煤是怎么来的

煤炭的来源是古代植物埋藏在地下经历了复杂的生物化学和物理化学变化逐渐形成的固体可燃性矿物。

煤炭被人们誉为黑色的金子，工业的食粮，它是十八世纪以来人类世界使用的主要能源之一，进入二十一世纪以来，虽然煤炭的价值大不如从前，但毕竟目前和未来很长的一段时间之内煤炭还是我们人类的生产生活必不可缺的能量来源之一，煤炭的供应也关系到我国的工业乃至整个社会方方面面的发展的稳定，煤炭的供应安全问题也是我国能源安全中最重要的一环。

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

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。

煤炭是这样形成的吗？有些论述是否应当进一步加以研究和探讨。一座大的煤矿，煤层很厚，煤质很优，但总的来说它的面积并不算很大。如果是千百万年植物的枝叶和根茎自然椎积而成的，它的面积应当是很大的。因为在远古时期地球上到处都是森林和草原，因此，地下也应当到处有储存煤炭的痕迹；煤层也不一定很厚，因为植物的枝叶、根茎腐烂变成腐植质，又会被植物吸收，如此反复，最终被埋入地下时也不会那么集中，土层与煤层的界限也不会划分得那么清楚。

但是，无可否认的事实和依据，煤炭千真万确是植物的残骸经过一系统的演变形成的，这是颠簸不破的真理，只要仔细观察一下煤块，就可以看到有植物的叶和根茎的痕迹；如果把煤切成薄片放到显微镜下观察，就能发现非常清楚的植物组织和构造，而且有时在煤层里还保存着像树干一类的东西，有的煤层里还包裹着完整的昆虫化石。值得探讨的是它为何形成得如此集中，而且又是那么如此的优质呢？

记得上小学的时候，我家住在离城不远的乡村，每当盛夏雨季来临时，一场暴雨过后，村子中央就会出现一条湍急的“小溪流”，我们许多小朋友就会跑到那里面去嬉戏，那小溪流也会因暴雨停止时间的延长，而变得越来越小，最后干涸。但在没有断流之前你会发现，很多水流处却被冲下来的木棍儿、杂草等漂浮物堵塞，形成一个个小的水坎儿。为了能让水流通畅，我们不时地把那些小水坎扒开，有的时候也会借此筑起一道小溪上的“堤坝”。既便是现在居住在城里，一场暴雨过后，街道上很多地方也会出现各种各样的漂浮物截住了水流，堵塞了下水道口，而且很多漂浮物又被集中地滞留在一个地方的现象。

小巫见大巫，由此我们便可以推断出煤炭的形成可能与洪水有直接关系。如果没有洪水那样强大的力量和搬运的功能，煤炭的形成绝对不会那么集中，也不会那么优质。

我们可以设想一下，在千百万年前的地质历史期间，由于气候条件非常适宜，地面上生长着繁茂高大的植物，在海滨和内陆沼泽地带，也生长着大量的植物，那时的雨量又是相当的充沛，当百年一遇的洪水或海啸等自然灾害降临时，就会淹没了草原、淹没了大片森林，那里的大小植物就会被连根拨起，漂浮在水面上，植物根须上的泥土也会随之被冲刷得干干净净，这些带着须根和枝杈的大小树木及草类植物也会相互攀缠在一起，顺流漂浮而下，一旦被冲到浅滩、湾叉就会搁浅，它们就会在那里安家落户，并且象筛子一样把所有的漂浮物筛选在那里，很快这里就会形成一道屏障，并且这个地方还会是下次洪水堆积植物残骸（也会有许多动物的残骸）的地方。当洪水消退后，这里就会形成一道逶迤的堆积植物残骸的丘岭，再经过长期的地质变化，这座植物残骸的丘岭就会逐渐地埋入地下，最后演变成今天的煤矿。

那么也许有人会问，1998年中国遭受的一场罕见的水灾，为何没有出现这样的情况呢？我认为，那是因为中国目前的森林覆盖率很低，而且有森林的地方多在高海拔地区，在平原到处是粮田，几乎到了没有什么森林可淹的境地，只不过是淹没了一些农田的防护林，并且农田防护林的树木很稀少，而且树木的根须又十分的发达，抓地抓得十分牢固，短时间的浸泡、冲击不会造成多大危害。而森林中的树木就不同了，很多树木都挤在一起生活，它们为了吸食太阳的能量，拼命地往上长，根须并不发达，一旦一处树木被洪水连根拨起，就会连带成片的树木被洪水毁掉，就如同放木排一样，顺流漂浮而下，势不可挡，最后全部堆积在一个地方。

另外，由于人类对大自然认识的增强，抵御突发性自然灾害的能力不断提高，兴修水利，筑起坚固的堤坝，加固江堤、河堤，大大地减缓了凶猛洪水的冲击力，泛滥的现象少了，甚至乖乖地听从人类的召唤，并把凶猛的洪水变成了电能、动能、热能，造福于人类，服务于人类社会。

