北京周口店地區(qū)變質作用對煤層及后期開采的影響

【摘要】北京周口店地區(qū)在中國東部大地運動學、幾何學、動力學、巖漿侵入背景下引發(fā)了變質作用，這種獨具特色的變質環(huán)境下產生了高級無煙煤乃至超無煙煤。本文通過研究周口店地區(qū)變質煤層的糜棱化構造發(fā)育情況、采用薄片等地球物理的方法，結合前人研究，探討了周口店地區(qū)變質作用對煤層的影響，并提供了對后期開采的影響產生的相應對策，為煤層的變質研究做出貢獻。

【關鍵詞】周口店；煤系煤層；變質作用；后期開采

【中圖分類號】F407.21 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672—5158（2012）08—0204-02

1.北京周口店研究地區(qū)背景概述

北京周口店研究地區(qū)是北京西山煤田的一個重要的組成部分，所處周口店鎮(zhèn)內，是舉世聞名的“北京猿人遺址”所在地，行政區(qū)劃屬北京市房山區(qū)管轄。

周口店地區(qū)環(huán)境具有特殊性，有深成巖漿熱變質作用以及有動力變質作用，有著復雜的地質現(xiàn)象。由于中國晚古生代含煤巖系多沉積于穩(wěn)定階段，除少數(shù)地區(qū)外，沉積幅度不大。華北晚古生代深成變質煤一般不超過肥氣煤（Ro約0.9—1.2%）階段。石炭一二疊紀煤系煤層發(fā)生過多期變質、變形，煤系煤層因溫標礦物的形成為煤層變質作用類型的確定及變質條件的厘定提供了豐富的佐證，煤層及鄰層中變質礦物和熱液脈體的變形特征的詳細觀察研究，為煤層變質變形序列劃分及相互關系的確立奠定了可靠的基礎。

2.煤系煤層變質特征

周口店地區(qū)的石炭二疊紀為煤系含煤層，自上而下分別為山西組黑煤，太原組大白煤、小白煤。周口店地區(qū)石炭一二疊紀煤變質作用類型屬區(qū)域巖漿熱變質，煤變質程度之高，居華北石炭二疊紀煤層同類變質作用之首，高于楊起教授確認的峰峰高級無煙煤（屬于區(qū)域巖漿熱變質成因）。

周口店地區(qū)的煤系普遍遭受過淺變質作用，煤系變質礦物及巖石的研究有助于確定煤層的變質條件。本煤系主要變質巖石類型有：硬綠泥石角巖、紅柱石角頁巖、變余砂礫巖等。

針對相應的成分的進行試驗研究如下：

2.1 X衍射實驗

周口店地區(qū)六個煤層樣品的X射線衍射分析譜圖列于下圖2—1。譜線的基本特征極端相似。（002）衍射峰及（1OL）衍射峰均表現(xiàn)得清晰突出，強度較大，可與西安煤勘分院研究的中國寒武紀石煤x衍射譜圖相類比。

2.2 顯微觀察

通過對周口店和太原煤樣薄片觀察（如圖2-2、2-3、2-4），對比分析周口店地區(qū)煤樣的溫標礦物。

在周口店煤樣薄片中存在紅柱石等溫標礦物，由溫標礦物知其形成條件（主要是溫度）。推知周口店地區(qū)煤受到了強烈的區(qū)域變質作用。

目前一致認為，晚古生代煤系沉積以后，周口店地區(qū)發(fā)生過兩次構造熱事件，一次是印支運動，一次是燕山運動。就煤變質而言可分三階段：印支運動前的深成變質作用、印支運動期及燕山運動期的區(qū)域巖漿熱變質作用。

3.實驗小結及討論

地殼內的巖石或礦石，由于所處地質環(huán)境的變化，溫度和壓力的增高，其礦物成分、化學成分、結構構造、物理性質和形態(tài)產狀等都可發(fā)生不同程度的變化，產生這種變化的地質作用稱為變質作用。由變質作用形成的礦床稱為變成礦床，遭受變質作用改造過的礦床叫受變質礦床。

印支期深成區(qū)域巖漿熱變質作用使煤層以變質作用為主，變形作用次之。變質反應溫度達到420-430℃，煤層從長焰煤迅速跨越氣煤、肥煤、焦煤階段至低級無煙煤。變形作用以韌性形變?yōu)橹鳎纬擅永饷骸９盘窖笸碇猩蛭鏖L程俯沖在形成了早中生代的一系列巖漿帶之后，前緣到達包括房山巖體在內的太行山一線，俯沖洋殼脫水導致上覆巖石圈地幔的部分熔融，幔源巖漿底侵或內侵至下地殼，導致早中生代具有EMI特征的下地殼再次熔融，從而形成房山巖體這樣的中酸性雜巖體和略早的基性火山巖（如南大嶺組玄武巖）。

燕山期，煤層發(fā)生復區(qū)域巖漿熱變質及韌性變形，煤級提高不大，但煤層的韌性變形作用持久而強烈，糜棱煤化作用廣泛發(fā)生，幾乎所有煤層都轉化為鱗片狀糜棱煤。燕山期主要表現(xiàn)在溫度高、埋藏深、圍壓大，構造應力也較大。當時煤層變質溫度在430-540℃之間，煤級進一步提高至高級無煙煤。

4.對后期開采的影響

20世紀80年代以來，北京西山地區(qū)因煤炭開采而再度顯現(xiàn)的采空區(qū)地面塌陷災害的頻繁發(fā)生，以減災防災為目的的專項地質調查得以迅速展開。

根據實地調查瓦斯含量等數(shù)據表明，變質程度高的煤炭，由于生成的氣體含量大，煤層間的孔裂隙發(fā)達，總表面積增大導致了吸附量增大，瓦斯含量很高。經過實地調查煤層頂?shù)讕r層的強度，煤層的底部是一套馬家溝組厚層灰?guī)r夾少量白云質灰?guī)r地層，硬度大。同時，煤礦采空區(qū)地質災害鏈的特殊結構。由于大面積的采挖，打破礦區(qū)重力均衡作用，極易產生坍塌、滑坡地質災害。

建議政府主管部門和科研機構加強對各種災害及災害鏈成因研究的資助，將有助于進一步采取從根本上治理和減輕災害的綜合措施的完善，從而達到既能使礦產資源得到開發(fā)利用實現(xiàn)經濟可持續(xù)發(fā)展，又能減輕和防止地質災害，改善生態(tài)環(huán)境的目的。

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基金項目：中央高校基本科研業(yè)務費專項資金，中國地質大學（北京）大學生創(chuàng)新性實驗計劃項目（項目批準號：2011CXY056）。