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1、 第一章 煤矿地质基本知识 第一节 地壳的组成与地质作用 应该明确的两个问题： 地壳是煤及各种矿产资源形成的地方，矿产资源 的形成与地壳的物质运动及演变有密切关系。 地球表面生物的生长、发育及死亡的整个过程不 断地改变着地球表面各种元素和矿物的分布，使某 些元素离散或集中形成有价值的矿产。（生物遗体 变为煤和石油等） 这两个方面都是地壳物质在地质作用下运动和演 变的结果，因此，研究地壳的物质组成以及在地质 作用下的地壳物质运动，是掌握矿床形成和埋藏规 律的基础。 1 1 第一节 地壳的组成与地质作用 l 一、地壳的组成与岩石 l 地壳是地球的固体外壳。其全球地壳平均厚度为16km，大陆地壳平均
2、约33km， 最厚可达70km；大洋地壳较薄，平均约7km，最厚约11km。 岩石是一些矿物颗粒的 集合体。 矿物是地壳中的一种或多种元素在各种地质作用下形成的自然产物。 l 常见矿物:石英、正长石、斜长石、白云母、黑云母、橄榄石、蒙脱石、伊利石、 方解石、白云石、褐铁矿、石膏、滑石、石墨等。 l岩石的分类： l 1、岩浆岩 l 岩浆岩是三大类岩石的主体，占地壳岩石体积的64.7%。岩浆是来自地壳深部或地 幔中的具有高温、高压的硅酸盐熔融体。岩浆沿岩石裂缝或薄弱带上升，侵入到地壳 表层或喷出地表，便冷凝固结成坚硬的岩浆岩。如花岗岩；玄武岩等。 l 2、沉积岩 l 沉积岩是在地壳表层环境中形成的
3、岩石。主要是由暴露于地表的岩石,经受外力地 质作用，即先经风化和剥蚀，搬运，沉积，再经受紧压、脱水、胶结，变成坚硬的岩 石，如砂岩、页岩、石灰岩等。 l 沉积岩在地壳表层分布最广，它覆盖的面积约占地表总面积的75%，因此它是最常 见的一类岩石。 l 3、变质岩 l 变质岩是由各种不同的原有岩石,受到温度、压力及化学活性流体的作用，使原岩 改变其成分、结构和构造而变成新的岩石，如石灰岩变质成大理岩等。 l煤是一种沉积岩。在煤矿生产中遇到的也几乎全是沉积岩。 2 2 二、地质作用 内力地质作用 外力地质作用 地壳运动 岩浆活动 变质作用 地震作用 风化和剥蚀 搬运和沉积 固结成岩 第一节 地壳的组
4、成与地质作用 ( (按能源及作用场所分）按能源及作用场所分） 地质作用 3 3 第一节 地壳的组成与地质作用 1.内力地质作用由地球内部能量引起的地壳物质成分、内部构造、地表形 态变化的地质作用。 u 1) 地壳运动即地球内部动力引起的地壳变形和变位。 地壳运动对煤矿床的形成及赋存条件有着重要影响。 地壳沿地球半径方向运动时，表现为地壳的缓慢上升或下降（海陆变迁），称 为升降运动。地球物质沿地球切线方向运动时，呈水平运动。表现为激烈的造山 运动。 u 2) 岩浆活动是地下的岩浆沿地壳的裂缝上升，侵入地壳或喷出地表，在上 升过程与围岩相互作用，不断改变自身的成分和状态直至冷凝的全部过程。 岩浆喷
5、出地表火山作用 岩浆未达地表岩浆侵入活动 珠穆朗玛峰，位于中国和尼泊尔两国边界、海拔米， 是喜马拉雅山主峰，也是世界第一高峰。珠穆朗玛在藏族神话中被认 为是五位仙女中的第三女神。她是万山之尊、地球之巅。 秦岭 4 4 夏威夷冒纳咯火山 意大利埃特纳火山 5 5 中国西昆仑山阿什库勒火山 夏威夷普乌哈鲁鲁喷发形成的岩浆河 火山口底部，可以见到红色的岩浆 裂隙式火山 6 6 u3) 变质作用地壳深部的岩石在高温高压和化学性质 活泼的流体作用下，岩石的结构、构造及化学成分产 生变化，形成新的岩石的作用。 u4) 地震作用地震是地壳的快速颤动，是岩石能量积 累突然释放的结果。 n 在上述地质作用中，最
