1 矿山通论-1煤矿地质知识

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1、第一章 煤矿地质知识,1,1.1 地质作用、地壳的物质组成及地史的概念1.2 煤的形成及煤系1.3 煤的性质及工业分类1.4 影响煤矿生产的地质因素（煤层的埋藏特征）1.5 煤田地质勘探及矿井资源/储量,2,第一章 煤矿地质知识,3,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）,1.1 地质作用、地壳的物质组成及地史的概念,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

2、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。,4,一、地质作用是指引起地壳物质组成、内部构造 和地表形态变化与发展的自然作用。,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,(按能源及作用场所分）地质作用,5,1.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。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

3、激烈的造山运动。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。 岩浆喷出地表火山作用 岩浆未达地表岩浆侵入活动,6,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,7,夏威夷冒纳咯火山,意大利埃特纳火山,8,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,9,3)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

4、化学成分产生变化，形成新的岩石的作用。4)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。,在上述地质作用中，最活跃的、起主导作用的是地壳运动。,10,神戶大地震破壞 (高速公路倒塌),美國加州聖安德烈斯斷層,汶川地震,死亡:69197人 ;失踪:18379人 ;受伤:374176人 ;受灾:4624万人 直接经济损失达8451亿元人民币 这次大地震发生在龙门山的主断裂上，位于我国南北地震带的中段。从区域构造背景上看，新生代早期，印度板块与欧亚大陆板块发生碰撞，形成了青藏高原。在青藏高原隆升的过程中，两侧边缘带构造应力长期积累。初步推断，在印度板块总体向北东方向的作用下，青藏高原东

5、缘沿龙门山构造带向东挤压，并受到四川盆地的推挡，促使巨大的能量在龙门山映秀-北川地带突然释放，暴发了汶川大地震。,11,12,汶川地震的主震发生在具有右旋性质的仰冲型断层带上，震源深度为15公里左右。 通过现场地震地质构造的考察及多种观测资料的分析，现已初步认定，于中生代早期已开始逐步形成的北东向龙门山已伴生了三条近于平行的断裂，位于龙门山的映秀-北川断裂即是汶川地震的发震主断裂。,13,14,2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,风化和剥蚀往往是彼此促进的，岩石遭

6、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。,15,风化作用的类型 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： 1. 岩石的热胀冷缩 2. 岩石空隙中水和盐分的物态的变化,16,1. 氧化作用 氧气与各种矿物结合，产生新的矿物。 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

7、方解石 (重碳酸钙),化学风化作用 空气中的氧和水溶液不仅使岩石和矿物化学成分发生变化，而且使一部分被溶液带走，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。,17,3. 水解作用 水和矿物相结合的一种化学反应。4. 水合作用 有些矿物吸引一定数量的水。石膏+H2O-硬石膏,18,生物风化作用 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： 1. 生物的机械风化作用植物根对岩石的破坏，蚯蚓等钻洞，人类活动如挖洞、采矿等对岩石进行破碎。 2. 生物的化学风化作用 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。

8、,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。,19,页状剥落 (果洲群岛),块状崩解 (石澳),蜂窝状风化 (长洲人头石）,蜂窝风化 (长洲),蜂窝状风化 (长洲),块状崩解 (石澳),20,2）搬运和沉积 最主要的沉积区是内陆胡泊、沼泽和海洋。 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。 （紧压胶结重结晶） 从上可见，破坏岩石 变地貌 生成新岩石 是外力地质作用的整个过程。,21,3、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

9、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，都受着地壳沉降的幅度和速度的限制。,22,地壳是由岩石组成的，岩石则是由一些细小的矿物颗粒组成的。 1、矿物由一种或多种元素在地质作用下形成的，具有比较固定的化学成分和物理性质的自然产物。 自然界中矿物的种类繁多，目前已知的有2000多种。像自然金( Au ) 自然银 (Ag ) 石墨（C ）等由一种元素组成。石英（SiO2）黄铁矿（FeS2）磁铁矿（Fe3O4）由两种元素化合而成。方解石（CaCO3） 高岭石（AL2O3 、 2SiO2 、2

10、H2O）由多种元素组成。 组成岩石的常见矿物，称为造岩矿物，主要的有20多种，像石英、长石、云母、方解石、赤铁矿、黄铁矿等。 2、岩石矿物的集合体,二、地壳的物质组成,岩浆岩是地球内部的高温熔融状态的岩浆，沿地壳薄弱地带侵入地壳或喷出地壳逐渐冷却、凝固而成的岩石。（花岗岩、玄武岩、闪长岩、辉绿岩等）根据SiO2含量，岩浆岩分为酸性、中性、基性和超基性四种岩类，岩浆岩造岩矿物：石英、正长石、斜长石、白云母、黑云母等。,岩石按生成原因分为三类,变质岩原有的岩石在地壳中受到高温、高压及化学性质活泼的气体影响，岩石的物理和化学性质发生变化，变成一种新的岩石。常见的变质岩有：由石灰岩、白云岩变成的大理石

