1、第八章含煤沉積體系和相煤田地質(zhì)學(xué)1 含煤巖系及其旋回特征第八章 含煤沉積體系和相第八章 1 含煤巖系及其旋回特征一、含煤巖系及其同義詞 1.含煤巖系：指一套在成因上有共生關(guān)系并含有煤層的沉積巖系。 同義詞有:含煤沉積、含煤地層、含煤建造、煤系等。含煤巖系的簡(jiǎn)稱即“煤系”。第八章 1 含煤巖系及其旋回特征2.屬性特點(diǎn):(1)具有三維空間形態(tài)的沉積實(shí)體，是特指含有煤層的一套沉積巖系，是充填于含煤盆地(含煤盆地與聚煤盆地的區(qū)別）的具有共生關(guān)系的沉積總體。(2)含煤巖系的頂?shù)捉缑娌灰欢ㄊ堑葧r(shí)性界面，即可以是等時(shí)的也可以不等時(shí)的。(3)含煤巖系的形成要求：古構(gòu)造、古氣候、古植物和古地理。第八章 1 含煤

2、巖系及其旋回特征二、煤系及其巖性特征 1.顏色:主要以灰色、灰綠色及黑色的沉積巖組成，含有一定的雜色巖石。主色調(diào):暗色（有機(jī)質(zhì)） 2.巖石類型:各種粒度的砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)巖、碳質(zhì)泥巖、煤、粘土巖、石灰?guī)r，以及少量的礫巖等，有的還含有油頁巖、硅質(zhì)巖、火山碎屑巖等，這些巖石一般交互出現(xiàn)。 第八章 1 含煤巖系及其旋回特征 3.不同地區(qū)巖性差異大:不同時(shí)代、不同地區(qū)的含煤巖系，其巖性組成差異很大，這主要取決于含煤巖系沉積時(shí)的古地理和古構(gòu)造。含煤巖系巖性組合特征 -以粗碎屑巖為主;-以細(xì)碎屑巖為主;一以碎屑巖為主夾多層石灰?guī)r;-以石灰?guī)r為主;-以火山碎屑巖為主（有玄武巖） 第八章 1 含煤巖系及其旋

3、回特征 4.火山作用對(duì)成煤作用的影響:含煤巖系中往往含有厚度不等的火山巖及火山碎屑巖，因?yàn)榛鹕阶饔每蔀槌擅何镔|(zhì)繁衍提供大氣及土質(zhì)條件。 5.含植物化石與各種結(jié)核:含煤巖系中含有大量植物化石，也有的含有較豐富的動(dòng)物化石及各種結(jié)核。如黃鐵礦結(jié)核、菱鐵礦結(jié)核等。 6.旋回結(jié)構(gòu)清楚：含煤巖系一般具有較好的旋回結(jié)構(gòu)。因?yàn)榕璧鼐勖鹤饔镁哂须A段性，煤層一般是在一定的盆地充填階段形成，煤層就是一個(gè)沉積階段的產(chǎn)物。第八章 1 含煤巖系及其旋回特征三、煤系的旋回結(jié)構(gòu) 1.含煤沉積旋回 煤系的旋回結(jié)構(gòu)是煤系的重要特征，它反映了煤系沉積層序中有共生關(guān)系的巖性、巖相等特征有規(guī)律的重復(fù)交替現(xiàn)象。2.旋回的類型 反映煤系旋

4、回結(jié)構(gòu)的巖層特征多種多樣。例如，根據(jù)巖石的粒度特征，稱粒度旋回，依據(jù)巖層的厚度、層理類型，稱為層序旋回，也有的僅依據(jù)巖石類型特征等。綜合運(yùn)用多種巖層特征確定出沉積相，從而反映出的旋回稱為沉積相旋回。第八章 1 含煤巖系及其旋回特征3.煤系旋回的劃分傳統(tǒng)的美國(guó)學(xué)派將旋回底界選定在有沖蝕作用的河道砂巖之下；歐洲學(xué)派將旋回的底界定在煤或根土巖與上覆的海相頁巖或石灰?guī)r之間；三角洲學(xué)派則將旋回底界選定在海相石灰?guī)r和上覆前積頁巖或向上變粗的砂頁巖層序之間不同方法確定旋回界線的比較 1-水道砂巖；2-向上變粗層序；3-含貝殼的頁巖；4-含貝殼的灰?guī)r；5-煤；6-根土巖；P-前積相；A-加積相；T-海侵相第八

