含煤沉积体系和相.pptx

1 1 含煤岩系及其旋回特征含煤岩系及其旋回特征第八章 含煤沉积体系和相第八章 1 含煤岩系及其旋回特征一、含煤岩系及其同义词 1.含煤岩系：指一套在成因上有共生关系并含有煤层的沉积岩系。同义词有:含煤沉积、含煤地层、含煤建造、煤系等。含煤岩系的简称即“煤系”。第八章 1 含煤岩系及其旋回特征2.属性特点:(1)具有三维空间形态的沉积实体，是特指含有煤层的一套沉积岩系，是充填于含煤盆地(含煤盆地与聚煤盆地的区别）的具有共生关系的沉积总体。(2)含煤岩系的顶底界面不一定是等时性界面，即可以是等时的也可以不等时的。(3)含煤岩系的形成要求：古构造、古气候、古植物和古地理。第八章 1 含煤岩系及其旋回特征二、煤系及其岩性特征二、煤系及其岩性特征 1.1.颜色颜色:主要以灰色、灰绿色及黑色的沉积岩主要以灰色、灰绿色及黑色的沉积岩组成，含有一定的杂色岩石。主色调组成，含有一定的杂色岩石。主色调:暗色（有暗色（有机质）机质）2.2.岩石类型岩石类型:各种粒度的砂岩、粉砂岩、泥质各种粒度的砂岩、粉砂岩、泥质岩、碳质泥岩、煤、粘土岩、石灰岩，以及少岩、碳质泥岩、煤、粘土岩、石灰岩，以及少量的砾岩等，有的还含有油页岩、硅质岩、火量的砾岩等，有的还含有油页岩、硅质岩、火山碎屑岩等，这些岩石一般交互出现。山碎屑岩等，这些岩石一般交互出现。第八章 1 含煤岩系及其旋回特征 3.3.不同地区岩性差不同地区岩性差异大异大:不同时代、不同时代、不同地区的含煤岩不同地区的含煤岩系，其岩性组成差系，其岩性组成差异很大，这主要取异很大，这主要取决于含煤岩系沉积决于含煤岩系沉积时的古地理和古构时的古地理和古构造。造。含煤岩系岩性组合特征-以粗碎屑岩为主;-以细碎屑岩为主;一以碎屑岩为主夹多层石灰岩;-以石灰岩为主;-以火山碎屑岩为主（有玄武岩）第八章 1 含煤岩系及其旋回特征 4.4.火山作用对成煤作用的影响火山作用对成煤作用的影响:含煤岩系中含煤岩系中往往含有厚度不等的火山岩及火山碎屑岩，因往往含有厚度不等的火山岩及火山碎屑岩，因为火山作用可为成煤物质繁衍提供大气及土质为火山作用可为成煤物质繁衍提供大气及土质条件。条件。5.5.含植物化石与各种结核含植物化石与各种结核:含煤岩系中含有大含煤岩系中含有大量植物化石，也有的含有较丰富的动物化石及量植物化石，也有的含有较丰富的动物化石及各种结核。如黄铁矿结核、菱铁矿结核等。各种结核。如黄铁矿结核、菱铁矿结核等。6.6.旋回结构清楚：旋回结构清楚：含煤岩系一般具有较好的旋含煤岩系一般具有较好的旋回结构。因为盆地聚煤作用具有阶段性，煤层回结构。因为盆地聚煤作用具有阶段性，煤层一般是在一定的盆地充填阶段形成，煤层就是一般是在一定的盆地充填阶段形成，煤层就是一个沉积阶段的产物。一个沉积阶段的产物。第八章 1 含煤岩系及其旋回特征三、煤系的旋回结构 1.含煤沉积旋回 煤系的旋回结构是煤系的重要特征，它反映了煤系沉积层序中有共生关系的岩性、岩相等特征有规律的重复交替现象。2.旋回的类型 反映煤系旋回结构的岩层特征多种多样。例如，根据岩石的粒度特征，称粒度旋回，依据岩层的厚度、层理类型，称为层序旋回，也有的仅依据岩石类型特征等。综合运用多种岩层特征确定出沉积相，从而反映出的旋回称为沉积相旋回。第八章 1 含煤岩系及其旋回特征3.煤系旋回的划分传统的美国学派将旋回底界选定在有冲蚀作用的河道砂岩之下；欧洲学派将旋回的底界定在煤或根土岩与上覆的海相页岩或石灰岩之间；三角洲学派则将旋回底界选定在海相石灰岩和上覆前积页岩或向上变粗的砂页岩层序之间不同方法确定旋回界线的比较 1-水道砂岩；2-向上变粗层序；3-含贝壳的页岩；4-含贝壳的灰岩；5-煤；6-根土岩；P-前积相；A-加积相；T-海侵相第八章 1 含煤岩系及其旋回特征海进-海退旋回的划分 以海退为旋回起点还是以海侵为起点。对于煤系旋回的划分，以海退为起点还以海进（侵）为起点划分旋回，要分析煤层的成因特点与聚煤作用。第八章 1 含煤岩系及其旋回特征4.煤系旋回结构的成因分析 煤系旋回结构形成的原因主要有沉积成因、构造成因及气候变化成因。沉积作用因素是指在一种沉积体系内部，其沉积、搬运能量所发生的周期性变化。如：河道的曲流迁移作用所引致的周期变化；决口扇沉积中的周期性洪泛变化中；潮汐沉积中，由于涨落潮所引起的周期性变化；水下重力流的周期性变化；冲积扇沉积中间歇性水流、脉冲流等的周期性变化；三角洲沉积中，在进积、退积中三角洲朵叶的迁移、摆动等周期性变化等。