5煤与含煤岩系解析
含煤岩系的特征
含煤岩系的特征伍勇勇摘要：含煤岩系是一套含有煤层并具有一定成因联系的沉积岩系，亦称含煤构造、含煤地层、煤系等。
含煤岩系是在一定古构造、古地理和古气候条件下形成的，具有独特的特征、包括煤层、岩性、沉积岩、旋回构造等特征。
关键字：含煤岩系含煤岩系的特征煤层特征含煤岩系岩性沉积相旋回构造一、煤层的特征煤层是由植物遗体转变而来的可燃有机沉积岩层。
煤层的层数、厚度、结构、赋存状态及其变化，是确定煤田开发规划的重要依据。
因此，研究煤层特征具有极其重要的实际意义。
1.煤层的形成煤是植物遗体经成煤作用转变而来。
成煤植物在泥炭沼泽中生长、繁殖、死亡乃至遗体的堆积、埋葬，直到形成泥炭层的整个过程中，都与沼泽水位的相对升降有密切关系。
这种关系变现有如下三种情况：（一）沼泽水位上升速度小于植物遗体堆积速度，即过渡补偿。
此时，沼泽供水越来越困难，不利于植物的生长，而且还会使已堆积的泥炭层因暴露而遭到剥蚀，因此很难形成厚煤层。
（二）沼泽水位上升速度大于植物遗体堆积速度，即补偿不足。
这种情况下，沼泽覆水不断加深，植物也将难于生存。
泥炭堆积作用暂停，呆滞于泥、砂等沉积物，形成煤层顶板或夹矸（三）沼泽水位上升速度与植物遗体堆积速度基本一致，即均衡补偿。
这时植物生长、繁殖，泥炭堆积作用得以持续进行，可形成厚煤层和特厚煤层自然界中沼泽水面上升速度和植物遗体堆积速度之间的平衡是由条件的、相对的、暂时的。
由于泥炭层堆积的整个过程中，往往是上述三种情况反复交替，因而形成的煤层有各种不同的形态和结构。
2.煤层的结构(1)煤层的结构根据煤层中有无其它岩石夹层的存在，可分为简单结构煤层和复杂结构煤层两种。
前者不含夹石，而后者则含层数不等、厚薄不一的夹石层。
夹石层的多少及其稳定性主要取决于聚煤期古构造和古地理条件。
一般来说，聚煤期沉积环境比较稳定时，煤层中的夹矸层数少，厚度小且稳定，多为薄层状；当聚煤期沉积环境不稳定时，煤层中的夹矸层数多，形态多样，且常不稳定。
煤的形成和含煤岩系解析PPT课件
脆度：外力作用下突然断裂的难易程度。低、高变质程度煤脆度小，中
变质程度煤大；煤岩成分中丝炭最大，镜煤次之，暗煤最小。
202各种自然力作用而产生裂开现象。按成因分二类：
（1）内生裂隙：煤化作用过程中，受温度、压力影响，体积收缩而成。 裂隙面平坦，垂直层理面，常出现互为垂直的两组，一组较密，另一组较稀， 以中变质煤最发育。
3. 半暗型煤 由暗煤、亮煤组成，以暗煤为主，光泽较暗，硬度、脆 度较大，内生裂隙不发育。
4. 暗淡型煤 由暗煤组成，有时夹有镜煤和丝炭，光泽暗淡，层理不 明显，硬度和韧性强，煤质较差。
注意：实际工作中，只有变质程度相同的煤才能互相比较和划分不同 类型，划分的最小厚度一般为3～10cm。
2020年9月28日
丝炭、镜煤、暗煤、亮煤。 1. 丝炭 灰黑色，形如木炭，具明显的纤维状结构和丝绢光泽； 疏松、多孔、硬度小、脆度大、易染指； 没有粘结性、吸氧性强、易氧化自燃、易成煤尘； 在煤层中多呈几毫米厚的扁平透镜体，数量不多，但分布广。 2. 镜煤 乌黑、光亮如镜、内生裂隙发育、结构均一、易碎、粘结性强； 在煤层中不形成独立分层，以透镜或条带状散布于亮煤中； 3. 亮煤 灰黑、光泽较强、性脆易碎、内生裂隙发育、均一程度不如镜煤； 化学工艺性质介于镜煤与暗煤之间，灰分含量较低； 在煤层所占比例较大，可形成较厚分层，也可单独成层。 4. 暗煤 灰黑、光泽暗淡、致密坚硬、韧性较大； 层理不清晰、矿物质含量较多，成分复杂、对煤质影响大； 在煤层中所占比例较大，可形成较厚分层，也可单独成层。