不仅洪水有搬运动植物这样的能力，而且潮汐、台风、海啸也具备这样的能力。由于地震、火山喷发等因素引起的海啸，可以使海浪掀起三、四十米还高，并且在顷刻之间把一个岛屿上的动植物扫荡一空；把海岸线附近的一切生物全部洗劫。

再者，地球表面上的物质不可能永久的一成不变地等待着地球进行沉降运动的，而且地球表面上的物质是在不断地循环流动着的。因此，“水灾说”是使煤炭形成得如此集中、优质，还是有一定的道理的，是有说服力的，也是能够令人信服的。

煤和石油是人类生产活动中两种最重要的能源，也是重要的化工原料，前者被比作工业的粮食，后者则被比作工业的血液。煤和石油都是化石燃料，它们的主要成分都为有机物，这意味着它们最初都应该是由早期地球生命演变而来。那么，煤和石油具体是怎么形成的呢？

煤的形成理论

根据现有的理论，地球上大部分的煤都起源于树木、蕨类植物和其他热带森林植物，它们所生活的时代比现在更加温暖。正因为如此，世界上的煤层都是在陆地上发现的。

在3.6亿年前至3亿年前的石炭纪，地球上进化出了木本植物。然而，当时地球上的微生物无法分解木质素，所以这些植物死亡之后不会很快烂掉。再加上那个时候的地球上遍布沼泽地，所以植物死亡后会被泥沙封存起来。经过不断的地质变迁之后，这些物质会在一定温度和压力下逐渐碳化，最终形成了固状的煤炭。

也就是说，煤是特定的环境下才会形成，目前的地球上已经没有这样的条件，因为植物死亡之后很快会被各种微生物分解掉。因此，煤会被用尽，这是一种不可再生能源。

石油的形成理论

石油广泛分布于陆地和海洋中，它们的确切成因仍然是未知的，一种观点认为石油不是由生物形成的，还有一种观点认为石油是由动物的尸骸演变而成的。

（1）非生物成油理论

在早期地球上，地壳内富含水、碳以及各种碳氢化合物。与水相比，碳氢化合物的密度较低，它们就会向地表上浮，这些物质最终就形成了液状的石油。

（2）生物成油理论

由于科学家在石油中发现过很多生命的迹象，所以更多科学家支持生物成油理论。研究表明，石油最初的来源为细菌、藻类和浮游生物。这些生物死亡后沉入海底和湖底，它们的遗体被泥土覆盖，形成泥质沉积物。

由于泥质沉积物会被更多的泥沙所掩埋，这会导致温度和压力逐渐增加，泥质沉积物开始转变为岩石。生物的遗体在这个过程中发生了化学变化，慢慢地演变成了石油和天然气。随着时间的推移，石油和天然气向上迁移到沉积岩盆地中，并被困在其中，形成油田和气田。地球上的每一个油田都有自己的特点，就像地球上没有两片完全相同的雪花一样，也没有两个油田包含完全相同的液体。

不像煤炭的形成需要特殊条件那样，石油的形成只需要一定的时间，可能要数千万年。因此，从某种意义上来说，石油是可再生能源。只是由于人类开采和使用石油的速度大于石油形成的速度，所以石油也会面临枯竭的问题。

众所周知，煤是由植物变成的，但怎么证明煤是植物变成的呢？

地质学家在煤层的顶板、底板与煤层中找到了大量的植物化石，还发现了被压扁了的煤化树干，在其横断面上可以看到十分清晰的植物年轮。如果把煤做成薄片在显微镜下观察，还可以看到植物细胞组织的残留痕迹以及孢子、花粉、树脂、角质层等植物遗体。在我国东北著名的抚顺煤矿的煤层中发现有大量的琥珀，有的当中还包裹着完整的昆虫化石。这些琥珀就是由原来的树林分泌的树脂变成的。所有这些都有力地证明了煤是由植物遗体堆积转化而来的。因为煤是由植物演变而成，所以还应当进一步了解植物又是怎样形成与演化的，这对理解煤的生成过程会更深刻。

（一）植物的形成、发展与演化

植物的形成与演化在地球发展历史上经历了一个漫长的时期。地球的诞生距今已有 46 亿年了，经历了不同的发展阶段。46 亿年到 38 亿年期间是地球的天文演化阶段，是地球原始地壳的形成阶段，是特殊的地球早期史时期，从生物演化角度在地质历史上称作冥古宙，迄今了解程度最差，对地球的了解多数只是推测。38 亿到 25 亿年期间是具有明确地史纪录的初始阶段，地质历史上称作太古宙，地球上诞生了生命。关于生命的起源问题，目前仍然处于不断探讨和逐步深入阶段。基本有两种倾向性认识：一种认为是起源于地球自身的演化过程，由无机物 C、H、O、N、S 等元素逐步演化而成；另一种认为生命起源于其他星体，后来才被带到地球上来的。生命出现后，经历了漫长的演变进化，逐渐出现了动植物。在漫长的不同地质历史时期，曾出现过千姿百态的植物，有的已经绝灭了，成为地史上的过客，有的延续至今，一直为我们的地球披着浓重的绿装。古生物学家把植物的演化和发展划分成四个阶段。