第八章 1 含煤岩系及其旋回特征 气候的周期性变化，所形成的旋回结构也是多样的。如，冰川作用和冰川消融作用的交替，影响大区域或全球的海面升降变化，因而造成滨岸沉积的旋回层序。地壳运动因素引起的旋回结构往往分布范围较广，规模较大。与造陆运动的不同周期升降有关。水平方向的地壳构造运动也可引起沉积作用的周期性变化。第八章 含煤沉积体系和相2 2 煤层煤层第八章 2 煤层 一、煤层及其形成一、煤层及其形成 （一）煤层：（一）煤层：1.1.煤层是一种特殊的沉积岩层：煤层是一种特殊的沉积岩层：由泥炭层经由泥炭层经过成煤作用和沉积作用转化而来，为层状矿床，过成煤作用和沉积作用转化而来，为层状矿床，具有一定的层位和分布空间。具有一定的层位和分布空间。第八章 2 煤层 2.2.泥炭的堆积保存必须具备的条件：泥炭的堆积保存必须具备的条件：植物植物的大量繁殖的大量繁殖-这是泥炭的物质来源，这是泥炭的物质来源，沼泽沼泽水位的逐步抬升水位的逐步抬升-以避免有机质的氧化分解，以避免有机质的氧化分解，碎屑沉积物的贫乏碎屑沉积物的贫乏-以保证泥炭质量。以保证泥炭质量。只有泥炭层堆积界面的增高和沼泽水面只有泥炭层堆积界面的增高和沼泽水面的抬升保持均衡，泥炭层才能不断增厚。这的抬升保持均衡，泥炭层才能不断增厚。这种均衡状态一旦遭到破坏，泥炭的堆积过程种均衡状态一旦遭到破坏，泥炭的堆积过程就随之终止。就随之终止。第八章 2 煤层 （二）煤层的形成（二）煤层的形成 1.1.煤层形成的条件：煤层形成的条件：必须具备泥炭堆积的条件，必须具备泥炭堆积的条件，同时又必须具备泥炭层保存的条件。这就是说同时又必须具备泥炭层保存的条件。这就是说当泥炭层堆积之后，只有在地壳沉降的构造背当泥炭层堆积之后，只有在地壳沉降的构造背景下，泥炭层才会被上覆沉积物掩埋而保存下景下，泥炭层才会被上覆沉积物掩埋而保存下来。来。第八章 2 煤层 2.2.植物遗体堆积速率与沼泽水面上升速率的关系植物遗体堆积速率与沼泽水面上升速率的关系-补偿关系补偿关系 也可以用泥炭沼泽基底或盆地基底的沉降速率也可以用泥炭沼泽基底或盆地基底的沉降速率与泥炭堆积速率的关系论述。与泥炭堆积速率的关系论述。沉降速率堆积速率沉降速率堆积速率:欠欠 沉降速率堆积速率沉降速率堆积速率:过过 沉降速率堆积速率沉降速率堆积速率:均衡均衡-可以形成厚煤层可以形成厚煤层第八章 2 煤层 3.3.煤层形成不是单一作用，而是复杂的作用过煤层形成不是单一作用，而是复杂的作用过程：程：由于各种地质因素的影响，沼泽水面抬升由于各种地质因素的影响，沼泽水面抬升和植物遗体堆积加厚之间的平衡状态和植物遗体堆积加厚之间的平衡状态是有条件是有条件的、相对的和暂时的。的、相对的和暂时的。泥炭堆积的整个过程中，泥炭堆积的整个过程中，往往是不同补偿方式的反复交替，往往是不同补偿方式的反复交替，因而形成不因而形成不同的煤层形态和煤层结构。同的煤层形态和煤层结构。厚煤层和巨厚煤层形成的地质条件是一个厚煤层和巨厚煤层形成的地质条件是一个值得研究的重要课题。值得研究的重要课题。第八章 2 煤层 二、煤层的结构和顶、底板二、煤层的结构和顶、底板 （一）煤层的结构（一）煤层的结构 1.1.煤层结构：煤层结构：煤层中是否含有其他岩性层或结核煤层中是否含有其他岩性层或结核层。层。（1 1）简单结构：）简单结构：煤层包含煤分层和岩石夹层，煤层包含煤分层和岩石夹层，不含夹石层者称为简单结构煤层；不含夹石层者称为简单结构煤层；（2 2）复杂结构：）复杂结构：含有夹石层者则称为复杂结含有夹石层者则称为复杂结构煤层。构煤层。2.2.煤层中的夹石层：煤层中的夹石层：煤层中的岩石夹层俗称夹矸。煤层中的岩石夹层俗称夹矸。粘土岩、炭质泥岩或粉砂岩，有时为石灰岩、粘土岩、炭质泥岩或粉砂岩，有时为石灰岩、硅质岩、油页岩、细砂岩或砾岩。硅质岩、油页岩、细砂岩或砾岩。第八章 2 煤层 （二）煤层顶板、底板（二）煤层顶板、底板 1.1.概念概念 在正常地层层序情况下，直接位于煤层之下的岩层，在正常地层层序情况下，直接位于煤层之下的岩层，称为称为煤层底板；煤层底板；而煤层的直接上覆岩层，称为而煤层的直接上覆岩层，称为煤层顶板。煤层顶板。2.2.顶板与底板岩性特征顶板与底板岩性特征 煤层底板煤层底板以泥岩、粘土岩最为常见，富含植物根茎以泥岩、粘土岩最为常见，富含植物根茎化石和不规则滑面，俗称根土岩。但并非所有煤层之下化石和不规则滑面，俗称根土岩。