论文导读：生成的气体分别称为生物成因气和热成因气。根据成气作用时间的不同，又可以分为原生生物成因气和次生生物成因气，在早期生成原生生物成因气，在晚期形成次生生成因物气。原生生物成因气，形成于泥炭沼泽环境中，煤的变质程度较低，镜质组反射率小于0.5%,处于泥炭褐煤阶段，埋深一般小于400米。次生生物成因气，指随着煤化作用的进行，伴随温度升高，煤分子结构由于成分的变化而形成的甲烷气体。
关键词：原生生物成因气，次生生物成因气，热成因气，镜质组反射率
被掩埋的植物体，经过微生物的生物化学作用转化为泥炭(泥炭化作用阶段)，泥炭又在地质作用下发生物理化学反应，向褐煤、烟煤和无烟煤转化(煤化作用阶段)。在成煤过程中，成煤物质发生了复杂的物理化学反应，挥发份和含水量减少，发热量和固碳量增加，同时也生成了以甲烷为主的气体。泥炭在煤化作用过程中，通过两个过程，即生物成因过程和热成因过程而生成气体。生成的气体分别称为生物成因气和热成因气。
1.生物成因气
生物成因气，是相对温度小于五十度的条件下，通过微生物作用，在煤层中生成的以甲烷为主的气体。在这个过程中，微生物起到了决定作用，直接影响成气和成气量。所以成气环境要有利于微生物成长，一般要求大量有机物的快速沉积、充裕的空隙空间，低温和高PH 值的缺氧环境。生物成因气的碳源不相同，归纳起来，可以分为两种情况：第一，二氧化碳还原形成甲烷；第二，醋酸、甲醇、甲胺等发酵形成甲烷。根据成气作用时间的不同，又可以分为原生生物成因气和次生生物成因气，在早期生成原生生物成因气，在晚期形成次生生成因物气。
1.1原生生物成因气
原生生物成因气，形成于泥炭沼泽环境中，煤的变质程度较低，镜质组反射率小于0.5%,处于泥炭褐煤阶段，埋深一般小于400米。在这种环境下，由于温度较低，有机物结构不能发生变化而形成气体，该阶段形成的甲烷是微生物对有机物的分解而形成的。
在泥炭沼泽环境中，随着上浮有机物不断沉积，达到一定厚度时，沉积环境变为还原性，而有机物上部仍为氧化性。虽然甲烷生成于还原环境，但是氧化环境为成气提供了物质基础。
在氧化环境中，纤维素，蛋白质等有机物在煤的作用下可以形成单糖，单糖是形成甲烷的物质基础。下面以纤维素为例说明：
在氧化环境中，纤维素在酶的作用下水解：
（C6H12O6）n+ n H2O ——> n C6H12O6
还原环境中，单糖经过一系列的反应形成甲烷：
C6H12O6——>C4H8O2+C2H402+CH4
乙酸在水中电离出乙酸根，继而被还原成甲烷：
CH3COO-+H2=CH4+CO2
同时，甲烷菌在辅酶作用下活化二氧化碳和氢气，使之还原为甲烷。
1.2次生生物成因气
次生生物成因气，指随着煤化作用的进行，伴随温度升高，煤分子结构由于成分的变化而形成的甲烷气体。从地质环境变化的角度来说，煤系地层在后期被构造作用抬升并剥蚀到近地表，细菌通过降水运移到煤层中，在相对低的温度条件下，生成甲烷和二氧化碳。次生生物成因气与原生生物成因气成气条件有很大差异，一般要求：煤的变质程度处于褐煤焦煤阶段；煤系地层发生过抬升或隆起作用；煤层渗透效果好；有细菌运移到煤层中。
2.热成因气
随着煤层埋深不断增加、温度上升，煤的变质程度不断增加，生成了大量的甲烷和其他气体，该过程有机物不断脱碳、脱氢、富碳。生成气体的类型和生成气体量由煤阶决定，随着煤变质程度不断增加，成气作用大致可以分为三个阶段：
2.1低变质阶段，即褐煤至长焰煤阶段（Ro<0.6%）。该阶段温度为75-90，埋深1.5-2千米，生气量大，生气量为38-168m3/t，其中以二氧化碳为主，约占72%-92%，而烃类气体总量＜20%，以甲烷为主，重烃含量较少。从化学变化的角度来讨论，该阶段主要发生脱水、脱羟基反应，前期主要生成水，后期二氧化碳和甲烷产量明显增加。从地质储存角度来讲，该阶段形成的气体大多逸散。
2.2中等变质阶段，即长焰煤到焦煤阶段（0.6%<Ro<1.9%）。该阶段温度为90—190摄氏度，埋深下限6千米。该阶段生气总量约为168——270m3/t ，其中国以烃类气体为主，可达70%—80% ，烃类以甲烷为主，重烃浓度明显增高，其中乙烷平均浓度为16%，丙烷浓度为5%，重烃浓度分别为：气煤11.4% ，肥煤4.43% ，焦煤6.22%， 瘦煤6.71% 。发表论文。该阶段所生气体以湿气为主。从化学变化的角度来讲，由于有机物中各种官能团活化能大小不同，在热力作用下，发生相应的分馏效应。该阶段可以分为三期：
2.2.1 早期（0.5%<Ro<0.8%），一含氧官能团的断裂为主，产生二氧化碳，芳香烃结构上烷烃支链部分断裂形成少量甲烷和乙烷以上的重烃。O/C骤降，由1.23降到0.12，发生脱碳作用。
2.2.2 中期（0.8%<Ro<1.3%），树脂等稳定组分有机物初步降解为沥青，芳香烃核结构烷烃支链断裂，形成含重烃的气体。发表论文。该阶段，H/C从1.76降到0.89，O/C从0.12降到0.05 。发表论文。
2.2.3 晚期（1.3%<Ro<1.9%），沥青等大分子烃类裂解形成含甲烷的气体。H/C降至0.48 ，O/C降至0.04 。
2.2.4高变质阶段，即瘦煤到无烟煤阶段（Ro>1.9%）。生气总量为270—420m3/t ，以烃类气体为主，可达到70%，其中绝大多数为甲烷，重烃浓度显著降低，其中贫煤浓度为1.26% ，无烟煤浓度为0.0985% 。该阶段所生气体绝大多情况下是干气，在我国只有局部地区是湿气。该阶段生气方式发生了改变，不再以烷烃支链断裂生气为主，而是以芳香烃核之间的缩合生气为主。
3.总结
综上所述，煤层有机质在煤化作用过程中产物主要为甲烷，早期为生物气，中期为热解气，晚期为热裂气。早期有二氧化碳产生；在肥煤阶段有液态烃产生。由此可见，煤化作用非常复杂，需要详细分析和具体分析，对于个别问题，要用特殊方法解决。
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