中國(guó)北方煤層自燃產(chǎn)物

時(shí)潛　陳彬

摘 要：在中國(guó)西北地區(qū)多個(gè)沉積盆地的邊緣地區(qū)，地質(zhì)露頭中的煤層常在中、新生代發(fā)生自燃，形成特殊熱變質(zhì)巖或熱改造的沉積巖——燒變巖。氧化條件下形成的紅色燒變巖可形成具有旅游景觀價(jià)值的特殊地貌單元；燒變巖也常具有礦產(chǎn)價(jià)值，可在燒變巖中開(kāi)采陶瓷原料和耐火材料；在陜西等地的黃土高原地區(qū)，堅(jiān)硬的燒變巖也常被開(kāi)采，用來(lái)當(dāng)作建筑材料。地表燒變煤層在下沿至地下的部位是良好的煤礦，但在煤礦開(kāi)采過(guò)程中應(yīng)注意多孔燒變巖作為蓄水層而發(fā)生的煤礦透水事故。這都使得燒變巖具有很大的研究?jī)r(jià)值，應(yīng)在以后得到重視。

關(guān)鍵詞：燒變巖 煤層自燃 古氣候 礦產(chǎn)

中圖分類號(hào)：TD75 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）11（b）-0058-03

一直以來(lái)，研究者對(duì)燒變巖的關(guān)注主要集中在煤層開(kāi)采、透水層預(yù)測(cè)方面，?？醋鳛槊旱V附近存在的危險(xiǎn)蓄水層和礦井的供水水源。在中國(guó)北方的中生界-第四系分布區(qū)，普遍巖石固結(jié)成度不夠，燒變過(guò)程使巖石變硬，使這些地區(qū)可以開(kāi)采其作為建筑材料。燒變巖本身可開(kāi)采陶瓷粘土及耐火材料，在新疆某些地區(qū)（如準(zhǔn)噶爾盆地東緣吉木薩爾縣火燒山地區(qū)），其鮮紅色的丘陵地貌作為旅游景點(diǎn)吸引了大量游客，可看作是一種成因特殊的地貌景觀，但目前國(guó)內(nèi)地質(zhì)學(xué)者及地理學(xué)者一直較少研究此類巖石。

1 煤層自燃與燒變巖

煤層自燃現(xiàn)象在世界范圍內(nèi)都普遍存在，在干燥氣候條件下（常為內(nèi)陸地區(qū)）可見(jiàn)到正在燃燒的煤層，如在我國(guó)新疆、內(nèi)蒙、陜西、寧夏等地區(qū)很多埋藏較淺的煤層正在發(fā)生自燃，由于聯(lián)通的采煤巷道補(bǔ)充了氧氣，很多正在開(kāi)采的煤礦也在發(fā)生自燃（見(jiàn)圖1），且很難被撲滅。燒變巖是地質(zhì)歷史時(shí)期煤層自燃的產(chǎn)物，也可在世界范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)，一般在有自燃煤存在的地方均可見(jiàn)燒變巖（黃雷，2008）。埋藏條件下的煤層自燃主要取決于與空氣接觸的條件及煤的濕度，黃雷（2008）認(rèn)為構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、地形切割程度以及氣候條件決定著煤層與氧氣的溝通程度，煤層的厚度、產(chǎn)狀等是決定熱量能否聚集的主要因素，煤層的埋藏深度、地溫、煤的粒度以及人為因素等也都影響著煤的自燃。燒變巖是煤層自燃的產(chǎn)物，主要是煤層自燃時(shí)產(chǎn)生的高溫對(duì)圍巖烘烤而導(dǎo)致圍巖變質(zhì)形成的（黃雷，2008），也包括煤層自身燃燒后生成的煤灰層。在煤層自燃過(guò)程中，其上覆巖層經(jīng)受高溫烘烤作用致使其外觀、巖石學(xué)特征發(fā)生改變（見(jiàn)圖2）形成燒變巖（管海晏等，1998）。

2 燒變巖研究意義

2.1 礦產(chǎn)意義

2.1.1 煤礦開(kāi)采

燒變巖或者燒變礦床可作為找煤的有效找礦標(biāo)志（劉長(zhǎng)齡，1988），是尋找掩蓋煤田的良好線索（劉志堅(jiān)，1959）。在地下潛水的充足補(bǔ)給地區(qū)，可利用燒變巖潛水作為煤礦礦井的供水水源（夏斐等，2008），燒變巖具有豐富的導(dǎo)水及儲(chǔ)水空間，在這樣的地區(qū)可形成極強(qiáng)富水區(qū)，可作為礦井的供水水源，排供結(jié)合，既利用了水源，又減少了燒變巖突然大量涌水的威脅；燒變巖的不利影響主要表現(xiàn)在水害方面及有害氣體的危害，在采掘工程接近燒變巖體時(shí)，容易發(fā)生突水危害（賀衛(wèi)中，2008）。

