煤炭形成的条件

在多年的石油勘探工作中，一个奇特的现象始终围绕着石油地质工作者们：石油与煤似乎是“相克”的，即在产煤的盆地中找不到石油，而在产出石油的盆地中也见不到煤的踪迹。

在新疆吐鲁番—哈密一带有许多煤层，中间夹有富含有机质的泥岩层，地质学上把这类地层称为“煤系”。近年来，在这些盆地中发现了由煤系形成的油田和气田，在塔里木盆地北缘的库车地区也发现了煤系形成的大气田，这些发现说明煤系不仅能生成石油更能生成天然气。

吐鲁番—哈密盆地煤成气分布图

为什么煤岩也能生成天然气呢？关于天然气的形成因素前面已有论述，即地层中发育有以陆源高等植物为主要生源的烃源岩，其有机质母岩多为腐殖型干酪根，煤系即属此类型；同时，有机质成熟度以及热演化程度需要达到高成熟阶段以上。

那么煤系生成石油的条件是什么呢？这不能只简单地用母质类型和热演化条件等来说明。实际上，煤系所处的古沉积环境（古水深、沉积相）、受热过程（即其埋藏史和热演化史）以及利于生成石油的显微组分的富集等因素都对煤系石油的生成有决定性的影响。

煤系所处的古地理环境是煤成油的主要因素。

古环境因素是指煤系在沉积时所处的地理环境、陆源植物生长的水体深度以及所处的沉积相带等。大家知道，煤岩主要发育在沼泽地区，水体深度不大，一般呈现氧化环境，那里生长着大量的高等与低等的植物。而在湖泊—沼泽相区，则反映各类植物生存水体深度较大，靠近湖泊，主要是弱氧化—弱还原环境，这种环境有利于煤系的有机显微组分中发育有一定数量的利于成油的组分。研究表明，湖泊—沼泽相是一种有利成煤和成油的古地理环境，而芦苇沼泽有机相是最有利的煤成油的相带。目前发现的吐哈煤成油田就是这种有利的古地理环境的产物。

一般来说，氧化环境的沼泽相区更适合煤岩的发育。大约在1.5亿年以前的侏罗纪，中国大陆的气候温暖潮湿，陆生植物生长十分繁茂，河流、沼泽湿地大面积发育，后来又未历经大规模的沉降深埋，是很有利的成煤环境。这种成煤时期和环境影响并决定了我国目前煤田以及煤成油田分布的格局。

煤系中的有机显微组分含有一定比例的富氢组分是有利于生成石油的另一重要条件。有机质生成石油的主要元素是碳、氢、氧等，其中氢组分含量是生成石油的关键，而煤系岩层中碳、氧元素十分丰富。煤岩有机显微组分，主要是富含镜质体和脂质体组分，还含有少量壳质体和丝质体组分。煤岩中一般缺少富含氢的腐泥质体和壳质体，这类组分的发育和富集程度与煤系形成的古地理环境相关。三角洲相煤系处在较深水的湖泊—沼泽区的弱还原环境下才有利于富含孢子花粉、藻类的腐泥质体和壳质体发育，同时也有利于富氢组分的发育。据资料表明：煤系中腐泥组分的含量大于15%时才可能形成煤成油。不难看出，这种煤系成油的条件比较苛刻，需特定的地质、地球化学环境，并不是所有的煤系都能生成石油。

埋藏地下的煤系只有达到适宜的温度和埋深条件下才有利于成油。

煤系在埋藏过程中不宜于经历过高的温度，即有机质的热演化程度要达到适宜的成熟度。成熟度指标“镜质组反射率”Ro＜1%时才会有利于那些可成油的有机组分不至于发生高温裂解而向气转化。如果成熟度指标Ro≥1%，则表明煤系在地质历史上经历过高成熟—过成熟热演化阶段，有利于煤成天然气的形成。

在我国的一些煤矿中，工人们采煤时常会发现煤层中夹杂的石油，有时还会被从煤层中冒出来的石油溅得浑身油乎乎的，虽然这些石油达不到工业化的程度，但却是煤能够生成石油的直接证据。

