百米厚的煤层是如何形成的？远古时期有那么多的植物吗？

我们赖以生存的地球家园，在为我们提供适宜的温度、水、大气等基础条件的同时，也为人类文明的发展提供了丰富的矿产资源，其中，煤炭、石油和天然气，是目前世界上利用时间最长、规模最大、开采最多、消费量最高的3种一次能源，特别是煤炭，在传统能源中是含量最为丰富、开采规模更大、消费比重更高的矿藏。

煤层的厚度千差万别

在很多煤矿中，在开采时人们往往会发现一些类似树木纹理的物质，这些物质成为埋藏在煤层中的植物“化石”，同时也成为煤炭形成机理的一个“显性”证据。现在关于煤炭形成的过程，已经形成了共识，那就是大量植物在漫长的地质作用历史进程中，通过掩埋、富集、沉积、碳化等一系列的物理、化学变化，最终演化为煤炭。

而决定着煤矿形态、结构、煤层深浅和厚度等特征的根源，就在于煤炭成矿前，大量成煤植物的分布、种类、数量，以及掩埋后的富集环境、沉积时间、地质作用等因素所共同作用的结果。

对于具有开采价值的煤矿，按照行业默认的标准，煤层的厚度在3.5米以上的被归类为“井工煤矿”，煤层厚度在10米以上、距离地表较近的被归类为露天煤矿，而达到这个深度值，则可以被冠以“厚煤层”之名。比如我国最大的井工煤矿陕西神木大柳塔煤矿，就有3个煤层可以开采，总厚度达到15米。再比如，我国最大的露天煤矿辽宁西露煤矿，煤层的平均厚度达到了55米，最深的地方甚至超过了150米。

煤层是如何形成的？

煤炭的形成，首先离不开植物的大量富集和沉积。大家知道，在地球演化的漫长岁月里，曾经发生过5次生物大灭绝事件，除了距离现在最长的4.4亿年前奥陶纪生物大灭绝发生在海洋里之外，其余的四次都造成了包括植物在内的众多生物死亡。

无论是全球性的超级火山爆发，还是小行星的撞击，都使地球生态环境发生了巨大改变，无数植物在这个过程中，或者直接死亡，或者受到气候的剧烈改变而死亡，这些植物的残骸随着地质运动、水流冲击等作用，从地表带到了地下。随后，这些植物残骸在地下，经过持续性、长期性、复杂性的物理、地球化学和生化作用，逐渐演化为不同厚度、不同品质的煤炭。具体来说，煤炭的形成，主要经历了两个重要阶段。

一是泥炭化。植物残骸在积水环境中，被细菌、真菌等微生物分解，释放出二氧化碳、水，剩余的有机物与这些分解产物之间，又发生复杂的化学反应，生成更为复杂的有机化合物，最终连同微生物的遗体，以泥炭、腐泥的形式储存在地下，为后来煤炭的形成奠定了基础。

二是成煤化。随着沉积作用的持续进行，由植物残骸、微生物所形成的泥炭层受到长时间的挤压，周围环境中的温度和压力持续升高，泥炭继续发生脱水和硬化的过程，碳元素占比越来越高，最先演化为褐煤，这是一种煤化作用不彻底，杂质高、热值低的煤炭。

当褐煤层的沉积深度越来越高、沉积作用持续时间越来越长时，褐煤体继续发生脱水作用，腐殖质含量进一步降低，含碳量持续增加，脱羟、脱羧、脱甲烷等变质作用越来越强，最终褐煤的密度越来越大、颜色越来越深，逐渐演化为烟煤、无烟煤，甚至在极限的情况下会形成石墨。

为何能形成100米高的煤层？

从我国开采的煤矿厚度来看，近一半的矿藏都高于10米，仅有个别的大型煤矿，其深度能达到100米以上。刚才提到了，煤层的厚度值影响因素有多个方面，既与埋入地下的植物数量、植物覆盖程度有关，也与包裹煤层的岩石性质有关，当然，也与水流冲击的强度、沉积环境的稳定性密切相关。

当成煤前的植物规模达到一定程度以后，在一定的地质运动加持下，如果还有着较为丰富的水资源且水流冲击速率不是太大，那么所沉积的物质，绝大部分都来源于埋入地下的植物，由水源而带来的泥沙等杂质就较少。随着一代一代植物的生长、枯萎、埋入地下等周期的持续进行，越来越多的代际植物，就这样一层层地堆积在一起，在形成煤矿的两个阶段的环境作用下，通过漫长的分解、沉积、演化，不同时期沉积形成的煤层，最终聚合在一起，形成超厚的煤矿。

如果从现在的视角来看，我们仍然想象不出这么厚的煤层，得需要多少的植物。而这个过程异常地缓慢，以至于我们甚至都不相信它们是由植物演变而来。实际上，通过科学家们对煤层所处年代的测定，大多数的煤层，都产生于3个主要的地质历史年代，一是晚古生代的石炭纪和二叠纪，二是中生代的侏罗纪，三是新生代的古近纪。

这3个时期，都是地球历史上最为温暖湿润、氧气含量最为充足的阶段，无论是植物的分布范围，还是植物的数量和种类，都是空前且绝后的，巨量的植物资源，为煤炭的形成奠定了坚实且充裕的物质基础。

当有合适的地质条件时，这些植物在地下会发生持续性的成煤反应，如果我们保守一点，假定每年由植物的沉积所形成的煤层，厚度仅有0.005毫米，那么2000万年下来，煤层的总厚度就能达到100米。所以，在植物量非常丰富、成长非常迅速的远古时期，通过1、2千万年的沉积演化，是完全有可能形成上百米的厚煤矿的。