但并非所有煤层之下都有根土岩，可能与异地堆积有关。都有根土岩，可能与异地堆积有关。煤层顶板煤层顶板的岩石类型多种多样，最常见的是泥岩、的岩石类型多种多样，最常见的是泥岩、粉砂岩、砂岩和石灰岩，这主要取决于泥炭沼泽所处的粉砂岩、砂岩和石灰岩，这主要取决于泥炭沼泽所处的沉积环境。沉积环境。第八章 2 煤层 3.3.煤层与顶板的接触关系煤层与顶板的接触关系 （1 1）明显接触：）明显接触：明显接触是指煤层与顶板接触明显接触是指煤层与顶板接触界限分明，界面平整，反映了沉积环境的迅速变界限分明，界面平整，反映了沉积环境的迅速变化（如：灰岩）。化（如：灰岩）。（2 2）过渡接触：）过渡接触：过渡接触是指顶板和煤层之间过渡接触是指顶板和煤层之间夹有薄层炭质泥岩、泥岩，或炭质泥岩与煤薄层夹有薄层炭质泥岩、泥岩，或炭质泥岩与煤薄层的互层（俗称伪顶），反映了泥炭沼泽向覆水盆的互层（俗称伪顶），反映了泥炭沼泽向覆水盆地的逐渐演。地的逐渐演。（3 3）冲蚀接触：）冲蚀接触：冲蚀接触通常表现为冲积相砂冲蚀接触通常表现为冲积相砂砾岩对下伏煤层的冲蚀（如：冲积河道）。砾岩对下伏煤层的冲蚀（如：冲积河道）。第八章 2 煤层 三、煤层中的结核、包体和化石三、煤层中的结核、包体和化石 1.1.煤核：煤核：煤层中常常含有各种不同矿物成分的结煤层中常常含有各种不同矿物成分的结核，亦称煤核。煤核的形态、大小不一，基质成核，亦称煤核。煤核的形态、大小不一，基质成分也各不相同，主要是钙质、黄铁矿质浸入植物分也各不相同，主要是钙质、黄铁矿质浸入植物（或动物）残体内部而成。（或动物）残体内部而成。2.2.化石：化石：煤层中还发现动物化石，例如，我国山煤层中还发现动物化石，例如，我国山西太原西山煤田太原组、浙江长兴煤田龙潭组的西太原西山煤田太原组、浙江长兴煤田龙潭组的煤层中都发现了珊瑚、腕足类和有孔虫化石，是煤层中都发现了珊瑚、腕足类和有孔虫化石，是海水内侵泥炭沼泽的证据。海水内侵泥炭沼泽的证据。第八章 2 煤层 对以上三个问题的思考：对以上三个问题的思考：必须考虑煤层形成时的环境条件和必须考虑煤层形成时的环境条件和泥炭堆积的几个学说。考虑顶板、底板泥炭堆积的几个学说。考虑顶板、底板沉积环境与煤层沉积环境的连续解释。沉积环境与煤层沉积环境的连续解释。-即原地煤与异地煤的形成问题即原地煤与异地煤的形成问题。第八章 2 煤层 四、煤层厚度、煤层形态及其控制因素四、煤层厚度、煤层形态及其控制因素 （一）煤层厚度（一）煤层厚度 1.1.煤层厚度：煤层厚度：厚度是指煤层顶、底板岩层之间厚度是指煤层顶、底板岩层之间的垂直距离。的垂直距离。依据煤层结构，可将煤层分为依据煤层结构，可将煤层分为总厚度、有益厚总厚度、有益厚度和可采厚度。度和可采厚度。煤层总厚度是煤层顶、底板之间各煤分层和夹煤层总厚度是煤层顶、底板之间各煤分层和夹石层厚度的总和；石层厚度的总和；有益厚度是指煤层顶、底板之间各煤分层厚度有益厚度是指煤层顶、底板之间各煤分层厚度的总和；的总和；可采厚度是指在现代经济技术条件下适于开采可采厚度是指在现代经济技术条件下适于开采的煤层厚度（目前，我国规定可采厚度为的煤层厚度（目前，我国规定可采厚度为0.7m0.7m）。）。第八章 2 煤层 2.2.煤层厚度分级煤层厚度分级 极薄煤层：极薄煤层：0.30.30.5m0.5m；薄煤层：薄煤层：煤厚煤厚0.510.511.3m1.3m；中厚煤层：中厚煤层：煤厚煤厚1.311.313.5m3.5m；厚煤层：厚煤层：煤厚煤厚3.63.68.0m8.0m；巨厚煤层：巨厚煤层：大于大于8m8m者为。者为。煤层厚度第八章 2 煤层 （二）泥炭沼泽基底不平对煤层形态和厚度的影响（二）泥炭沼泽基底不平对煤层形态和厚度的影响 1.1.成因：成因：当泥炭沼泽发育在古侵蚀基准面上当泥炭沼泽发育在古侵蚀基准面上时，首先在低洼处生长和堆积了植物质形成的泥时，首先在低洼处生长和堆积了植物质形成的泥炭层，且相互隔离；炭层，且相互隔离；随着区域性沉降或地下水位抬升，隔离的泥随着区域性沉降或地下水位抬升，隔离的泥炭沼泽逐渐连成一体，泥炭层才在盆地范围内堆炭沼泽逐渐连成一体，泥炭层才在盆地范围内堆积。积。第八章 2 煤层 湖北早二叠世梁山组煤体形态 第八章 2 煤层 2.2.识别标志：识别标志：（1 1）煤层底板或基底岩层界面呈不规则起）煤层底板或基底岩层界面呈不规则起伏，而煤层顶板界面比较平整，即伏，而煤层顶板界面比较平整，即“顶平底顶平底不平不平”。