沼泽中的碳，是来自大气和溶解于水中的二氧化碳，以及泥炭中的有机物质的分解。沼泽的碳循环，首先是植物进行光合作用，固定大气中的二氧化碳，合成碳水化合物。一部分碳水化合物，又被植物呼吸作用消耗，产生二氧化碳，返回土壤和大气中，完成碳的简单循环过程。其次是在植物残体通过泥炭化过程形成泥炭，在需氧性细菌作用下，泥炭中有机物质被分解，释放出的二氧化碳参加生态系统碳素循环。在泥炭的有机物质中含有纤维素和半纤维素等。多糖类物质，在细菌、真菌和少数放线菌所分泌的水解酶的作用下，分解为单糖，如葡萄糖等。葡萄糖在不同条件和不同微生物作用下的分解产物有很大差异。沼泽地表有常年积水和季节性积水两种情况，这两种不同情况下二氧化碳的释放过程不同。季节性积水沼泽在干季时，葡萄糖经需氧性的细菌和真菌的分解，最后产生二氧化碳、水和能量，二氧化碳返回土壤和大气中。常年积水沼泽或季节性积水沼泽在雨季时，葡萄糖经厌氧性细菌分解，首先形成有机酸和二氧化碳，最后释放出甲烷和氢气。二氧化碳为中间产物，部分返回大气中。

泥炭中含碳量的比较　泥炭中的碳含量较高，但沼泽类型不同，泥炭种类也不一样；相应地泥炭含碳量也有差别（表3）。此外，在泥炭有机质含量基本相同的条件下，含碳量与分解度有关，分解度大者，含碳量高，反之则小。泥炭的含碳量，还随着地质年代而增加。据估算，含碳量增加2～3％，需要5 000～8 000年。因为碳聚积是依靠缓慢进行的次生缩合过程、脱水过程和脱羧基作用。

煤是含碳物质，是古代沼泽中的植物残体形成的泥炭，在漫长的地质时期中经压力成岩作用而形成的。煤由于地壳变动才露出地表，经过风化或人类燃烧，以二氧化碳的形式被释放到大气中，参与地球碳的循环。这种通过沉积物的碳循环的周期比大气碳循环长得多。

在地表常温、常压下，由堆积在停滞水体中的植物遗体经泥炭化作用或腐泥化作用，转变成泥炭或腐泥；泥炭或腐泥被埋藏后 ， 由于盆地基底下降而沉至地下深部，经成岩作用而转变成褐煤；当温度和压力逐渐增高，再经变质作用转变成烟煤至无烟煤。泥炭化作用是指高等植物遗体在沼泽中堆积经生物化学变化转变成泥炭的过程。腐泥化作用是指低等生物遗体在沼泽中经生物化学变化转变成腐泥的过程。腐泥是一种富含水和沥青质的淤泥状物质。

在远古时代，山西的地理位置决定了山西会有大量的煤炭产生。

在4.9亿年左右的奥陶纪，华北的大部分地区都是汪洋大海。之后，海水慢慢地退去，沧海变成了桑田（但是，在华北的周缘，还是有少量的海）。

然后，到了3.2亿年的石炭纪，海水又入侵大陆，桑田又变成了沧海。当时，华北西高东低，北高南低，海水自东向西灌入。那个时候的海岸线大概就位于晋陕地区。

煤大都形成泥炭沼泽地区，滨海三角洲、河口等，或一些陆相的湖泊环境。第二个，就是要有茂盛的植物提供有机质。总之，就是要有泥和植物。植物死后，掩埋在泥中，隔绝空气，防止氧化。

当时的华北，比现在的位置要靠南，处于热带亚热带地区，而且石炭纪地球的整体环境湿热，特别适合植物生长。当时的蕨类比现在的树木要高大许多，茂盛许多。而山西，就在海边，海水时进时退，形成了大量的沼泽地，生长着茂盛的植物，山西的位置得天独厚。

总结起来，山西满足了一下几个条件，才能形成如此多的煤

1、当时石炭纪全球整体湿热的环境。

2、华北处于热带亚热带地区。

3、晋陕一带为海陆交互的环境，有大量的泥炭沼泽地，适于植物生长。

4、沉降环境，使得泥炭到达高温高压的地下，变质成煤。

扩展资料：

山西的地下百分之七十有有煤炭，可以说分布非常之广。早年间，煤炭的开采已经达到了八点多亿吨，比例已经占到了全国的三分之一。这八亿还是非常保守的数字，至于为什么保守，相信大家心里都数。如果加上其他的，至少还要再加个几千亿吨。

我国虽然幅员辽阔，但只有几个地区的煤炭多一些，山西的煤炭几乎能运到全国各地，供应范围覆盖了整个国家。山西又地处中心，可以向四面发放辐射。除了向国内运送煤炭，还有大量的煤炭被运往海外。这两年国家也开始对这方面开始管控，不能过度开采。一是为了以后储存，二就是煤炭的污染确实太严重了。

