当前位置： 猛犸象 > 猛犸象的习性 > 地景探秘人造天坑,比喀斯特的塑造天
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地学旅游分会CGA
人造天坑，比喀斯特的塑造、天外客的撞击还要震憾
文/范晓
这是百余年来最为神秘的风景，它们在煤炭、金属等矿产资源丰富的地区年复一年地生长，但却不是自然形成。它们有些曾是中国的超大工程，从久远的年代一直走到今天，不仅创造了历史，也让自身成为让人惊叹的地理奇观。
鞍山大孤山铁矿号称十里铁山。铁矿初探明之时，峰岭耸立，但是经过近百年的开采，大孤山愣是从一座海拔近米的山头，变成了海拔-多米的深坑，坑口面积约相当十几座能够容纳9万人的“鸟巢”体育场。范晓摄影
像是外星上的环形山或陨石坑，但它是人类“愚公移山”的杰作
曾经有人说，长城是从太空能够用肉眼看到的唯一的人类工程。但宽仅十几米的长城，尽管有几千公里长，其实很难用肉眼从太空中看到。而在地球上直径可达数千米，深可达数百米的露天采矿坑，有点像其他星球上的环形山或陨石坑，也许更容易从太空中被观察到。但它们不是产生于天外来客的撞击，而是地球人类的杰作。人类成长的历史，始终和矿产资源的开采利用相伴。从石器的打制，到青铜的冶炼，再到铁器的锻造，皆是在和地球的石头相厮磨。但进行大规模的露天开采，并形成巨大的人造天坑，则是在近代工业化并使用大型机械以后，才成为可能。由于大型露天采矿坑都位于矿床埋藏较浅或直接出露的地方，它往往也是古代先民最早发现矿藏并开采冶炼之处。所以，在现代露天矿坑的附近，也常常有众多的历史矿冶遗迹存留，它们既是古代文明的见证，也是现代矿业发展的源头。当你不是从太空中观看，而是从地面来到这些矿坑的边沿向下俯瞰，你会真正有一种震撼的感觉，它似乎比自然界中的许多喀斯特天坑还要壮观。这些人造天坑有一些共同的特点：它们的内部都被开掘成整齐的阶梯状，层层叠叠，每一级阶梯的高度从10米至20米不等，视开采的矿种及岩石的强度而异。坑内修成这些阶梯，一方面是逐层向下开采的结果，另一方面也便于运送矿石和岩石的车辆沿着这些阶面盘旋上下，同时也使矿坑的坑壁能保持较好的稳定性，减少坍塌和滑坡的危险。这些露天采矿坑的形成，或是从平坦的地面往下开挖，或是从地表起伏的山峦向下采掘，在后一种情况下，或者原来的山头完全被采掉，或者在山坡上采出一级级阶梯，由此再往下，在原来的山坳间，逐渐挖掘出一个具有地表封闭圈的深坑。因此，露天矿坑可以分为地表封闭圈以上的山坡露天矿，以及地表封闭圈以下的凹陷露天矿。一般把地表封闭圈以下开采深度超过米的凹陷露天矿称为深凹露天矿。四川攀枝花的兰尖铁矿露天矿坑的主体便是山坡露天矿，最高处遗留下26级采矿台阶，每级高15米，总高度米，远远看去，自然的山峰仿佛被修成了一座巨大的金字塔，但它的高度远远超过了.5米的埃及最高的胡夫大金字塔。四川攀枝花铁矿兰尖矿露天采坑。范晓摄影