11、；由石英砂岩变质而成的石英岩；以及由其他岩石变质而成的片麻岩、片岩、千枚岩等,沉积岩是暴露于地表的原有岩浆岩、沉积岩、变质岩，经受外力地质作用被风化、剥蚀成碎块或碎屑的物质和溶解物质，经搬运、沉积和固结成岩作用而形成的新的岩石。 沉积岩分布最广，地表约75% 的面积都覆盖有沉积岩，有许多重要的矿产如煤、油页岩、岩盐等本身就是沉积岩。,24,各类岩浆岩的主要组成矿物及岩石颜色,25,岩浆岩,橄榄岩,玄武岩,花岗岩,闪长岩,辉长岩,安山岩,26,大理岩,黑色大理岩,石英片岩(具有褶皱构造),石英片岩,片麻岩,花岗片麻岩,变质岩,27,黑色片岩,片岩(褶皱引起),板岩,硬泥岩,矽质片岩,蛇纹岩,变质

12、岩,28,沉积岩按物质成分和成因可分为:,碎屑岩类角砾岩、砾岩、砂岩、粉砂岩 （其中含有化石和结核）粘土岩类泥岩、页岩化学和生物化学岩类石灰岩：矿物成分主要是方解石，一般为白色或灰色 沉积岩具有明显的成层现象。,29,石 英 砾 岩,沉积岩形成于地表或接近地表。岩石颗粒经过风、流水、冰川的搬运，然后沉积于陆地、河湖以及海洋环境如海滩、三角洲、海底等。,成因,30,鱼类化石,鸟类化石,昆虫化石,琥珀,化石主要产于沉积岩，它们是保存在沉积岩中的动植物遗体。岩石中所含化石指示岩石的形成环境，如海生生物化石说明岩石是在海洋环境下形成的，石灰岩是富含化石的沉积岩。,31,火星环形山斜坡上的沉积岩,恐龙蛋

13、化石,远古海底的沉积岩,32,地球形成已有四十五亿年以上的历史，在不同的历史时期和自然地理环境下形成的地层，其颜色、成分和结构等都有一定的特征；各个历史时期和特定的自然环境都繁殖有一定的古生物群，经石化后形成生物化石，成了地层的天然纪录。为了便于研究，通常根据地壳运动及古生物的发展，将地球的历史从古到划分为太古代、元古代、古生代、中生代和新生代五个大的时代，代以下又分为若干纪，纪以下又分为世。 代、纪、世是国际统一的地质时代单位。计算地球年龄以“百万年”为最小单位。在各个地质时代是形成的地层相应地称为界、系、统，它是国际统一的地层单位，见表 1-2。,三、 地史的概念,33,34,35,36,

14、37,煤由植物遗体堆积埋藏后经成煤作用转变而成。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。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。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。 成煤作用可划分为两大阶段：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。以生物化学降解作用为主。 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

15、。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化为主。,1.2 煤的形成及煤系,一、煤的形成,38,39,成煤过程划分示意图,40,煤的岩石组成和成因类型取决于泥炭或腐泥形成时的成煤植物种类、堆积环境和堆积方式。 煤的物理、化学和工艺性质却在很大程度上取决于煤化作用阶段的有机质热演化程度，即煤级。古植物、古气候、古地理和古构造条件，是影响成煤作用发生和强度的重要因素。成煤植物群落不同，决定了煤的成因类型。石炭纪开始，富含木质纤维组织的陆生高等植物大量繁殖、堆积形成的煤大多为腐殖煤； 富含蛋白质、脂肪的低等菌藻类为主形成的煤为腐泥煤； 高等和低等植物混合形成的煤为腐殖腐泥煤。腐泥煤、 腐殖腐泥煤在自然界分布量少，常呈薄层或透镜体夹于腐殖煤的煤层中。,41,泥炭历来被认为是温暖潮湿气候条件下的产物。根据近代研究表明，在气候条件中湿度所起的作用比温度更重要。 因为现代无论在温暖的低纬度和寒冷的高纬度 (5070)，只要是降水量大于蒸发量的地区，都有较厚的泥炭层堆积，干旱条件显然不利于成煤。有利于成煤作用的地理环境是沼泽。沼泽分布在滨海平原、海湾泻湖、内陆大湖、三角洲平原、河流冲积平原和冲积扇前等环境。成煤作用有利的构造背景是古构造稳定期。地壳缓慢沉降，容易在地表形成积水洼地。造山运动和地壳上升阶段，均不利于泥炭的堆积和保存。,