当然了山西煤炭的储存量还是非常乐观的，其他地区加起来的估计还没有山西多，虽然限制开采，但大部分煤炭还是由陕西省供应。有些外国买山西的煤就是看重它的质量，然后储存起来。

参考资料来源：百度百科-煤炭

除滨海沼泽外，大部分沼泽处于相对静止状态的积水浸泡中，因此沼泽的地质作用实质上只有沉积作用，而且主要是生物沉积作用。

沼泽中生长着大量嗜湿性植物，其死亡后在湖底或沼泽中堆积，并不断被上覆植物尸体和泥沙掩埋，处于氧气不足的还原环境下，受到细菌的菌解作用形成腐殖质，同时释放出CO2和 CH4等气体。这些腐殖质与泥砂及溶解于水中的矿物质等混合就形成含碳量达60%的泥炭。我国泥炭广泛分布于华北平原、松辽平原、江汉平原和滇西盆地，多数是第四纪以来形成的。泥炭的用途很多，可作燃料和化工原料，可从中提取焦油、沥青、石蜡和草酸等工业产品，同时泥炭中含有大量腐殖质以及氮、磷、钾等元素，也是重要的肥料。

泥炭层在上覆沉积物的压力和地热作用下，经压实、脱水、胶结、聚合等成煤作用，体积缩小而密度加大，形成褐煤(含碳量60%～70%)。如果成煤作用继续下去，褐煤中挥发分逐渐减少，碳含量不断增高，便逐渐转化成烟煤(含碳量70%～90%)和无烟煤(含碳量90%～95%)。

我国是世界上煤炭储量极为丰富的国家之一，已探明的储量居世界第三位。全国各地均有分布，其中山西、河北、辽宁和内蒙古是我国主要的产煤基地。由于煤的形成与气候和植物生长关系密切，我国有三大主要成煤时期：①石炭纪—二叠纪，主要为滨海沼泽煤田，以烟煤和无烟煤为主；②侏罗纪，为内陆湖泊沼泽煤田，以烟煤为主；③古近纪—新近纪，也是内陆湖泊沼泽煤田，多为褐煤。

本章要点

1.湖泊是陆地上较大的集水盆(洼)地。世界最大的湖泊是里海，最大的淡水湖是苏必利尔湖，最深的湖泊是贝加尔湖，位置最高的是青藏高原的纳木错，最低的是死海。湖水主要来自大气降水、地面流水和地下水，其次是冰川融水和残留海水。

2.形成湖泊的必备条件：有一个储水的盆(洼)地，具有足够的水源供给。

3.按成因划分，湖盆可分为：内力地质作用形成的湖和外力地质作用形成的湖。内力地质作用形成的湖有(1)构造湖，如里海、贝加尔湖，我国的洞庭湖、鄱阳湖、滇池、玄武湖；(2)火山湖，如长白山天池、云南腾冲大龙潭湖、黑龙江五大连池。外力地质作用形成的湖盆有(1)河成湖，如湖北的尺八口和内蒙古的乌梁素海的牛轭湖；(2)冰川湖，如苏必利尔湖、休伦湖、伊利湖、安大略湖和密歇根湖等五大湖泊，我国新疆天山天池以及我国西藏高原的湖泊；(3)海成湖，如宁波的东钱湖和杭州的西湖；(4)岩溶湖，如云南的异龙洞、八仙洞等；(5)风蚀湖，如甘肃敦煌月牙湖。

4.按湖泊与径流的关系分为：(1)吞吐湖(泄水湖)，如洞庭湖、鄱阳湖；(2)外吞吐湖，如西藏南部的玛那萨罗沃池；(3)终点湖(不泄水湖)，如青海湖、吉兰泰盐池。

5.按湖水含盐分的程度分为：(1)咸水湖(矿湖、矿化湖)，如里海；(2)半咸水湖如青海湖；(3)淡水湖，大部分湖泊都是淡水湖。

6.湖泊地质作用可分为剥蚀、搬运和沉积作用。由于湖水是相对宁静的水体，对湖盆的剥蚀作用及产物的搬运作用较弱，只有在湖泊较大，湖浪作用较强时，可形成湖蚀穴、湖蚀凹槽、湖蚀崖、湖蚀平台等地形。因此湖泊的沉积作用占主要地位。干旱气候区的湖水补给量远远小于蒸发量，湖水被蒸发很少外流，含盐度不断增大，形成盐类沉积，往往形成重要的盐类矿产。