（2 2）煤层厚度变化急剧而不规则，且通常）煤层厚度变化急剧而不规则，且通常位于含煤岩系剖面的底部或下部。位于含煤岩系剖面的底部或下部。第八章 2 煤层 辽宁阜新煤盆地泥炭沼泽 基底不平图示(a)-平面图；(b)、(c)-剖面图1-泥岩；2-砂岩；3-砾岩；4-巷道；5-煤层底板等高线 （3 3）基底古地形低）基底古地形低洼处煤层增厚，向洼处煤层增厚，向凸起部位变薄或尖凸起部位变薄或尖灭。煤层的分层或灭。煤层的分层或层理被下伏基底岩层理被下伏基底岩层界面所截，上下层界面所截，上下分层呈超覆关系。分层呈超覆关系。第八章 2 煤层 （三）煤层形态和厚度变化的沉积控制（三）煤层形态和厚度变化的沉积控制 1.1.煤层分岔与尖灭煤层分岔与尖灭 由于由于楔形碎屑沉积体的插入，有机质的堆楔形碎屑沉积体的插入，有机质的堆积暂时被碎屑沉积所代替，碎屑注入一旦停止积暂时被碎屑沉积所代替，碎屑注入一旦停止 植被重新繁殖，泥炭再次沉积植被重新繁殖，泥炭再次沉积，煤层由单一煤，煤层由单一煤层分岔为两个或以上煤分层或独立的煤层。层分岔为两个或以上煤分层或独立的煤层。煤层分岔可以表现为多种样式：煤层分岔可以表现为多种样式：单一分岔；单一分岔；多个分岔；多个分岔；单方向分岔；单方向分岔；分岔又合并。分岔又合并。第八章 2 煤层 透镜状连续分枝之字型煤层分岔类型煤层分岔类型第八章 2 煤层 下斯托克顿煤层剖面图下斯托克顿煤层剖面图1-1-砂岩，砂岩，2-2-煤；煤；3-3-页岩页岩第八章 2 煤层 山西组太原组煤煤33上下1灰4煤200m01234567891-灰岩；2-泥质及根土岩；3-灰质泥岩；4-煤层；5-粉砂岩；6-细砂岩；7-中砂岩；8-黄铁矿、菱铁矿结核；9-植物化石 山东腾县煤田煤层分岔示意图第八章 2 煤层 （四）煤层形态和煤厚变化的同沉积构造控制（四）煤层形态和煤厚变化的同沉积构造控制 聚煤盆地基底的不均衡沉降，如基底断块差聚煤盆地基底的不均衡沉降，如基底断块差异性沉陷、同沉积褶皱和断裂等，通过对沉积环异性沉陷、同沉积褶皱和断裂等，通过对沉积环境的控制，能够对煤层形态和煤层变化产生深刻境的控制，能够对煤层形态和煤层变化产生深刻的影响。的影响。1 1基底断裂系控制的煤层分带基底断裂系控制的煤层分带 盆缘一侧常常发育正断裂，是控制盆地形成盆缘一侧常常发育正断裂，是控制盆地形成和演化的主干基底断裂。盆地基底又往往被走向和演化的主干基底断裂。盆地基底又往往被走向和横向断裂所切割，形成基底断裂网络。因此，和横向断裂所切割，形成基底断裂网络。因此，整个含煤岩系形成过程中，整个含煤岩系形成过程中，基底断块的不均衡沉基底断块的不均衡沉降控制了沉积环境的配置和演变，相应地煤层形降控制了沉积环境的配置和演变，相应地煤层形态和煤层厚度显示出沿倾向的分带性和沿走向的态和煤层厚度显示出沿倾向的分带性和沿走向的分区性。分区性。第八章 2 煤层 含煤岩系各煤组由盆缘断裂内侧向盆地中部可大体划分为以下三个带：1）无煤带位于东南盆缘断裂内侧的边缘地带，煤层分支尖灭，被冲积扇砾岩所代替。2）分岔煤层带位于尖灭煤层带的内侧，煤层向盆缘断裂方向多次分岔，形成马尾状分岔样式。煤层层数增多，间距加大，并向扇带逐渐过渡，单层逐渐变薄，分岔位置在垂向上不完全一致。3）聚结煤层带位于盆地中央地带，煤层密集或合并，单层厚度达到最大值，而层间距最小。各层段的聚结煤层带在垂向上不一定重合，与盆缘冲积扇向盆地推进程度有关。第八章 2 煤层 阜新新丘区海州组横向沉积断面图（分为三个带）1-煤层；2-泥岩、粉砂岩；3-砂岩；4-砾岩第八章 2 煤层 2盆内次级隆起和拗陷所引起的煤厚变化 聚煤盆地内部往往发育次级隆起和拗陷（或次级同沉积褶皱）对煤层形态和煤层厚度具有不同程度的控制作用。由于构造分异和沉积补偿之间的不同状态，煤层的发育状况亦多种多样。第八章 2 煤层 一般情况下，盆地内的次级隆起、同沉积背斜构成蓄水盆地内的浅水地带，沼泽持续发育，出现厚煤层或聚结煤层带，煤层向拗陷部位分岔、尖灭；也可出现相反的情况，即盆地内的次级拗陷部位，湖沼相持续发育，而隆起部位冲积相发育，并存在频繁的层序间断。