“火焰山”之地質(zhì)密碼

新疆吐魯番盆地的“火焰山”，在《西游記》中有被大家所熟知“悟空三借芭蕉扇” 的經(jīng)典場(chǎng)景。其曰“無春無秋，四季皆熱。那山是西方必由之路，卻有八百里火焰，四周圍寸草不生”；《山海經(jīng)》中稱之為“炎火之山”，維吾爾語叫“克孜爾塔克”，意為紅山；隋唐時(shí)期又為“赤石山”，火焰山山體溝壑林立，曲折雄渾，寸草不生，在炎熱的夏季，裸露的表層在太陽烘烤下溫度可達(dá)75℃，熱浪翻滾，使人透不過氣來。

那么“火焰山”到底是是如何形成的？

這是緣由煤的自燃。煤是植物的枝葉和根莖，在地面上堆積而成的黑色的腐殖質(zhì)，由于地殼運(yùn)動(dòng)不斷地埋入地下，長(zhǎng)期與空氣隔絕，并在高溫高壓下，經(jīng)過一系列復(fù)雜的物理化學(xué)作用下，形成的黑色可燃沉積巖。在干旱缺水或煤層暴露地表地區(qū)，煤不經(jīng)點(diǎn)燃而自行著火，稱作“煤自燃”。這緣由自燃傾向性的煤在遇到空氣中的氧氣時(shí)，進(jìn)行氧化產(chǎn)生的熱量大于向周圍環(huán)境中散失的熱量，發(fā)生了熱量聚集，是煤溫升高達(dá)到燃點(diǎn)而著火。大家現(xiàn)在可能明白了“拉煤車為什么常澆水，儲(chǔ)煤站為什么間歇式給煤堆灑水”。

煤層自燃在我國(guó)并不少見，在新疆、內(nèi)蒙、寧夏、山西等地均可見煤層自燃現(xiàn)象，比如在距離烏魯木齊市42公里的硫磺溝煤田，自清代光緒年間就是“裂隙縱橫，濃煙彌漫，巖隙間火焰呼呼，經(jīng)年不絕”。此煤田火區(qū)經(jīng)過歷時(shí)四年的清理工作，于2003年才被撲滅。

伴隨著煤層自燃這一過程的產(chǎn)物便是“燒變巖”。

燒變巖的顏色一般為黃、橙黃、紅及紫黑色等，顏色隨烘烤的輕重程度而異，其常見的構(gòu)造特征為氣孔狀構(gòu)造、角礫狀構(gòu)造等，經(jīng)受烘烤程度大者可見爐渣狀構(gòu)造，孔洞較發(fā)育，氣孔一般為圓形或橢圓形；具有略帶光澤的燒蝕流面，局部顯示微弱的皺紋。2017年河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院在河北省萬全縣北部首次發(fā)現(xiàn)了燒變巖的產(chǎn)出。

燒變巖的各種特征與距火區(qū)遠(yuǎn)近有著密切關(guān)系，靠火區(qū)最近的燒變巖，遭受烘烤程度最高，形成之后出現(xiàn)部分或全部熔融，之后又迅速冷卻而呈熔融狀、爐渣狀或蜂窩狀，燒變巖隨遠(yuǎn)離燃燒區(qū)而遭受烘烤的程度逐漸降低直至過渡為正常巖石，這是因?yàn)槭苊簩尤紵龝r(shí)產(chǎn)生的高溫影響不同，其原巖結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及成分皆會(huì)發(fā)生程度不等的改變。根據(jù)其遭受燒蝕程度由重至輕可以分為燒蝕巖、燒烤巖、弱燒烤巖。因此燒變巖常作為煤礦的有效找礦標(biāo)志。

煤自燃是煤炭資源的一種嚴(yán)重的浪費(fèi)，并伴生地表裂縫、坍塌、滑坡等多種地質(zhì)災(zāi)害，燃燒還會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳、一氧化碳和二氧化硫等有毒有害氣體，危害人民的生命安全、造成嚴(yán)重的大氣污染。

如何預(yù)防煤的自燃？應(yīng)加強(qiáng)對(duì)形成煤層的地質(zhì)背景、儲(chǔ)存條件、煤質(zhì)，以及燒變巖等的研究。其中燒變巖作為研究“火焰山”又一密碼，可進(jìn)一步揭示煤田自燃的過程和規(guī)律，以幫助我們更好的保護(hù)、開采及利用煤炭資源。