7.沼泽是陆地上潮湿积水、有大量嗜湿性植物生长并有泥炭堆积的地方。沼泽地区的潜水面位于地面附近，土层常年处于过湿状态。我国沼泽分布很广，面积较大且分布较集中的地区有东北的三江平原、西部的柴达木盆地、松潘草地及芜塘内陆河区。

8.沼泽的成因有：湖泊的沼泽化、河流泛滥地的沼泽化、海岸带的沼泽化等。

9.沼泽中的腐殖质与泥砂及溶解于水中的矿物质等混合就形成含碳量达60%的泥炭。泥炭层在上覆沉积物的压力和地热的作用下，经压实、脱水、胶结、聚合等成煤作用，形成褐煤；成煤作用继续下去，逐渐转化成烟煤和无烟煤。

10.我国有三大主要成煤时期：(1)石炭纪—二叠纪，主要为滨海沼泽煤田，以烟煤和无烟煤为主；(2)侏罗纪，为内陆湖泊沼泽煤田，以烟煤为主；(3)古近纪—新近纪，是内陆湖泊沼泽煤田，多为褐煤。

复习思考题

1.湖泊与沼泽在成因上有何不同?各形成何种矿产?

2.湖泊在不同气候条件下形成的沉积物有什么不同?

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。

成煤时期的环境特点是地壳上有泥炭沼泽发育的地貌单元。煤由堆积在沼泽中的植物遗体转变而成。

地壳上有泥炭沼泽发育的地貌单元。煤由堆积在沼泽中的植物遗体转变而成，适于植物遗体堆积并转变为泥炭的场所是沼泽。沼泽是被水饱和着的土壤区，长年或季节性地被水所覆盖，表面和周围有植物生长，当沼泽中堆积了一定厚度的泥炭层时称为泥炭沼泽。

中国的主要成煤时期：

中国的主要成煤时期是石炭纪、二叠纪、侏罗纪。石炭纪的聚煤时期主要在晚石炭世，形成了华北、华东及中南地区的煤系，著名的太原组煤系就在这个时期形成，山西、河北地区的大矿区如西山、开滦、阳泉、晋城、潞安、汾西等都属该煤系。

二叠纪的早二叠世和晚二叠世都有较强的聚煤作用，早二叠世主要形成了以华北为中心的山西组煤系；晚二叠世则主要形成了贵州境内的龙潭煤系。

侏罗纪时期由于“燕山运动”遍及全国，此时期形成的煤田最多，主要集中于华北及西北地区；著名的煤田主要有神府、东胜煤田，大同煤田以及新疆地区的尚未开发的煤田；侏罗纪煤田储量最丰富。

第三纪含煤盆地主要分布在中国大陆东部，是全球第三纪环太平洋聚煤带的组成部分。老第三纪含煤盆地主要分布于大陆东北部，新第三纪含煤盆地主要分布在大陆西南部云南境内。第三纪含煤盆地发育于古新世，延续至更新世，始新世及中、上新世聚煤作用较强。含煤地层厚度自数十米至2000 m，台湾含煤地层厚达7000 m。老第三纪沉积一般厚600 m以上，新第三纪沉积厚300m左右。第三纪含煤盆地面积一般较小，从小于1 km2至870 km2，一般为数平方千米至数百平方千米，老第三纪最大含煤盆地——南宁盆地870 km2，台湾新第三纪含煤盆地为1800 km2，南海、东海等其它海域含煤盆地规模较大。大陆范围内第三纪含煤盆地含煤面积为整个盆地面积的1/4～1/3。第三纪含煤盆地的形成均与所在构造位置特征相关联，构造线展布亦与其相一致。位于大陆东北部盆地构造走向一般为北东、北北东，位于西南部的处于几个构造带的结合部，构造走向亦随之呈北西、南北或北东向，位于藏滇板块上的盆地一般呈近东西向，而台西盆地则呈现北北东向。