1. 菌藻植物阶段

在西澳大利亚 34 亿～ 35 亿年的沉积岩中发现的丝状、链状细胞，可能代表了最早的菌、藻类生物体。25 亿至 5.7 亿年间，地史上称作元古代，经过漫长的生物进化过程，出现了大量的微古植物和叠采石，既有原核生物又有真核生物。在元古代的末期地史上称作震旦纪时期出现了动物，各种藻类进一步发展，有的地区由此而形成了最初的低级煤线层。到了大约 5.7 亿年至 5 亿年间，地史上称作寒武纪，藻类有了更大的发展，不仅在种类上繁多，有蓝藻、红藻和绿藻，而且在数量上更加繁荣，足可以形成一定规模的藻类煤层。

2. 蕨类植物阶段

藻类植物的演化进步，在地史大约4.4亿年的奥陶纪末期出现了蕨类植物；到了4亿～3.5亿年间的志留纪末泥盆纪初，蕨类植物得到了大发展，从海生转到陆生，裸蕨植物是世界上第一个登上陆地的植物群。自晚泥盆世至早二叠世，裸蕨植物的后代壮大发展，出现了石松植物、真蕨植物等，它们开始有明显的根、茎、叶的分化，输导系统进一步发展为管状中柱和网状中柱。有些植物（如种子蕨）具有大型叶，从而扩大了光合作用的面积。晚泥盆世地球上已出现大面积的植物群，乔木型植物比较普遍。石炭纪全球出现了不同的植物地理区，地层中还可发现苏铁、银杏、松柏等裸子植物化石。当时的各种植物在适宜的环境中大量繁殖堆积，形成煤层。中石炭世至早二叠世是全球最重要的成煤时期（图 5-1-1）。

3. 裸子植物阶段

晚二叠世至早白垩世，裸子植物获得空前发展。由于地壳运动加剧，古气候、古地理环境发生明显变化，蕨类植物和早期裸子植物衰减，新生的裸子植物逐渐繁荣起来。它们一般都具有大型羽状复叶，树干高大。在所发现的松柏类化石中，科达树高度可达 20 ～ 30 米，树顶浓密的枝叶组成茂盛、庞大的树冠。这一时期也成为地史上重要的聚煤阶段。

4. 被子植物阶段

在植物界的家族中，被子植物是出现较晚的成员。可靠的被子植物化石见于早白垩世的晚期，到晚白垩世被子植物化石已很普遍，说明它们对陆地环境有很强的适应能力。进一步进化发展，被子植物逐渐开始排挤裸子植物，进入第三纪就占有绝对统治地位了。被子植物已经具有完善的输导组织和支持组织，生理机能大大提高了。今天的被子植物分布极其广泛，无论是寒带还是热带，到处都可以找到被子植物的踪迹，被子植物约有 27 万多种，数量占整个植物界的一半还多。

植物的繁盛，为煤层的形成提供了物质条件，是先决因素。但有了植物不一定就能变成煤。煤的形成是有条件的，是许多地质因素综合作用的结果。既要有适宜的气候，大量植物繁殖的条件；又要有适宜的堆积场所，有很好的覆盖层把它盖起来，处在一个缺氧的还原环境下。所有这些条件缺一不可，而这些条件都是受到地壳运动控制的，大致可从成煤环境和成煤过程两方面来说明。

（二）成煤环境

成煤环境大致由沉积环境即煤盆地的形成与发展、气候、植物等条件构成。

1. 沉积环境即煤盆的形成与发展

群山环绕中间低洼的地貌被称为盆地。盆地是地壳运动的历史产物。地壳运动使地壳结构不断地变化和发展，引起各种各样的地质作用，形成各种各样的地壳变形，控制着地球表面海陆的分布。地壳的某些部分受到强烈的构造运动后形成大规模的褶皱中的沉降带，或者形成与一系列隆起带相间排列的沉降带，或者由断裂构造控制的断陷带，统称构造盆地。还有由侵蚀作用形成的侵蚀洼地，称作侵蚀盆地。构造盆地与侵蚀盆地都是地壳相对下陷的沉积盆地。我们把含有煤线或煤层的沉积盆地称为含煤盆地或成煤盆地。含煤盆地是沉积盆地的一种。在新疆，著名的盆地有塔里木盆地、准噶尔盆地、吐鲁番盆地、伊犁盆地等。由于构造运动的不同而致使盆地类型多种多样。构造盆地大致可分为波状凹陷盆地和断裂凹陷盆地。波状凹陷盆地主要是由震荡为主的运动所造成，其特点是沉降的差异性较小，凹陷盆地的基底连续性较好。断裂凹陷盆地主要是由以间歇沉降为主的运动所造成，沉降运动的差异性比较大，凹陷盆地的基底连续性较差。

波状凹陷盆地内形成的煤及其他沉积层（含煤建造）一般厚度都不大，但比较稳定，常常呈现着自凹陷边缘向中心逐渐增厚的趋势。含煤建造的岩性、岩相和煤层变化也比较少，在大范围内常有一定的变化规律。形成的煤层多以薄煤层和中煤层为主，有时也有厚煤层出现。

