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1、第八章第八章含煤沉积体系和相含煤沉积体系和相煤地质学煤地质学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”。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
2、候、古植物和古地理。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。暗色。 2.2.岩石类型岩石类型: :各种粒度的砂岩、粉砂岩、泥质岩、各种粒度的砂岩、粉砂岩、泥质岩、碳质泥岩、煤、粘土岩、石灰岩，以及少量的碳质泥岩、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、火山碎砾岩等，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。屑岩等，这些岩石一般交互出现。 1 含煤岩系及其旋回特征 3
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） 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:含煤岩系中往往含含煤岩系中往往含有厚度不等的火山岩及火山碎屑岩，因为火山作用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
4、土质条件。可为成煤物质繁衍提供大气及土质条件。 5.5.含植物化石与各种结核含植物化石与各种结核: :含煤岩系中含有大量植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各种结核。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。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回结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，煤层一般是在构。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，煤层就是一个沉积阶段一定的盆地充填阶段形成，煤层就是一个沉积阶段的产物。的产物。1 含煤岩系及其旋回特征
5、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。1 含煤岩系及其旋回特征3.3.煤系旋回的划分煤系旋回的划分传统的美国学派将旋回底界选定传统的美国学派将旋回底界选定在有冲蚀作用的在有冲蚀作用的河道砂岩河道砂岩之下；之下；欧洲学派将旋回的底界定在欧洲学派将旋回的底界定在煤或煤或根土岩
6、与上覆的海相页岩或石灰岩根土岩与上覆的海相页岩或石灰岩之间之间；三角洲学派则将旋回底界选定在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。变粗的砂页岩层序之间。不同方法确定旋回界线的比较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。1 含煤岩系及其旋回特征
7、4.4.煤系旋回结构的成因分析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煤系旋回结构形成的原因主要有沉积成因沉积成因、构构造成因造成因及及气候变化气候变化成因。成因。 沉积作用沉积作用因素是指在一种沉积体系内部，其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。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；冲积扇沉积中的周期性变化；水下重力流的周期
8、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。进积、退积中三角洲朵叶的迁移、摆动等周期性变化等。 1 含煤岩系及其旋回特征 气候的周期性变化气候的周期性变化，所形成的旋回结构也，所形成的旋回结构也是多样的。是多样的。 如冰川作用和冰川消融作用的交替，影响大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。的旋回层序。 地壳运动地壳运动因素引起的旋回结构往往分布因素引起的旋回结构往往分布范围
9、较广，规模较大。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。的地壳构造运动也可引起沉积作用的周期性变化。 19121912年年UddenUdden最先揭示了北美伊利诺斯煤田石炭纪含煤岩系的旋回最先揭示了北美伊利诺斯煤田石炭纪含煤岩系的旋回结构，指出它通常表现为根土岩结构，指出它通常表现为根土岩煤煤海相灰岩或页岩海相灰岩或页岩根土岩根土岩煤煤这样这样种重复层序。种重复层序。 第八章 含煤沉积体系和相2 2 煤层煤层2 煤层 一、煤层及其形成一、煤层及其形成 1. 1.煤层是一种特殊的沉积岩层：煤层是
10、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。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：植物的植物的大量繁殖大量繁殖-这是泥炭的物质来源，这是泥炭的物质来源，沼泽水位的沼泽水位的逐步抬升逐步抬升-以避免有机质的氧化分解，以避免有机质的氧化分解，碎屑沉碎屑沉积物的贫乏积物的贫乏-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的抬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。这种均衡状升保
11、持均衡，泥炭层才能不断增厚。这种均衡状态一旦遭到破坏，泥炭的堆积过程就随之终止。态一旦遭到破坏，泥炭的堆积过程就随之终止。 2 煤层 植物遗体堆积速率与沼泽水面上升速率的植物遗体堆积速率与沼泽水面上升速率的关系关系- -补偿关系补偿关系: : 可以用泥炭沼泽基底或盆地基底的沉降速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。率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三种补偿关系三种补偿关系2 煤层 3. 3.煤层形成的条件
12、：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。这就是说当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景下，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来。泥炭层才会被上覆沉积物掩埋而保存下来。2 煤层 4.4.煤层形成不是单一作用煤层形成不是单一作用, ,而是复杂的作用过程：而是复杂的作用过程： 由于各种地质因素的影响由于各种地质因素的影响, ,沼泽水面抬升和植物遗体沼泽水面抬升和植物遗体堆积加厚之间的平衡状态堆积加厚之间的平衡状态是有条件的、相对的和暂时的。是有条件的、相
13、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, ,因而形成不同的煤层形态和煤层结构。因而形成不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值得研究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。的重要课题。 2009 2009年新疆地矿局在吐鲁番地区沙尔湖勘查年新疆地矿局在吐鲁番地区沙尔湖勘查区钻孔发现单层厚度达区钻孔发现单层厚度达217.14m217.14m的巨厚煤层。的巨厚煤层。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
14、层结构：煤层中是否含有其他岩性层或结核层。煤层中是否含有其他岩性层或结核层。 （1 1）简单结构：）简单结构：煤层包含煤分层和岩石夹层，不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；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构煤含有夹石层者则称为复杂结构煤层。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、硅粘土岩、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。质岩、油页岩、细砂岩或砾岩。 注意同一煤层的结构不是固定不变的！注意同一
15、煤层的结构不是固定不变的！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
16、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。 1.1.顶板顶板 (1) (1)伪顶伪顶 直接位于煤层之上直接位于煤层之上极薄、松软极薄、松软的随采随落的的随采随落的极不稳定岩层，通常是由强度低、易垮落的极不稳定岩层，通常是由强度低、易垮落的炭质泥岩炭质泥岩组成。其厚度一般在组成。其厚度一般在0.5 m0.5 m以下。以下。 (2) (2)直接顶直接顶 位于位于伪顶之上伪顶之上或直接覆盖于煤层之上的一或直接覆盖于煤层之上的一层或几层岩层，通常由层或几层岩层，通常由砂质页岩、泥岩、粉砂岩砂质页岩、泥岩、粉砂岩等比等比较较易垮落易垮落的岩层组成。的岩层组成。 (3) (3)基本顶基本顶 又称老顶。位于又称老顶。位于直接顶之上直接顶之上，或直接覆于，或直接覆于煤层之上，通常由厚煤层之上，通常由厚( (大于大于2m)2m)而而坚硬的砂岩、砾岩、坚硬的砂岩、砾岩、灰岩灰岩等组成。等组成。2 煤层2.2.底板底板 (1) (1)直接底直接底 直接位于煤层