含煤盆地的沉积环境与古气候密切相关，中国大陆在新生代时期古气候发生较大变化。老第三纪时，有一条自新疆至福建、浙江的北西—南东向的全球性干旱气候带，其北为温暖潮湿气候带，受大兴安岭、太行山、吕梁山的影响，以东降雨较多；其南早期较为干旱，中后期为热带—亚热带潮湿气候，南岭以南降雨较多。现代海域部位的古气候为半干旱、半潮湿气候。受古气候条件的制约，老第三纪含煤盆地主要形成于大陆东北部与南岭以南地区。新第三纪时，干旱气候带范围缩小，除大陆西北、华北西部为干燥气候外，大部地域气候湿润，分带不很明显。新第三纪亚热带北界南移，北方聚煤作用减弱，含煤盆地规模小，分布零星，南岭以南特别是云南境内，因印度洋季候风的影响，雨量充沛，植被繁茂，聚煤作用强。

老第三纪中国大陆古构造、古地理与白垩纪时期有明显的继承性，老第三纪含煤盆地分布与其有明显的相似性，除古气候因素外，主要是古构造、古地理因素所致。受太平洋板块对亚洲大陆的影响，燕山晚期以来大陆东部形成区域性引张作用，形成北北东向沉降带与隆起带，老第三纪分布在华北和近海大陆边缘裂谷系，在边缘带充填了含煤序列，在大型断裂带形成含煤性较好的断陷盆地。

新第三纪构造格局又发生变化，大陆东部沉降带以大型坳陷盆地为特征，由于物源等成煤条件不匹配，在大型沉积坳陷中多未形成良好的含煤沉积建造，从而结束了早白垩世、老第三纪在大陆东北部为含煤主要分布区的历史。新第三纪时期，受印度板块的推挤，青藏高原及广大西北地区剧烈隆升，西部海域从大陆退出，位于第二阶梯的云贵高原处于陆内低洼区，在一系列的断陷洼地形成含煤碎屑岩沉积。在东部形成稳定的湖泊相细碎屑岩含煤沉积，西部发育洪、冲积相粗碎屑岩与湖泊相细碎屑岩相交替的沉积序列。台湾中央山脉以西老第三纪时为大陆边缘海槽，强烈下陷充填了巨厚的较深海相碎屑沉积。新第三纪，时升时降频繁，海水进退往复，形成海陆交替相含煤沉积。

第三纪含煤盆地充填序列与前有所不同，含煤地层由泥岩、粉砂岩、油页岩、淡水灰岩、硅藻土及煤层等细碎屑岩组成，油页岩、灰岩主要分布于下第三系，硅藻土多发育在上第三系含煤岩系中，在煤系地层中还夹有玄武岩、凝灰岩，下第三系含煤岩系之下有些还发育有膏盐沉积，台湾盆地含煤岩系还有海相灰岩层。含煤盆地充填特征差异很大，大体归纳为五种类型。第一类为水进序列，底部为粗碎屑冲洪积充填阶段，其上为湖泊相细碎屑岩充填与含煤细碎屑岩充填的稳定阶段，如梅河、舒兰、昭通盆地，当序列中组合较稳定单一时含煤性较好，当组合复杂多变时含煤性变差，如保山罗赛、合浦营盘。第二类为湖泊相细碎屑岩与含煤细碎屑岩相互交替序列，属于沉积物质欠补偿状态，此类序列含煤盆地较多，在北方此序列煤层发育较差，如桦甸、五图盆地；而南方则煤层发育较好，如禄丰罗茨、楚雄吕合、百色等。第三类为粗碎屑洪冲积充填沉积，进到含煤细碎屑沉积，由数个旋回重复叠加组成序列，盆地物源补给充分，环境不太稳定，煤层发育不太好，如宝泉岭、达莲河盆地，但景东大街盆地煤层较厚。第四类为火山岩及火山碎屑岩与含煤细碎屑岩沉积组合。由于火山活动对聚煤条件的频繁破坏，煤层厚度较小，稳定性差，如宁海、繁峙盆地，但张北盆地火山充填间隔较长，环境稳定，煤层厚18.5 m。第五类为海陆交替相沉积序列，沿海海相沉积含煤盆地，覆水较深，含煤较差，如台湾、东海等盆地。除此而外，还有由多类序列构成复合式复杂沉积序列类型，如鸡东平阳、珲春、盐源盆地等。

第三纪除在东部沿海形成台湾、东海、南海等海域含煤沉积盆地外，中国大陆基本上为陆内沉积环境，形成陆相含煤沉积。在内陆沉积环境下，由于盆地相互隔绝，沉积特征、充填类型差异较大。多数盆地为汇水盆地，但盆地物源补给强度不同，沉积岩相带展布并不呈现明显的环带状，多为不对称状。在盆地充填演化过程中，以平静的湖泊相和泥炭沼泽相较为发育。大多数第三纪含煤盆地，沉积中心、沉降中心、富煤中心相一致。地层结构多为向上超覆式，说明多数盆地在充填演化过程中，构造活动方式为整体升降，沉积范围逐步扩大。同沉积断裂或坳陷活动致使盆地沉积中心、沉降中心不一致。