为了把矿石采出，同时需要把压覆在矿体上的岩石剥离掉，一般每采出一吨矿石，就需要剥离数吨以上的岩石。被称为世界上第一大露天铜矿的美国犹他州宾汉铜矿，自年投产至今，采掘总量已超过60亿吨，采场深度已达米。除了采出的矿石被运去选矿冶炼以外，剥离的大量岩石要堆放在露天矿坑周围。因此在形成人造天坑的同时，也堆起了一座座巨大的人造山峦。以四川攀枝花铁矿为例，在露天矿坑周围已形成10个堆放岩石的排土场，堆出的人造山峦可高达米以上，单个排土场堆积的岩土可超过4亿吨。愚公移山的古代神话，如今在许多露天矿山已成为现实。人们在惊叹露天采矿留下的宏大景观时，也不能不看到它所带来的植被破坏、水土流失、地面塌陷、滑坡与泥石流威胁等诸多环境问题，因此对矿山的环境恢复治理也成为一项巨大的考验。北方煤海与由来已久的大泽宝地
从内蒙古、晋北、陕北到新疆准噶尔盆地的这个弧形地带，煤炭资源极为丰富，几乎集聚了中国最大的露天煤矿，例如内蒙古的伊敏、霍林河、元宝山、黑岱沟、哈尔乌素，山西的安太堡，新疆的准东五彩湾等等。它让人联想到中东，看似不毛的大沙漠，地下却富含液体黄金般的石油；而在中国北方这片辽阔的草原、荒漠之下，也有一个浩瀚的乌金之海。在富饶的“中国北方煤海”之中，内蒙古扎赉诺尔露天煤矿不是最大的，但历史却是最悠久的。正当盛夏的旅游旺季，我来到北国边城满洲里附近的扎赉诺尔，站在国家矿山公园的主碑广场边，扎赉诺尔露天煤矿—灵泉露天矿的矿坑尽收眼底。据矿山负责人介绍，这座始建于年，投产于年的露天矿，只剩下一两年的开采期了，目前已形成南北长4.1公里，东西宽2.3公里，最深达米的巨大采坑。内蒙古扎赉诺尔露天煤矿遥感图。
有机会参观扎赉诺尔露天煤矿的人，往往会被矿坑中拉煤的蒸汽机车的气势征服。扎赉诺尔露天煤矿最初有59台蒸汽机车在运行，它们喷吐浓烟，在坑底和坑壁穿梭，场面十分震撼。不过随着该露天矿开采接近尾声，蒸汽机车已经退出历史舞台，这种场景已难得一见。戴炜摄影
随着露天矿坑的煤开采殆尽，许多采煤工人也远离了矿坑，留下了对矿坑深深的情感。这位开铲车的司机，平常一铲下去就是3吨煤炭。天长日久，锃亮的钢铁抓斗表面也被矿石磨得伤痕累累。张源摄影
矿坑越采越深，每采1吨原煤需要剥离的岩石也不断增加，从经济可行性来说，地表可采的煤层也趋于枯竭。因此现在已转向地下井巷开采，灵泉露天矿附近的采煤井，单井的原煤年产量已可达万吨至万吨，完全可以接替露天矿闭坑后的煤炭开采。遗留下来这个硕大的人造天坑，经过复垦和环境治理，已成为重要矿业遗迹和地质剖面供人观览。
内蒙古扎赉诺尔露天煤矿一角。范晓摄影
透过灵泉露天矿，我们还可以去追溯扎赉诺尔煤矿更久远的历史。年（清光绪二十七年），在沙俄修筑由满洲里经哈尔滨至绥芬河的“大清东省铁路”（简称东清路或中东路）时，中国筑路工人刘贵枝在草原上的鼠洞口，发现有被老鼠扒出的煤块，便向铁路当局的俄国人报告，获得报矿奖金1元。同年12月，俄国皇家地理学会派出以波洛尼科夫工程师为首的地质队到扎赉诺尔地区进行勘查，而年最早建立的扎赉诺尔煤矿，也被俄国人命名为“波洛尼科夫矿”。至今，扎赉诺尔仍有早期采煤留下的“北煤沟”、“南煤沟”，以及木石结构的俄式建筑群。