断裂凹陷盆地内形成的含煤建造一般岩性、岩相和煤层不稳定，厚度变化比较大，可达数百米至数千米，常形成厚煤层。变化大的原因与凹陷盆地基底的沉降差异有关。如果凹陷盆地的断裂构造比较简单，仅发育凹陷盆地的一侧或两侧，凹陷盆地的基底运动差异比较小，则含煤建造的厚度、岩性、岩相和含煤性变化也不大。如果凹陷盆地的断裂构造比较复杂，不仅发育于凹陷的一侧或两侧，而且在凹陷内部断裂构造的发育也极其复杂，常为一系列的地堑、地垒和各种断块所组成。当凹陷盆地的基底沉降时，由于各个断块沉降不均匀，因而凹陷盆地的基底沉降的差异就比较大，含煤建造的厚度、岩性、岩相和含煤性的变化也就比较大。常常在短距离内就迅速发生变化，煤层层数由几层到数十层，煤层厚度可由几米迅速变化到几十米甚至上百米。煤层的分叉和尖灭现象也很突出，对应煤层的可比性较差（图 5-1-3、图 5-1-4）。

在波状凹陷盆地与断裂凹陷盆地之间往往还存在着一系列的过渡类型，特别是在一些大型的聚煤凹陷盆地多兼有两者的特征。波状凹陷盆地和断裂凹陷盆地在空间的分布上常常结合在一起同时出现，在时间的演变上则相互转化。例如在新疆准噶尔盆地中生代聚煤盆地中，三叠纪和早、中侏罗世含煤建造沉积时，靠近南部天山的山前部分是一个断裂凹陷盆地。但是到了晚侏罗世和白垩纪的地层沉积时，南部的断裂凹陷盆地基本上停止了活动，使原来兼有断裂凹陷和波状凹陷的断裂凹陷盆地，发展成为一个统一的波状凹陷盆地。一般来讲，从盆地边缘到中心成煤的厚度由薄到厚逐渐增加，但由于地壳构造运动的复杂性、不均匀性、时差性，造成聚煤盆地类型的过渡性与多样性，聚煤盆地的中心就发生了迁移变化，形成多个不同的沉积中心，使沉积的煤层厚度也发生了复杂的变化。这种现象不仅在一些大的成煤盆地中有所表现，在一些较小的成煤盆地中也有所显示。比如在大的盆地的中心是一个沉积中心，但随着一侧沉降的较强烈，而另一侧沉降的较缓慢、微弱；或因一侧上升的缓慢、微弱，而另一侧上升的剧烈，沉积中心都向相对沉降较快的一侧迁移，而相对上升的部分较老的沉积物可能遭到剥蚀。还由于在某些盆地的原始基地即盆地的沉积底部初始地形就比较复杂，高低不平，在大盆地内常常形成一些互相隔离的多个小型盆地或谷地；如果又具备了成煤条件，会形成多个聚煤中心，使煤层厚度发生变化（图 5-1-5）。随着沉积的不断进行，致使各个小型盆地填平补齐，构成一个统一大的盆地，形成一个新的统一的沉积中心。由于后来地壳运动的加快，原来多个聚煤小盆地面积不断扩大，形成了更大的统一的聚煤盆地，这也可能形成其上部煤层统一下部分布不连续的多个聚煤中心。聚煤中心的迁移是个多见的现象。在新疆准南煤田，早侏罗纪的聚煤中心在阜康一带，而到了中侏罗纪聚煤中心则向西迁移到乌鲁木齐至玛纳斯一带。一般来说，聚煤中心与沉积中心是一致的，但是由于含煤建造形成时受地壳运动的影响具有分带性，沉积中心随时间的变化具有水平迁移现象。沉积中心的沉降速度大于植物堆积速度时，就会被泥砂所充填，使煤层在沉积中心位置分叉甚至尖灭。而沉积中心的边部沉降速度保持平衡的地方，就是煤层沉积最厚的地方，也就是聚煤中心形成的地方，这样聚煤中心就和沉积中心不一致。

由于成煤后构造运动的影响，使已经形成的含煤盆地发生褶皱、断裂、甚至隆起。褶皱构造常常表现为背斜和向斜，断裂则使煤层或地层发生错位及位移形成断层。因此形成煤的含煤盆地与现在我们看到的沉积盆地面貌不完全一样，有的甚至是翻天覆地的变化（图 5-1-6、图5-1-7、图 5-1-8、图 5-1-9、图 5-1-10、图 5-1-11、图 5-1-12）。