5、章 1 含煤巖系及其旋回特征海進(jìn)-海退旋回的劃分 以海退為旋回起點(diǎn)還是以海侵為起點(diǎn)。 對(duì)于煤系旋回的劃分，以海退為起點(diǎn)還以海進(jìn)（侵）為起點(diǎn)劃分旋回，要分析煤層的成因特點(diǎn)與聚煤作用。第八章 1 含煤巖系及其旋回特征4.煤系旋回結(jié)構(gòu)的成因分析 煤系旋回結(jié)構(gòu)形成的原因主要有沉積成因、構(gòu)造成因及氣候變化成因。 沉積作用因素是指在一種沉積體系內(nèi)部，其沉積、搬運(yùn)能量所發(fā)生的周期性變化。 如：河道的曲流遷移作用所引致的周期變化；決口扇沉積中的周期性洪泛變化中；潮汐沉積中，由于漲落潮所引起的周期性變化；水下重力流的周期性變化；沖積扇沉積中間歇性水流、脈沖流等的周期性變化；三角洲沉積中，在進(jìn)積、退積中三角洲朵葉

6、的遷移、擺動(dòng)等周期性變化等。 第八章 1 含煤巖系及其旋回特征 氣候的周期性變化，所形成的旋回結(jié)構(gòu)也是多樣的。 如，冰川作用和冰川消融作用的交替，影響大區(qū)域或全球的海面升降變化，因而造成濱岸沉積的旋回層序。 地殼運(yùn)動(dòng)因素引起的旋回結(jié)構(gòu)往往分布范圍較廣，規(guī)模較大。 與造陸運(yùn)動(dòng)的不同周期升降有關(guān)。水平方向的地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)也可引起沉積作用的周期性變化。 第八章 含煤沉積體系和相2 煤層第八章 2 煤層 一、煤層及其形成 （一）煤層： 1.煤層是一種特殊的沉積巖層：由泥炭層經(jīng)過成煤作用和沉積作用轉(zhuǎn)化而來，為層狀礦床，具有一定的層位和分布空間。第八章 2 煤層 2.泥炭的堆積保存必須具備的條件：植物的大量

7、繁殖-這是泥炭的物質(zhì)來源，沼澤水位的逐步抬升-以避免有機(jī)質(zhì)的氧化分解，碎屑沉積物的貧乏-以保證泥炭質(zhì)量。 只有泥炭層堆積界面的增高和沼澤水面的抬升保持均衡，泥炭層才能不斷增厚。這種均衡狀態(tài)一旦遭到破壞，泥炭的堆積過程就隨之終止。 第八章 2 煤層 （二）煤層的形成 1.煤層形成的條件：必須具備泥炭堆積的條件，同時(shí)又必須具備泥炭層保存的條件。這就是說當(dāng)泥炭層堆積之后，只有在地殼沉降的構(gòu)造背景下，泥炭層才會(huì)被上覆沉積物掩埋而保存下來。第八章 2 煤層 2.植物遺體堆積速率與沼澤水面上升速率的關(guān)系-補(bǔ)償關(guān)系 也可以用泥炭沼澤基底或盆地基底的沉降速率與泥炭堆積速率的關(guān)系論述。 沉降速率堆積速率:欠 沉

