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第6章 含煤沉积体系

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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2016/11/6 1第六章 含煤沉积体系 概述 煤层 含煤沉积体系及成煤特征2016/11/6 2一 、 含煤岩系的概念含煤岩系:又称含煤建造 、 含煤地层或煤系等 , 是指在一定地质时期内 , 形成的具有成因联系且连续沉积的一套 含有煤层 的沉积岩系 。不同地区含煤岩系中所含煤层的层数 、 厚度往往不相同 , 为反映含煤岩系中含煤的程度 , 通常用 含煤系数 来表示 。 含煤系数又可分为 总含煤系数 和 可采含煤系数 。总含煤系数 是煤系中所有煤层的总厚度与含煤岩系总厚度的百分比 。 用下式表示:%100 K— 总含煤系数, % ; m— 煤层总厚度, m ; M— 含煤岩系总厚度, m。第一节 概述2016/11/6 3%100 是指煤系中所有可采煤层的总厚度与含煤岩系总厚度的百分比。用下式表示:式中: 可采含煤系数, %; 可采煤层总厚度, m ;M — 含煤岩系总厚度, m 。一、含煤岩系的概念2016/11/6 4二、含煤岩系的岩性特征含煤岩系是温暖 、 潮湿气候条件下的产物 。 所以 , 它一般是由灰色 、 灰绿色 、 灰黑色及黑色的沉积岩组成 。 其主要是各种粒度的砂岩 、 粉砂岩 、 泥岩 、 炭质泥岩和煤层 , 也有石灰岩和砾岩 , 有时还可见到铝质岩 、 油页岩 、 硅质岩和火山碎屑岩等 。此外 , 组成含煤岩系沉积岩的层理比较发育 , 常含有丰富的植物化石 , 有时含有动物化石 。 另外 , 还常含有菱铁矿结核及泥质 、 粉砂质等包体 。含煤岩系中除煤层外 , 还常伴生有其它沉积矿产 , 如铝土矿 、 油页岩 、 菱铁矿 、 赤铁矿 、 褐铁矿 、 锰矿及磷矿等 。2016/11/6 5第二节 煤层煤层:是指顶 、 底板岩层之间所夹的一套煤与矸石层 。一 、 煤层的形成煤层是由泥炭层经煤化作用转变而成 。 泥炭层的堆积主要取决于泥炭沼泽水位的变化 , 而泥炭沼泽水位的变化主要受植物遗体堆积速度与地壳沉降速度之间的关系影响 。 因此 , 煤层的形成也决定这种关系 , 主要表现为以下三种情况:1、 均衡补偿 : 地壳沉降速度与植物堆积速度大致相等 , 即两者达到相对均衡补偿状态时 , 沼泽保持一定深度的积水 , 既利于植物大量繁殖生产 , 又能使植物遗体保存下来转化成泥炭 , 此时可导致泥炭层不断加大 。均衡补偿时间越长 , 则越能形成厚煤层 。2016/11/6 6一、煤层的形成2、 不足补偿 :当 地壳沉降速度大于植物遗体堆积速度 时 , 由于植物供应不足 , 沼泽覆水深度不断加大 , 待至水深达一定程度 , 高等植物便不能生成 ,使泥炭的形成失去物质来源 , 堆积随之停止 , 在原有泥炭层之上沉积了泥 、砂等沉积物 , 最终成为煤层的顶板 。这种情况虽有利于泥炭层的保存 , 但形成的煤层一般厚度不大 。如果在总体相对均衡补偿的状态下 ,其间发生短暂的地壳沉降速度大于植物遗体堆积速度 , 便形成含有夹石的煤层 。2016/11/6 7一、煤层的形成3、 过度补偿 : 当壳沉降速度小于植物遗体堆积速度 时 ,由于植物遗体堆积过快 , 造成沼泽覆水变浅 , 常使植物遗体氧化分解 , 不利于泥炭的形成 , 甚至已形成的泥炭也会遭受侵蚀破坏 , 因而只能形成薄煤层或不能形成煤层 。2016/11/6 8二、煤层的顶、底板含煤岩系中位于煤层上下一定距离内的岩层 , 称为 煤层的顶底板 。煤层顶底板的岩石特征 、 性质及厚度等 , 对采掘工作有着直接的影响 。1、 顶板 :根据岩层相对于煤层的位置及垮落性质的不同 , 可分为:1) 伪顶 :指直接覆盖于煤层之上易垮落的较薄岩层 。 多为炭质泥岩或泥岩 , 厚几厘米至几十厘米 。 在采煤过程中 , 往往随落煤而同时垮落 。2) 直接顶 :通常位于伪顶之上 , 有的则直接位于煤层之上 , 由较易垮落的一层或几层岩石组成 , 经常是煤采出后不久便自行跨落 。 