第三纪含煤盆地主要聚煤方式为湖泊淤浅沼泽化，沉积中心往往是富煤中心，煤层多属原地生成，盆地中心煤层厚度大、结构简单，边部厚度小、结构复杂，煤层底板或下部往往是较稳定的湖泊相细碎屑岩。盆地中冲洪积相不发育，盆地充填特征呈欠补偿状态。受同沉积断裂和坳陷影响的盆地，物质补偿充分，湖泊淤浅成煤过程明显，冲洪积扇前缘带聚煤强度较大，冲洪积扇间或物源不足地带覆水较深成煤较差。

第三纪含煤盆地多为向上超覆式充填，形成时间较晚的煤层比早期煤层稳定，新第三纪较老第三纪稳定。受盆地基底古地形的影响，煤层在数十米距离分叉、尖灭，煤层结构亦从盆地中心向边缘变为复杂，厚度亦变薄、尖灭。煤层在盆地充填序列中的发育方式可分两类。第一类煤层集中于序列的中下部位，层数较少，厚度较大，多达数十米以上，第三纪盆地中最厚的煤层为此充填类型，这种类型多发育在以细碎屑岩为主的第一、二类沉积组合中。第二类煤层发育在整个沉积序列中，煤层较多、较厚，但煤层不甚发育，有些盆地煤层分布较均匀（如珲春盆地），也有些盆地较集中呈煤组出现（如百色、梅河、宜良盆地）。

同一盆地一般只发育一个时期含煤地层，尚未发现同一盆地中有两个时期的煤层同时均发育的现象，说明适宜的聚煤条件难以在同时同地重复再现形成叠置型含煤盆地。

第三纪含煤岩系含煤层较多，最多达80多层，如昌台盆地含煤88层，一般含煤3～10余层，老第三纪含煤层数较新第三纪多。老第三纪煤层单层厚度一般为0～5 m，但抚顺单层含煤厚97 m。新第三纪煤层单层厚度一般超过10 m，滇东一些盆地超过100 m，如小龙潭、普阳盆地。先锋盆地钻孔煤厚达244.24 m，昭通盆地一般厚40 m余，最厚125.14 m。

一般而论，新第三纪的聚煤作用强于老第三纪，各种类型充填序列在新第三纪均能发育厚度较大和稳定的煤层，老第三纪较厚和稳定的煤层仅发育在第一和第二类沉积序列中。第三纪含煤盆地聚煤丰度高于其它聚煤期，如开远小龙潭盆地（N1）为12303×104t/km2，昭通盆地（N2）为5031×104t/km2，晚石炭世、二叠纪、侏罗纪和白垩纪的聚煤丰度不超过3000×104t/km2。

成煤作用发生在一个水进水退旋回中的水退期。比如，沁水盆地山西组煤多为水退成因的煤层。这一理论的关键点是：在陆相或盆地水域退却的条件下，泥炭沼泽发育而成煤。对于“泥炭沼泽”的定位是：既不是水域也不是陆地，沼泽是水域与陆地的过渡环境。在成煤作用过程中，这样的过渡环境是非常关键的。有学者认为，这个过渡的环境在成煤作用发生和盆地演化过程中到底能持续多长时间，这关系到成煤作用的最后结果，那么水域体制将是制约泥炭沼泽发育程度和最终成煤的最关键因素

不能 煤炭可以用在其他的地方 沼气是利用生物能量的结果

沼气发酵是一个复杂的微生物学过程，参加发酵的微生物数量巨大，种类繁多，只有了解参加沼气发酵的多种微生物活动规律、生存条件及作用，并按照微生物的生存条件、活动规律要求，去设计沼气池，收集发酵原料，进行正常管理，使参加发酵的各种微生物得到最佳的生长条件，才能获得较多的产气量和沼肥，满足生产、生活需要。