最早进驻扎赉诺尔煤矿开采的是沙俄侵略者。为了控制远东并掠夺资源，沙俄在中国东北修建了一条“中国东清铁路（中东铁路）”。这张拍摄于年至年间的照片，就是中东铁路扎赉诺尔煤矿铁路行车人员的合影。
沙俄采矿时期扎赉诺尔矿区的住宅。据扎赉诺尔国家矿山博物馆
地质演化中的大事件和关键之地，既可以使矿床聚集，也可因地貌的特化，造就自然的奇观，二者常相伴共生。扎赉诺尔煤矿附近有号称中国北方最大湖泊的达赉诺尔，也称呼伦湖。扎赉诺尔原本是达赉诺尔的转音，在蒙古语中，“诺尔”意即“湖泊”，而“达赉”被认为有“海”的意思，因此“扎赉诺尔”或“达赉诺尔”都有“海一样的湖泊”之意，它形象地描绘了呼伦湖浩渺无垠的特征。
达赉诺尔（呼伦湖）。范晓摄影
而“达赉”也可能是“他拉”的同词转音，“他拉”在蒙古语中有“山间低平之地”、“草原”、“旷野”之意，而呼伦贝尔草原的达赉湖区与阿拉善草原的居延海、锡林郭勒草原的二连盆地并称为内蒙古高原上的三大“他拉”，因众水汇流，环境优越，既是生物的天堂，也成为人类文明的发祥地。
而达赉诺尔这块大泽宝地，似乎由来已久。距今约1.3亿年左右的白垩纪早期，即因地壳沉陷成为河湖盆地，森林茂密。随着环境的变迁，死亡的树木被大量堆积、埋藏，逐渐形成扎赉诺尔煤田。
扎赉诺尔煤矿形成示意图。据扎赉诺尔国家矿山博物馆
扎赉诺尔远古时代的聚煤盆地，成为了后来呼伦湖的前身，而厚大的煤层也埋藏在众多的曲流河床及湖泊之下。年，为疏干河水，开辟灵泉露天矿，将达兰鄂罗木河改道，用一条新开的绕过矿区的笔直河道，代替了原来流经矿区的蛇曲蜿蜒的河流。
灵泉露天矿开采过程中，出土了距今数万年的第四纪更新世晚期的猛犸象化石，而自年以来，在扎赉诺尔矿区，已先后发现距今一万年左右的扎赉诺尔人的多个头骨化石，表明扎赉诺尔在生物繁衍和古人类聚居方面具有得天独厚的条件。也难怪这里后来又成为拓跋鲜卑南迁定居之处，以及成吉思汗、努尔哈赤屯兵越冬的基地。
扎赉诺尔露天煤矿开采过程中，出土猛犸象化石的场景。据扎赉诺尔国家矿山博物馆
扎赉诺尔露天煤矿开采过程中，出土的猛犸象牙化石。范晓摄于扎赉诺尔国家矿山博物馆
根据扎赉诺尔矿区出土的约一万年前的扎赉诺尔人头骨化石复原的扎赉诺尔人塑像，以及出土的扎赉诺尔人使用的石器。范晓摄于扎赉诺尔国家矿山博物馆
在大气磅礴的山海之间，生出了物华天宝、人杰地灵
说到中国的露天铁矿，就不能不提到鞍山，这促使我来到这个著名的钢都。鞍山因钢铁而兴，皆源于这里有极为丰富的铁矿矿藏。鞍山及附近最重要的露天铁矿包括大孤山、东鞍山、齐大山、眼前山、弓长岭等。如果按采矿规模、坑口大小，大孤山不算是最大的，但它的露天采坑却是最深的，而且它的深凹露天矿坑封闭性最好，因此也最具观赏性。
我和鞍钢日报以及大孤山铁矿的朋友一起，乘坐矿山的皮卡车，沿着大孤山露天矿坑里的层层阶梯盘旋而下，一直来到坑底。七月盛夏，坑底又格外闷热，我被告知，坑底的海拔高度竟然是-米。原来新疆吐鲁番盆地艾丁湖-米的中国陆地最低海拔纪录，早已被大孤山露天矿坑所打破。