厚度一般为数米 , 岩性常为砂岩 、 泥岩及石灰岩等 。2016/11/6 9二、煤层的顶、底板3) 基本顶 ( 老顶 ) : 俗称 “ 老顶 ” 。 一般位于直接顶之上 , 有时也直接位于煤层之上 , 为不易垮落的坚硬岩层 , 通常在煤采出后较长时间内不垮落 , 往往只是发生大面积的缓慢沉降 。 厚度较大 , 岩性多为砂岩 , 也有石灰岩 、 砂砾岩等 。应当指出 , 并不是所有煤层的顶板都可以分为伪顶 、直接顶和老顶 , 有的煤层没有伪顶 , 只有直接顶和老顶;有的煤层甚至没有伪顶 、 直接顶 , 只有老顶 。 因此 , 实际工作中要注意这些情况 。2016/11/6 102、 底板直接位于煤层下部一定距离内的岩层称为底板 。 底板可分为直接底 、 基本底两种 。1) 直接底 :直接位于煤层之下 ,通常是当初沼泽地生长植物的土壤 ,其中往往含有植物根部化石 ,所以又称为 根土岩 。 厚度一般不大 , 仅数十厘米 , 岩性以富含炭质的粘土岩最常见 , 还有泥岩等 。值得指出 , 如果直接底的岩性是遇水膨胀的粘土岩 , 则容易引起底板的隆起 , 轻者影响运输 , 重者使巷道遭到破坏 。2) 基本底 :俗称 “ 老底 ” 。 通常位于直接底之下 。 厚度较大 , 岩性常为砂岩 、 粉砂岩等 。二、煤层的顶、底板2016/11/6 11三、煤层的结构根据煤层中有无较稳定的夹石层 , 可将煤层分为简单结构和复杂结构两种 。1、 简单结构煤层煤层中没有呈层状出现的较稳定的夹石层 , 但可以夹有不少较小的矿物质透境体 。 简单结构的煤层反映当初成煤时 , 沼泽中植物遗体的堆积基本上是连续的 。 通常厚度较小的煤层往往是简单结构 。2016/11/6 12三、煤层的结构2、 复杂结构煤层煤层中含有较稳定的夹石层 , 少者一到两层 , 多者几层甚至十余层 。复杂结构煤层反映当初成煤时 , 沼泽中植物遗体堆积曾发生一次或多次间歇 。 通常厚煤层或巨厚煤层往往是复杂结构煤层 。2016/11/6 13煤层中夹石的岩性可以是多种多样的 。 最常见的是炭质泥岩 、 粘土岩及粉砂岩 , 也有油页岩 、 石灰岩及细砂岩等 。 夹石的厚度不一 , 从几厘米到几十厘米 。 呈薄层状 、 似层状或透镜状 。注意: 同一煤层的结构并不是固定不变的 , 不仅在不同的井田内 , 煤层的结构可能有变化 , 甚至在同一井田内 , 煤层的结构也可能有变化 , 夹石层数有增有减 ,夹石层厚度和岩性也可能发生变化 。 因此 , 应当注意这一点 。三、煤层的结构2016/11/6 14结核:黄铁矿、钙质、硅质、白云石质煤核:煤层中保有植物化石的结核植物残体:木质部、管胞、树皮化石:珊瑚、腕足类和有孔虫四、煤层中的结核、包体和化石2016/11/6 15五、煤层的形态煤层的形态: 是指煤层的空间展布特征 。 根据煤层成层的连续性 、 厚度变化大小及可采情况 , 将煤层形态分为层状 、 似层状和不规则状三类:1、 层状煤层 :煤层呈连续层状 , 层位稳定 , 厚度变化不大 , 且有一定规律 。 在一个井田范围内全部或大部可采 。2、 似层状煤层 :煤层基本连续 , 层位比较稳定 , 厚度变化较大且无一定规律 。 煤层的可采面积可大于不可采面积 ( 如藕节状煤层 ) 或小于不可采面积 ( 串珠状煤层 ) 。3、 不规则煤层 :煤层层位不稳定 , 基本不连续 , 厚度变化大且无规律可循 。 煤层可采面积大多小于不可采面积 。 常见有透镜状 、 扁豆状煤层等 。2016/11/6 16( a) — 藕节状( b) — 串珠状( c) — 鸡窝状( d) — 马尾状五、煤层的形态2016/11/6 17六、煤层厚度及其变化( 一 ) 煤层厚度 :是指煤层顶 、 底板岩层之间的垂直距离 。 根据煤层结构 , 可分为总厚度 、 有益厚度及可采厚度 。1) 总厚度: 是指煤层顶底板之间各煤分层和夹石层厚度的总和 。2) 有益厚度: 是指煤层顶底板之间各煤分层厚度的总和 。3) 可采厚度: 是指在现代经济技术条件下 , 可以开采的煤层或煤分层厚度的总和 。另外 , 按照国家目前有关政策 , 根据煤种 、 产状 、 开采方法和不同地区的资源情况等 , 所规定的可采厚度的下限标准 , 称为 最低可采厚度 。 