有人知道煤的形成吗?我挖到煤了,可是一下有一下没?一点一点的,这样会有煤吗?
煤炭是千百万年来植物的枝叶和根茎,在地面上堆积而成的一层极厚的黑色的腐植质,由于地壳的变动不断地埋入地下,长期与空气隔绝,并在高温高压下,经过一系列复杂的物理化学变化等因素,形成的黑色可燃沉积岩,这就是煤炭的形成过程。 一座煤矿的煤层厚薄与这地区的地壳下降速度及植物遗骸堆积的多少有关。地壳下降的速度快,植物遗骸堆积得厚,这座煤矿的煤层就厚,反之,地壳下降的速度缓慢,植物遗骸堆积的薄,这座煤矿的煤层就薄。又由于地壳的构造运动使原来水平的煤层发生褶皱和断裂,有一些煤层埋到地下更深的地方,有的又被排挤到地表,甚至露出地面,比较容易被人们发现。还有一些煤层相对比较薄,而且面积也不大,所以没有开采价值,有关煤炭的形成至今尚未找到更新的说法。 煤炭是这样形成的吗?有些论述是否应当进一步加以研究和探讨。一座大的煤矿,煤层很厚,煤质很优,但总的来说它的面积并不算很大。如果是千百万年植物的枝叶和根茎自然堆积而成的,它的面积应当是很大的。因为在远古时期地球上到处都是森林和草原,因此,地下也应当到处有储存煤炭的痕迹;煤层也不一定很厚,因为植物的枝叶、根茎腐烂变成腐植质,又会被植物吸收,如此反复,最终被埋入地下时也不会那么集中,土层与煤层的界限也不会划分得那么清楚。 但是,无可否认的事实和依据,煤炭千真万确是植物的残骸经过一系统的演变形成的,这是颠簸不破的真理,只要仔细观察一下煤块,就可以看到有植物的叶和根茎的痕迹;如果把煤切成薄片放到显微镜下观察,就能发现非常清楚的植物组织和构造,而且有时在煤层里还保存着像树干一类的东西,有的煤层里还包裹着完整的昆虫化石。
2.1.1 煤系
含煤岩系(coal-bearing strata),简称“煤系”,其同义词有含煤沉积、含煤地层、含煤建造等,是具有三维空间形态的沉积实体,特指一套在成因上有共生关系并含有煤层的沉积岩系。含煤岩系的顶底界面既可以是等时的也可以是不等时的。因此,煤系是充填于煤盆地的全部有共生关系的岩系总和,是由具体的地质顶、底界面和侧向的各种地质边界(如沉积相的变化、地层的超覆、退覆及各种不整合关系)所围限的。
含煤岩系具有独特的岩性特征,一般是在潮湿气候条件下沉积形成,主要由灰色、灰绿色及黑色的沉积岩组成,含有一定的杂色岩石;主要的岩石类型有各种粒度的砂岩、粉砂岩、泥质岩、炭质泥岩、煤、粘土岩、石灰岩,以及少量的砾岩等,有的还含有油页岩、硅质岩、火山碎屑岩等,这些岩石一般交互出现,岩性变化较大,不同地区具有明显的差异,即不同时代、不同地区的含煤岩系,其岩性组成差异很大,主要取决于含煤岩系沉积时的古地理和古构造。经研究和对比发现,含煤岩系中往往含有厚度不等的火山岩及火山碎屑岩,火山作用可为成煤物质的繁衍提供大气及土质条件;含煤岩系中含有大量植物化石,有的也含有较丰富的动物化石及各种结核;含煤岩系一般具有较好的旋回结构。
2.1.2 煤层
煤层(coal seam)是指煤系中呈层状分布的煤体。煤层是由泥炭层转化而来,泥炭沼泽可以发育于各种各样的沉积环境,所形成的煤层也可以赋存于各种不同的沉积序列。由于各种地质因素的影响,在泥炭堆积的整个过程中,往往是以不同补偿方式反复交替,因而形成不同的煤层形态和煤层结构。煤层的形成不但必须具备泥炭堆积的条件,同时又必须具备泥炭层保存的条件,就是说当泥炭层堆积之后,只有在地壳沉降的构造背景下,泥炭层才会被上覆沉积物掩埋而保存下来。