6、活跃的、起主导作用的是 地壳运动。 第一节 地壳的组成与地质作用 7 7 神戶大地震破壞 (高速公路倒塌) 美國加州聖安德烈斯斷層 8 8 l 2外力地质作用主要是由地球以外的太阳辐射能、日月引力能等 引起的地质作用。它能使地表形态发生变化和地壳表层化学元素产生 迁移、分散和富集。按作用方式分为： 1) 风化和剥蚀 第一节 地壳的组成与地质作用 风化由于温度变化、大气(氧气)、水溶液以及生物的 作用，使地表岩石或矿物在原地发生物理、化学变化的 过程叫风化作用。 剥蚀以风雨、流水等流动物质为动力，对岩石进行 破坏并把破坏的产物剥离开的过程称为剥蚀作用。 风化和剥蚀 风化和剥蚀往往是彼此促进的，岩
7、石遭受风化变得松软就易于剥蚀，剥蚀后 暴露上来新鲜的岩石重新又受到风化。 9 9 u风化作用的类型 n 机械风化作用 岩石和矿 物发生机械破碎而不改变其 化学成分的风化作用，称为 机械风化作用。 它是由于温度变化及岩石 空隙中水和盐分的物态变化 引起的，作用方式主要有： p 1. 岩石的热胀冷缩 p 2. 岩石空隙中水和盐分 的物态的变化 第一节 地壳的组成与地质作用 1010 第一节 地壳的组成与地质作用 n 化学风化作用空气中的氧和水溶液不仅使岩 石和矿物化學成分发生变化，而且使一部分被 溶液帶走，或使稳定的矿物变为不稳定的矿物 ，这种对岩石的破坏作用称为化学风化作用。 1. 氧化作用 氧
8、氣與各種礦物混合，產生 新的礦物。 黄铁矿FeS2(+)氧化成褐铁矿 Fe2O3.H2O(3+)，由铜黄色变为褐红色，颜 色变深，结构变疏松。在地表称铁帽，地 下连着矿床。 2. 溶解作用 任何矿物都溶于水，只是 溶解度有大有小。 CaCO3+CO2+H2O-Ca(HCO3)2 方解石 (重碳酸钙) 3. 水解作用 水和矿物相结合的一种化学 反应。正长石+H2O-高岭石+。. 4. 水合作用 有些矿物吸引一定数量的水 。石膏+H2O-硬石膏 1111 n 生物风化作用 l 生物的生命活动过程和尸体腐烂分解过程 对岩石的破坏作用有机械和化学两种方式： l 1. 生物的机械风化作用 n植物根对岩石
9、的破坏，蚯蚓等钻洞，人类活 动如挖洞、采矿等对岩石进行破碎。 l 2. 生物的化学风化作用 n 生物死亡后，腐烂分解形成一种腐植质(胶 状的物质)，是一种有机酸，对岩石起腐蚀作 用. n 地壳表层岩石经机械破碎，化学风化后形 成的松散物，再经过生物的化学风化作用， 增加了有机物质-腐殖质，这种具有腐殖质 、矿物质、水和空气的松散物质叫做土壤。 第一节 地壳的组成与地质作用 1212 叶状剥落 (果洲群島) 块状崩解 (石澳) 蜂窝状风化 (長洲人頭石） 蜂窝风化 (長洲) 块状崩解(石澳) 蜂窝状风化(長洲) 第一节 地壳的组成与地质作用 1313 2）搬运和沉积 最主要的沉积区是内陆胡泊、沼
10、泽和海洋。 3）固结成岩指松散的沉积物逐步变成坚硬的沉积岩的过程 从 上可见，破坏岩石 改变地貌 生成新岩 石 是外力地质作用的整个过程。 第一节 地壳的组成与地质作用 搬运作用风化和剥蚀作用的产物，由风、流水等 搬运到别的地方的过程。 沉积作用随着搬运力量的减落或消失，被搬运物 在低洼地区逐渐沉积的过程。 搬运和沉积 1414 3、关系（内力与外力地质作用） 外力地质作用在很大程度上受地壳运动的制约。风化剥蚀过程主要在 地壳上升隆起的地区进行，而其进行的强度也与地壳上升隆起的幅度速度 有关。 沉积、固结成岩过程主要在地壳下降沉陷地区形成，沉积物的物质成 分，厚度和分布范围等，都受着地壳沉降的