这个标准在各个国家往往是不同的 , 甚至同一国家在不同时期也可根据技术的发展和国民经济对煤的需要情况而有所变动 。2016/11/6 18目前,我国国土资源部规定的一般地区煤层的最低可采厚度标准(井下开采)详见下表。产 状厚度煤 类倾 角< 25° 25° ~ 45° > 45°炼焦用煤 下开采)六、煤层厚度及其变化2016/11/6 19煤层厚度是影响采煤方法选择的主要因素之一 。 根据煤矿生产的需要 , 将煤层分为三个厚度级别:级别 煤层厚度薄煤层 ≤层厚度及其变化2016/11/6 20上述所列最低可采厚度 , 适用于一般地区 , 对于缺煤省区 , 可根据当地需要另行规定 。 如我国南方各省 , 煤层一般较薄 , 且较为缺乏 , 为了充分利用煤炭资源 , 最低可采厚度可适当降低 。此外 , 在采煤工作中 , 考虑开采方法 , 煤层厚度又可分为不同的级别 , 即:极薄煤层 1.3 3.5 8.0 8.0 层厚度及其变化2016/11/6 21( 二 ) 煤层厚度变化原因煤层厚度差别较大 , 其变化范围从几厘米 ~几百米;不同井田煤层厚度可以不同 , 即便同一井田同一煤层其厚度也可能有很大变化 。 煤厚的变化影响采区和工作面的划分 , 以及采煤方法的选择 。 因此 , 有必要了解煤厚变化原因 , 掌握其变化规律 , 正确指导采掘生产 。引起煤厚变化的原因很多 , 可以归纳为 原生变化 和后生变化 两大类 。六、煤层厚度及其变化2016/11/6 22 原生变化:指在泥炭堆积过程中 , 在形成煤层顶板岩层的沉积物覆盖之前 , 由于各种地质作用而引起的煤层形态和煤层厚度的变化 。 主要包括聚煤坳陷基底不均衡沉降引起的煤层分岔 、变薄 、 尖灭 , 沉积环境和地形对煤层形态的影响以及河流 、海水的同生冲刷作用 。 后生变化:指泥炭层被新的沉积物覆盖以后 , 由于构造变动 、 河流冲蚀等后期地质作用所引起的煤层形态和煤 层厚度的变化 。六、煤层厚度及其变化2016/11/6 231、 泥炭沼泽基底不平特征: “ 顶平底不平 ” ; 往往在含煤岩系的底部或下部的煤层煤厚变化极不规则;基底古地形低洼处煤层增厚 , 向突起部位尖灭变薄 , 呈现超覆样式;煤层及夹石层的层理与顶板岩层平行 , 在底板隆起处可见煤分层及夹石层被隔开而不连续 。六、煤层厚度及其变化2016/11/6 24湖北早二叠世梁水组煤层形态2016/11/6 2514 0+13 0+12 0+11 0+10 0B B ′(a)B′(b)(c)24351图 4- 3 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110辽宁阜新煤盆地泥炭沼泽基底不平图示(a)(b)、 (c)23451/6 262、 地壳不均衡沉降:含煤岩系形成过程中 , 聚煤拗陷基底沉降速度往往不平衡 , 这种差异性 ( 同沉积褶皱 、 同沉积断裂 , 以及差异小振荡运动等 ) 可导致煤层形态和厚度的变化 。 在沉降速度与植物遗体堆积速度近于一致的地段 , 形成较厚的煤层;其它地段煤厚较薄 。通常地壳不均衡沉降引起的煤厚变化具有明显的方向性与分带性 。 即在沿地壳沉降幅度增大的方向上 , 由煤层厚度较大 、 较稳定的地带可逐步变为煤层层数增多 、 厚度变薄 ,最后尖灭 。六、煤层厚度及其变化2016/11/6 27德国下莱茵第三纪煤盆地中的同沉积断层(据 M. 968)断裂两侧含煤岩系和煤层厚度显著差异,煤层层位和厚度难以对接。2016/11/6 283、 同生冲蚀 :是指在泥炭堆积过程中 , 煤层顶板沉积物形成之前 , 河流 、 海水对泥炭层的冲刷剥蚀 。河流的同生冲蚀作用 较为常见 ,它所引起的煤厚变化特点是:冲蚀沉积物一般为砂岩 、 粉砂岩 , 并与煤层有共同的顶板 ;煤层受冲蚀面积一般不大 , 冲蚀深度较浅 , 很少将煤层切断 。00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(据Ta yl 1 98 1)垂直古河床边缘的沉积剖面图1234层厚度及其变化2016/11/6 29滨海沼泽中堆积的泥炭遭受海水冲蚀 而导致煤层厚度变化的特点是:煤层直接顶板常为石灰岩 , 煤层表面形成大小不等的凹坑或槽沟;当海水冲蚀影响范围较广 ,即冲蚀比较严重 , 在一定范围内煤层几乎完全缺失 。