2.1.2 粘土礦及耐火材料

燒變巖的特殊物化性能可使之廣泛地應(yīng)用于水泥混合材料、鋁質(zhì)校正原料、耐火材料、園林觀賞石等（王尤宏，1993）。燒變巖本身可開(kāi)采高嶺石粘土，燒變巖及燒變礦床在后期風(fēng)化淋濾作用中，常很容易發(fā)生次生變化，這是它的極不穩(wěn)定（除莫來(lái)石外）地球化學(xué)特性所決定的（劉長(zhǎng)齡，1988）；如高嶺石燒變的及偏嶺石燒變的產(chǎn)物很易埃洛石化，可形成埃洛石粘土，因此這類礦床是陶瓷材料等方面較為理想的原料。此外，燒變礦床中有粘土熟料、半粘土熟料或硅質(zhì)熟料等可應(yīng)用于耐火材料生產(chǎn)，因此這類礦床也是耐火材料較為理想的原料（劉長(zhǎng)齡，1988）。

2.1.3 建筑材料

煤層自燃導(dǎo)致的燒變過(guò)程使弱-半固結(jié)的煤系地層巖石變硬，因此可開(kāi)采作為建筑材料。如在鄂爾多斯盆地東北部神木、伊金霍洛等地區(qū)，大面積分布的厚層燒變巖常被第四系黃土覆蓋，堅(jiān)硬的燒變巖常被開(kāi)采用以粉碎為小石子類的鋪路材料。這樣的采石場(chǎng)在鄂爾多斯盆地東北部邊緣地區(qū)烏蘭木倫河沿岸多見(jiàn)。此外，較多的普通燒變巖是水泥等建筑材料原料（劉長(zhǎng)齡，1988）。

2.2 旅游價(jià)值及地理學(xué)意義

中國(guó)西北部地區(qū)的侏羅系煤層在地質(zhì)歷史時(shí)期（中、新生代）常發(fā)生劇烈的自燃，其上方受烘烤而形成的燒變巖硬度較大，因此在第四紀(jì)風(fēng)化作用及流水侵蝕作用下可形成陡崖，風(fēng)化嚴(yán)重時(shí)也可形成低矮丘陵地貌。燒變巖多呈現(xiàn)紅色為主的色調(diào)，可見(jiàn)紅、褐、白、黃、黑、鋼灰等多種顏色，并由此在我國(guó)西北地區(qū)形成一種特殊的地貌景觀。這種特殊成因的熱變質(zhì)巖常表現(xiàn)為紅層地貌，但成因明顯不同于主要形成于紅色碎屑巖（如砂巖、礫巖）體系的丹霞地貌；其也可能被第四系黃土覆蓋，未覆蓋者受風(fēng)、雨等地質(zhì)應(yīng)力改造，可形成類似風(fēng)蝕成因的雅丹地貌。煤層自燃后形成的這種特殊地貌單元，可構(gòu)成良好的旅游資源。此類地貌推測(cè)為厚煤層劇烈燃燒后形成的高溫變質(zhì)巖紅層地貌，以準(zhǔn)噶爾盆地東緣吉木薩爾縣火燒山地區(qū)最為典型（圖2A，B）：在氧氣充分供給的情況下，較厚煤層劇烈自燃，上覆為砂、泥巖厚度不大，一般小于100m，常呈砂（或粉砂巖）與泥巖的薄互層，在氧化條件下受下伏煤層自燃的高溫加熱影響形成堅(jiān)硬的高溫變質(zhì)巖，以鮮艷的紅色為主，另可呈現(xiàn)褐色、黃色等色調(diào)，遠(yuǎn)觀呈現(xiàn)紅色丘陵地貌（圖2C）。在中國(guó)西北部地區(qū)，受煤層自燃的影響可大可小，顏色也不僅僅限于紅色地貌，還可以呈現(xiàn)黑色、鋼灰色、紫色、斑駁的雜色、黃色、白色等多種顏色混雜的顏色?？梢允乔鹆甑孛玻▓D2B，C），也常見(jiàn)陡崖（圖2D，E），或熱作用后變色的山丘（圖2C）。識(shí)別這種地貌并作為科普知識(shí)宣講基地，也將是其待開(kāi)發(fā)的旅游價(jià)值。

3 結(jié)論

（1）侏羅系煤層自燃在煤礦開(kāi)采（避免透水事故）、粘土礦物與耐火材料開(kāi)采方面有顯著的實(shí)際研究意義，且可在中國(guó)北方中新生代露頭區(qū)成為理想的廉價(jià)的建筑材料。

（2）煤層自燃形成特殊的熱變質(zhì)巖和熱改造沉積巖，在氧化條件下形成的紅色燒變巖可形成具有旅游景觀價(jià)值的特殊地貌，這使得對(duì)燒變巖的研究具有地理學(xué)意義。

參考文獻(xiàn)

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