一座煤矿的煤层厚薄与这地区的地壳下降速度及植物遗骸堆积的多少有关。地壳下降的速度快,植物遗骸堆积得厚,这座煤矿的煤层就厚,反之,地壳下降的速度缓慢,植物遗骸堆积的薄,这座煤矿的煤层就薄。又由于地壳的构造运动使原来水平的煤层发生褶皱和断裂,有一些煤层埋到地下更深的地方,有的又被排挤到地表,甚至露出地面,比较容易被人们发现。还有一些煤层相对比较薄,而且面积也不大,所以没有开采价值,有关煤炭的形成至今尚未找到更新的说法。
变质作用阶段 当褐煤层沉降到更深处时,受到继续升高的温度和不断增大的压力的作用,褐煤的内部分子结构、物理性质和化学性质发生变化,如颜色加深、光泽增强、挥发分减少、含炭量增高等,结果褐煤就逐渐转变为烟煤、无烟煤。这一变化过程就是煤的变质作用阶段。
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1.聚煤条件
(1)泥炭化和腐泥化作用阶段 高等植物的遗体暴露在空气中,或堆积在沼泽浅部的多氧条件下,由于大气、氧和喜氧细菌的作用,会遭受一定的氧化和分解。但随着植物遗体的不断堆积和埋藏深度的增加,则逐渐与空气隔绝,氧化环境转变为还原环境。在厌氧细菌的作用下,使氧化分解产物之间及分解产物与植物残体之间发生复杂的生物化学变化,形成多水和富含腐植酸的腐植质,这就是泥炭。从植物堆积到形成泥炭的作用,叫泥炭化作用。低等植物藻类和浮游生物死亡后沉到水底,在与空气隔绝的还原环境中,在厌氧细菌的作用下,富含脂肪和蛋白质的生物遗体分解,后转变为含水很多的絮状胶体物质——腐植胶。腐植胶再经脱水、压实即形成富含沥青质的腐泥。从低等植物及其他生物遗体沉积到形成腐泥的作用,称为腐泥化作用。
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成岩作用阶段 当泥炭或腐泥被泥砂等沉积物覆盖后,在上覆沉积物的静压力作用下,泥炭、腐泥逐渐失水、压实、固结,挥发分相对减少,含炭量相对增高,泥炭和腐泥分别逐渐转变成褐煤和腐泥褐煤。这一作用过程,称为煤的成岩阶段。
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从植物遗体的堆积到形成煤层的转化过程称为成煤作用。这是一个漫长而复杂的变化过程,通常分为两个阶段。
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煤炭是千百万年来植物的枝叶和根茎,在地面上堆积而成的一层极厚的黑色的腐植质,由于地壳的变动不断地埋入地下,长期与空气隔绝,并在高温高压下,经过一系列复杂的物理化学变化等因素,形成的黑色可然化石,这就是煤炭的形成过程。
植物遗体堆积成煤的首要条件是必须有茂盛的植物,保证成煤物质的充分供给;另一个条件是已死亡的植物应与空气隔绝,以免遭受完全氧化、分解和强烈的微生物作用而被彻底破坏。显然,不是任何地方都具备这样的条件,一般认为沼泽地区是适宜的环境。因为沼泽地有充足的水分,不仅有利于植物生长,而且为植物遗体的保存创造了条件。水体使植物遗体与空气隔绝,这样就妨碍了喜氧细菌的生存,从而使植物遗体免遭分解破坏,得以不断堆积。
煤是在各种地质因素综合作用的情况下形成的。要形成具有工业价值的煤层,须具备聚煤条件和成煤作用两个基本条件。
2.成煤作用
(2)煤化作用阶段 在泥炭和腐泥形成后,随着地壳不断下降,在温度升高、压力增大的影响下,逐渐转入成煤的第二个阶段,它包括成岩作用和变质作用两个亚阶段。