六、煤层厚度及其变化2016/11/6 304、 煤层的后生冲刷煤系在形成后 , 伴随着地壳的上升和河流的发育 , 煤层和含煤岩系常遭受河流的切割剥蚀 。 —— 煤矿生产中较为常见 。特征 : 煤层顶板遭到剥蚀 , 出现河床相砂岩 、 砾岩等粗碎屑岩 , 与煤层接触面凹凸不平 。 其底部常含砾石 , 泥质岩包体 、 煤屑 ,且呈定向排列; 规模往往较大 , 可形成宽几十米 、 几百米 , 长数公里甚至十几公里的薄煤带或无煤带; 冲刷面附近的煤 , 一般光泽暗淡 , 后生裂隙发育 , 常见方解石 、 石膏等矿物充填 , 灰分较高 。六、煤层厚度及其变化2016/11/6 31四川永荣矿区河流剥蚀后的煤层形态煤层的后生冲刷2016/11/6 32此外,冰川刨蚀、海浪冲蚀作用也能引起煤厚的局部变化。煤层的后生冲刷2016/11/6 335、 构造变动引起煤厚变化构造变动引起煤层形态和厚度变化是极为普遍的现象 。 由于煤层本身比较松软 , 在构造应力的影响下 ,容易发生塑性流变 , 产生煤层的局部加厚 、 变薄 、 尖灭或煤层和顶底板互相穿插现象 。主要包括:以 褶皱 为主的变化;以 断裂 为主的变化; 断裂和褶皱 两者兼具的复杂变化 。六、煤层厚度及其变化2016/11/6 34较大规模的褶皱引起的煤层加厚和变薄 , 一般在褶曲轴部增厚 , 褶曲翼部变薄 , 乃至尖灭 。 在平面上具有一定的方向性 , 垂直压应力方向 , 沿褶皱轴走向呈带状延伸 , 煤层加厚和变薄带相伴出现 。2016/11/6 35不同褶皱作用下对煤厚的影响也不一样2016/11/6 36不协调褶曲所夹的煤层容易形成不规则增厚带或变薄带 。2016/11/6 370 5 10 湖 南永耒矿区溜煤上山剖面图(据湖南煤田地质勘探公司资料,19 74 )湖南永耒矿区溜煤上山剖面图伴随 纵弯褶皱作用 而产生的层间滑动可以派生层间牵引褶皱 , 规模虽小 , 但常成组出现 , 造成煤层顶底板波状起伏 , 使煤层局部压薄或增厚 , 煤层呈串珠状或断续透镜体 。2016/11/6 38断裂构造对煤层厚度的影响 , 表现为断层无煤带或沿断裂面及其两侧的厚度变化带 。张性 、 张扭性 断层常由于引张作用而出现 煤层变薄带( 如图 4。2016/11/6 39压性 、 压扭性 断裂面的两侧有可能出现逆掩重迭或挤压聚集的 煤层加厚带 ( 如图 4。2016/11/6 40构造变动引起煤厚变化的常见特征: 较大的褶皱引起煤层加厚或变薄 , 以及煤层形态的变化; 断裂对煤 厚 的影响表现在无煤带或断裂面两侧的厚度变化: 张性 、 张扭性断裂常由于牵引作用 , 出现变薄带; 压性 、 压扭性断裂两侧可能出现煤层重叠或挤压加厚带; 构造应力作用也会使得煤层顶板因脆性较大 , 而产生次级断裂 , 煤层发生塑性流变 , 甚至挤入顶底板;或顶底板岩石碎块被压入煤层中 。煤层原始结构受到破坏 , 出现层间揉皱或滑动镜面 , 构造复杂的地段煤层多为鳞片状 、 粉状的糜棱煤 。六、煤层厚度及其变化2016/11/6 416、 岩浆侵入特征 :厚度较大的似层状 、 层状的岩床对煤层的影响很大 , 有时能把煤层大部或全部吞食 , 或使其变成天然焦 , 也可使围岩发生变质;不规则透镜状 、 指状的岩体使煤层形态 、 结构和厚度发生既不规则的变化 , 对正常生产影响很大;岩墙斜穿或垂直煤层 , 平面上呈长条状延伸 , 常沿断裂成组出现 , 一般对煤层厚度影响不大 。 但岩墙很厚时 , 往往可以形成较宽的无煤带 。六、煤层厚度及其变化2016/11/6 422016/11/6 432016/11/6 447、 岩溶作用当煤系下伏岩系为石灰岩 、 白云岩 、 石膏等可溶性岩矿层时 , 由于地下水的长期溶蚀 , 形成了大量的溶洞 , 其规模越来越大 , 在上伏岩系的重力作用下 , 溶洞上伏的煤层及围岩跨落 , 产生塌陷 , 形成岩溶陷落 。特征 :陷落柱一般呈上小下大的柱状体 , 其发育受到构造和水文地质条件限制 , 沿构造线排布 , 时常在两组断裂交汇处发育 , 平面上具带状分布的特点;柱状陷落柱内被上伏岩石 、 煤碎块所充填 , 棱角明显 , 大小不一 ,杂乱无章 , 并为粘土充填胶结;陷落柱的中心轴与岩层层面近于垂直 , 上煤层若遇陷落柱 , 则下煤层相应部位也一定会出现 , 且规模更大 。