煤层包含煤分层和岩石夹层,不含夹石层者称为简单结构煤层;含有夹石层者则称为复杂结构煤层。煤层中的岩石夹层俗称夹矸。夹矸一般为粘土岩、炭质泥岩或粉砂岩,有时为石灰岩、硅质岩、油页岩、细砂岩或砾岩。夹矸的岩石类型、层数、厚度和侧向变化主要取决于沉积-构造条件。一般情况下,稳定的坳陷盆地和滨海沉积环境下形成的煤层及夹矸侧向较稳定,结构较简单;断陷盆地和内陆沉积环境下形成的煤层,结构复杂,有些厚煤层含夹石可达几十层,且常常呈透镜状产出。
2.1.3 煤田
煤田(coal field)一般是指在同一地质发展过程中形成的含煤岩系分布的广大地区,虽经后期构造和侵蚀作用的分割,但基本上仍连成一片或可以追踪,常常能够形成大型煤炭生产基地。同一煤田的煤系,可以是连续的,也可以是不连续的,不连续分布是由于煤系形成后长期遭受剥蚀的结果。根据煤系的出露情况,可将煤田分为3种类型:①暴露式煤田,该类煤田煤系出露良好,如我国大青山石拐子煤田;②半暴露式煤田,指根据下伏岩系的出露、可以圈出部分边界的煤田,如我国开滦煤田;③隐伏煤田,指煤系大部分被掩覆、无法确定边界的煤田,如我国苏北的一些煤田。由单一地质时代形成的煤系构成的煤田称为单纪煤田,如我国抚顺、阜新煤田;由几个地质时代的煤系形成的煤田称为多纪煤田,如我国鄂尔多斯煤田。煤田由煤系、盖层和基底3部分构成。一个煤田根据地质构造、地理环境和生产规模可划分为若干个煤矿区或煤产地,一个矿区又可分为若干个井田。
随着煤炭开发的不断推进,人们对于含煤岩系以及煤层的认识也逐步深入,对煤炭地层知识有了较丰富的积累,而对煤炭地质知识的掌握,又进一步推动了煤炭开发事业。
古代人一般将煤层称为煤脉。煤层在地下“纵横广有”,“夹石潜行”,如同脉络。因此寻找探查煤层,称为“脉炭”。明代山东学者孙廷铨在《颜山杂记》中就讲,山中的煤层,有的埋藏较深,在地下“夹石而潜行”;有的煤层在浅部,“近土而上浮”。“凡脉炭者”,必须“测石之层数”。不了解含煤岩系与煤层所在的层位是很难有效进行开采的。因此,四川《江津县志》讲:“开采者掘石穿洞,......深入山腹,上下纵横依炭脉之所在而采之。”李榕《自流井记》也讲“凡凿井,须审地中之岩”。而且还介绍该地第一层为瓦灰岩,......至第十层即为煤炭岩。这些记载与今天的地质报告是相吻合的,说明当时人们对煤层所处层位有了准确的了解。
煤炭在地下赋存是呈层状的。各个煤层的煤炭,由于所处层位,以及变质程度的不同,因而表现出不同的特征,其用途也是不同的,古人对此也有精确的了解。前面提到的孙廷铨就明确指出,浅部煤层的煤,“其色蒙,其臭平,其火文以柔,其用宜房闼围炉”;而深部煤层的煤则“其色晶,其臭辛,其火武以刚,其用以锻金冶陶”。四川《泸州志》则明确指出:“炭层炭质,随地而异,不能一致”。
出于对各个煤层的认识,矿区煤窑的人们,还有针对性地为煤层起了各色各样的名字或俗称。这些名字,很有当地的特色,又通俗易懂,十分有趣。这里摭拾数例,以见一斑:
山东枣庄。光绪《峄县乡土志》上讲,“峄县枣庄煤矿,产额丰富,在山东煤矿实际巨擘。......本炭已发现之煤有六层:第一层煤为紫炭层,二尺五;第二层煤为大炭窑层,三十尺;第三层煤为果子窑层,四尺;第四层煤为泥窑层,五尺五;第五层为直立石窑层,一尺五。”