含煤盆地形成后一般又经历了复杂的变化。这是由于，在地质发展历史中，由于内力与外力的作用，组成地壳的岩层不断地进行着改造与建造。地壳构造运动使部分地壳上升，也使另外部分地壳下降。上升部分的地壳岩层不断遭受到风化剥蚀，被流水冲刷，被风吹蚀；下降部分的低洼盆地不断接收沉积。这种旧岩层的不断毁坏和新岩层的不断形成，可能在同一个盆地中反复进行，形成了具有成生联系的沉积岩系即沉积建造。当盆地具有适宜煤生成的气候、植物条件，就形成了含有煤层的具有成生联系的沉积岩系，称其为含煤建造，有人称为煤系地层。含煤建造有浅海相沉积，很少有深海相沉积；有山麓相、冲击相、湖泊相、沼泽相和泥炭沼泽相，很少有冰川、沙漠相沉积；有滨海三角洲相、 湖海湾相、砂咀、砂坝、砂洲相。所以含煤建造可分为近海型含煤建造和内陆型含煤建造。近海型建造可进一步分为浅海型、滨海平原型、狭长海湾型。内陆型含煤建造可细分为内陆冲积平原型、内陆盆地型、内陆山间盆地型。各种类型的含煤建造都有其自身的特点，组成含煤建造的岩相、岩性、含煤性都不一样。我国除一些早古生代生成的含煤建造为海相外，以后的地质时代绝大多数的含煤建造由陆相所组成，或是由陆相、过渡相和浅海相沉积所组成。因此含有陆相沉积，特别是含有沼泽相和泥炭沼泽相沉积，是我国主要含煤建造岩相组成的一个重要特点。新疆的含煤建造几乎没有浅海相沉积，过渡相沉积也很少见。

从各个含煤盆地的含煤建造的不同，也可以看出煤盆地的形成是复杂的。从含煤建造所反映出的古气候、古植物和古地理环境的不同，可以看出成煤的环境有浅海环境，有内陆湖泊及河流三角洲环境，有海湾、 湖、滨海三角洲等海陆二者的过渡环境；成煤盆地大至海盆，到海盆湖泊的过渡，到湖盆，小到山间洼地，大小悬殊，形态各异，多种多样，盆地环境千姿百态。

盆地为煤的生成提供了环境条件，也就是说煤的生成必须要有盆地的形成，但有了盆地不是都可以形成煤。当地壳强烈运动，快速上升部分就会形成高山峻岭，急剧下降部分就会形成汪洋大海、深水湖泊，都不利于煤的沉积形成。只有在地壳运动处于缓慢下降的小幅振荡过程中，在盆地泥炭沼泽接受植物遗体堆积的速度与盆地下降的速度基本平衡，堆积的植物遗体及时补偿、充填了地壳下降造成的空间，使盆地长期保持泥炭沼泽的条件，才利于煤的形成。这种基本平衡的条件持续的时间越长，堆积的泥煤层就越厚，就可以形成很厚的煤层，有的单层煤厚度可达几十米甚至上百米。如果地壳运动下降速度超过了泥炭堆积的速度，盆地的水就会加深，泥炭沼泽的环境就会转化为湖泊或海洋，不宜植物的生长，缺少成煤的物质条件，形不成煤，而形成泥沙、灰岩等沉积物的覆盖层。如果地壳运动上升的速度超过了泥炭沼泽的堆积速度，不仅不能继续进行泥炭的堆积，而且随着上升的进一步加剧，原已堆积的泥炭层发生剥失而形不成煤层。如果上升、相对稳定、下降交替出现，就能形成多层煤层，有的煤盆可形成几十层煤。因此，一个含煤盆地中的煤层的厚薄、煤层的多少与厚薄的变化，都与成煤时的地壳运动有密切的关系。

2. 气候植物环境

成煤环境必须是在盆地或浅海边缘、海湾、 湖、内陆湖泊及河流低洼泥炭的沼泽中（图5-1-13），既有原地生长的植物，又有从盆地外被流水搬运来的异地植物。在这样的环境中，气候要多雨湿润，适宜各类植物及其他生物的大量繁殖生长。成煤要经历上百万年千万年甚至亿年的过程，在地史上是个较短的阶段，但对于人类来讲是个非常漫长的过程。在这样长的时期，大面积茂密的植物只要生生不息，新陈代谢，一万年长盛不衰，一年堆积 0.1 毫米，10 万年就可堆积 100 米，再经历成煤成岩作用的压缩，形成数米几十米的煤层完全可能，何况成煤的过程往往经历上百万年。新疆大约在一亿九千五百万年前至一亿三千七百万年前的侏罗纪，结束了古海洋和海陆交互环境，形成内陆湖泊环境，尤其在新疆的北部和东部，内陆湖泊更为广泛，气候更加温暖湿润，植物生长茂盛，在河流和湖泊边缘地带，形成大面积的湿地，生长着茂密的植物，以银杏植物门、苏铁植物门和松柏植物门等裸子植物的发展达到了高峰，成为丰富的源源不断的成煤植物主体。当时真蕨植物也很繁盛，锥叶蕨迅速地发展起来，空前茂盛；恐龙等大型动物也很盛行。伴随缓慢下降且频繁振荡的地壳构造运动，在准噶尔盆地、吐鲁番盆地、哈密盆地和伊犁盆地等山间盆地，形成了大面积的沼泽和植物堆积。这些堆积的植物成煤后，在准噶尔盆地南缘形成的煤层有数十层，厚度可达一百多米，有的单层煤厚度就达六七十米。