3. 密度 指单位体积煤的质量（g/cm3）
影响因素（1）变质程度：越高、密度越大。
（2）煤岩成分：暗煤大、亮煤次之、镜煤更次之。
分类： （1）真密度
煤矿地质基本知识
走向地层还表现为地层重复或缺失。
化开采更为困难。
煤层的空间形态及展布方向用产状要素
二、地质构造
• 原始沉积的煤（岩）层，由于后来地质变迁、地壳运动而造成岩层空 间形态个产状发生变化，形成新的结构称为地质构造。
• 地质构造可归纳为三种基本类型，即单斜构造、褶曲构造、断裂构造。 • 单斜构造 • 在一定范围内（通常一个井田）岩层向一个方向倾斜的构造形态叫单
2）煤层的底板。
• 煤层的底板岩石可分为直接底和老底两种， 如图2－1b所示。
• a－煤层顶板；b－煤层底板 • 1－中粒砂岩；2－砂质页岩；3－炭质页
岩；4－煤；5－粘土岩；6－粉砂岩
• （1）直接底――以富含炭质的粘土岩最为常见， 厚度一般几十厘米。如果直接底的岩性是遇水后 膨胀粘土岩，则可造成巷道底板隆起（底鼓）现 象，轻者影响巷道运输于支护，重者使巷道遭受 破坏。
着一个面，而是沿着一个破碎带发生时，这个带称为断层破碎带。②断层线。 断层面与地面的交线，即断层面在地面的出露线。它大致反映断层的延伸方 向。 • ③交面线。断层面与煤层底板面的交线。 • ④断盘。被断层面分开的两侧岩块。若断层面是倾斜面的，根据岩块与断层 面的相对关系，分为上盘和下盘。上盘位于断层面上方；下盘位于断层面下 方。 • ⑤断距。断层两盘相对移动的距离。未错开前的某点，错动后分裂为两点， 分别在两个盘上，测得两点的实际距离称总断距。 • ⑥落差。断层两盘上对应点的铅直断距，如图2－7所示。
煤层的厚度变化及原因
第二节煤层的厚度变化及原因煤层厚度是指煤层顶底板岩石之间的垂直距离。
根据煤层结构，煤层厚度可分为总厚度、有益厚度和可采厚度。
煤层总厚度是顶底板之间各煤分层和夹层厚度的总和；有益厚度是指煤层顶底板之间各煤分层厚度的总和；可采厚度是指在现代经济技术条件下适于开采的煤层厚度。
按照国家目前有关技术政策，根据煤种、产状、开采方式和不同地区的资源情况等规定的可采厚度的下限标准，称为最低可采厚度。
达到最低可采厚度以上的煤层，称可采煤层(图4-6)。
不同煤层的厚度有很大差别，薄者仅数厘米，俗称煤线，厚者可达二百多米。
考虑到开采方法的不同，可采煤层的厚度可分为五个厚度级：煤厚0.3～0.5米为极薄煤层；0.5～1.3米为薄煤层；1.3～3.5米为中厚煤层，3.5～8.0米为厚煤层；大于8米的为巨厚煤层。
图4-6煤层的厚度煤层厚度是影响煤矿开采的主要地质因素之一，煤层厚度不同，采煤方法亦不同；煤层发生分岔、变薄、尖灭等厚度变化，直接影响煤炭储量的落实和煤矿正常生产。
因此，研究煤层厚度变化的规律就成为煤田地质工作的重要课题之一。
煤层厚度的变化是多种多样的，但就其成因来说，可以分为原生变化和后生变化两大类。
原生变化是指泥炭层堆积过程中，在形成煤层顶板岩层的沉积物覆盖以前，由于各种地质作用的影响而引起的煤层形态和厚度的变化；泥炭层被新的沉积物覆盖以后或煤系形成之后，由于构造变动、岩浆侵入、河流剥蚀等地质作用所引起的煤层形态和厚度的变化，则称后生变化，现分别阐述如下。
一、煤层厚度的原生变化煤层厚度的原生变化，主要包括聚煤坳陷基底不均衡沉降引起的煤层分岔、变薄、尖灭，沉积环境和古地形对煤层形态和煤厚的影响以及河流、海水对煤层的同生冲蚀等。
