其實我們見到并且使用的陜西煤炭都不是直接從煤層中采出的原煤。幾乎所有民用煤炭都是經過選煤廠進行選煤,洗煤之后的精煤。精煤中含矸率較低,所以大家可能有種煤炭中幾乎全是碳的錯覺。 據觀察,煤層中無機物還是有的,我們一般叫煤矸石,選煤廠的化驗員稱為灰分。同一煤層中的不同區域灰分含量也不相同,這與地質構造有關。煤的變質程度不同,灰分含量也不同,一般變質程度越高熱值越高,灰分越小。
當前主流認識是沉積的時候就是這么高的有機質含量,及這么低的灰分含量,后期無機物并沒有多大改變。煤這個名詞本身就自帶低灰分屬性。比如有機質含量在百分之60以上稱之為煤,那些灰分高于百分之四十的只是叫做炭質泥巖,或者說高炭泥巖,這些有機質含量在百分之十至百分之四十炭質泥巖在自然界很多,但數量來說遠小于煤,煤作為一種聚集有機質和一種沉積巖,是有它的特殊性。另外,無論哪種煤都含有灰分,我見過的.低的是百分之一,.高的就是上面說的百分之40,灰分含量再高點就考慮給它換個名稱了,炭質泥巖或者夾矸,前面已經提及。
雖然說問題包含了成煤與煤結構演化,但煤結構演化一塊基本已經清楚,同時也比較容易理解,其實就是脫氧脫氫,芳構化秩序化的過程,無機質只是稍微有些改變,部分礦物質會形成比如黃鐵礦,還有裂隙中石英方解石充填,或者粘土礦物發生轉化,但不會有特別大的改變,并不能解答題主的疑惑。所以這個問題的關鍵在于成煤理論,煤炭是怎么沉積的,為何沉積中無機質含量這么低,以沉積學的基本觀點來看稍微有些不可思議,這也給學習者帶來較多的困擾。
當然,現在的成煤理論不算完善,主流的成煤理論是原地成煤理論,另外亦是有異地成煤理論和微異地成煤理論,異地成煤理論支持點在于個別成煤物質發生了搬運現象。不過原地成煤理論與異地成煤理論都認為煤沉積的時候有機質含量就是很高,很少有礦物質進入。煤沉積過程是一層一層的植物遺體的堆積,前一批植物死亡后,后一批植物在死亡的遺體上繼續生長,之后再倒下,新一批植物在此生長,實際上的泥炭沼澤的高度要略高于旁邊的水位,也就使得外界的流水不能流入其中,而是再一旁繞過,泥炭沼澤內部的水主要靠降雨,這樣外界的流水并不能攜帶泥沙進入沼澤,所以基本沒有礦物質來源。厚煤層的沉積還要依靠地殼的穩定下降,使得沉下去一段時間的植物遺體在水面以下隔絕空氣,不至于被徹底分解,巨厚煤層的形成是講究天時地利人和。
不止如此植物枯落物與動植物殘骸及有機殘留物在土壤中,經過各種菌類及微生物的分解,會形成腐殖質。腐殖質現在業界還沒有一個很清晰透徹的研究,我們現在只知道它的主要組成成分。而它的組成成分大部分為有機物,這是其一。其二,雖然類似碳酸鈣這樣的反應參與者,但他們參與變化的那些量并不大,所占比重也不是特別的大。因為他們的化學反應的比例這是一定的,再多也沒用,也融不進。其三,煤炭在地下深埋。它的物質交換并不頻繁,在有限的空間內,它的元素交換是有限的,這行成了一個特定的環境。