河北磁县。据康熙《磁州志》载:“煤炭,出州之西山一带。入穴取之数十丈,......砂石尽然后见炭。有三种:初得者为山青,次为大青,末为下架。下架之下则为无炭矣。”这里所讲的山青、大青、下架,是针对煤炭上下的层位来讲的,它们既是煤层的名称,也是本层煤的名称。
四川泸县。《泸县志》中关于本县各地煤窑的煤层名目所记甚祥,而且按地区、分地点,把煤窑的煤层层数、名称、层厚都分别具体开列。如:“五仙山之南面,龙泉寺下至断桥,炭层有六:一、蓍茅,厚五寸至一尺;二、火夹炭,厚七八寸;三、双连,薄者名假双连,天七八寸,底八寸;四、独层子,厚六七寸;五、铁炭,厚四五寸;六、泡炭,八寸至一尺。双连极优,泡炭次之,独层子又次之。其余蓍茅、铁炭以(依)次至火夹石最劣。”又该《志》讲,泸县滩子口、三教寺、豹子岩至阊口坟一带,“炭层有八:一、泥巴炭;二、独炭;三、干子;四、夹亮;五、臭炭;六、假双连;七、双连;八、硬炭。“独层、硬炭最优,可以冶铁”。
北京房山区。北京西山一带的倾斜煤层又称为槽,各槽又都有不同的俗称。据《房山县志》介绍,长沟峪一带煤层共分七槽。依次名称分别为:蚂蚁槽、三合槽、黑煤大槽、腰石大槽、爆煤大槽、红煤槽、封口大槽。而“北安子至车营一带,其槽传有十三”:三合、子儿、黑煤大槽、黑煤小槽、腰石大槽、腰石小槽、梨儿光、爆煤大槽、臭煤槽、红煤槽、封口大槽、封口小槽、二弦。前面所提到的红煤槽、臭煤槽、黑煤槽、腰石槽、封口槽等称呼都是恰如其分的,至今在一些老矿工中还是这个叫法。
山东淄博。这里人们很早就对各煤层的煤有深刻而准确的认识,并有与之相适应的称呼。《博山县志》上讲:“石炭,出黑山及附近处,其类不一。最上者为锻石炭,其次为小石炭、大石炭、灰石炭、黄石炭、青石炭、砟子之类,各适其用焉”。
四川犍为。据《犍为县志》介绍,“犍为之炭苗,分五层”。“第一层为冲顶炭,约二尺厚,质碎,磺重,性猛,价廉,供烧盐之用;第二层谓之磺层炭,约一尺三寸,体重,磺重,火力平常,且不化灰,其价更廉,供土人作烧炭;第三层谓之三层炭,约二尺五寸厚,惟中间夹有石层,火力大,且化白灰,供住户及灶户烧盐之用,并行河道;第四层谓之夹岩炭,一名糠煤,约一尺二寸,火力大,亦化白灰,但因煤层薄,故少有办者,惟土人掘作烧炭;第五层谓之真双层炭,约二尺五寸,火力最佳,为川南第一煤,专行上、下河”。这里把各层煤的优劣作了比较,特别是关于“川南第一煤”的说法,今天应予注意和宣传。
煤炭从地下挖出来,一个方法是煤炭是从地面向下挖竖井,把煤炭开采出来,然后再运到井上;另一个方法是从地面比较大面积的挖开,成为露天煤矿,然后把煤挖出来,这是浅层的煤矿挖煤的方法。
石炭纪是地壳运动非常活跃的时期,因而古地理的面貌有着极大的变化。石炭纪开始于距今3.5亿年前,延续到6500万年前。由于这一时期形成的地层中含有丰富的煤炭,因而得名“石炭纪”。据统计,属于这一时期的煤炭储量约占全世界总储量的50%以上。侏罗纪是中国最主要的成煤时代,其资源量占全国50%以上,且以早、中侏罗世为主,在地域上则主要集中于西北,包括陕甘宁盆地和新疆的四个大型煤盆地。