（一）聚煤坳陷基底不均衡沉降引起的煤厚变化煤系形成过程中，聚煤坳陷基底的沉降常常是不均衡的，如沼泽基底的差异性运动，同沉积褶皱、同沉积断裂以及差异小振荡运动等，对于煤层的形态和厚度变化无不产生深刻的影响。
含煤岩系及变质作用
含煤岩系及变质作用含煤岩系（以下简称煤系），是指一套含有煤层并具有一定成因联系的沉积岩系。
煤系是在一定的地壳运动、古地理环境和古气候条件下形成的。
它具有独特的沉积特征，常表现在岩性特征、岩相特征和旋回特征等几个方面。
第一节煤系的特征一、岩性特征煤系是在潮湿气候条件下形成的。
沉积岩的颜色主要呈黑色、灰黑色、灰色和灰绿色。
有时在煤系中也会出现一些杂色的岩石，如带红、紫、灰绿色斑块的泥质岩和粉砂岩等。
煤系中的岩石，主要是各种粒度的碎屑岩和粘土岩，并夹有石灰岩、燧石层等。
碎屑岩中最常见的有石英砂岩、长石石英砂岩、长石砂岩、砂岩、粉砂岩以及各种成分的砾岩。
不同沉积条件下形成的碎屑岩，在成分和结构上有着很大的差别。
长石石英砂岩和岩屑砂岩是在内陆条件下形成的，砾岩和粗砂岩反映沉积物距剥蚀区较近。
此外，煤系中还有铝土矿、耐火粘土、油页岩、菱铁矿、黄铁矿及火山成因的凝灰岩和火山角砾岩等。
组成煤系的沉积岩非水平类型层理比较发育，并且常产有丰富的生物化石，特别是植物化石。
此外，还有黄铁矿和各种碳酸盐结核及泥质、粉砂质等包体。
在煤系形成过程中，若附近有火山喷发时，就会有相应的火山碎屑岩的分布；若遭受岩浆侵入还可见到各种岩浆侵入体形成二、沉积相特征（一）沉积相概念沉积相是沉积岩在形成时的一定古地理环境的反映。
它带有沉积时的环境标记。
在不同的沉积环境下形成的沉积岩，在颜色、物质组成、结构、构造、厚度和生物化石等方面都存在着差异。
所以，对沉积岩形成的环境的恢复，不仅对了解地质时代的古地理特征和地壳发展历史有着重大的理论意义，而且对指导矿产预测，特别是指导煤田地质勘探有着巨大的实际意义。
沉积相的成因标志，就是指具有一定的岩性特征和古生物标志的岩石和岩层，这些特征和标志能反映古代沉积物形成时的自然地理环境。
它既是环境，又是沉积物的物质表现。
（二）煤系中沉积相的分类及其特征煤系是多种沉积相的组合。
根据其形成的古地理类型，沉积相可分为陆相、过渡相和海相。
含煤岩系类型
为何含有砂岩、石 灰岩的顶板多为矿 井充水的重要来源？
含煤岩系的类型
• 含煤岩系是指在一定的沉积环境下形成沉积岩组 合。含煤岩系形成时沉积环境的变化决定了含煤 岩系沉积岩的组合特点。 • 根据含煤岩系形成时的沉积环境，含煤岩系分为 两个类型：
近海型含煤岩系
•
近海型含煤岩系又称海陆交替相含煤岩 系。这类煤系形成与近海地区，地形简单、 平坦、广阔，因此容易发生大面积范围的 海侵海退，海侵时形成海相地层，海退时 形成陆相地层。
整体上岩性简单、平面上变化较大、垂向上厚度较大
课堂知识小结
• • • 整体 近海型含煤岩系 单层岩性
岩性多样 简单
•
结构明显 • 含煤岩系类型 岩性简单
旋回
整体上
内陆型含煤岩系 平面上变
化较大
课堂作业
• 1、近海型含煤岩系的特征有哪些？ • 2、内陆型含煤岩系的特征有哪些？ • 3、请对近海型含煤岩系和内陆型含煤岩系 中煤层的特点进行对比。
内陆型含煤岩系
• 内陆型含煤岩系亦称为陆相含煤岩系。 这类煤系形成与据海较远的地区，往 往是在内陆的一些小盆地中发育而成 的， • 所以，煤系地层中没有海相地层，为 陆相地层。
内陆型含煤岩系
• • • • • • 特点： 1、煤系分布范围小 2、岩性、岩相变化大，标志少，煤层对比困难 3、碎屑物成分复杂，分选差，圆度低、粒度粗 4、煤层层数少，单层厚度大，煤系厚度大 5、煤层结构复杂，夹矸石多
