中国北方煤层自燃产物

时潜　陈彬

摘 要：在中国西北地区多个沉积盆地的边缘地区，地质露头中的煤层常在中、新生代发生自燃，形成特殊热变质岩或热改造的沉积岩——烧变岩。氧化条件下形成的红色烧变岩可形成具有旅游景观价值的特殊地貌单元；烧变岩也常具有矿产价值，可在烧变岩中开采陶瓷原料和耐火材料；在陕西等地的黄土高原地区，坚硬的烧变岩也常被开采，用来当作建筑材料。地表烧变煤层在下沿至地下的部位是良好的煤矿，但在煤矿开采过程中应注意多孔烧变岩作为蓄水层而发生的煤矿透水事故。这都使得烧变岩具有很大的研究价值，应在以后得到重视。

关键词：烧变岩 煤层自燃 古气候 矿产

中图分类号：TD75 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）11（b）-0058-03

一直以来，研究者对烧变岩的关注主要集中在煤层开采、透水层预测方面，常看作为煤矿附近存在的危险蓄水层和矿井的供水水源。在中国北方的中生界-第四系分布区，普遍岩石固结成度不够，烧变过程使岩石变硬，使这些地区可以开采其作为建筑材料。烧变岩本身可开采陶瓷粘土及耐火材料，在新疆某些地区（如准噶尔盆地东缘吉木萨尔县火烧山地区），其鲜红色的丘陵地貌作为旅游景点吸引了大量游客，可看作是一种成因特殊的地貌景观，但目前国内地质学者及地理学者一直较少研究此类岩石。

1 煤层自燃与烧变岩

煤层自燃现象在世界范围内都普遍存在，在干燥气候条件下（常为内陆地区）可见到正在燃烧的煤层，如在我国新疆、内蒙、陕西、宁夏等地区很多埋藏较浅的煤层正在发生自燃，由于联通的采煤巷道补充了氧气，很多正在开采的煤矿也在发生自燃（见图1），且很难被扑灭。烧变岩是地质历史时期煤层自燃的产物，也可在世界范围内发现，一般在有自燃煤存在的地方均可见烧变岩（黄雷，2008）。埋藏条件下的煤层自燃主要取决于与空气接触的条件及煤的湿度，黄雷（2008）认为构造运动、地形切割程度以及氣候条件决定着煤层与氧气的沟通程度，煤层的厚度、产状等是决定热量能否聚集的主要因素，煤层的埋藏深度、地温、煤的粒度以及人为因素等也都影响着煤的自燃。烧变岩是煤层自燃的产物，主要是煤层自燃时产生的高温对围岩烘烤而导致围岩变质形成的（黄雷，2008），也包括煤层自身燃烧后生成的煤灰层。在煤层自燃过程中，其上覆岩层经受高温烘烤作用致使其外观、岩石学特征发生改变（见图2）形成烧变岩（管海晏等，1998）。

2 烧变岩研究意义

2.1 矿产意义

2.1.1 煤矿开采

烧变岩或者烧变矿床可作为找煤的有效找矿标志（刘长龄，1988），是寻找掩盖煤田的良好线索（刘志坚，1959）。在地下潜水的充足补给地区，可利用烧变岩潜水作为煤矿矿井的供水水源（夏斐等，2008），烧变岩具有丰富的导水及储水空间，在这样的地区可形成极强富水区，可作为矿井的供水水源，排供结合，既利用了水源，又减少了烧变岩突然大量涌水的威胁；烧变岩的不利影响主要表现在水害方面及有害气体的危害，在采掘工程接近烧变岩体时，容易发生突水危害（贺卫中，2008）。

2.1.2 粘土矿及耐火材料

烧变岩的特殊物化性能可使之广泛地应用于水泥混合材料、铝质校正原料、耐火材料、园林观赏石等（王尤宏，1993）。烧变岩本身可开采高岭石粘土，烧变岩及烧变矿床在后期风化淋滤作用中，常很容易发生次生变化，这是它的极不稳定（除莫来石外）地球化学特性所决定的（刘长龄，1988）；如高岭石烧变的及偏岭石烧变的产物很易埃洛石化，可形成埃洛石粘土，因此这类矿床是陶瓷材料等方面较为理想的原料。此外，烧变矿床中有粘土熟料、半粘土熟料或硅质熟料等可应用于耐火材料生产，因此这类矿床也是耐火材料较为理想的原料（刘长龄，1988）。

