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抚顺煤矿见到的五个令人惊喜的地质现象 精选

已有 5409 次阅读 2019-5-12 20:51 |系统分类:科普集锦|关键词:学者

抚顺煤矿见到的五个令人惊喜的地质现象

岳中琦

201951日(劳动节)上午,东北大学土木工程和采矿工程两位教授朋友,从东北大学开车带我来到抚顺市,考察了著名的抚顺煤矿(下图)。

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抚顺煤位于沈阳市东部50公里的抚顺市区,北临浑河,南为山岭,东为大火房水库。这里是清朝起源之地。煤田地层走向东西、长度有18公里,倾向正北、倾角大约30度,南北宽平均2公里。抚顺煤田于1901年开始开采至今。在三个井下开采同时,大力发展露天开采是抚顺煤田工艺的一大特色。因此,西露天矿开挖至今就形成了这个下图所示的面积大约10平方公里和体积大约2立方公里的长条形大坑。

Fig02.jpg

由于这个开挖大坑的北部就是抚顺市区,深坑北面边坡的稳定和变形就极其重要了。在过去20年时间内,我在多次会议和讨论时候,总听到相关专家们在研究和讨论这大坑的边坡稳定和变形监测、治理和加固等议题。特别地,200312810日在香港大学举办的国际边坡工程学术会议上,与合作研究人员一道发表了一篇北部边坡稳定性监测与分析的论文。这也是我这次利用来东北大学访问和交流的机会,来参观和考察这个煤田开采大坑考察的起源。

我万万没有想到,这次考察抚顺露天开采煤矿大坑的边坡变形与稳定性,却给我带来和看到了令我惊喜的五个地质现象。惊喜内容具体如下:

第一个令我惊喜的地质现象是抚顺煤层下部的火山凝灰岩和玄武岩

Fig04a.jpg

我们一到达上面照片的大坑内部,东北大学教授就告诉我,抚顺煤矿开挖的煤层是覆盖在火山凝灰岩之上的。凝灰岩下部是火山玄武岩。这真是让我惊喜。这单一厚层优质煤层就覆盖在火山岩之上,这煤又与火山相关联了!这是我期盼已久的地质现象啊!

第二个令我惊喜的地质现象是抚顺煤田的单一特厚煤层

我没有想到,抚顺煤田属于单一特厚煤层,平均厚度达55米,最厚的煤层有百米厚,为全世界罕见。这单一煤层长度有18公里,东西方向延伸,层面以30度角度向北倾斜,从地表到底端深达900米。煤种为气煤和长焰煤,具有热值高、挥发分高、硫份低等特点。煤炭主要化学元素组成是碳、氢、氧、氮、硫和磷等,碳、氢、氧三者总和约占有机质的95%以上。煤的组分有水分平均值6%、灰分平均值20%、挥发分平均值38%,固定碳平均值36%。煤炭总储藏量是14.5亿吨,其中瓦斯(甲烷)现有储藏量为75亿立方米。

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第三个令我惊喜的地质现象是特厚煤层上部的单一厚层油母页岩

更是没有想到的是,这厚层煤层上部覆盖了单一厚层油母页岩。抚顺油母页岩含油率11.3%、灰分17.08%、挥发分36.38%、固定碳46.44%、和硫含量0.6%。基质低位发热量24419 焦耳每克(J/g)。油母页岩储藏量是35.2亿吨。在这单一厚层油母页岩上部是厚层的绿色页岩。

第四个令我惊喜的地质现象是这些地层均被的变质片麻岩所包围

在抚顺煤矿博物馆,我看到了这张抚顺煤矿大坑的与地层走向垂直的南北向地质剖面示意图,更加精细地了解了这里的岩体和地层之间的相互关系。

Fig05a.jpg

我认识到了玄武岩、凝灰岩、煤层、油母页岩和绿色页岩的地层走向和倾向一致,也惊喜的见到它们均被古老变质岩的片麻岩所包围。

第五个令我惊喜的地质现象是抚顺煤层中含有大量煤精和琥珀

另外,在抚顺煤矿博物馆,我也了解到了,这个大坑煤层底部局部区域还存在煤精(煤玉或石墨),厚度半米左右。煤精主要化学成分是碳、含氢和微量元素。煤玉质地坚硬,结构细腻,比煤黑而亮,成了雕刻工艺的极佳原料(参见博文http://blog.sciencenet.cn/blog-240687-860212.html)。这里是中国煤精主要产地。抚顺煤田中也有不少琥珀。琥珀的形状多种多样,表面常保留着当初树脂流动时产生的纹路,内部经常可见气泡及古老昆虫或植物碎屑。

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根据博物馆介绍,大约5千多万年前,抚顺地区河湖众多,其中生长有各种藻类植物。藻类生长过剩,使湖泊底部积淀了大量以藻类为主的沉积物。随着岁月的流逝,藻类沉积物被其它沉积物所覆盖,并在缺氧的环境和巨大的压力下,逐渐变成了煤。这种质地细密、富于韧性的煤,是煤中的精品,堪称煤精或煤玉。据博物馆介绍,琥珀是史前松树脂的化石。远古的松树脂经过地壳的变动而深埋地下,又经过漫长的地质作用,逐渐失去挥发成分并聚合、演化而成一种天然树脂化石,这就是琥珀。这些对煤、煤精和琥珀的解释可能缺乏对这个大坑地区的地质历史和构造运动的配合和联系。

最后,我再次衷心感谢东北大学各位教授和同学,他们的盛情款待让我度过了一段美好而难忘的日子。

同时,我写这篇博文也是再次纪念汶川大地震。汶川大地震在2008512日下午228分突然发生在四川盆地西边的龙门山断裂带。今天是汶川大地震11周年灾难日!

汶川大地震震开了我的甲烷气体地质观,让我建立了新的更加接近真实的地球科学理论,从而,让我能够在考察抚顺煤矿时候,看到了、看懂了上述的五个令我惊喜的地质现象。

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下图是2003年边坡会议论文中的北部边坡地质剖面图。图中清请楚楚地给出了凝灰岩位于煤层、油母页岩和页岩等沉积岩的底部,断层北部抚顺市区下部是花岗片麻岩。可是当年专注边坡力学变形与稳定性,对这张剖面图所揭示的令人惊喜的多种地质现象毫无感觉!也看不到、看不见这些地质现象有任何特殊的科学意义

Fig11.jpg

 20195122030写成于港大602办公室



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