海相地层和陆相地层有何特点？
近海型含煤岩系
• • • • • • • 特点： 1、煤系分布广 2、岩性、岩相稳定，标志层多，煤层易于对比 3、碎屑成分单一、分选性好、圆度高、粒度细 4、煤层层数多，单层厚度小，煤系厚度不大 5、煤层结构简单 6、含黄铁矿、硫分高 整体岩性多样、单层岩性简单、旋回结构明显
第四章煤与含煤岩系
煤的控制因素。归纳起来有以下必要条件。 1、植物条件 2、气候条件：潮湿、温暖的气候对成煤最有利。 3、地理条件：形成分布面积较广的煤层，必须有适于发生大面积沼泽化
的自然地理条件。
4、地壳运动
泥炭层的聚积，要求地壳发生缓慢下降，下降速度=植物遗体聚积速度。 泥炭层的保存并转变成煤层，要求地壳大幅度的沉降。 为了使同一地区形成较多的煤层，要求地壳在总的下降过程中发生多次的升降 或间歇性的下降。
重大变化，最为突出的是煤中腐植酸全部消失，出现粘结性，光泽增强， 碳含量增加。
成煤过程中，煤中的氢、氧含量渐減，而碳含量渐增，所产生的甲烷 (CH4)，或逸入大气圈，或封閉在地层圈中，形成天然气储气层。
煤化作用过程是一个脱气、脱氧、富碳及基本结构单元增大的过程
第四章煤与含煤岩系
第一节 煤的形成……成煤的必要条件
体，它是由孢子萌发成原丝体，再由原丝体发育而成的。 （2）蕨类植物 ：植物体有根、茎、叶的分化和较原始的
维管组织 。
苔藓植物
第四章煤与含煤岩系
鳞木 （蕨类石松纲最著名的一属 ）
第一节 煤的形成……成煤植物
2、高等植物 （3）裸子植物：种子植物中
较低级的一类。能产生种子的 种子植物。但它们的胚珠外面 没有子房壁包被，不形成果实， 种子是裸露的，故称裸子植物。
作用转变而形成的。从植物遗体堆积到转变为煤的一系列演 变过程称为成煤作用。
有两个阶段： （一）泥炭化阶段 （二）煤化阶段
第四章煤与含煤岩系
第一节 煤的形成……成煤作用
（一）泥炭化 阶段
1、腐泥化 作用：指低等 植物和浮游生 物遗体在湖泊、 泻湖和海湾等 还原环境中转 变成腐泥的生 物化学作用。
煤与含煤岩系PPT课件
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富氢基质镜质体发褐色荧光，荧光体发黄色强荧光， 大孢子体发金黄色荧光（与f同视域）
34
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富氢基质镜质体发褐色荧光，大孢子体发金黄色荧光， 粗粒体不发荧光
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微亮煤；基质镜质体
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微镜煤，微亮煤互层；均质镜质体，树脂体，角质体
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基质镜质体（红）、树皮体和小孢子体（黄）、粗粒体（黑）
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基质镜质体、粗粒体
39
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（二）煤化作用阶段 煤化作用－泥炭或腐泥转变成褐煤、烟
3
（2）木质素