六、煤层厚度及其变化2016/11/6 45岩溶作用对煤层影响2016/11/6 46煤系的特征煤系的岩性特征煤系的旋回结构含煤沉积体系冲积扇河流沉积体系湖泊沉积体系三角洲沉积体系滨岸带沉积体系第三节 含煤沉积体系及成煤特征2016/11/6 47一 、 煤系的特征含煤建造 、 煤系 、 含煤岩系 、 含煤地层 、 含煤沉积等术语无实质性区别 , 只是各自所强调的方面不同:含煤建造 → 建造与改造 , 含煤建造的形成可以跨地质时代 。 其上 、 下界限的确定除考虑含煤建造本身的特点外 , 还应考虑是否为连续沉积 。 常以地区名称加上含煤建造形成的时代命名 , 如华北石炭 — 二叠纪含煤建造 。含煤岩系 → 沉积物 。 含有煤层 , 并有成因联系的沉积岩系 。 常与煤系通用 。煤系 → 作地层单位使用 。 往往指区域内含有煤层的段位 , 如本溪煤系 ,龙潭煤系等 。含煤岩系沉积体系 :含煤岩系中有成因联系的一套沉积相的规律组合 。如河流沉积体系等 。(一)概述2016/11/6 48(一)概述煤系的分布常以大区域中与煤层 (或煤线 )有成因关系的沉积岩系的范围作为界限:如华北石炭二叠纪含煤建造的分布范围,就是指自本溪组至下石盒子组诸地层的分布范围。煤系的特征,主要表现在三个方面:岩性旋回结构沉积相2016/11/6 492、 岩石组成:主要是各种粒度的碎屑岩 ( 包括石英砂岩 、 长石石英砂岩 、 长石砂岩和岩屑 砂岩 , 以及粉砂岩和砾岩 ) 和粘土岩 , 并夹有石灰岩 、 燧石层等 。此外 , 煤系中还有铝土矿 、 耐火粘土 、 油页岩 、 菱铁矿 、 黄铁矿等 。不同的岩石组成反映的沉积环境也是不同的:长石石英砂岩和岩屑石英砂岩 :多是在内陆条件下形成 。砾岩和粗砂岩 : 反映沉积物离剥蚀区较近 , 河流相 。石灰岩 :反映的是浅海环境 。(二)煤系的岩性特征1、 颜色:组成煤系的沉积岩多为灰色 、 灰黑色 、 黑色和灰绿色 , 也有杂色(带红色 、 紫色 、 灰绿色斑块 )。2016/11/6 503、 沉积构造和生物化石:含煤建造沉积岩的非水平类型层理比较发育 , 并且常产有丰富的生物化石 , 特别是植物化石 。 此外 , 还常含有黄铁矿和各种碳酸盐结核及泥质 、 粉砂质等包体 。包体 ( 包裹体 ) :矿物岩石中的杂质的统称 。 包括气态 、 液态以及固态包体 。(二)煤系的岩性特征2016/11/6 51原生包体 :是在矿物形成以前就已经存在的 , 之后在该矿物生长过程中被包裹进去 。同生包体 :在矿物形成时同时形成的并被包裹进去的 。如 , 水晶中的气液包体 , 当水晶生长的时候 , 因为外界的原因未能把气液排开 , 而包裹在内 。次生包体 :当矿物形成后 , 由于后期原因 , 杂质进入矿物内部 。 如矿物的裂隙张开 , 沙子 、 水等充填 , 后期由于地壳作用 , 裂隙闭合 , 于是 , 杂质就被包在矿物内部 。一般原生与同生包体是证明矿物是天然的有力证据 。包体的类型:2016/11/6 52岩性特征在剖面上的规律性变化 , 呈现旋回现象:近煤层颜色变深 , 远煤层变浅;近煤层出现缓波状或水平状层理 , 远煤层出现交错层理和斜层理;近煤层植物化石多 , 远煤层少;煤层底板含植物根部化石 , 顶板往往含较为完整的叶部化石;近煤层粒度较细 , 远煤层较粗 。(三)煤系的旋回结构2016/11/6 531、 概念旋回结构 :指在垂直剖面中一套有共生关系的岩性和岩相规律性组合和交替现象 , 它反映煤系在形成过程中一系列控制因素 ( 如地壳运动 、 古地理 、 古气候等 ) 的周期性变化 。 研究煤系的旋回结构是重塑煤系形成环境的重要手段 , 是对比含煤地层的方法之一 。(三)煤系的旋回结构2016/11/6 542、 旋回的划分 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: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 。A 4A 4A 3A 2E 5E 4E 3E 2E 1D 7D 6D 5D 4D 3D 2D 1123456相美国学派欧洲学派三角洲学派12356)煤系的旋回结构2016/11/6 55海陆交互相煤系旋回以海退相作为开始较为常见 。 