辽宁田师傅早、中侏罗世煤系第四含煤段岩相厚度图 1-1-冲积相；冲积相；2-2-冲积及沼泽相；冲积及沼泽相；3-3-沼泽相；沼泽相；4-4-岩相界线；岩相界线；5-5-厚线，厚线，m m；6-6-厚大于厚大于2m2m；7-7-厚厚1 12m2m；8-8-沉积褶皱轴线沉积褶皱轴线第八章 2 煤层 3 3盆内同沉积断裂活动引起的煤厚变化盆内同沉积断裂活动引起的煤厚变化 （1 1）聚聚煤煤盆盆地地内内的的同同沉沉积积断断裂裂活活动动可可以以造造成成含含煤煤岩岩系系厚厚度度和和岩岩相相的的显显著著变变化化，导导致致煤煤层层形形态态和和厚厚度度的的突突变变。在在泥泥炭炭堆堆积积最最有有利利的的地地段段，可以形成厚煤带。可以形成厚煤带。（2 2）厚厚煤煤带带沿沿断断层层走走向向延延伸伸，横横越越断断层层则则迅迅速变薄，分岔或尖灭。速变薄，分岔或尖灭。（3 3）由由于于断断层层的的不不断断生生成成，已已形形成成的的泥泥炭炭层层又被切割，两盘煤层层位、厚度难以对接。又被切割，两盘煤层层位、厚度难以对接。第八章 2 煤层 德国下莱茵地区第三纪褐煤层的同沉积断裂 1-黄土；2-粘土；3-阶地；4-砂；5-褐煤第八章 2 煤层 （五）煤层的冲蚀和顶凸构造（五）煤层的冲蚀和顶凸构造 煤层的冲蚀是指泥炭堆积过程中或泥炭层被煤层的冲蚀是指泥炭堆积过程中或泥炭层被沉积物覆盖以后河流等对煤层的冲刷剥蚀。沉积物覆盖以后河流等对煤层的冲刷剥蚀。习惯习惯上将前者称为上将前者称为同生冲蚀同生冲蚀；将后者称为；将后者称为后生冲蚀后生冲蚀。1.1.煤层的同生冲蚀煤层的同生冲蚀 泥炭沼泽邻近同期发育的河道时，河道及其泥炭沼泽邻近同期发育的河道时，河道及其支流可能注入泥炭沼泽，河流充填物与泥炭层之支流可能注入泥炭沼泽，河流充填物与泥炭层之间表现为冲蚀接触和逐渐过渡两种关系。间表现为冲蚀接触和逐渐过渡两种关系。第八章 2 煤层 垂直古河床边缘的沉积剖面图 1-页岩；2-粉砂岩；3-砂岩；4-煤层第八章 2 煤层 淮南矿区B11煤层河流冲蚀 特点：1、河道沉积物：砂岩、粉砂岩；沉积物内有煤屑；2、冲蚀范围较小；3、冲刷带不易查明；4、在冲刷带附近，煤质明显变差；灰分增加，煤的光泽变暗；5、煤层与河流冲刷沉积物具有同样的顶板；第八章 2 煤层 2.2.河流充填负载河流充填负载构造构造 泥炭层堆积泥炭层堆积之后，如果上覆之后，如果上覆层系为小型河流层系为小型河流砂质填积体，在砂质填积体，在荷载作用下，顶荷载作用下，顶板砂质物便会突板砂质物便会突入未固结的松软入未固结的松软泥炭层，形成一泥炭层，形成一种负载构造，又种负载构造，又称顶凸构造。称顶凸构造。伊利诺斯盆地煤层中的顶凸构造 第八章 2 煤层 特点：1、冲蚀填积的沉积岩体以河流相砂岩为主，其底部常常含有砾石、泥质包体、煤屑和炭化树干等滞留沉积物，有时显示定向排列；四川永荣矿区河流冲蚀素描图 1-中粒砂岩；2-细粒砂岩；3-泥岩包体；4-炭屑；5-粉砂岩；6-炭质泥岩；7-泥岩；8-煤层第八章 2 煤层 2、煤的光泽暗淡，后生裂隙发育，常见方解石、石膏等矿物次生充填，煤的灰分亦相应增高；3、煤层遭受河流冲蚀部分，直接顶板为细砾岩、粗砂岩，切割煤层正常顶板和部分煤层，出现薄煤带和无煤带；4、冲刷的规律性较好，相对较易查明。唐山矿5煤层顶板岩相图 1河流砂砾沉积物相；2湖泊砂质沉积物相；3湖泊泥质粉砂质沉积物相；4煤层不可采带；5岩相界线；6煤层等厚线,m；7河流流向；8断层线；9已回采区边界第八章 2 煤层 （六）后期构造变动引起的煤厚变化（六）后期构造变动引起的煤厚变化 后期构造变动可后期构造变动可改变煤层的原始产状改变煤层的原始产状，也可，也可引起引起煤层形态和厚度的变化。煤层形态和厚度的变化。特点：特点：1 1、有煤被挤入顶、底板裂隙中；、有煤被挤入顶、底板裂隙中；2 2、在煤层的增厚、减薄带，煤的原始结构、在煤层的增厚、减薄带，煤的原始结构被破坏；被破坏；3 3、煤中灰分增高；、煤中灰分增高；4 4、煤层的增厚、减薄在平面上有一定的方、煤层的增厚、减薄在平面上有一定的方向性，厚向性，厚薄相间出现；薄相间出现；5 5、挤压强烈之处，成串珠状、藕节状；、挤压强烈之处，成串珠状、藕节状；第八章 2 煤层 褶皱作用引起的煤褶皱作用引起的煤厚变化，一般在褶曲的厚变化，一般在褶曲的轴部增厚，而在翼部减轴部增厚，而在翼部减薄或尖灭。薄或尖灭。煤层由于产煤层由于产生塑性流动，原生结构生塑性流动，原生结构和构造遭到破坏，形成和构造遭到破坏，形成构造煤。构造煤。较大规模的褶较大规模的褶皱引起的煤层加厚和减皱引起的煤层加厚和减薄带在平面上薄带在平面上沿褶曲轴沿褶曲轴方向延伸方向延伸，煤层加厚和，煤层加厚和减薄带相伴出现，与主减薄带相伴出现，与主压应力方向垂直。