/1925

（四）酯類化合物：

包括脂肪、蠟質、樹脂、角質與木栓質及孢粉質等等。

1、脂肪

在低等植物中含量較多，如藻類中脂肪達20％。但在高等植物中一般僅含1％~2％，且大多集中在植物的孢子和種子中。在生物化學作用過程中，脂肪能被水解，生成脂肪酸和甘油。脂肪酸參加了成煤作用。三、植物的有機組成2023/9/19262、蠟質

蠟質在植物中呈薄層覆蓋在莖、葉和果實外皮上。蠟質成分比較復雜，化學性質穩定。在泥炭和褐煤中常常可以看到蠟質。三、植物的有機組成2023/9/19273、樹脂

樹脂是植物生長過程中的分泌物，當植物受傷時，就分泌出膠狀樹脂保護傷口。樹脂的化學性質十分穩定，因此能很好地保存在煤中。三、植物的有機組成2023/9/19284、角質與木栓質

角質與木栓質都是植物保護組織產生的物質。角質是構造角質層的主要成分，它是脂肪酸脫水或聚合的產物，主要成分是各種角質酸。木栓質是構造植物木栓層的主要成分。角質與木栓質的化學性質穩定，因而由它們形成的植物組織常保存于煤中。三、植物的有機組成2023/9/19295、孢粉質

孢粉質是構成植物孢子與花粉外壁的主要有機組分。它具有脂肪族——芳香族碳網結構、化學性質甚為穩定，能耐一定的溫度和酸、堿的處理，不溶于有機溶液。古生代煤中常保存有大量孢子。三、植物的有機組成2023/9/1930

此外，植物中還有鞣質、色素等成分。鞣質是由不同組成的芳香族化合物混合而成，具有酚的特性。色素是植物體內貯存和傳送能量的重要因子。三、植物的有機組成2023/9/1931

不論是高等植物還是低等植物，都是成煤的重要原始物質。成煤的原始物質不同，必然導致煤在性質上的差異和具有不同的用途。高等植物

沼澤環境

腐植煤低等植物

湖泊環境

腐泥煤高等植物低等植物

沼澤、湖泊環境

混合煤三、植物的有機組成2023/9/1932第三節植物遺體的堆積環境

植物遺體不是在任何環境下都能夠堆積起來而轉化成泥炭和腐泥的，必須具備兩個基本條件：必須有大量植物的持續繁殖和發展，這是成煤的物質基礎；植物遺體堆積起來后應及時與空氣隔絕，以使植物遺體不被分解，能保存下來并進一步轉化成泥炭或腐泥。自然界中，符合這兩個條件的堆積環境中，最主要的是沼澤（或泥炭沼澤）。2023/9/1933

泥炭的形成與積累植物殘骸的堆積方式第三節植物遺體的堆積環境2023/9/1934一、泥炭的形成與積累植物遺體生物化學作用——分解、合成與聚積

當有機質堆積增長量>分解量

泥炭層泥炭的形成與積累微生物的數量：隨埋深增大而減小水分和熱量條件：適宜溫度和濕度植物有機體的增長量與大氣和土壤的溫度等環境因素有關還取決于植物殘體的分解強度微生物的種類：喜氧、厭氧土壤的酸堿度：中性、弱堿性有機質的組成：化學組成不同，分解速度和抵抗分解的能力不同2023/9/1935一、泥炭的形成與積累不同土壤深度的微生物變化植物有機體分解強度和水熱的關系土壤深度/m2-5306090120150喜氧細菌/10525.011.58.05.00.60.06厭氧細菌/10513.018.020.09.01.00.02微生物活動強度土溫/℃濕度占最大持水量/%弱>30>80極強30~2080~60較強20~1060~40較弱10~540~20極弱<5<202023/9/1936二、植物殘骸的堆積方式植物殘骸的堆積方式：原地生成說與異地生成說原地生成說：造煤植物殘骸堆積于植物繁衍生存的泥炭沼澤內，沒有經過搬運，在原地堆積并轉變為泥炭。