2.1.3 建筑材料

煤层自燃导致的烧变过程使弱-半固结的煤系地层岩石变硬，因此可开采作为建筑材料。如在鄂尔多斯盆地东北部神木、伊金霍洛等地区，大面积分布的厚层烧变岩常被第四系黄土覆盖，坚硬的烧变岩常被开采用以粉碎为小石子类的铺路材料。这样的采石场在鄂尔多斯盆地东北部边缘地区乌兰木伦河沿岸多见。此外，较多的普通烧变岩是水泥等建筑材料原料（刘长龄，1988）。

2.2 旅游价值及地理学意义

中国西北部地区的侏罗系煤层在地质历史时期（中、新生代）常发生剧烈的自燃，其上方受烘烤而形成的烧变岩硬度较大，因此在第四纪风化作用及流水侵蚀作用下可形成陡崖，风化严重时也可形成低矮丘陵地貌。烧变岩多呈现红色为主的色调，可见红、褐、白、黄、黑、钢灰等多种颜色，并由此在我国西北地区形成一种特殊的地貌景观。这种特殊成因的热变质岩常表现为红层地貌，但成因明显不同于主要形成于红色碎屑岩（如砂岩、砾岩）体系的丹霞地貌；其也可能被第四系黄土覆盖，未覆盖者受风、雨等地质应力改造，可形成类似风蚀成因的雅丹地貌。煤层自燃后形成的这种特殊地貌单元，可构成良好的旅游资源。此类地貌推测为厚煤层剧烈燃烧后形成的高温变质岩红层地貌，以准噶尔盆地东缘吉木萨尔县火烧山地区最为典型（图2A，B）：在氧气充分供给的情况下，较厚煤层剧烈自燃，上覆为砂、泥岩厚度不大，一般小于100m，常呈砂（或粉砂岩）与泥岩的薄互层，在氧化条件下受下伏煤层自燃的高温加热影响形成坚硬的高温变质岩，以鲜艳的红色为主，另可呈现褐色、黄色等色调，远观呈现红色丘陵地貌（图2C）。在中国西北部地区，受煤层自燃的影响可大可小，颜色也不仅仅限于红色地貌，还可以呈现黑色、钢灰色、紫色、斑驳的杂色、黄色、白色等多种颜色混杂的颜色。可以是丘陵地貌（图2B，C），也常见陡崖（图2D，E），或热作用后变色的山丘（图2C）。识别这种地貌并作为科普知识宣讲基地，也将是其待开发的旅游价值。

3 结论

（1）侏罗系煤层自燃在煤矿开采（避免透水事故）、粘土矿物与耐火材料开采方面有显著的实际研究意义，且可在中国北方中新生代露头区成为理想的廉价的建筑材料。

（2）煤层自燃形成特殊的热变质岩和热改造沉积岩，在氧化条件下形成的红色烧变岩可形成具有旅游景观价值的特殊地貌，这使得对烧变岩的研究具有地理学意义。

参考文献

[1] 黄雷.鄂尔多斯盆地北部延安组烧变岩特征及其形成环境[D].西安：西北大学，2008.

[2] 管海晏，Van Ganderen J L，谭永杰，等.中国北方煤田自燃环境调查与研究[M].北京：煤炭工业出版社，1997： 54-134.

[3] 贺卫中.神府矿区活鸡兔矿井烧变岩水害防治工程研究[J].中国煤田地质，2002，14（2）：43-44.

[4] 刘长龄.论烧变矿床与烧变岩研究及其意义[J].地质找矿论丛，1988，3（3）：54-61.

[5] 刘志坚.论烧变岩的特征、成因及地下火燃烧的规律性[J].地质论评，1959，19（5）：209-211.

[6] 王尤宏.新疆浅水河烧变岩矿床的地质特征及开发应用[J].建材地质，1993（1）：21-25.

[7] 夏斐，关汝清，魏捐鹏.柠条塔井田烧变岩的地质特征[J].陕西煤炭，2008（2）：7-10.endprint