在三叠纪早期的地层中,没有发现煤矿床,而三叠纪中期的地层中,煤矿床薄,而且品质低。关于煤层缺口的成因有许多假设。有科学家认为,当时有许多新的真菌、昆虫、以及脊椎动物出现,这些具侵略性的动物造成植物的大量死亡。但是,这些动物也因二叠纪、三叠纪灭绝事件而大量灭亡,不太可能是煤层缺口的主因。,煤矿缺口不只是这一时期,早在寒武纪地层和6500万以后的更新世也是一大缺失地层。
在这几个地质时期正是科学界最为关注的时期,因为它们正是几次动物大灭绝时期。对于大灭绝科学界普片认为是小行星或彗星撞击造成的,这些时期的矿物可能都是彗星撞击地球时送给地球的礼物,其中包括煤炭、石油、天然气、可燃冰和各种金属矿产。这就是为什么在这些地层中蕴藏丰富矿物的原因所在,也是煤炭丰富的缘由。煤炭根本不是古代森林变化来的,它可能跟水一样来自彗星,也跟水一样在一定的温度范围内进行循环。一切物质都有三态固态、液态、气态。水在大气的范围内能进行循环。煤炭三态的循环温度的跨度太大,在地球表面无法使它循环。
韩城区块以上石炭统—下二叠统太原组和下二叠统山西组为主要含煤地层(陈振宏等,2006王双明,2008),含煤十余层,煤层总厚度为12.0m,总含煤系数为11.4%,其中可采及局部可采煤层三层,分别为3号、5号及11号煤层,平均总厚度为8.30m,可采含煤系数为7.90%。1号、2号、3号、4号煤层赋存于山西组,5号(5-1号、5-2号)、6号、7号、8号、9号、10号、11号等煤层赋存于太原组。虽然含煤层数较多,但韩城区块能达到可采或局部可采的煤层只有2~4层。从东北向西南,韩城区块的主力煤层为2号、3号、5号、11号煤层。
1.太原组
太原组为典型的海陆交互相沉积,是韩城区块主要含煤地层之一。本组下段以石英砂岩、砂砾岩或砾岩等碎屑岩为主,一般不含煤层。中段主要由石灰岩、石英砂岩、泥岩和煤层组成,其中含有2~3层石灰岩,为黑灰色、含浅海相动物化石的生物碎屑泥晶灰岩石英砂岩含有1~3层,为深灰色,含炭质,碎屑成分以石英为主,硅质胶结。太原组上段在韩城区块具有南北差异性,其中北部以各种粒度砂岩为主,多为中粒、含泥质包体、夹薄层粉砂岩及泥岩条带的石英砂岩南区则以粉砂岩、砂质泥岩和泥岩为主。
本组含煤多层,自上而下分别为5号(5-1号、5-2号)、6号、7号、8号、9号、10号、11号等,煤层总厚度为0.4~2.791m。其中韩城区块内6号、7号、8号、9号、10号煤层不可开采,主采煤层为5号、11号煤层。5号煤层为较稳定的中厚煤层,厚度为0~7.19m,由南而北呈有规律的逐渐增厚。11号煤层厚度为0.24~10.80m,平均为3m左右。11号煤厚度大,含气性好,成藏条件优越,是韩城区块煤层气勘探开发的主要目标煤层。
2.山西组
山西组为陆相沉积,以长石石英杂砂岩、石英杂砂岩为主,其次为泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩和煤层。长石石英杂砂岩含较多的炭质和泥质岩屑及少量暗色矿物。石英杂砂岩以中细粒结构为主,碎屑成分主要由石英和燧石组成,其次为长石和白云母。
本组所含煤层自上而下分别为1号、2号、3号、4号,煤层总厚度为0.32~14.89m。其中韩城区块内1号、4号煤层不可开采,主采煤层为2号、3号煤层,其中3号煤层厚0.18~9.26m,平均为2m左右,结构简单,含1~2层夹矸。