（三）成煤过程

植物之所以能变成煤，要在特定的条件下经过一系列的演化过程。这个过程叫成煤过程，大体分为三个阶段。

1. 泥炭化作用阶段

在温暖潮湿的适宜气候条件下，在相对稳定的大面积的近海、滨湖、 湖、沼泽盆地环境中，植物不断地繁殖、生长、死亡，其遗体堆积在水中。生物（也有少量动物）遗体受到水体的浸没与空气隔绝，在缺氧的还原环境下，不会很快腐烂掉，因而日积月累，层层叠叠，厚度不断增加，不断地压实。压实的植物堆积层在微生物的作用下，植物遗体不断地分解、化合，就形成了泥炭层。植物形成泥炭的生物化学过程大体分为两个阶段，先是植物遗体中的有机化合物，经过氧化分解和水解作用，化为简单的化学性质活泼的化合物；之后是分解物进一步相互作用形成新的较稳定的有机化合物，如腐殖酸、沥青质等。植物的分解、合成作用是相伴而行，在植物分解作用进行不久，合成作用就开始了。植物的氧化分解和水解作用是在大气条件和微生物的作用下，在泥炭的表层进行的。在低位泥炭沼泽的表面含有大量的喜氧细菌、放线菌、霉菌，而厌氧菌很少，随着深度的增加，霉菌很快绝迹，喜氧细菌和放线菌减少，厌氧菌很快增加。在微生物的活动过程中，植物的有机组分被合成为新的化合物。当环境逐渐转为缺氧时，纤维素、果胶质又在厌氧细菌的作用下，产生发酵作用，形成甲烷、二氧化碳、氢气、丁酸、醋酸等产物。随着植物遗体的不断分解和堆积，在堆积的下层，氧化环境逐渐被还原环境所代替，分解作用逐渐减弱；与此同时，在厌氧菌的参与下，分解产物之间的合成作用和分解产物与植物残体之间的相互作用开始占主导地位，这种合成作用就形成了一系列新的产物。植物转化为泥炭后，主要成分是腐殖酸和沥青质，在化学成分上发生了变化。植物的角质层、孢粉壳、木栓层是稳定的，所以常常能完整地保存在煤层中。

2. 煤化作用阶段

由于地壳不断地运动，泥炭层形成后继续下沉，在盆地相对较高的地段风化剥蚀的泥沙被水和风带到盆地的低洼泥炭沼泽，将已堆积的泥炭层覆盖起来。覆盖的泥炭层随着进一步的下沉，覆盖层的进一步的加厚，环境就发生了显著的变化。首先，它要经受上覆岩层压力的不断增大；在压力不增大下不断地发出热量，使其温度不断地升高。在压力与温度的共同作用下，泥炭层开始脱水，进而固结压实。在生物化学作用下，氧含量进一步减少，而含碳量逐渐增加，腐殖酸降低，比重增加。经过这样一系列的复杂变化之后，泥炭就变成了褐煤。

3. 变质作用阶段

褐煤继续受到不断增高的温度和压力的影响，引起内部分子结构、物理性质和化学性质的不断变化，使其发生了变质而成为烟煤。温度、压力与时间是褐煤变质的三要素，其中以温度最为重要。地球有地温递增现象，即地球的温度由表及里，由上至下温度是逐渐递增的。地球向深部每增加 100 米温度增加 3 度。地温这种有规律的递增现象称作地温梯度。虽则是地球的普遍现象，但各地由于地壳结构的不同，地下岩浆分布的不同，梯度的幅度还是有区别的。当成煤区附近有岩浆体存在时，对煤的变质将产生显著的影响。

温度对煤的变质作用虽然占据了主导地位，但是如果温度不断升高，加之如果密闭条件不好，超过一定的限度就可能把煤烧掉。因此还一定要在密闭的条件下和适当的压力下，煤才能得到适度的变质。时间的长短与温度的高低也有关系，如果煤化作用处在 150℃～ 200℃较低温度，但持续的时间长，持续两千万年至一亿年，就足够形成高变质的烟煤和无烟煤。温度、压力和时间对煤的变质起着综合的作用。在温度和压力不变的情况下，时间越长煤的变质作用越强。但也有人认为，只有当温度超过 150℃时时间才起作用，否则时间再长也不会对煤的变质产生显著影响。压力对煤的变质作用也有两种不同的认识，一种认为压力增加后气体不易逸出，挥发分不能改变，从而阻碍了煤的变质程度的加深；另一种则认为无烟煤及石墨有定向的晶格，单纯的加热不会产生这种结果，而是压力促使煤的结构发生了变化。