这样的划分方法 , 使得煤层位于旋回中部 , 有利于在一个旋回中对煤层上下部的沉积特征进行分析 , 便于煤层的形成过程的研究 。陆相旋回建造常以侵蚀面或以河床相开始作为旋回的起点 。(三)煤系的旋回结构2016/11/6 563、 旋回的命名 按照煤系形成的地理环境 。 如河流相旋回等; 按照旋回起始相和终点相 。 如冲积 按照旋回含煤情况 。 含煤或不含煤旋回; 按照旋回岩性岩相的完整情况 。 完整或不完整旋回; 旋回的岩相组成复杂程度 , 分为简单或复杂结构旋回 。(三)煤系的旋回结构2016/11/6 574、 旋回结构的的成因 沉积作用因素 :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 。 如潮汐沉积中涨落潮所引起的周期性变化;河成沉积中河道曲流迁移所引起的周期性变化等 。 气候的周期变化 :如冰川作用和冰川消融作用的交替 , 所造成大区域性的海面升降变化 , 形成滨岸沉积的旋回层序 。 局部性的气候变化所引起的周期性的湖面升降 , 可形成含煤的湖成沉积旋回等 。 地壳运动因素 :往往分布范围较广 , 规模较大 。 地壳的升降引起滨岸地带的海侵和海退;地壳运动过程中的显著的沉降和相对稳定阶段的交替等等 。(三)煤系的旋回结构2016/11/6 58二、含煤沉积体系1、 沉积特征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 。冲积扇沉积体系常成为大陆上最靠近物源区的 粒度粗 、 分选差 、 沉积速率高 的沉积体系 。(一)冲积扇2016/11/6 59冲积扇的形成要求有 充足的陆源碎屑供应 和从山区向盆地过渡的 高差悬殊的地形突变 。被峡谷所限的山区河流携带着从源区剥蚀的大量碎屑物质 , 一且冲出谷口 , 因地势突然展开 , 坡降减缓 ,河道加宽变浅 , 流速降低 , 搬运能力骤然减弱 , 大量底负载迅速堆积下来 , 从而形成一个以谷口为顶点向外辐射敞开的扇状沉积体 , 这就是 冲积扇 。影响冲积扇的因素: 构造条件 和 气候条件 。(一)冲积扇2016/11/6 60构造条件构造条件的控制最直接也最明显 。 冲积扇大量分布在构造活动区 ,如裂谷带中各类断陷盆地的边侧 、 与走滑断裂有关的拉分盆地的边侧 ,以及断块构造 、 前陆盆地等地带中基底下降幅度大的地区 。 因而 , 在构造活动带的前沿形成巨厚 、 粗粒 、 快速的以垂向加积为主的冲积沉积体系 。气候条件在干旱半干旱地区 , 植被不发育 , 物理风化强烈 , 降雨量虽少但多为暴雨 , 洪水短暂而猛烈 , 在山区向内陆盆地或平原过渡的地形转变地带多有冲积扇发育 。 ( 旱地扇或干扇 )在潮湿或半潮湿气候区 , 雨量充沛 , 植被发育 , 但是有合适的地质构造和地形条件及充分的物质供应 , 也可形成规模巨大的冲积扇 。( 湿地扇或湿扇 )(一)冲积扇2016/11/6 612、 冲积扇沉积体系的成煤特征冲积扇沉积体系中 , 有利于成煤的部位主要有: 扇间洼地 、 中扇朵叶间洼地 、 扇尾地带 和 扇前缘外侧与河 、 湖 、 海环境的过渡地带 。(一)冲积扇2016/11/6 622、 冲积扇沉积体系的成煤特征 扇间洼地: 由于地势低洼及缺少碎屑物的充分供应 , 并易于汇水 , 因而往往形成有利于成煤泥炭沼泽持续发育的场所 , 可以形成较厚的煤层 , 但侧向连续性差 。 中扇朵叶间洼地: 在中扇朵叶体间的洼地上 , 有利于成煤 。当活动的扇叶迁移而改变位置后 , 废弃的扇朵叶体 , 可以出现不甚持久的成煤条件 , 并形成薄煤层 。 扇尾地带: 可在洪水的间隔期发育大量的植被 , 如果间隔时间较长 , 在条件有利时也能形成薄煤及可采煤层 。 扇前缘外侧与河 、 湖 、 海环境的过渡地带: 扇尾地带的外侧 ,成为与其他沉积体系相接触的过渡带 , 常成为最有利的成煤场所 。(一)冲积扇2016/11/6 631、 沉积特征(二)河流沉积体系河道的几何形态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 、 沉积负载的特征及流速等 。 