压应力方向垂直。福建天湖山矿褶皱作用引起的煤厚变化 1加厚带；2变薄带；3煤层；4背斜轴；5倒转产状；6巷道第八章 2 煤层 伴随伴随纵弯纵弯褶皱作用褶皱作用而产而产生的层间滑动生的层间滑动可以派生层间可以派生层间牵引褶皱，规牵引褶皱，规模虽小，但常模虽小，但常成组出现，造成组出现，造成煤层顶底板成煤层顶底板波状起伏，使波状起伏，使煤层局部压薄煤层局部压薄或增厚，煤层或增厚，煤层呈串珠状或断呈串珠状或断续透镜体续透镜体。湖南永耒矿区溜煤上山剖面图 第八章 2 煤层 （七）岩浆侵入对煤层的影响（七）岩浆侵入对煤层的影响 我国东部中、新生代岩浆活动十分强烈，我国东部中、新生代岩浆活动十分强烈，岩浆侵入煤系和煤层是十分常见的地质现象。岩浆侵入煤系和煤层是十分常见的地质现象。特点：特点：1 1、岩浆侵入煤层，使煤层形态和煤层厚度、岩浆侵入煤层，使煤层形态和煤层厚度、煤层结构、煤质都发生变化，有时煤层变为天然煤层结构、煤质都发生变化，有时煤层变为天然焦或被吞食，从而丧失工业价值；焦或被吞食，从而丧失工业价值；2 2、顺层侵入的不规则岩体形态、厚度和结、顺层侵入的不规则岩体形态、厚度和结构产生极不规则，煤层、天然焦、火成岩体和围构产生极不规则，煤层、天然焦、火成岩体和围岩俘虏体混杂在一起，严重影响生产的正常进行。岩俘虏体混杂在一起，严重影响生产的正常进行。第八章 2 煤层 山东坊子矿闪长玢岩侵入煤层素描图 1闪长玢岩;2天然焦;3煤层;4炭质泥岩;5细砂岩;6泥岩;7烘烤泥岩第八章 2 煤层 （八）岩溶作用形成的（八）岩溶作用形成的无煤陷落柱无煤陷落柱 含煤地层下伏岩含煤地层下伏岩系如果为系如果为可溶性岩石，可溶性岩石，如石灰岩、白云岩、如石灰岩、白云岩、石膏层等，在地下水石膏层等，在地下水的溶蚀作用下可以形的溶蚀作用下可以形成岩溶洞穴，随着洞成岩溶洞穴，随着洞穴规模的扩大，在上穴规模的扩大，在上覆岩系的重力荷载下，覆岩系的重力荷载下，煤层及其围岩逐渐跨煤层及其围岩逐渐跨落，可形成落，可形成环形柱状环形柱状陷落。陷落。山西阳泉矿陷落柱素描图 第八章 2 煤层 小节：小节：煤层厚度和煤层形态的变化，煤层厚度和煤层形态的变化，往往是往往是多种多种地质因素联合、叠加的结果。地质因素联合、叠加的结果。在研究煤厚变化和煤层形态时，要善于分在研究煤厚变化和煤层形态时，要善于分析各种地质因素的表现形式和对煤层的影响程析各种地质因素的表现形式和对煤层的影响程度、范围的特征，追索各种地质因素的内在联度、范围的特征，追索各种地质因素的内在联系，并从中找出主导因素，以指导地质勘探和系，并从中找出主导因素，以指导地质勘探和生产实践。生产实践。3 3 含煤沉积体系及成煤特征含煤沉积体系及成煤特征第八章 含煤沉积体系和相第八章 3 含煤沉积体系及成煤特征 一、冲积扇的概念一、冲积扇的概念 1.1.沉积特征沉积特征 冲积扇是从山地峡谷向开阔平原转变地带冲积扇是从山地峡谷向开阔平原转变地带上的一种河流冲积沉积体。上的一种河流冲积沉积体。“冲积扇是一种河流沉积体，它的表面相冲积扇是一种河流沉积体，它的表面相似于一段锥形面，从河流离开山区处向下坡辐似于一段锥形面，从河流离开山区处向下坡辐射开射开”。第八章 3 含煤沉积体系及成煤特征 美国第三纪瓦萨茨组金兹勃瑞与蒙克利夫段（垂向、侧向及平面）相模式图(a)平面图；(b)剖面图第八章 3 含煤沉积体系及成煤特征 控制因素控制因素:冲积扇的出现、分布特征，以及其内部结冲积扇的出现、分布特征，以及其内部结构都受许多因素控制，其中构造条件的控制构都受许多因素控制，其中构造条件的控制最直接明显。最直接明显。冲积扇大量分布在构造活动地区，如各种冲积扇大量分布在构造活动地区，如各种断陷盆地、拉分盆地的边缘，断陷盆地、拉分盆地的边缘，我国东北中生我国东北中生代煤系及东北与西南地区的新生代煤系中都代煤系及东北与西南地区的新生代煤系中都有冲积扇体系。有冲积扇体系。第八章 3 含煤沉积体系及成煤特征 类型类型:1 1、旱地扇：气候条件对沉积扇的形成和、旱地扇：气候条件对沉积扇的形成和发育也有影响。现代的冲积扇大多见于干旱发育也有影响。现代的冲积扇大多见于干旱气候带，这种类型的扇体称为旱地扇。气候带，这种类型的扇体称为旱地扇。2 2、湿地扇：在潮湿气候带也有许多冲积、湿地扇：在潮湿气候带也有许多冲积扇形成和发育，称为湿地扇，成煤的冲积扇扇形成和发育，称为湿地扇，成煤的冲积扇体系都属于这种类型。