我們賴以生存的地球家園，在為我們提供適宜的溫度、水、大氣等基礎條件的同時，也為人類文明的發展提供了豐富的礦產資源，其中，煤炭、石油和天然氣，是目前世界上利用時間最長、規模最大、開採最多、消費量最高的3種一次能源，特別是煤炭，在傳統能源中是含量最為豐富、開採規模更大、消費比重更高的礦藏。

煤層的厚度千差萬別

在很多煤礦中，在開採時人們往往會發現一些類似樹木紋理的物質，這些物質成為埋藏在煤層中的植物“化石”，同時也成為煤炭形成機理的一個“顯性”證據。現在關於煤炭形成的過程，已經形成了共識，那就是大量植物在漫長的地質作用歷史程序中，透過掩埋、富集、沉積、碳化等一系列的物理、化學變化，最終演化為煤炭。

而決定著煤礦形態、結構、煤層深淺和厚度等特徵的根源，就在於煤炭成礦前，大量成煤植物的分佈、種類、數量，以及掩埋後的富集環境、沉積時間、地質作用等因素所共同作用的結果。

對於具有開採價值的煤礦，按照行業預設的標準，煤層的厚度在3.5米以上的被歸類為“井工煤礦”，煤層厚度在10米以上、距離地表較近的被歸類為露天煤礦，而達到這個深度值，則可以被冠以“厚煤層”之名。比如我國最大的井工煤礦陝西神木大柳塔煤礦，就有3個煤層可以開採，總厚度達到15米。再比如，我國最大的露天煤礦遼寧西露煤礦，煤層的平均厚度達到了55米，最深的地方甚至超過了150米。

煤層是如何形成的？

煤炭的形成，首先離不開植物的大量富集和沉積。大家知道，在地球演化的漫長歲月裡，曾經發生過5次生物大滅絕事件，除了距離現在最長的4.4億年前奧陶紀生物大滅絕發生在海洋裡之外，其餘的四次都造成了包括植物在內的眾多生物死亡。

無論是全球性的超級火山爆發，還是小行星的撞擊，都使地球生態環境發生了巨大改變，無數植物在這個過程中，或者直接死亡，或者受到氣候的劇烈改變而死亡，這些植物的殘骸隨著地質運動、水流衝擊等作用，從地表帶到了地下。隨後，這些植物殘骸在地下，經過持續性、長期性、複雜性的物理、地球化學和生化作用，逐漸演化為不同厚度、不同品質的煤炭。具體來說，煤炭的形成，主要經歷了兩個重要階段。

一是泥炭化。植物殘骸在積水環境中，被細菌、真菌等微生物分解，釋放出二氧化碳、水，剩餘的有機物與這些分解產物之間，又發生複雜的化學反應，生成更為複雜的有機化合物，最終連同微生物的遺體，以泥炭、腐泥的形式儲存在地下，為後來煤炭的形成奠定了基礎。

二是成煤化。隨著沉積作用的持續進行，由植物殘骸、微生物所形成的泥炭層受到長時間的擠壓，周圍環境中的溫度和壓力持續升高，泥炭繼續發生脫水和硬化的過程，碳元素佔比越來越高，最先演化為褐煤，這是一種煤化作用不徹底，雜質高、熱值低的煤炭。

當褐煤層的沉積深度越來越高、沉積作用持續時間越來越長時，褐煤體繼續發生脫水作用，腐殖質含量進一步降低，含碳量持續增加，脫羥、脫羧、脫甲烷等變質作用越來越強，最終褐煤的密度越來越大、顏色越來越深，逐漸演化為煙煤、無煙煤，甚至在極限的情況下會形成石墨。

為何能形成100米高的煤層？

從我國開採的煤礦厚度來看，近一半的礦藏都高於10米，僅有個別的大型煤礦，其深度能達到100米以上。剛才提到了，煤層的厚度值影響因素有多個方面，既與埋入地下的植物數量、植物覆蓋程度有關，也與包裹煤層的岩石性質有關，當然，也與水流衝擊的強度、沉積環境的穩定性密切相關。

當成煤前的植物規模達到一定程度以後，在一定的地質運動加持下，如果還有著較為豐富的水資源且水流衝擊速率不是太大，那麼所沉積的物質，絕大部分都來源於埋入地下的植物，由水源而帶來的泥沙等雜質就較少。隨著一代一代植物的生長、枯萎、埋入地下等週期的持續進行，越來越多的代際植物，就這樣一層層地堆積在一起，在形成煤礦的兩個階段的環境作用下，透過漫長的分解、沉積、演化，不同時期沉積形成的煤層，最終聚合在一起，形成超厚的煤礦。

如果從現在的視角來看，我們仍然想象不出這麼厚的煤層，得需要多少的植物。而這個過程異常地緩慢，以至於我們甚至都不相信它們是由植物演變而來。實際上，透過科學家們對煤層所處年代的測定，大多數的煤層，都產生於3個主要的地質歷史年代，一是晚古生代的石炭紀和二疊紀，二是中生代的侏羅紀，三是新生代的古近紀。

這3個時期，都是地球歷史上最為溫暖溼潤、氧氣含量最為充足的階段，無論是植物的分佈範圍，還是植物的數量和種類，都是空前且絕後的，巨量的植物資源，為煤炭的形成奠定了堅實且充裕的物質基礎。

當有合適的地質條件時，這些植物在地下會發生持續性的成煤反應，如果我們保守一點，假定每年由植物的沉積所形成的煤層，厚度僅有0.005毫米，那麼2000萬年下來，煤層的總厚度就能達到100米。所以，在植物量非常豐富、成長非常迅速的遠古時期，透過1、2千萬年的沉積演化，是完全有可能形成上百米的厚煤礦的。