異地生成說：泥炭層形成的地方，即植物殘體大量堆積的地方并不是成煤植物生長的地方，植物殘體從生長地經過長距離搬運后，再在淺水盆地、瀉湖、三角洲地帶堆積而成。

原地與異地兩種泥炭堆積方式都是存在的，且具工業可采意義的煤層大都是原地成因的。2023/9/1937第四節泥炭沼澤

泥炭沼澤及其形成條件泥炭沼澤形成的方式泥炭沼澤的類型2023/9/1938一、泥炭沼澤及其形成條件

沼澤：指有植物生長的常年積水的洼地。沼澤中植物死亡后其遺體能夠被沼澤水所覆蓋，使其與空氣隔絕而不被完全氧化分解，并在逐漸堆積過程后經以生物化學作用為主的變化后可轉變成泥炭的，稱為泥炭沼澤。

沼澤的形成和發育是地質、地貌、氣候、水文、土壤、植被等多種自然因素綜合作用的產物。2023/9/1939一、泥炭沼澤及其形成條件（一）泥炭沼澤的形成條件：1、低洼的能夠積水的地形和能夠給植物提供養分的土壤；2、年降水量大于蒸發量的氣候條件；3、入水量（流入的地表水、地下水與大氣降水）>出水量（流出的地表水、地下水與蒸發量）。2023/9/1940一、泥炭沼澤及其形成條件（二）泥炭沼澤發育的主要環境1.泥炭沼澤重要發育地帶——濱海平原濱海地帶海水與沿海陸地地表水與潛水之間相互關系，有利于泥炭沼澤發育；濱海地帶的海灣內，由于波浪作用微弱，形成了海灣封閉形成海灣瀉湖，有利于泥炭沼澤發育；三角洲平原上分流河道之間的低洼地及靠近海邊緣部分的瀉湖濕洼地；在熱帶、亞熱帶地區的海岸和河口地區，還可以形成一種特殊類型的濱海泥炭沼澤——紅樹林泥炭沼澤。2023/9/1941一、泥炭沼澤及其形成條件2.內陸有利發育泥炭沼澤的地區—河流作用、冰川作用的河湖地帶。在山丘、丘陵等暫時性水流附近有一些洼地，平原地帶經常性水流周圍的洼地成為泥炭沼澤場所；河流發源地溝谷地區，由于在徑流地區的谷底易形成相對平衡剖面，取得較穩定潛水補給，易泥炭沼澤；山前沖積扇地區的扇前洼地地下水不斷溢出，形成養分較好條件，有利于泥炭沼澤；2023/9/1942一、泥炭沼澤及其形成條件曲流河形成的牛軛湖及河漫灘或河漫湖泊等地成為良好泥炭沼澤聚集場所；濱湖洼地由于受到潛水和洪水泛濫影響，由于湖水上漲，形成了植物生長，有利于泥炭沼澤發育；大陸或高原的構造相對穩定期由于排水性質差，形成了泥潭沼澤發育地區；在山地封閉或半封閉山間盆地中，由于地表水和地下水匯集，形成了泥炭沼澤發育。2023/9/1943一、泥炭沼澤及其形成條件大陸內部，由于大陸冰川的消融和退縮，留下了一系列的冰蝕、冰積地貌，形成了泥炭發育地區；熱帶或亞熱帶巖溶地貌發育，成為泥炭發育地區；氣候條件對泥炭沼澤起重要作用，影響了植物的生長和植物殘體分解強度，從而控制了泥炭的發育2023/9/1944二、泥炭沼澤形成方式

泥炭沼澤是水域和陸地的過渡形態，因此它的形成產生于兩種泥炭沼澤化的方式：即由陸地演化為泥炭沼澤，稱為陸地泥炭沼澤化；或由水域轉化為泥炭沼澤，稱為水域泥炭沼澤化。

水域泥炭沼澤化的三種模式：

淺水緩岸湖泥炭沼澤化的發育模式：植物由四周向湖心發展深水陡岸湖泥炭沼澤化發育模式：漂浮植物死亡沉入湖底形成泥炭小河泥炭沼澤化模式：與第一種類似，但植物分帶不明顯陸地沼澤化比水域沼澤化更為廣泛，面積也較大，尤以氣候溫和、濕潤地帶最為發育。2023/9/1945三、泥炭沼澤類型

