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煤炭是由古代植物遗体经过数百万年复杂地质作用形成的重要化石燃料。整个煤化过程包括四个主要阶段：首先植物遗体在缺氧环境下形成泥炭，然后通过沉积压缩形成褐煤，接着在稳定环境中演化为烟煤，最后在高温高压条件下变质成无烟煤。这个过程需要数百万年的时间，伴随着温度压力的不断变化。
泥炭形成是煤化过程的第一阶段。在古代沼泽环境中，大量植物死亡后堆积在水底，由于与空气隔绝形成缺氧环境，植物遗体无法完全腐烂。在这种条件下，厌氧细菌开始分解有机质，但分解不完全，逐渐形成疏松多孔的泥炭层。泥炭含水量很高，达到百分之八十到九十，碳含量相对较低，约为百分之五十到六十，仍能看到原始植物的结构特征。
褐煤形成是煤化过程的第二阶段。随着时间推移，大量沉积物覆盖在泥炭层上方，使泥炭埋藏深度不断增加。在逐渐增大的压力作用下，泥炭层发生压缩变形，大量水分被挤出，有机质得到浓缩。经过这一过程，泥炭转化为褐煤。褐煤的含水量降低到百分之三十到四十，碳含量提高到百分之六十五到七十五，质地变得更加紧密，颜色也比泥炭更深。
烟煤形成是煤化过程的第三阶段。褐煤在埋藏深度一千到三千米的相对稳定环境中，经历长期的地质作用。在这个阶段，温度保持在五十到一百五十摄氏度之间，压力相对稳定，为缓慢的碳化过程提供了理想条件。经过数百万年的演化，褐煤逐渐转化为烟煤。烟煤的含水量进一步降低到百分之五到十五，碳含量显著提高到百分之七十五到九十，质地变得坚硬致密，燃烧时会产生烟雾，热值也比褐煤更高。
无烟煤形成是煤化过程的最终阶段。当烟煤埋藏深度超过三千米时，会遇到更加极端的地质环境。在一百五十到三百摄氏度的高温和超过一百兆帕的高压作用下，烟煤发生深度变质作用。在这种条件下，煤的分子结构发生重新排列，碳原子更加紧密地结合在一起。经过变质作用，烟煤最终转化为无烟煤。无烟煤的含水量降至百分之五以下，碳含量超过百分之九十，质地极其坚硬，燃烧时几乎不产生烟雾，热值达到最高水平，是煤炭中品质最优的类型。