中国许多露天矿坑的坑底海拔其实都已是低于海平面的负数，由于采掘还在进行，这些海拔高度也是一个不断变化的数字。尽管目前还不能准确获知中国露天矿坑的海拔最低处在哪里，但可以确定的是，中国陆地的最低点是在某一个露天矿坑，而且这一纪录还在不断被刷新。仅就大孤山而言，设计的坑底开采标高为-米，因此还可以再向下拓深一百多米。由于现在坑底已很狭小，施工不易，因此准备在坑口的北沿向外拓宽，以便于继续向下采掘。
大孤山铁矿遥感图。在群山和人口密集的城镇之间，就是近百年来的矿山开采留下的硕大矿坑。
从地面下到坑底，沿着蜿蜒曲折的施工便道前行，像是行进在盘山公路。施工车下到坑底，要经过数道运输矿石的铁路道口，沿途经常会遇到洒水压尘的洒水车。据说，一辆载重70吨的洒水车，只能洒完一半的路程，根本洒不到坑底。张源摄影
鞍山铁矿采冶的历史十分悠久，在公元前年的汉武帝时，即设有官办铁场，至辽代，冶铁业已十分兴盛，号称“铁州”，但清朝皇室以辽东为其发祥圣地，为保“地气风水”，一度下令禁止开矿冶铁。
这里的现代矿冶业肇始于20世纪初，日本于年在辽宁设立南满洲铁道株式会社（简称满铁），年8月，满铁地质调查所的木户忠太郎等对南满铁路汤岗子站附近的一座小山——铁石山的名称发生了兴趣，经调查发现了铁矿。此后，满铁地质调查所以及日本八幡制铁所，又对西鞍山、东鞍山、大孤山、樱桃园、弓长岭进行了调查，至年，查明铁矿石储量约20.2亿吨。年，满铁以中日合办名义成立振兴公司开矿。九一八事变后，日商昭和制钢所完全掌控了鞍山地区的铁矿开采。年至年，振兴公司及昭和制钢所共采掘铁矿石约0万吨。
鞍山自辽代至民国初年，皆属辽阳，并未另立治所。年随着铁矿的采冶，日本人在铁东八卦沟等地兴建住宅，始成街市，周边也相继出现中国工人的聚居区。年12月，这一地区由辽阳县分出，始设鞍山市。
如今，鞍山及附近主要矿山探明的铁矿石储量已超过亿吨，矿石年产量可达数千万吨。大孤山原为海拔80米至米的一座孤山，露天开采从山头开始，按一级级阶梯逐层降低，至年这座孤山山头被完全采掉，并转入由地平面往下的凹陷坑开采。现在由地平面往下的深度已达米左右。在坑底，可以清楚地看到赭褐色的厚大铁矿体在坑壁上延伸。
大孤山铁矿露天矿坑的坑底。坑壁上的红色部分，即为出露的铁矿体。范晓摄影
挖掘机正在大孤山露天矿坑的坑壁上采掘铁矿石（赭红色的部分）。范晓摄影
鞍山的铁矿因为它在地质成因上的典型性，被地质学家称为“鞍山式铁矿”，它是地球上形成年代最古老的铁矿床之一。它可以让人们去追溯距今24亿年左右的太古代时期，那是地壳形成的早期，海洋中火山喷发十分频繁，并有大量的铁随沉积物在海底堆积成岩，后又遭受高温热液的影响而发生变质，从而形成巨大的铁矿床。
鞍山式铁矿不仅集中分布在辽宁的鞍山、本溪以及吉林的东南部，它还广布于华北、中原等地，其储量在亿吨以上，约占中国铁矿储量的54%，不能不说这是地球对于华夏这块土地的特别馈赠。