体系都属于这种类型。3 3、扇三角洲、扇三角洲 冲积扇常在下坡前缘与主干河道或宽阔的冲积扇常在下坡前缘与主干河道或宽阔的冲积平原衔接，因而冲积扇体系常与河流体冲积平原衔接，因而冲积扇体系常与河流体系共存。系共存。有时冲积扇直接与大陆上的湖泊水有时冲积扇直接与大陆上的湖泊水体或海水接壤，这种冲积扇称为扇三角洲。体或海水接壤，这种冲积扇称为扇三角洲。第八章 3 含煤沉积体系及成煤特征 2.2.冲积扇沉积体系的成煤特征冲积扇沉积体系的成煤特征 在在含含煤煤冲冲积积扇扇沉沉积积体体系系中中，煤煤的的聚聚集集往往往往集集中中于于特特定定的的部部位位，这这主主要要决决定定于于控控制制泥泥炭炭沼沼泽形成和发育的自然地理条件。泽形成和发育的自然地理条件。在在冲冲积积扇扇体体系系分分布布的的范范围围内内，有有利利于于成成煤煤的的部部位位主主要要有有扇扇间间洼洼地地、中中扇扇朵朵叶叶体体间间洼洼地地、扇扇尾尾地地带带和和扇扇前前缘缘外外侧侧与与河河、湖湖、海海环环境境的的过过渡地带渡地带 。第八章 3 含煤沉积体系及成煤特征 冲积扇沉积体系有利成煤部位示意图 1-扇间洼地；2-中扇朵体间洼地；3-扇尾地带；4、5-扇前缘外侧与河湖海的过渡地带第八章 3 含煤沉积体系及成煤特征 扇间洼地：扇间洼地：地势低洼，碎屑物供应较少，地势低洼，碎屑物供应较少，并易于汇水，因而往往形成有利于成煤泥炭沼并易于汇水，因而往往形成有利于成煤泥炭沼泽持续发育，可形成泽持续发育，可形成较厚煤层，较厚煤层，但是连续性较但是连续性较差。差。扇中朵叶体间：扇中朵叶体间：扇叶是不断迁移的，在原扇叶是不断迁移的，在原来废弃的扇朵叶体上，可以出现不甚持久的成来废弃的扇朵叶体上，可以出现不甚持久的成煤条件，形成薄煤层；扇叶的形态控制煤层的煤条件，形成薄煤层；扇叶的形态控制煤层的分布，最厚的煤层都位于扇朵叶体之间。分布，最厚的煤层都位于扇朵叶体之间。第八章 3 含煤沉积体系及成煤特征 玛丽亚煤与下伏拉沃兹砂等厚图图中箭头表示古流向(a)拉沃兹砂等厚图，单位m；(b)玛丽亚煤等厚图，单位m第八章 3 含煤沉积体系及成煤特征 远端扇的扇尾地带：远端扇的扇尾地带：河道沉积边侧的洪泛沉河道沉积边侧的洪泛沉积上，可在洪水的间隔期形成薄煤层。积上，可在洪水的间隔期形成薄煤层。扇尾地带的外侧：扇尾地带的外侧：与其它沉积体系相接触的与其它沉积体系相接触的过渡地带，是最有利的成煤场所。过渡地带，是最有利的成煤场所。我国东北晚中生代断陷盆地聚煤模式我国东北晚中生代断陷盆地聚煤模式中有在上述条件下成煤。中有在上述条件下成煤。第八章 3 含煤沉积体系及成煤特征 二、河流沉积体系二、河流沉积体系 1.1.沉积特征沉积特征 河流作用一方面作为一种建造性的地河流作用一方面作为一种建造性的地质营力，为煤的聚集创造着成煤的场所和条件；质营力，为煤的聚集创造着成煤的场所和条件；另一方面作为一种改造性的地质营力，侵蚀和另一方面作为一种改造性的地质营力，侵蚀和破坏着泥炭层或煤层。破坏着泥炭层或煤层。河道的河道的几何形态几何形态反映了河流多种参数反映了河流多种参数的变化，如河流的坡降、横截面特征、流量、的变化，如河流的坡降、横截面特征、流量、沉积负载的特征及流速等。沉积负载的特征及流速等。第八章 3 含煤沉积体系及成煤特征 类型类型:通常依据通常依据河道的平面形态，河道的平面形态，将河流分为顺直河、将河流分为顺直河、辫状河、曲流河、网结河。辫状河、曲流河、网结河。顺直河：顺直河：一般少见，仅出现于某些河流的局部一般少见，仅出现于某些河流的局部河段。河段。辫状河：辫状河：坡降大，河身不固定，迁移甚快，多坡降大，河身不固定，迁移甚快，多呈交叉状，其主要特征是河床内河心滩极发育，呈交叉状，其主要特征是河床内河心滩极发育，河道较直且弯度低，大多出现于山麓地带及三角河道较直且弯度低，大多出现于山麓地带及三角洲平原上。洲平原上。第八章 3 含煤沉积体系及成煤特征 曲流河：曲流河：河床坡降较小，河身较稳定；由于河床坡降较小，河身较稳定；由于侧向迁移作用，河流弯曲度大，易出现截弯取侧向迁移作用，河流弯曲度大，易出现截弯取直的袭夺现象，形成牛轭湖、废弃河道，其最直的袭夺现象，形成牛轭湖、废弃河道，其最主要的特征是边滩发育，沉积物搬运量较为稳主要的特征是边滩发育，沉积物搬运量较为稳定，大多出现于河系的中下游地带。定，大多出现于河系的中下游地带。