1、什么叫沼气

沼气发酵又叫厌氧消化，是指利用人畜粪便、秸杆、污水等各种有机物在密封的沼气池内，在厌氧条件下（没有氧气），被种类繁多的沼气发酵微生物分解转化，最终产生沼气的过程，在这个过种中微生物是最活跃的因素，它们把各种固体或是溶解状态的复杂有机物，按照各自营养需要，进行分解转化，最终生成沼气。沼气是种混合体，可以燃烧。因为这种气体最先是在沼泽中发现的，所以称为沼气。它的主要成份是甲烷占55%—70%左右，二氧化碳占25%—40%左右。此外，还有少量氢气、硫化氢、一氧化碳、氮和氨等。

2、沼气发酵微生物

在沼气发酵过程中，有发酵性细菌、产氢产乙酸菌、耗氧产乙酸菌、食氢产甲烷菌等五大类微生物参加沼气发酵。它们在发酵过程中的作用及对生存条件的要求，有以下三个阶段：

第一个阶段落：液化

在沼气发酵中首先是发酵性细菌群利用它所分泌的胞外酶，如纤维酶、淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶等，对有机物进行体外酶解，也就是把禽畜粪便、作物秸杆、豆制品加工后的废水等大分子有机物分解成能溶于水的单糖、氨基酸、甘油和脂肪等小分子化合物这个阶段叫液化阶段。

第二个阶段：产酸

这个阶段是三个细菌群体的联合作用，先由发酵性细菌将液化阶段产生的小分子化合物吸收进细胞内，并将其分解为乙酸、丁酸、氢和二氧化碳等，再由产氢乙酸菌把发酵性细菌产生的丙酸、丁酸转化为甲烷菌可利用的乙酸、氢和二氧化碳。

另外，还有耗氧产乙酸菌群，这种细菌群体利用氧和二氧化碳生产乙酸，还能代谢糖类产生乙酸，它们能转变多种有机物为乙酸。

液化阶段和产酸阶段是一个连续过程，统称不产甲烷阶段。在这个过程中，不产甲烷的细菌种类繁多，数量巨大，它们主要的作用是为产甲烷菌提供营养和为产甲烷菌创造适宜的厌氧条件，消除部分毒物。

第三个阶段：产甲烷

在此阶段中，产甲烷细菌群可以分为食氢产甲烷菌和依乙酸产甲烷菌两面三刀大类群。已研究过的就有70多种产甲烷菌，它们利用以上不产甲烷的三中菌群所分解转化的甲酸、乙酸、氢和二氧化碳小分子化合物等生成甲烷。

①生长非常缓慢，如甲烷八叠球菌在乙酸上生长时其培增时间为1—2天，甲烷菌丝倍增时间为4—9天；②严格厌氧，对氧气和氧化剂非常敏感，在有空气的条件下就不能生存或死亡；③只能利用少数简单的化合物作为营养；④它们要求在中性偏碱和适宜温度环境条件；⑤代谢活动主要终产物是甲烷和二氧化碳为主要成分的沼气。

3、沼气发酵的条件

沼气发酵是由多种细菌参加完成的，它们在沼气池中进行新陈代谢和生长繁殖过程中，需要一定的生活动条件，只有用人工为其创造适宜生产条件，才能使大量的微生物迅速的繁殖，加快沼气池内的有机物分解。另一方面控制沼气池内发酵过程的正常运行，也需要一定的条件。因此，只有满足微生物的生长条件和沼气池正常运行条件，才能获得产气率大、有机沼肥提代多的效果。

综合起来，人工制取沼气的基本条件是：沼气细菌、发酵原理、发酵浓度、PH值、严格厌氧环境和适宜的温度。这些条件有一项对沼气细菌不适应，也产生不了沼气。

（1）沼气细菌制取沼气必须有沼气细菌才行，这和发面需要有酵母菌一样，如果没有沼气细菌作用，沼气池内的有机物本身是不会转变的沼气的，所以沼气发酵启动时要有足够数量含优良沼气菌种的接种物，这是制取沼气的重要条件。

在农村含有优良沼气菌种的接种物，普遍存在于粪坑底污泥、下水污泥、沼气发酵的渣水、沼气污泥、豆制品作坊下水沟中的污泥，这些含有大量沼气发酵细菌的污泥称为接种物。沼气发酵加入接种物的操作过程称为接种，新建沼气池头一次装料，如果不加入足够数量含有沼气细菌的接种物，常常很难产气或产生率不高，甲烷含量低无法燃烧。另外，加入适量的接种物可以避免沼气池以酵初期产酸过多而导致发酵受阻。

（2）足够的发酵原料沼气发酵原料是产生沼气的物质基础，又是沼气以酵细菌赖以生存的养粒亚源，因为沼气细菌在沼气池内正常生长繁殖过程中，必须从发酵原料里吸取充足的营养物质，如水分、碳素、氮素、无机盐类和生长素等，用于生命活动，成倍繁殖细菌和产生沼气。