鞍山这个矿藏宝地，同样相伴有不俗的风景大观。大孤山露天矿东南边不远，就是奇逸峻秀的千山，远眺苍茫一片的绿色之中，偶尔突兀而出红色的巉岩和石峰。千山的花岗岩山峦，虽然雄壮高峻不如黄山、华山，但却处处显得奇峭。作为长白山的支脉，千山向西南逶迤延伸，构成了辽东半岛的骨架，据说天气晴朗时，在千山主峰仙人台上望得见渤海。
鞍山大孤山铁矿附近，千山风景区的花岗岩地貌。范晓摄影
跨过渤海湾，与千山遥遥相对的就是泰山。康熙去泰山朝圣祭祀时，曾有一篇《泰山龙脉论》，他说泰山之龙发于长白山，其西支蜿蜒向南，经金州旅顺口入海，龙脊在海中时伏时现，成为列岛，海中伏龙又在山东登州上陆，西南行八百余里，结而为泰山。康熙此说，虽有借泰山而树威权，借地脉而言正统之嫌，但从地质构造和矿藏分布的角度来看也不无道理。正是在这大气磅礴的山海之间，才生出了物华天宝、人杰地灵。
碧矿不出土，青山凿不休中国北方历来有煤铁之乡的盛誉，但华南地区金属矿藏之丰富、采冶历史之悠久、形成的露天矿坑之壮观，并不输于北方。在当地国家矿山公园工作人员的引领下，我先后造访了湖北大冶铁矿、湖北铜绿山铜矿、江西德兴铜矿。
中国许多近代矿山的发端都和外商进入有关，但大冶却不同，它是清朝洋务派欲借西方之技，兴民族工业以强国的产物。大冶铁矿位于今黄石市铁山区，铁山区即是依托现在的大冶铁矿而发展起来的小城，铁山得名也因此地为古代冶铁之山。从公元年开始，孙权就在铁山采取铜铁，铸造刀剑；晋、隋、宋又在此专设铁官，制造兵器、钱币；明代朱元璋以全国存铁过多为由，将此地铁冶关闭，使其被人长期遗忘；而清代洋务运动才使大冶铁矿被重新发现。张之洞于年设大冶矿务局，又在汉阳建铁厂，以大冶铁矿石为原料。年，大冶铁矿建成投产，成为中国最早用机器开采的大型露天铁矿。
从公元年孙权筑炉锻造刀具，到张之洞洋务建厂，再到现代的大冶铁矿开采，最终在大冶铁矿东露天采场形成了东西长多米，南北宽宽米，落差米的世界第一高陡边坡，被称为“亚洲第一采坑”，后成为中国首批国家矿山公园。唐胜军摄影
年以前大冶铁矿探明的铁矿储量约0万吨，经年以后的勘探，证实大冶铁矿的储量在1亿吨以上。现在作为黄石国家矿山公园主体景观的露天矿坑，就是大冶铁矿的主采场——东露天采场遗留下来的，现已停止露天开采而转入地下井巷采矿。
站在露天矿坑旁的观景平台向下眺望，依然是动人心魄的感觉，从山坡上露天开采的最高台阶至坑底，深度达到米，坑底海拔为-米。采矿时剥离出的约3.7亿吨废石在矿坑旁侧堆出了一个巨大的平顶山，占地近万平方米。
从不同角度看大冶铁矿的露天矿坑，坑壁上可见残留的赭红色铁矿矿体。范晓摄影
大冶铁矿露天矿坑采出的巨大的铁矿矿块。范晓摄影
地下深处的岩浆向上运动，碰到石灰岩，会在与石灰岩的接触带形成被称为“矽卡岩”的变质岩，大冶铁矿就产在这种矽卡岩中。图为大冶铁矿露天矿坑旁边的石灰岩层。范晓摄影
大冶铁矿露天矿坑旁陈列的废弃矿山机械。范晓摄影
露天矿山废石堆的环境治理是一个难题，而大冶铁矿露天矿坑排出的多为硬质岩石，植被恢复更为困难。但经过数十年的努力，60%以上的废石堆表面已是绿荫蔽日，形成了以本地物种刺槐为主的植被群落，每年槐花盛开时吸引了不少游客，大冶铁矿因此也被誉为亚洲第一硬岩复垦基地。