是植物细胞键的主要成分，常分布于植物机械组 织的细胞壁中。它能增强坚固性，起支持作用。 • 木质素比纤维素稳定，不易水解。 • 当植物死亡后较易氧化为芳香酸和脂肪酸。 • 在泥炭沼泽水中，由于水和微生物的作用，木质 素发生分解，并和其它化合物生成与腐植酸相似 的物质。 • 因此，它是煤的原始物质中重要的有机组分。
环境：沼泽 物质：纤维素、木质素 产物：腐植酸、沥青
①氧化环境的表层 沼泽 ②中间层
③还原环境的底层
11
• 在沼泽的表层，因空气流通，温度较高，含有大 量的需氧性细菌的微生物，
• 植物遗体经过氧化分解和水解作用，一部分彻底 破坏，转变成气体和水分而逸去；
• 一部分分解为较简单的有机化合物；难以分解的 部分继续保留下来。
4
（3）蛋白质
• 在植物体内，蛋白质含量所占比重不大。由于它 是构成植物细胞原生质的主要物质，因此在植物 生存过程中起着重要作用。低等植物含量高。
• 植物死亡后氧化→ H2O、CO2、CH4 • 蛋白质水解→氨基酸
卟啉 是煤中N、S的主要来源
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泥炭化作用与腐泥化作用（阶段） 煤化作用（阶段）
第一节 煤的形成
二、成煤作用
成煤的第一节阶段（泥炭化阶段）：植物遗体在地 表湖沼或海湾环境中，经历复杂的生物化学变化形成 泥炭或腐泥。 成煤的第二阶段（煤化作用阶段） 1、褐煤的形成（成岩阶段）： 2、烟煤的形成（变质作用阶段）：
第二节 煤的性质及分类
一、煤岩组成 二、煤的物理性质 三、煤的工艺性质 四、煤的工业分析 五、煤的分类
第二节 煤的性质及分类
一、煤岩组成
1、腐植煤的煤岩成分与宏观煤岩类型
（1）煤岩成分
指肉眼能观察到的煤的基本组成单位。 1、镜煤 2、丝炭 3、亮煤 4、暗煤
第二节 煤的性质及分类
一、煤岩组成
a.镜煤：颜色最深、光泽最强，质均匀而脆, 具有贝壳状断口。镜煤的挥发分和含氢量高, 粘结性强,适宜于作炼焦低温干馏,气化,液相对光泽强度和光亮成分的含量。
宏观煤岩 类型
光亮型煤
半亮型煤
光泽
光泽极强 光泽较强
镜煤＋亮煤
>80% 80%--50%
半暗型煤
光泽暗淡
50%—20%
暗淡型煤
光泽极暗
<20%
第二节 煤的性质及分类
2、煤显微组分
指光学显微镜下能够辨认的煤的有机组分。 （1）镜质组：最常见、最主要的组分；氧含 量较高，氢含量中等，碳含量较低等。 （2）壳质组：称稳定组。氢含量和挥发分一 般较高。
b.丝炭：外观像木炭，呈灰黑色，具有明显 的纤维状结构和丝绢光泽，疏松多孔，性脆 易碎。丝炭含氢量低,含碳量高,没有粘结性 丝炭一般不能液化。
第二节 煤的性质及分类
c.亮煤：最常见的煤岩成分，不少煤层 以亮煤为主,甚至全部由亮煤构成。亮 煤可以用作炼焦,气化,低温干馏等的原 料. d.暗煤：光泽暗淡，一般呈灰黑色，致 密，相对密度大，坚硬而具韧性。在煤 层中,可以由暗煤为主形成较厚的分层, 甚至单独成层。暗煤不宜用来炼焦,但 它是低温干馏的良好原料.。
第一节 煤的形成
植物 遗体
泥炭 褐 煤 烟 煤
泥炭化 作用
成岩 作用
煤
无烟煤 变质作用 化作用
成煤 作
用
图 7-1 成成煤煤作作用用的的阶段阶划段分划分
第一节 煤的形成
1、泥炭化作用 高等植物遗体在泥炭沼泽中经受复杂的生物化 学和物理化学变化，转变成泥炭的过程。
泥炭沼泽
第一节 煤的形成
2、腐泥化作用 指低等植物和浮游生物遗体在湖泊、泻湖和海 湾等还原环境中转变成腐泥的生物化学作用。
高硫煤
<1.0
1.0~1.5 1.5~2.5 2.5~4.0 >4.0
第二节 煤的性质及分类 （二）煤的物理性质