（四）煤的区域变质、接触变质、动力变质作用

1. 区域变质作用

随着煤沉降深度的增加，含煤岩系被其他地层所覆盖，受地球内部热量和压力的长期影响所引起的变质作用称煤的区域变质。在区域变质作用的影响下，煤的变质常常呈现出一种有规律的变化。首先煤变质具有垂直分带的规律，在同一煤田内随着深度的增加，煤的挥发分逐渐减少，变质程度逐渐升高。这个规律是在 1873 年希尔特研究德国鲁尔煤田、英国威尔斯煤田和法国比来煤田时发现的，后来就称为“希尔特定律”。例如在鲁尔煤田，含煤地层厚 3000 余米，煤种自上而下为长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、贫煤带，分带性很明显。我国的鸡西煤田煤种也有很好的分带性。由于目前确定煤质牌号的主要指标是煤中挥发分的百分含量，所以希尔顿定律可以用挥发分的变化来表示。每下降 100 米所引起的挥发分含量的变化称为“挥发分梯度”。挥发分梯度受地热梯度的控制，由于各地的地热梯度不一致，挥发分梯度也就因地而异。区域变质作用的另一个重要特点就是煤变质程度的水平分带规律。因为在一个煤田中，同一煤层原始沉积时的沉降幅度可以不同，而且成煤以后因构造变动而发生的下降深度也不一样，这种关系反映到平面上就表现为不同地段有不同的变质程度，即为煤变质的水平分带现象。由于沉降并不一定呈现为均匀的幅度，所以水平分带也可以宽窄不一。宽的地方代表沉降幅度变化较缓的地段，窄的地方代表沉降幅度变化较急的地方。

2. 接触变质作用

当岩浆侵入或靠近煤层及含煤建造时，由岩浆带来的高温、挥发性气体和压力，使煤的变质程度升高的作用称煤的接触变质作用。接触变质作用的一种是热力变质，是由侵入在煤系下部的岩浆体析出的热量对煤产生影响所引起的变质作用。变种变质作用是岩浆不直接接触煤层，由岩浆的热量引起含煤地层温度升高而使煤发生变质，往往影响的范围较大。具体影响范围因岩浆规模不同而影响范围不同，岩浆侵入的规模大影响的范围就大。接触变质作用另一种是由火成岩岩体直接侵入煤层中发生的变质作用。这种变质作用影响范围往往较小，岩浆接触煤层的地方常常形成天然焦，煤层的围岩亦具有某些变质现象。远离岩浆岩体，煤的变质程度则逐渐降低。煤的变质带常常围绕岩浆岩体呈环状分布，或者靠近岩浆岩体的一侧呈带状或环状分布。

3. 动力变质作用

由强烈的构造运动如挤压褶皱等产生的区域温度增高所引起的煤化过程，称煤的动力变质作用。动力变质作用常常发生在构造变动强烈的地区，如新疆的库拜煤田、准南煤田东段阜康大黄山一带、哈密野马泉一带、艾维尔煤田一带等，同属侏罗纪煤田，但变质程度比其他煤田高出许多。

煤炭的主要化学成分是碳元素，而这种元素又普遍存在于生物界，所以在学术界普遍流行的是煤炭的有机成因学说。这种假说认为，煤炭起源于植物，是由植物演变而来。人们设想，在远古时候，地球表面有一些低洼积水的地区繁殖着大量的植物，植物死后倒入水中，慢慢又被泥沙覆盖，与空气隔绝，经过一系列生物化学变化，植物遗体就变成了泥炭。泥炭是一种燃料，但还不是煤，它由部分分解的植物物质组成。随着泥炭层上覆盖沉积物的逐渐加厚，泥炭层受到高温高压的作用，逐渐被压实脱水，碳质含量也愈来愈多，泥炭变成褐煤，再变成烟煤，最后变成无烟煤。如果温度压力继续增大，无烟煤还会变成石墨，石墨也是一种非金属矿产，但不再是煤了。

研究者们还认为，煤的形成与植物的生长和演化有关。最早的煤层出现在4亿年前，那时在一些宁静浅水海湾中，有低等菌藻植物大量繁殖，遗体经过成煤作用，形成石煤。大规模成煤是从石炭纪开始的，那时陆地面积已经很大，出现了茂密的森林，植物个体也很高大，为成煤提供了物质条件。

不难看出，上述论点与石油的有机成因说如出一辙，这两种矿藏都被认为是由生物界的有机物质转化而来的。既然我们对石油的有机成因说做出了否定性结论，认识到地球上的生物作用不足以形成大规模的矿藏，那么我们就有理由对煤的有机成因说再度提出质疑。

首先，我们对煤炭的形成条件提出质疑。就煤炭的储藏量来看，要形成一定储量和厚度的煤层，需要大量的植物体，仅凭一个或几个生长周期的植物体是不够的，这样就需要死亡植物体有一个堆积过程。然而，从植物生长的地理环境来讲，如果大量死亡植物体一味地堆积起来，势必影响以后植物的生长，这种堆积过程不可能长久维持下去。

2.蕨类植物形成煤的原始植物以陆生高等植物为主﹐低等植物菌藻类次之。成煤植物的有机组成及化学性质影响煤的类型和性质。植物的有机组成包括﹕纤维素﹑半纤维素﹑果胶质等碳水化合物﹔木质素﹔蛋白质﹔脂类化合物﹐包括脂肪﹑树脂﹑树蜡﹑孢粉质﹑角质﹑木栓质等。此外﹐还有鞣质﹑色素等。高等植物的组成以纤维素﹑半纤维素和木质素为主﹐低等植物则以蛋白质为主﹐并含碳水化合物和脂肪。