按泥炭沼澤的表面形態和水源補給，以及養分和植被等特征，泥炭沼澤可劃分：低位泥炭沼澤、高位泥炭沼澤和中位泥炭沼澤。1、低位泥炭沼澤

地形低洼，潛水面較高，主要由地下水補給水，潛水面與沼澤水位基本相同。又稱富營養泥炭沼澤，對成煤最為有利。低位泥炭沼澤2023/9/1946三、泥炭沼澤類型2、高位泥炭沼澤

水源主要是由大氣降水補給的沼澤。其水面位于潛水面之上，水源不充足，水中缺少礦物質，因而一般沒有高大的植物生長。又稱貧營養泥炭沼澤，在成煤過程中的作用不太重要。高位泥炭沼澤3、中位泥炭沼澤

介于兩者之間，潛水面位于泥炭層內，水源來自地下水和大氣降水。又稱過渡類型或中營養泥炭沼澤。2023/9/1947第五節泥炭的主要組成及性質

泥炭的化學組成泥炭的主要物理、化學性質泥炭的類型2023/9/1948一、泥炭的化學組成

泥炭的化學組成，除含有大量水分外，還包括有機質和礦物質。1、泥炭的有機質：

主要包括末完全分解的植物殘體和腐植質。有機質的含量是指有機質占泥炭干物質總量的百分比。在我國的泥炭資源中，多以富營養草本泥炭為主，有機質含量一般為50％~70％左右。

C元素：50%~60%，木本泥炭碳含量較高，草本次之，蘚類泥灰較低。

H元素：4.7%~7.5%，由貧營養泥炭至富營養泥炭氫的含量減少。

O元素：30%~40%，受形成泥炭的植物及其分解程度的影響。

N元素：與泥炭類型有關，富營養泥炭氮含較高，1.5%~3.5%。2023/9/1949一、泥炭的化學組成

泥炭有機質的有機組分組成較為復雜，主要包括：

用有機溶劑從泥炭中萃取出的物質，統稱為類脂或瀝青；用熱水從泥炭中提取的物質為水溶物，在無機酸中存在的經水解后溶解的物質為易水解物。以稀堿溶液從泥炭中提取的物質，稱為腐植酸，它是泥炭的特征組分。2023/9/1950一、泥炭的化學組成2、泥炭的礦物質：泥炭礦物質也是泥炭物質組成的重要部分，主要來源于：

一方面是在水、風和其他動力的作用下，使礦物質運移到泥炭中并聚集起來；

另一方面則是來源于形成泥炭的植物體本身。

常見的有氧化物、氫氧化物、碳酸鹽類等；在無機礦物中，最常見的有石英、次生粘土礦物。2023/9/1951二、泥炭的物理、化學性質

泥炭的性質反映出泥炭形成和演化的環境，它直接或間接地反映了泥炭的化學組成，這對評價泥炭的加工利用有重要的意義。1．分解度泥炭的分解度是指植物殘體內由于腐解作用而失去細胞結構物質的相對含量，即泥炭中無定形腐植質占有機質的百分含量。分解度是表示泥炭分解的強度，在一定程度上反映出泥炭化作用的程度，因此，它是評價泥炭質量及加工利用方向的重要依據之一。2023/9/1952二、泥炭的物理、化學性質2、泥炭的含水性質：

泥炭由于富含有機質，具分散、疏松多孔的結構，因此泥炭有吸收和保持大量水分的性能。包括濕度、持水量兩種表示方法：

泥炭濕度：指泥炭中含有的水分重量占泥炭總重量(干物質+水分)的百分比。

泥炭的持水量：是指泥炭中含有的水分重量占泥炭干物質重量的百分比。泥炭的含水性質與泥炭類型、泥炭形成時的水文條件有關外，還與泥炭的分解度、灰分含量、植物殘體種屬等有關。2023/9/1953二、泥炭的物理、化學性質3、泥炭的比重和容重：

泥炭干燥時重量輕，比重、容重都較小，這是區別于其他固體可燃礦產的典型物理性質。比重一般為1.20~1.60。泥炭在自然狀態下的容重稱為濕容重，一般為1.00~1.30g/cm3;烘干或風干后的干容重，一般為0.2~0.58g/cm3。2023/9/1954二、泥炭的物理、化學性質4、泥炭的結構和顏色：

泥炭結構疏松、多孔，力學穩定性