大冶铁矿旁，黄石市铁山区境内的冶炼厂。范晓摄影
大冶铁山不过是长江中下游巨大的铁铜多金属矿带的一个缩影。在大冶市近郊的铜绿山，在江西德兴，我同样深切地感受到古代和现代的矿业文明之光交相辉映。
在铜绿山铜矿深约米，坑底最低海拔-米的露天采坑旁，就是铜绿山古铜矿遗址博物馆。这个古铜矿遗址也是因现代铜绿山铜矿的开采而发现。考古发掘表明最早在距今约3多年的商代晚期，古人即已开始在铜绿山采矿冶铜，春秋、战国至西汉，为其采冶鼎盛时期，恰与中国的青铜文化时代相对应。
湖北大冶铜绿山古铜矿遗址的古代采坑遗迹。当时已运用了竖井、平巷、斜井的联合开采方法，开采深度达到地表以下60余米。范晓摄影
铜绿山古铜矿遗址地表的古炉渣堆积，上面有铜草生长。范晓摄影
在铜绿山古铜矿遗址周围，有大量古炉渣堆积。经发掘，发现有西周晚期至隋唐的不同时代的文化层。在春秋至战国的文化层中，发现有10座炼铜竖炉的残体，此外还发现有孔雀石等氧化铜矿石、用作炼铜燃料的木炭、炼制出的粗铜、铜制工具等；同时，还出土有西周晚期至春秋时期的陶片、陶器，以及隋唐时期的瓷器、钱币等。
铜绿山古铜矿遗址出土的氧化铜矿石——孔雀石。范晓摄影
铜绿山古铜矿遗址出土的古炼铜炉残体。左上，一号炼铜炉基座；左下，一号炼铜炉风沟内的石板；右，二号炼铜炉炉缸残体。据铜绿山古铜矿遗址博物馆
铜绿山古铜矿遗址古炼铜竖炉复原图。专家认为，古代鼓风竖炉的炼铜技术，是现代高炉炼铁技术的鼻祖。据铜绿山古铜矿遗址博物馆
铜绿山铜矿也产在岩浆侵入体与石灰岩接触带的矽卡岩中。上图为石灰岩（灰白）与矽卡岩（深灰）的露头；下图为矽卡岩中的铜矿体露头。范晓摄影
现代开采的铜绿山铜矿的露天矿坑。范晓摄影
同样，在亚洲最大的铜矿——江西德兴铜矿发现之前，德兴一带在古代早已是银铜金的重要采冶之地。此次考察我也专门去探访了德兴城外的古代采银坑道以及堆积如山的古矿渣。据介绍，德兴境内发现的古代采矿井巷有上千处，这里曾是隋唐时期最大的古银场，自东汉至唐，县治所在地皆以银城堡、银冶堡为名，至南唐，取“山川之宝，惟德乃兴”之意，始称德兴县。
德兴铜矿是目前亚洲最大的露天铜矿，也是世界级的特大型斑岩铜矿，铜的金属年产量占了中国的四分之一。登上矿山旁的平台，这个气势恢宏的长2.5公里，宽2.3公里的采矿坑一览无余，采坑坑底设计的海拔标高为-米，而矿坑周边山坡开采的最高标高是海拔米，目前已由山坡露天开采转到深凹开采，矿坑按设计深度完成开采时，将形成米的开采深度。
亚洲最大的露天铜矿、江西德兴铜矿的露天采矿坑。德兴铜矿产于岩浆侵入形成的花岗斑岩中，因此被称为斑岩铜矿。范晓摄影
德兴铜矿露天矿坑旁，巨大的尾矿库，铜矿选矿后废弃的矿渣堆积于库中。范晓摄影
江西德兴市郊的古代采矿坑、古矿渣堆遗迹。范晓摄影
长江中下游富饶的金属矿藏及其采冶盛况，也早已引起古代文人学士的
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