通常依据河道的平面形态 , 将河流分为 顺直河 、 辫状河 、 曲流河 、 网结河 。 顺直河道 :一般少见 , 仅出现于某些河流的局部河段 。2016/11/6 64辫状河 :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 , 河道较直且弯度低 , 大多出现在山麓地带及三角洲平原上 。(二)河流沉积体系2016/11/6 65曲流河 :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 , 因而易出现截弯取直的袭夺现象 , 形成牛扼湖 、 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定 , 这种河大多出现于河系的中下游地带 。(二)河流沉积体系2016/11/6 66网结河 :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 , 受到这种植物的保护作用 , 往往使河道位置稳定 , 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 。(二)河流沉积体系2016/11/6 672、 河流沉积体系的成煤特征1) 曲流河沉积体系的成煤模式建立较早的模式之一 。 曲流河冲积平原上 , 以 岸后沼泽 和 废弃河道充填沼泽 是最有利的成煤场所 。岸后沼泽环境 有利于形成厚煤层 , 主要是由于反复出现洪泛和由此而产生的天然堤的垂向增高 , 对洪泛盆地和岸后泥炭沼泽起着障壁作用 , 因此在堤的外侧直至洪泛盆地内部就成为成煤的最重要场所 。但由于洪泛加剧等原因而造成的决口扇沉积 , 还会侵入到这种成煤地带 , 从而干扰或破坏已形成的泥炭堆积 。(二)河流沉积体系2016/11/6 682、 河流沉积体系的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 。 由于具有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 。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 。(二)河流沉积体系2016/11/6 692016/11/6 702) 网结河沉积体系的成煤模式关于网结河沉积体系成煤问题 , 网结河形成的主要控制因素是沉积盆地的沉降作用 , 这种构造背景往往为大范围网结河化提供了场所 。 他还认为 , 现代网结河最初由决口扇的演化开始 , 经决口河道的分叉 , 最终由稳定河流控制冲裂水系而形成 , 因而常常形成大范围的沼泽化 。(二)河流沉积体系2016/11/6 712016/11/6 723) 辫状河沉积体系的成煤模式辫状河沉积体系成煤的条件是有限的 , 正在形成的辫状河体系对于泥炭沼泽的形成和发育往往不利 ,因而难于出现有工业价值的可采煤层 。 有人认为 , 良好的煤层可以发育在辫状河废弃体系之上 , 即周期性出现的辫状河系进入低能的滨岸地带 , 形成大面积的砂质辫状河平原 、 滨海平原 , 在这种沉积体系之上出现成煤条件 。(二)河流沉积体系2016/11/6 731、 沉积特征(三)湖泊沉积体系 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 。 一些大型的内陆湖泊或各类断陷盆地内的湖泊 , 往往形成独立的沉积体系 。 湖泊与其他水体不同之处主要在于它是一种闭合的水盆地 , 周围的陆源碎屑物质大部分都将搬运到盆地中 ,因此湖泊的碎屑沉积速度比海盆要快 , 湖水波浪的影响范围要小 。 此外 , 湖泊对气候因素的影响反应较快 , 易于使湖水的水温和成分发生变化 , 最终影响湖面的变化 。2016/11/6 74 湖泊沉积体系中 , 有时也具有其他沉积体系类似沉积环境 , 如湖泊三角洲环境 、 湖滨岸环境等 。 湖泊沉积速率快 , 在其演化中 , 都以逐渐填积淤浅 、退缩 、 填满而告终 。 因此 , 湖泊沉积体系的垂向层序都是自波基面以下的细粒沉积开始 , 向上渐变为浅湖 、 滨岸 、 三角洲和河流等较粗粒沉积 。 有湖泊三角洲发育的地区 , 其底积 、 前积和顶积层层序明显 , 无三角洲沉积的湖泊层序 , 自下而上依次为深湖沉积 、 浅湖沉积及滨岸沉积 。