在泥炭和軟褐煤階段，主要的生物化學反應是成煤原始物質形成腐殖酸；在硬褐煤階段,已形成的腐殖酸逐漸失去羥基(-OH)和羧基(-COOH)等官能團,轉變為腐殖質。在硬褐煤階段顏色由褐色轉向黑色，開始顯示光澤，同時反射率增高。 
      煤中腐殖質為一種帶有眾多官能團和側鏈的芳香族稠環系統，在低煤化階段，煤中的芳環層還很小，而且是隨機分布的，是由大量富氫官能團、富氧橋以及脂肪族側鏈支撐和聯結著。 在煤化過程中，芳環層逐漸脫去羧基(-COOH)、羥基(-OH)、甲氧基(-OCH3)以及羰基等官能團，同時芳環層逐步增大，鏡質體反射率也隨之增高。
      當煤化作用達到鏡質體平均反射率(R0,m)0.5～0.6%階段,從芳環層脫落下來的脂肪族、脂環族官能團和側鏈，形成以甲烷為主的揮發物，并開始以生成瀝青質的瀝青化作用為代表的第一次躍變。煤化程度逐步增高到R0,m約為1.3%時,煤中進行的化學反應從以形成烴為主轉而為以裂化反應為主，已經形成的瀝青質轉而裂化為小分子氣態烴，生成大量非芳香組分的揮發分，即為第二次躍變。    

      在煤化程度繼續提高的同時，揮發分逐漸減少，芳香族稠環系統的縮合程度和芳香度逐步增高,反射率也隨之增高。在R0,m約2.0%的貧煤階段，煤的分子結構單元出現方向性，開始有序化，很可能是由于官能團大部分已經脫落，芳環疊片間距離小的結果。達到無煙煤階段時，芳香疊片排列有序化已呈現近似平行排列，反射率表現出較明顯的各向異性。

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