有机物中的碳水化合物如秸杆中的纤维素和淀粉是细菌的碳素营养，有机物中的有机氮如畜粪尿中的含氮物质慢是细菌的氮素营养，当有机物被细菌分解时，一部分有机物的碳素和氮素被同化成菌体细胞，以及组成其他新生物质，另一部全有机物则被产酸细菌分解为简单有机物，后经甲烷菌的作用产生甲烷。因此，沼气发酵时，原料不仅需要充足而且需要适当搭配。保持一定的碳、氮比例这样才不会因缺碳素或缺氮素营养而影响沼气的产生和细菌正常繁殖。

（3）发酵原料浓度沼气池中的料液在发酵过程中需要保持一定的浓度，才能正常产气运行，如果发酵料液中含水量过少，发酵原料过多，发酵液的浓度过大，产甲烷菌又食用不了那么多，就容易造成有机酸的大量积累，结果使发酵受到阻碍；如果水太多，发酵液的浓度过稀，有机物含量少，产气量就小。所以沼气池发酵液必须保持一定的浓度，根据多年实践农村沼气池一般采用6%—10%的发酵料液浓度较适宜，在这个范围内，沼气的初始启动浓度要低一些便于启动。夏季和初秋池温高，原料分解快，浓度可适当低一些；冬季、初春池温低、原料分解慢发酵料液浓度保持在10%为宜。

（4）适当的酸碱度酸碱度用PH来表示，把一张PH试纸，伸入经搅拌后的发酵液中，立即取出与PH试纸附带的标准比色卡对比，从颜色的变化就知道发酵液的酸碱度。

沼气发酵细菌最适宜的PH为6.8-7.5，6.4以下7.6以上都对产气有抑制作用。如果PH在5.5以下，就是料液酸化的标志，其产甲烷菌的活动完全受到抑制。如沼气初始启动时，投料浓度过高，接种物中的产甲烷菌数量又不足，或者在沼气池内一次加入大量的鸡粪、薯渣造成发酵料液浓度过高，都会因产酸与产甲烷的速度失调而引起挥发酸（乙酸、丙酸、丁酸）的积累导致PH下降。这是造成沼气池启动失败或运行失常的主要原因。

在沼气发酵过程中，PH变化规律一般是；在发酵初期，由于产酸细菌的迅速活动产生大量的有机酸，使PH下降；但随着发酵继续进行，一方面氨化细菌产生的氨中和了一部分有机酸；另一方面甲烷菌群利用有机酸转化成甲边远，这样使PH又恢复到正常值。这样的循环继续下去使沼气池内的PH值一直保持在7.0-7.5的范围内，使发酵正常运行。所以，沼气池内的料液发酵时，只能保持一定的浓度，接种物和适宜的温度，它就会正常发酵，不需要进行调整。

（5）严格的厌氧环境沼气发酵中起主要作用的是厌氧分解菌和产甲烷菌。它们怕氧，在空气中暴露几秒钟就会死亡，就是说空气中的氧气对它们有毒害致死的作用。因此，严格的厌氧环境是沼气发酵的最主要条件之一，我们根据沼气细菌怕空气的特性，采用了树脂和GRC双封闭的池体，水气封闭性能完全可以达到沼气发酵运生要求；在使用过处程中，只要无硬性撞击和特殊性的意外，在较长的时间内不存在漏气问题。

（6）适宜的温度沼气池内发酵液的温度，对产生沼气的多少有很大影响，这是因为在最适宜的温度范围内温度越高，沼气细菌的生长、繁殖越快、产沼气就多。如果温度不适宜，沼气细菌生长发育慢、产气就少或不产气。所以，温度是生产沼气的重要条件。

究竟多高的温度才适宜呢？一般说沼气细菌在8—60℃范围内都能进行发酵。人们把沼气发酵划分为三个发酵区，即常温发酵区10—26℃，中温发酵区28—38℃，最适温度为35℃；高温发酵区46—60℃，农村的沼气发酵，因为条件的限制，一般都采用常温发酵，我们在沼气池中加装了太阳能增效装置，如发酵温度低时，可打开太阳能热水器的池内加温阀，将热水引入池内的管状散热器中，为发酵料液补充温度，尤其在冬季，太阳能增效装置对于沼料发酵和产气率将起到很大作用。