8、降速率堆積速率:過 沉降速率堆積速率:均衡-可以形成厚煤層第八章 2 煤層 3.煤層形成不是單一作用，而是復(fù)雜的作用過程： 由于各種地質(zhì)因素的影響，沼澤水面抬升和植物遺體堆積加厚之間的平衡狀態(tài)是有條件的、相對(duì)的和暫時(shí)的。泥炭堆積的整個(gè)過程中，往往是不同補(bǔ)償方式的反復(fù)交替，因而形成不同的煤層形態(tài)和煤層結(jié)構(gòu)。 厚煤層和巨厚煤層形成的地質(zhì)條件是一個(gè)值得研究的重要課題。第八章 2 煤層 二、煤層的結(jié)構(gòu)和頂、底板 （一）煤層的結(jié)構(gòu) 1.煤層結(jié)構(gòu)：煤層中是否含有其他巖性層或結(jié)核層。 （1）簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)：煤層包含煤分層和巖石夾層，不含夾石層者稱為簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)煤層； （2）復(fù)雜結(jié)構(gòu)：含有夾石層者則稱為復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層。

9、2.煤層中的夾石層：煤層中的巖石夾層俗稱夾矸。 粘土巖、炭質(zhì)泥巖或粉砂巖，有時(shí)為石灰?guī)r、硅質(zhì)巖、油頁巖、細(xì)砂巖或礫巖。第八章 2 煤層 （二）煤層頂板、底板 1.概念 在正常地層層序情況下，直接位于煤層之下的巖層，稱為煤層底板；而煤層的直接上覆巖層，稱為煤層頂板。 2.頂板與底板巖性特征 煤層底板以泥巖、粘土巖最為常見，富含植物根莖化石和不規(guī)則滑面，俗稱根土巖。但并非所有煤層之下都有根土巖，可能與異地堆積有關(guān)。 煤層頂板的巖石類型多種多樣，最常見的是泥巖、粉砂巖、砂巖和石灰?guī)r，這主要取決于泥炭沼澤所處的沉積環(huán)境。 第八章 2 煤層 3.煤層與頂板的接觸關(guān)系 （1）明顯接觸：明顯接觸是指煤層與頂

10、板接觸界限分明，界面平整，反映了沉積環(huán)境的迅速變化（如：灰?guī)r）。 （2）過渡接觸：過渡接觸是指頂板和煤層之間夾有薄層炭質(zhì)泥巖、泥巖，或炭質(zhì)泥巖與煤薄層的互層（俗稱偽頂），反映了泥炭沼澤向覆水盆地的逐漸演。 （3）沖蝕接觸：沖蝕接觸通常表現(xiàn)為沖積相砂礫巖對(duì)下伏煤層的沖蝕（如：沖積河道）。 第八章 2 煤層 三、煤層中的結(jié)核、包體和化石 1.煤核：煤層中常常含有各種不同礦物成分的結(jié)核，亦稱煤核。煤核的形態(tài)、大小不一，基質(zhì)成分也各不相同，主要是鈣質(zhì)、黃鐵礦質(zhì)浸入植物（或動(dòng)物）殘?bào)w內(nèi)部而成。 2.化石：煤層中還發(fā)現(xiàn)動(dòng)物化石，例如，我國(guó)山西太原西山煤田太原組、浙江長(zhǎng)興煤田龍?zhí)督M的煤層中都發(fā)現(xiàn)了珊瑚、腕足

11、類和有孔蟲化石，是海水內(nèi)侵泥炭沼澤的證據(jù)。第八章 2 煤層 對(duì)以上三個(gè)問題的思考： 必須考慮煤層形成時(shí)的環(huán)境條件和泥炭堆積的幾個(gè)學(xué)說?？紤]頂板、底板沉積環(huán)境與煤層沉積環(huán)境的連續(xù)解釋。-即原地煤與異地煤的形成問題。第八章 2 煤層 四、煤層厚度、煤層形態(tài)及其控制因素 （一）煤層厚度 1.煤層厚度：厚度是指煤層頂、底板巖層之間的垂直距離。 依據(jù)煤層結(jié)構(gòu)，可將煤層分為總厚度、有益厚度和可采厚度。 煤層總厚度是煤層頂、底板之間各煤分層和夾石層厚度的總和； 有益厚度是指煤層頂、底板之間各煤分層厚度的總和； 可采厚度是指在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下適于開采的煤層厚度（目前，我國(guó)規(guī)定可采厚度為0.7m）。第八章 2