11、幅度和速度的限制。 第一节 地壳的组成与地质作用 1515 地质构造： 在地壳运动中，煤和岩层改变了原始埋藏状态所产生的变形 或变位的产物称为地质构造。 一、单斜构造 在一定的范围内，煤或岩层大致向一个方向倾斜的构造形态。 岩层的产状要素： 走向、倾向、倾角 走向： 岩层层面与水平面交线的延伸方向。 倾角： 层面与水平面之间的二面角。 倾角变化在0-90之间。 煤层按倾角分为三类： 缓倾斜煤层 25 产量占70%（全国） 倾斜煤层 25 -45 急倾斜煤层 45 倾向： 岩层面上与走向线垂直向下的倾斜线的水平投影所指的方向。 第二节 地质构造 1616 二、褶皱构造 褶皱： 岩层受水平力的作用
12、被 挤压成弯弯曲曲，但保持了岩 层的连续性和完整性的构造形 态。也可以定义为：岩石中面 状构造（层理、劈理、断层面 等）的弯曲。又称褶曲 。 背斜： 岩层层面凸起的褶曲 向斜： 岩层层面凹下的褶曲 第二节 地质构造 褶皱要素 1717 三 、断裂构造： 岩层受力后遭到破坏，失去了连续性和完整性的构造形态。 裂隙：断裂面两侧的岩层没有发生明显位移。 断层：断裂面两侧的岩层发生了明显位移的断裂构造。 断层要素： 断层面、断盘和断距。 （1） 断层面： 岩层发生断裂位移时，相对滑动的断裂面。其空间位置 可用产状要素来描述。 （2） 断层线： 断层面与地面（水平面）的交线。它反映了断层的延伸方 向（断
13、层的走向）。 （3） 断盘： 断层面两侧的岩体。 （上盘、下盘） （4） 断距： 断层的两盘相对位移的距离。 断距可分为： 垂直断距（相对位移的垂直距离）（落差）（ab） 演示 水平断距（相对位移的水平距离） （bc） 第二节 地质构造 1818 根据断层两盘相对运动的方向, 可 分为: 正断层 逆断层 平推断层: 断层两盘沿水平方 向相对移动。 根据断层走向与岩层走向的相对关 系，断层可分为： 走向断层： 走向一致或近于一 致。 倾向断层： 走向与倾向一致或 近于一致。 斜交断层： 断层走向与岩层走 向斜交。 第二节 地质构造 1919 四、岩溶塌陷及岩浆侵入 当煤层下部分布有可溶性的石灰岩
14、 、白云岩，并且发生岩溶时，岩溶可引 起上覆煤层和岩石跨落形成陷落，从而 破坏了煤层的完整性。 岩浆侵入煤层时 ，使煤层的稳定性和连续性遭到破坏。 第二节 地质构造 2020 l 一、煤的形成 l 煤由植物遗体堆积埋藏后经成煤作用转变而成。据研究，几乎所有的植物 遗体，只要具备了成煤的条件，都可以转化成煤。不过，低等植物遗体所形成的煤， 分布范围小，厚度薄，很少被人利用。那些分布广、规模大、利用广泛的煤，都是高 等植物的遗体（主要是古代的蕨类、松柏类以及一些被子植物的遗体）形成的。 l 成煤作用可划分为两大阶段： n第一阶段是在地表常温、常压下，由堆积在停滞水体中的植物遗体经泥 炭化作用或腐泥化作用，转变成泥炭或腐泥的过程，称泥炭化（或腐泥 化）作用阶段。这一阶段以生物化学降解作用为主。 n 第二阶段是泥炭或腐泥被埋藏后，由于沉积盆地基底沉 降至地下深部， 经成岩作用转变成褐煤，当温度和压力 再逐渐增高经变质作用转变成烟 煤和无烟煤。由泥炭或腐泥转变成褐煤，以至无烟煤的全过程，称煤化 作用。这一阶段以物理化学变
