人類用煤歷史由來已久,在大約7000多年前的新樂遺址中,就發現了不少製作較為精良的精煤手工藝品,而煤炭被大規模的用作燃料,那是19世紀的事情,即工業革命開啟之後。
第一次工業革命被稱為蒸汽時代,煤炭的商業價值在此階段被廣泛發現,再加上人類開掘煤炭的技術日趨成熟,煤炭成功替代木柴成為了工業時代的主要燃料。
不管是過去一兩百年還是放眼現在,煤炭依舊在主流燃料中佔據著一席之地,如果拋開汙染不談,煤炭確實是世界上儲量最多且價格最低廉的重要戰略資源。
世界已經探明的煤炭儲量大約為9842.11億噸,其中美國佔據約四分之一,得益於阿巴拉契爾油田,位列世界榜首,其次就是俄羅斯,中國排在世界前五,若要是按產量排名,我國位居榜首。
從變質程度,成煤年代到成煤原始物質等層面劃分,煤炭可被分為褐煤到高檔無煙煤的多種屬性,而按照煤炭所處煤層厚度來進行劃分,煤層又被分為薄煤層,中厚煤層,厚煤層和巨厚煤層。
很顯然,100多米的煤層肯定能被劃分到巨厚煤層當中,這種煤層被稱為煤界中的尤物,這種煤層,在地球上少見,但也不是沒有。
煤層是怎麼形成的?
要解釋煤層的成因,首先就必須清楚煤炭是怎麼形成的。
在我們的常識裡,煤炭的前身就是各種植物的莖葉和根系。
成千上萬的樹葉落在地表之上,經過生物化學作用後,這些葉子會枯衰腐爛,形成一層腐殖質,由於遠古時期某階段劇烈的地質作用,這些腐殖質很可能被埋在地表以下,經歷“辭舊迎新”的過程,又有一層層的腐殖質形成堆積,處於最底端的腐殖質也就越埋越深。
經過長時間的與空氣隔絕,又受到高溫高壓環境的影響,這些腐殖質在地表內會發生各種物理化學反應,最終便形成了具有可燃性質的黑色沉積岩,而這類岩石就被稱為煤炭。
關於煤炭的成因,其實到目前還有很大的討論空間和餘地,因為我們發現的煤礦並不是無處不在,如果說煤炭全部都是由植物變成的,那麼遠古時期最不缺乏的就是各種植物,按理說,煤炭也應該較為均勻並有規律的分佈在地表之下,可實際情況並非如此,是不是“植物變煤炭”的說法不準確呢?
倒也不是,植物的殘骸經過N年的演變成為煤炭這已是不爭的事實,也是顛撲不破的公理,科學家曾對煤炭進過切層,然後放在顯微鏡下觀察,確實能夠看到煤炭中結構分明的植物組織和構造,有的煤炭裡甚至還包含著植物的枝幹以及一些作為完整的昆蟲化石。
但並不是所有被埋藏在地下的植物都可能變為煤炭,要想變成煤炭,必須具備嚴格的控煤環境,其中最關鍵的就是要擁有泥炭的沉積環境,植物從殘枝敗葉到最終的煤炭必須要經過泥炭化過程。
地下水位較高或低窪易積水地區通常容易形成煤炭,比如沖積扇,河口灣,湖泊沼澤等各種溼地,堆積在水中的植物經過泥炭化作用或腐蝕作用會變成淤泥,最終形成泥炭沼澤,這也是關鍵的成煤環境,隨著泥炭埋藏的深度越深,受到高溫高壓的雙重影響,泥炭中的水分和揮發物質都會被排擠出去,其中碳含量增加,經過長達萬年的演變就成為了煤炭。
煤炭出現之後,要想形成煤層,就必須擁有另一個重要的控煤因素,即起到集聚作用的古地理環境。
我們都熟悉“聚寶盆”這個詞彙,聚寶盆就是可以把所有寶聚在一起的容器,如果這個容器是底部朝上拱起的狀態,那麼肯定是無法裝載寶貝的,同理,煤層的形成也需要類似的“盆”結構,我們將其稱為積聚盆地。
比如沙爾湖煤田就位於哈密盆地,鄂爾多斯多條煤帶位於鄂爾多斯盆地,古地理環境中的盆地不僅可以起到聚水的作用,使植物能夠充分泥炭化和腐蝕化,而且也能使已經過泥炭化的泥炭沼澤聚集在一起並往下沉積最終形成煤炭。
雖然全球最大的阿巴拉契亞煤田位於阿巴拉契亞山脈山地,但這些煤田也都分佈在阿巴拉契亞山脈褶皺的向斜地帶,同樣也相當於積聚地理環境。
聚煤環境通常是為地勢平坦開闊,氣候溫暖溼潤,植被枝繁葉茂的湖盆地帶,當大氣降水不斷轉化為地下水源並進行盆地補給時,那些已經形成泥炭沼澤的地區會因泥炭沉積而不斷抬升,這些泥炭會按照從下往上的順序逐一形成單一的煤層。
據考證,全球範圍內有三大成煤期:
①古生代的石炭紀和二疊紀(孢子植物)
②中生代的侏羅紀和白堊紀(裸子植物)
③新生代的第三紀(被子植物)
每個地質年代形成煤炭的植物種類都有所不同,最早的是孢子植物,如藻類,蕨類和苔蘚類植物,接著就是裸子植物,如杉樹等等,到了新生代便是被子植物(也被稱為有花植物)。
由於古生代成煤時間距今最為久遠,也就形成了碳含量最高,品種較好的無煙煤。
印支運動之後,我國原先的地形結構出現了翻天覆地的變化,東部地區出現巨型的隆起帶和凹陷帶,內蒙古東部和東北地區諸多的斷陷型聚煤盆地就是在晚侏羅-早白堊紀時期形成。
恰好那時地球溼潤氣候帶剛好北移,受到來自古太平洋季風氣候的影響,內蒙古東部和東北地區出現多雨溼潤以及植物繁茂的情況,這些植物最終也就成就了這兩個地區儲量豐富的煤炭資源。
煤層形成之後,受到地質運動影響,往往會形成褶皺和斷層地帶,有些煤層可能會被埋在更深的地下,而有些煤層則可能上升變成如今的露天煤礦,古地理集聚環境較好的地區則可能出現大量的巨厚煤層。
那麼,地球上存在厚度達到100多米的煤層嗎?
