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金礦井下600米大約什麼溫度?裡面會有大量積水嗎?

科學 優美生態環境保衛者

除了一些露出地表的礦藏,其作業面不在地下之外,其餘大部分的礦藏由於埋深的原因,都需要挖出一定深度的礦洞,礦工通過相應的坑道進入地下作業區,與採掘的機器相配合完成採礦工作,因此在地下開採作業時,如何有效地保障礦坑的安全性,成為礦產資源開發過程中必須時刻面對的重要問題。

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近期,山東棲霞笏山金礦發生塌陷事故,部分礦工被困井下,全國人民無不為之牽腸掛肚。好消息是目前地面營救人員已經與井下被困礦工取得了聯繫,22名礦工全部安全,救援的生命保障物資已經源源不斷運送到井下,相關營救工作正在緊張有序地開展過程中。那麼,在金礦地面以下600米深處的溫度如何,在那麼深的地方是否存在大量積水,我想肯定很多人都有如此疑問。

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宇宙中金元素的形成

金元素的形成,如果一直往歷史深處追溯,歸功於恆星的核聚變以及超新星的爆發。大質量的恆星,在進入生命末期之後,由內向外的組成物質會呈現明顯的分層結構。這種結構的產生,主要原因在於元素在恆星內部產生,需要相應的高溫高壓環境,而且元素越重(原子序數越高),則所需要的高溫高壓環境就越苛刻,像太陽這麼大的恆星,在生命末期最內層只能聚變到碳就停滯不前了。

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對於更大質量的恆星來說,由於元素鐵的比結合能最高,這就意味著生成金元素所吸收的能量,要比核聚變產生金元素所釋放的能量要高,恆星內部的核聚變就不能可持續進行,到此為止了,所以大質量恆星在生命末期時,內核基本上可以視為一個巨大的“鐵球”。

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大質量恆星在生命末期,往往會發生超新星爆發,大量恆星內部物質(鐵及原子序數在鐵以下的眾多元素)被拋撒到宇宙空間中,在爆發瞬間產生的高溫要比恆星主序期內高得多,通過快中子俘獲反應,這些元素與快中子發生結合,形成許多比鐵還要重的元素,其中這些重元素就含有金。

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金礦的形成

在太陽形成以後,沒有被太陽吸聚的星際物質,就會在與太陽不同距離處,逐漸聚合成行星的固態內核,同時繼續吸聚那些剩餘的輕物質,最終演化為太陽的不同行星。包括金元素在內的重金屬,由於比重較大,在行星形成以及逐漸冷卻期間,會慢慢地向深處沉積,絕大多數都被包裹在地球的近地核區域。

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大約在26億年前,隨著太古代全球性大規模的火山噴發,包括金在內的一些重金屬元素,隨著巖漿的運動,一部分就帶到地幔和地殼中來,形成地球最初的金礦來源。後來,在大約1億年前,隨著地球地質活動的劇烈運動,有些地區的地殼受到強大的擠壓作用,發生褶皺或者隆起,金元素物質逐漸發生活化富集效應,為現在的巖金礦和伴生礦的形成奠定了基礎。其中,巖金礦在所有金礦中佔比最高,達到70%左右。

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除了巖金礦和伴生礦以外,世界上的金礦還有另外一種存在形式,那就是沙金礦。這種礦床是在巖金的基礎上,通過幾千幾萬年的持續風力、水力侵蝕作用,金元素逐漸形成單體與其它物質分離開來,在重力作用下,慢慢沉積在河流的穩水區域,形成大小不一顆粒狀金。歷史上很多國家和地區的“淘金熱”,尋找的就是這種沙金。

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巖金礦底的溫度

由於地球的圈層結構,使得地殼以下不同深度處的溫度呈現不同的變化趨勢,總體來看,可以分為三個部分,即變溫層、常溫層和內熱層。

變溫層是地球最表面的一層,這裡的熱量來源主要是太陽輻射,熱導率較小,溫度隨著深度的增加而逐漸降低。變溫帶的厚度以及溫度變化情況,與所處的緯度、所在的季節有很大的關係,緯度越高、氣溫越低,變溫帶的厚度就越大。一般在中低緯度地區,變溫層的溫度在20米以內,較高的緯度或者其它特殊地域,可以達到30米。

常溫層是變溫層下面的一層較薄區域,在該區熱量散失的速率與來自地球內部的熱量供給基本保持平衡,所以總體溫度變化不大。

內熱層處於變溫層之下,其熱量主要來源於地球內部的熱量供給,所以越往下溫度就會越高,而且規律性比較明顯。計算內熱層一個點位溫度的方法,主要依靠地溫梯度法。

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山東棲霞笏山金礦600米的地下,屬於地球內熱層的範圍。這個季節該區域地表平均溫度我們估且視為0攝氏度,那麼常溫層的溫度一般為5攝氏度,在30米以下為內熱層起始點,從30米往下溫度的變化就會與深度的變化呈現一定的線性關係,地溫梯度表達式為T=35h+20,那麼在考慮上述起始參數的情況下,我們可得600米地下的溫度大約為39攝氏度,如果通風條件較好,那麼溫度是可以維持在35攝氏度左右的。

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金礦內部會有積水嗎?

通過上面對金礦形成原因的簡要分析,我們可以看出,金礦(巖金礦)的成礦區,普遍位於地下巖漿侵入地殼之後,所形成的變質巖的邊緣地帶。而山東棲霞笏山金礦屬於我國華北地臺金礦的成礦區域,處在板塊邊緣和基底構造層的隆起地帶,所以這裡的金礦最直接的來源,則是太古代結晶基底的中深變質巖系。

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該區金礦的成礦過程,主要經歷了基底區的變質熱液作用、花崗巖化作用、燕山運動等的共同地質活動,以沉積、疊生成礦為最主要的特徵。由於花崗巖的緻密性很強、透水性弱,所以在穩定、科學的採礦工藝條件下,金礦內部不會出現嚴重的透水現象。

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不過,由於花崗巖並非一個完整的大整體結構,在不同的組分控制下,內部也會出現許多細微的縫隙,在採礦壓力釋放情況下,部分地下水會沿著縫隙上涌進入礦體底部,不過,只要採取有效的排水措施,這些上涌水完全可以有效地排出,在礦底基本上不會出現大面積的積水問題。

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假如礦體本身出現坍塌,局部排水措施的功效就會受到影響,在地底壓力的作用下,地下水則會在低窪處逐漸聚集,形成積水。這也是東棲霞笏山金礦發生塌陷事故以後,多日來礦工能夠得以維持生存的一個重要因素。

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