煤的物理性质：光泽、颜色、硬度、脆度、比重、断口、裂 隙等方面。
1、光泽：从土状（褐煤） → 从似金属光泽（无烟煤）；
2、颜色：
褐色（褐煤） → 黑色（烟煤）→ 钢灰色（烟煤） ；
3、硬度：
中等（褐煤）→ 低（烟煤）→ 高（无烟煤）； 4、脆度：小（褐煤）→ 大（烟煤）→ 小（无烟煤）；
5、比重：随变质程度增加，比重也增加； 6、断口：无烟煤； 7、裂隙：内生裂隙 外生裂隙
第二节 煤的性质及分类
三、煤的工艺性质
1、煤的粘结性和结焦性 粘结性：粉碎后的煤在隔绝空气情况下加热到 一定温度时，煤的颗粒相互粘结成焦块的性质。 结焦性：粉碎后的煤在隔绝空气受热后生成优 质焦炭的性质。
左：3亿年前的沼泽，在恐龙生活之前，很多巨大的植物在沼 泽中死亡了。
中：1亿年前，水体，数百万年之后，植物被水体和泥土掩埋。 右：岩石与泥土，在温度和压力作用下，死亡的植物体转变成
了煤。
第一节 煤的形成
二、成煤作用
煤是由植物经过漫长的极其复杂的生物化学、 物理化学作用转变而形成的。 从植物遗体堆积到转变为煤的一系列演变
第五章 煤与含煤岩系
主要内容
第一节 煤的形成 第二节 煤的性质及分类 第三节 含煤岩系 第四节 聚煤盆地与煤田
重点、难点 1、掌握煤的形成； 2、掌握煤的古地理特征； 3、掌握聚煤盆地的形成条件及类型。
第一节 煤的形成
一、成煤原始物质 二、成煤作用
重点、难点： 煤化作用及变质作用类型。
第一节 煤的形成 一、成煤原始物质
3、煤化作用 泥炭或腐泥转变为褐煤、烟煤、无烟煤、超无 烟煤的作用。 分为2个阶段：煤成岩作用、煤变质作用。
第一节 煤的形成
（1）煤成岩作用(褐煤的形成) 指泥炭或腐泥被掩埋后，在地温、压力等因 素的影响下，经压实、脱水、固结等，转变成褐 煤和腐泥褐煤的作用。 发生在地下200~400m的浅层。 （2）煤变质作用(烟煤的形成) 指褐煤在地下受相对较高的温度、压力、时间 等因素的影响转变为烟煤、无烟煤等的地球化学作 用。
第五章 煤与含煤岩系
学习目的意义
煤的形成、煤的分类及煤的形成时代等是煤 矿地质学研究的主要内容之一，它们与煤矿的安 全开采也有一定的关系。不同环境、不同时代及 不同类型的煤，其煤层厚度、瓦斯含量等都有很 大差别，进而影响到煤矿的开采方式、通风作业 等。因此，掌握煤的形成环境、分类及形成时代 等是非常必要的。
（3）惰质组：主要包括丝质体、半丝质体、粗 粒体及碎屑惰质体等。碳含量最高，氢含量最低，氧 含量中等。
第二节 煤的性质及分类
二、煤的性质
（一）煤的元素成分：
主要：C、H、O、N； 有害元素：S、P、As； S的成因：单质硫 有机硫
无机硫
煤中全硫（ St,d %）的分级 特低硫煤 低硫煤 中硫煤 富硫煤
（2）煤区域岩浆热变质作用：大规模岩浆 侵入含煤岩系或其外围，导致区域内地热增高 ，使煤发生变质的作用。
第一节 煤的形成
（3）煤接触变质作用：指各种岩床、岩墙、岩 脉等浅成岩体侵入或接近煤层时，在岩浆热液 与挥发性气体等影响下，使煤发生变质作用。 （4）煤动力变质作用：由于断裂或褶皱所产生 的构造应力和伴随的热效应，使煤发生变质的作 用。
第一节 煤的形成
（3）影响煤化作用的因素
a.温度
温度因素最为重要，使煤结构发生化学变化
b.时间 c.压力
使煤的物理结构发生变化
第一节 煤的形成
4、煤的变质作用类型
根据引起煤变质的主要因素及其作用方式等 ，将煤的变质作用划分为：
（1）煤深成变质作用：煤形成后，受地热 及上覆岩层静压力作用下，使煤发生变质的作 用。