地下煤層厚度超過8米,通常就可以被稱為巨厚煤層,這種煤層儲量豐富,這種煤層的分佈地區比較特殊,而對地形構造要求也比較奇特,並非所有儲煤量豐富的地區都有巨厚煤層,他們往往都分佈在地形凹陷,具有集聚效能的盆地地帶。
其中最為典型的例子,就是位於我國遼寧省的西露天礦,這裡的煤層平均厚度約為55米,預估最厚度能達到150米,被稱為世界上最厚的露天煤礦之一,此外,內蒙古自治區鄂爾多斯市以及海拉爾一帶也都廣泛分佈著眾多的巨厚煤層。
煤炭埋藏的深度較深,一般都是在幾百米以下,煤層雖然有薄有厚,最薄的甚至只有十釐米,但平均厚度為50多米的煤層已經接近了人類開採的極限,再往下可能是會存在著諸多的安全隱患,畢竟將一個厚約幾十米的地下挖空這是非常危險的。
但實際上,大千世界,有很多東西依舊能夠超出我們人類的想象,如果說遼寧西露天礦最厚150米的厚度為預估值,那麼接筆者接下來將談到的這個煤田,其煤層超過100米的厚度已經得到證實,是真實存在的超100米厚的巨厚煤層,即新疆沙爾湖煤田。
2009年3月17日,新疆地礦局就在哈密市庫爾塔格-沙爾湖預查區約700米的鑽孔中發現了厚度約為151.34米的巨厚煤層,這項發現直接重新整理了此地維持了20多年的煤層厚度的最高紀錄,再加上之前已經發現的第一個煤層厚度,該煤層可採總厚度達到169.69米。
2011年,關於沙爾湖煤田煤層厚度的資料再次被重新整理,其中單一煤層厚度最大可達到217米,平均厚度為130米,當然,關於沙爾湖煤田資料還將會持續更新,筆者就不再逐一羅列,但不管如何,超100米厚度的煤層是真實存在的。
這種厚度是不是已經讓你感到驚訝?其實沙爾湖煤田也只是世界眾多煤田當中比較中規中矩的一個煤田,一兩百米厚的煤層絕對稱不上世界第一,因為美國阿巴拉契亞煤田的煤層厚度約為500~900米,其厚度約為沙爾湖煤田的4~6倍。
超100米的巨厚煤層是怎麼形成的?
不管是薄煤層還是巨厚煤層,其形成的原理機制都是一樣的,兩者都需要地質作用於其中,同樣也需要泥炭化過程。
不同在於,原先形成煤層的古地理環境可能存在海拔高低,面積大小的問題,正常情況下,那些深度越突出的積聚盆地通常也會塑造出更厚的煤層,畢竟這種環境能夠接受到更多的泥炭沉積物。
當然這也和當地的植物繁茂程度有關,植被越繁榮越茂密的地方,形成煤炭的可能性越大,出現厚煤層的機會也就越多。
不過我們應該清楚的是,就算當地植物再多再密,同一時間也不可能形成超過100米的煤層,而那些厚度較大的煤層通常都是透過長時間堆積而形成的。
換言之,它們的出現,並非是一代植物的功勞,而是幾代,幾十代,甚至是幾百代或上千代植物“前赴後繼”堆積的結果。
總結
地質活動向來過於複雜,絕不能用人類有限的認知去斷定地質演變的趨勢,遠古植物是真正經過了地質的千錘百煉才最終變成了當今被稱為黑色的金子的煤炭,這是大自然給人類的恩賜。
我們應該清楚,煤炭來之不易,也是不可再生的資源,雖然目前地球上已經探明的煤炭儲備量尤為豐富, 但我們也應該懂得“神龜雖壽,終有盡時”的道理,在節約不可再生能源的基礎上,要抓緊對新能源的研發和推廣。