(三)湖泊沉积体系2016/11/6 752、 湖泊沉积体系的成煤特征湖泊沉积体系与成煤作用的形成和发育具有非常密切的关系 。 通常 , 湖泊沉积体系中湖泊三角洲地带和滨湖地带都是成煤的良好场所 。我国中生代大型内陆湖盆和中新生代的断陷型山间盆地 , 其成煤的条件都反映了上述特征 。(三)湖泊沉积体系陡坡边缘(扇、扇三角洲)大面积浅湖泊沼泽化缓坡边缘(小型三角洲带)2016/11/6 761、 沉积特征(四)三角洲沉积体系三角洲的概念 :一般认为由于河流作用沉积在水体 ( 海 、 湖 ) 中的陆上和水下连续的沉积体 , 称为三角洲 。 通常是将河流入海的许多分道中 ,第一个分支以下的河流沉积地带 , 称为三角洲 。三角洲的类型 :以河流作用为主 的高建设性的三角洲 , 以及以海洋作用为主的高破坏性的三角洲 。按照河流作用的强度及沉积体的几何形态 , 河流作用为主的三角洲又划分为伸长的鸟足状三角洲和朵状三角洲;按照海水的波浪和潮汐作用 , 海洋作用为主的三角洲又分为浪控三角洲和潮控三角洲 。根据沉积物的沉积速度和构造下沉速度的关系 , 三角洲还区分为浅水三角洲与深水三角洲 。2016/11/6 772、 三角洲沉积体系的成煤特征在各种类型三角洲沉积体系中 , 以河流作用为主的三角洲体系往往为成煤提供了更有利的条件 。在不断推进的 三角洲平原及 三角洲前缘滨岸地带 ,都是泥炭沼泽发育的良好场所 。 三角洲朵叶废弃之后 , 低平的地势也成为良好的成煤场所 。(四)三角洲沉积体系2016/11/6 78国 外 学者根据现代及古代成煤三角洲环境的研究 , 将河成三角洲平原划分为上三角洲平原 、 下三角洲平原及其过渡带 。2016/11/6 791) 上三角洲平原向河系的上源方向过渡为 冲积和洪泛平原 。 以呈线带状伸展的透镜状砂体占优势 , 砂岩成分较复杂 , 粒度向上变细 , 有冲蚀界面 , 具明显的交错层 。 因此 , 本带显示了高能量河流作用特征 , 河道侧向迁移 , 明显多形成较宽的砂岩条带 ,与其共生的可以有煤层 、 根土岩 、 泥岩 、 粉砂岩等天然堤 、 岸后沼泽 、 洪泛盆地等湖泊沉积 。(四)三角洲沉积体系2016/11/6 802) 上三角洲平原地带 , 泥炭堆积的范围不甚广泛 ,但环境较为稳定 , 以淡水环境为主 , 因而往往有利于森林泥炭沼泽的形成与发育 , 能形成较厚的煤层 ,煤层在河道间低洼处厚 , 短距离内变薄 , 沿沉积倾向 (即平行河道方向 )煤层连续性好 , 近河岸由于决口扇沉积而出现煤层分岔及灰分增高现象 , 多形成低硫煤 。 此外 , 分流河道的废弃 , 也为泥炭沼泽的扩展提供了有利条件 。(四)三角洲沉积体系2016/11/6 813) 下三角洲平原 是河道显著分支 、 分流间湾发育的地带 , 也是海水及潮汐水影响比较显著的地带 。 下三角洲平原沉积由分流河道砂 、 分流河口砂坝砂及在侧向上共生的分流间湾沉积构成 。 其中 , 分流间湾沉积以深灰色至黑色泥岩为主 , 夹有不规则的灰岩及菱铁矿层 。 决口扇沉积可出现于分流间湾沉积内 , 湾的淤浅也能出现泥炭堆积 , 下三角洲平原中泥炭堆积多沿河道近堤岸地带分布 , 平行河道方向煤层连续性略好 。由于煤层顶板多为海相沉积 , 因面硫分含量高 。(四)三角洲沉积体系2016/11/6 824) 在上 、 下三角洲平原之间的过渡带 , 分流间湾沉积物较薄 , 含有半咸水到海相动物化石 , 生物扰动构造发育 , 与下三角洲平原相比 , 天然堤沉积较厚 , 而决口扇沉积发育程度较差 。 过渡带的分流间湾大部分已被沉积物所充填 , 从而为成煤提供了广阔的平缓台地 , 成为分布广 、 厚度大的泥炭层堆积场所 。 煤层总体沿沉积走向伸展 , 由于决口扇及分流河道的冲蚀 , 也可出现无煤带 , 煤的含硫量趋于中等 。(四)三角洲沉积体系2016/11/6 83三角洲分流河道因决口而改道 , 便出
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本文标题:第6章 含煤沉积体系
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