纤维素﹑半纤维素﹑果胶质等碳水化合物构成植物营养细胞的细胞壁﹐半纤维素和果胶质还经常混合出现﹐或集中于植物的果实中。木质素分布在植物茎部的细胞壁中﹐包围著纤维素并充填其间隙﹐增强茎部的强度﹐是成煤植物中最主要的有机组分。蛋白质是组成植物细胞内原生质的主要物质﹐由氨基酸分子缩合而成﹐是有机体生命起源的物质基础。脂类化合物中﹐脂肪是植物细胞内原生质的成分之一﹐低等植物内含量较丰富﹐高等植物中含量少﹐集中于植物的孢子和种子内﹔树脂在植物体内呈分散状态﹐当植物受外伤分泌胶冻状物质﹐其中的易挥发物质逸出後﹐残留的物质经氧化聚合变硬﹐起保护外皮的作用﹔树蜡呈薄层覆于植物的叶﹑茎和果实表面﹐防止水分的蒸发和微生物的侵入﹔角质是覆盖植物的叶﹑嫩枝﹑幼芽和果实表皮的角质层的主要有机组成﹐木栓质浸透植物的木栓组织﹐都起保护作用﹔孢粉质是组成植物繁殖器官孢子﹑花粉外壁的主要物质﹔鞣质(丹宁)则浸透在老年木质部的细胞壁中﹐许多树皮中鞣质高度富集。

植物遗体堆积在沼泽中﹐在微生物的参与下易发生分解。植物的不同组成﹐化学稳定性差异较大﹐纤维素﹑半纤维素﹑果胶质等易水解成葡萄糖﹐还可进一步分解成二氧化碳﹑甲烷和水﹔木质素相对比较稳定﹐也可氧化成芳香酸和脂肪酸﹔蛋白质在分解过程中放出氨气并形成氨基酸﹑等含氮化合物﹔脂类化合物中只有脂肪容易因水解而产生脂肪酸和甘油﹐而树脂﹑树蜡﹑孢粉质等都很稳定﹐在强酸环境下也难溶解或分解﹐只有当沼泽水流通性强时﹐才发生氧化分解。

植物的哪些组分是成煤的主要原始质料﹐各家见解不一。..季托夫和..库哈连科指出﹐植物遗体的所有有机组分及其变化产物﹐无论其稳定性如何﹐在微生物和氧的作用下都参与了成煤作用﹐因为易于分解的不稳定组分相互之间可以合成新的﹑比较稳定的物质而被保存下来。R.迈尔指出﹐泥炭是由蛋白质分解的氨基酸与纤维素﹑果胶质分解产生的糖类发生合成作用﹐从而形成泥炭和腐泥中的有机质腐殖酸和沥青质。

成煤植物在沼泽中的堆积有两种基本方式﹐即原地生成和异地生成。成煤植物在其生长繁殖的原地堆积转变成泥炭﹐为原地生成﹔经长距离搬运再堆积﹐则称异地生成。自然界绝大部分煤层均属原地生成﹐底板中直立的植物根系化石或树干化石就是证据。异地生成的泥炭很难形成有经济价值的煤层。河口三角洲常有巨大漂木堆积﹐埋藏後也有可能形成异地生成的煤。已形成的泥炭被飓风拔起搬运\再沉积﹐是异地生成泥炭的另一种情况﹐如美国佛罗里达西海岸已分裂成碎屑的泥炭。

R.波托涅提出微异地生成的泥炭﹐仍属原地生成的范畴﹐系洪泛季节植物遗体在沼泽范围内经流水搬运再重新堆积﹐或海岸植物遗体受潮水影响重新排列而形成的泥炭。微异地生成的泥炭﹐一般结构较破碎﹐矿物质含量较多﹐并易保存水平层理﹐甚至混有水生生物遗体。湖沼水下漂浮的植物﹑藻类﹑贝壳和有机质淤泥等与风力搬运\的高等植物的孢粉混合﹐形成烛煤或藻烛煤等﹐都属微异地生成。中国抚顺第三系的腐殖腐泥混合煤中保存有完整的鱼化石﹐说明当时湖水有一定深度。

沼泽类型不同﹐影响成煤植物的生长。主要由地下水补给﹐潜水面高于沼泽表面的低位沼泽﹐由于地下水带来大量的矿物质作为植物的营养来源﹐适于乔木﹑灌木类生长﹐形成滋育的森林沼泽﹐堆积的泥炭含矿物质相对较多。潜水面低于沼泽表面的高位沼泽﹐主要由大气降水补给﹐矿物质来源不足﹐生长的植物矮小﹐种属贫乏﹐常形成低滋育的苔藓沼泽。腐殖酸的堆积和藓\类本身所含有的酚﹐均不利于微生物的生存和活动﹐易形成矿物质少﹑植物原生结构保存好的泥炭。马来西亚的沙捞越广泛发育的高位沼泽处于热带雨林条件下﹐生长着高大的乔木﹐可形成厚的泥炭层。

沼泽水介质的pH和Eh值影响泥炭中硫的含量和有机质的分解程度(见煤相)。