网结河：网结河：河道交织呈网状，分支河道之间为河道交织呈网状，分支河道之间为湿地和植被极为发育的地带，河道位置稳定，湿地和植被极为发育的地带，河道位置稳定，不易迁移；河道形态较为复杂，从高弯度至弯不易迁移；河道形态较为复杂，从高弯度至弯度极低的顺直河段，河道坡度低。度极低的顺直河段，河道坡度低。第八章 3 含煤沉积体系及成煤特征 2.2.河流沉积体系的成煤特征河流沉积体系的成煤特征 无论是河流沉积体系充填的无论是河流沉积体系充填的山间冲积平山间冲积平原，原，还是大型陆表海周边充填的开阔还是大型陆表海周边充填的开阔冲积平原冲积平原都是成煤的重要场所。都是成煤的重要场所。冲积平原形成中，主要冲积平原形成中，主要为曲流河沉积体系。曲流河沉积体系的成煤模为曲流河沉积体系。曲流河沉积体系的成煤模式是建立较早的模式之一。式是建立较早的模式之一。曲流河冲积平原上，以曲流河冲积平原上，以岸后沼泽和废弃河岸后沼泽和废弃河道充填沼泽是最有利的成煤场所。道充填沼泽是最有利的成煤场所。第八章 3 含煤沉积体系及成煤特征 岸岸后后沼沼泽泽环环境境有有利利于于形形成成厚厚煤煤层层，主主要要是是由由于于反反复复出出现现洪洪泛泛和和由由此此而而产产生生的的天天然然堤堤的的垂垂向向增增高高，对对洪洪泛泛盆盆地地和和岸岸后后泥泥炭炭沼沼泽泽起起着着障障壁壁作作用用，因因此此在在堤堤的的外外侧侧直直至至洪洪泛泛盆盆地地内内部部就就成为成煤的最重要场所。成为成煤的最重要场所。不不利利：但但由由于于洪洪泛泛加加剧剧等等原原因因而而造造成成的的决决口口扇扇沉沉积积，还还会会侵侵入入到到这这种种成成煤煤地地带带，从从而而干扰或破坏已形成的泥炭堆积。干扰或破坏已形成的泥炭堆积。第八章 3 含煤沉积体系及成煤特征 河道边缘地带的沼泽化，按照与地下水位的关系可分为泄水好的沼泽及泄水差的沼泽，它们往往沿河道外侧成带分布。泄水好的沼泽位于洪泛盆地近河道的边侧，地势略高。当河水上涨，地下水位抬高时，就被水侵漫；当枯水期水位下降时，地下水位也随之下降，侵漫的水易于排泄出去。这种通畅的泄水条件使得沼泽内的氧化分解作用增强，因而对成煤不利。第八章 3 含煤沉积体系及成煤特征 河道边缘沼泽地分带图 泄水条件差的沼泽位于洪泛盆地的低洼处，多位于远离河道的低洼地带。由于不易受决口扇的影响，停滞水占据优势，这就易于出现长期为水浸漫的泥炭沼泽。在适宜的条件下，有的泄水条件差的沼泽地带可扩展到整个洪泛盆地。第八章 3 含煤沉积体系及成煤特征 Flores Flores（19831983）曾研究美国西部第三纪波）曾研究美国西部第三纪波德河（德河（Powder riverPowder river）盆地汤河段的沉积环境，）盆地汤河段的沉积环境，认为曲流河冲积平原中岸后沼泽内厚煤层形成认为曲流河冲积平原中岸后沼泽内厚煤层形成的条件是：的条件是：首先河道的填积长期限于一些固定首先河道的填积长期限于一些固定的地带；其次岸后洪泛盆地的沉积物多为细碎的地带；其次岸后洪泛盆地的沉积物多为细碎屑，因而在成岩的差异压实作用下，能保持长屑，因而在成岩的差异压实作用下，能保持长时间的不断沉降。时间的不断沉降。第八章 3 含煤沉积体系及成煤特征 美国波德河盆地曲流河道砂体与沃尔煤层厚度变化平面和剖面图 实线代表河道复合砂体等厚线，单位英尺；虚线代表煤层等厚线，单位英尺；玫瑰图中表示交错层方位，N观测数第八章 3 含煤沉积体系及成煤特征 阜新盆地海州组中间层段的网结河沉积体系古环境图 1-浅湖；2-湿地；3-扇三角洲，4-冲积；5-河道；6-辫状河 网结河形成的主要控制因素是沉积盆地的沉降作用，Smith等认为其聚煤条件优于曲流河。第八章 3 含煤沉积体系及成煤特征 布莱克煤层形成前后沉积环境示意图 垂直线条表示受到冲刷的泥炭，其上覆盖着草本和木本的植被，辫状河流展示了水流方向（箭头）在网结河道间或网结河与扇前辫状水系之间，会出现长期发育的沼泽或泥炭沼泽，可形成巨厚的煤层。第八章 3 含煤沉积体系及成煤特征 三、湖泊沉积体系三、湖泊沉积体系 1.1.沉积特征沉积特征 湖泊沉积体系主要是以淡水湖泊为主，湖泊沉积体系主要是以淡水湖泊为主，多为陆源碎屑充填的滨海或内陆湖泊。多为陆源碎屑充填的滨海或内陆湖泊。湖湖泊泊体体系系：一一些些大大型型的的内内陆陆湖湖泊泊或或各各类类断断陷陷盆盆地地内内的的湖湖泊泊，都都往往往往形形成成独独立立的的沉沉积积体系。体系。第八章 3 含煤沉积体系及成煤特征 特点：特点：湖泊与其它水体不同之处主要在湖泊与其它水体不同之处主要