12、 煤層 2.煤層厚度分級(jí) 極薄煤層：0.30.5m； 薄煤層：煤厚0.511.3m； 中厚煤層：煤厚1.313.5m； 厚煤層：煤厚3.68.0m； 巨厚煤層：大于8m者為。 煤層厚度第八章 2 煤層 （二）泥炭沼澤基底不平對(duì)煤層形態(tài)和厚度的影響 1.成因：當(dāng)泥炭沼澤發(fā)育在古侵蝕基準(zhǔn)面上時(shí)，首先在低洼處生長(zhǎng)和堆積了植物質(zhì)形成的泥炭層，且相互隔離； 隨著區(qū)域性沉降或地下水位抬升，隔離的泥炭沼澤逐漸連成一體，泥炭層才在盆地范圍內(nèi)堆積。 第八章 2 煤層 湖北早二疊世梁山組煤體形態(tài) 第八章 2 煤層 2.識(shí)別標(biāo)志： （1）煤層底板或基底巖層界面呈不規(guī)則起伏，而煤層頂板界面比較平整，即“頂平底不平”。

13、 （2）煤層厚度變化急劇而不規(guī)則，且通常位于含煤巖系剖面的底部或下部。第八章 2 煤層 遼寧阜新煤盆地泥炭沼澤 基底不平圖示 (a)-平面圖；(b)、(c)-剖面圖1-泥巖；2-砂巖；3-礫巖；4-巷道；5-煤層底板等高線 （3）基底古地形低洼處煤層增厚，向凸起部位變薄或尖滅。煤層的分層或?qū)永肀幌路讕r層界面所截，上下分層呈超覆關(guān)系。第八章 2 煤層 （三）煤層形態(tài)和厚度變化的沉積控制 1.煤層分岔與尖滅 由于楔形碎屑沉積體的插入，有機(jī)質(zhì)的堆積暫時(shí)被碎屑沉積所代替，碎屑注入一旦停止 植被重新繁殖，泥炭再次沉積，煤層由單一煤層分岔為兩個(gè)或以上煤分層或獨(dú)立的煤層。 煤層分岔可以表現(xiàn)為多種樣式：

14、單一分岔； 多個(gè)分岔； 單方向分岔； 分岔又合并。第八章 2 煤層 透鏡狀連續(xù)分枝之字型煤層分岔類型第八章 2 煤層 下斯托克頓煤層剖面圖1-砂巖，2-煤；3-頁巖第八章 2 煤層 山西組太原組煤煤33上下1灰4煤200m01234567891-灰?guī)r；2-泥質(zhì)及根土巖；3-灰質(zhì)泥巖；4-煤層；5-粉砂巖；6-細(xì)砂巖；7-中砂巖； 8-黃鐵礦、菱鐵礦結(jié)核；9-植物化石 山東騰縣煤田煤層分岔示意圖第八章 2 煤層 （四）煤層形態(tài)和煤厚變化的同沉積構(gòu)造控制 聚煤盆地基底的不均衡沉降，如基底斷塊差異性沉陷、同沉積褶皺和斷裂等，通過對(duì)沉積環(huán)境的控制，能夠?qū)γ簩有螒B(tài)和煤層變化產(chǎn)生深刻的影響。 1基底斷裂系

15、控制的煤層分帶 盆緣一側(cè)常常發(fā)育正斷裂，是控制盆地形成和演化的主干基底斷裂。盆地基底又往往被走向和橫向斷裂所切割，形成基底斷裂網(wǎng)絡(luò)。因此，整個(gè)含煤巖系形成過程中，基底斷塊的不均衡沉降控制了沉積環(huán)境的配置和演變，相應(yīng)地煤層形態(tài)和煤層厚度顯示出沿傾向的分帶性和沿走向的分區(qū)性。 第八章 2 煤層 含煤巖系各煤組由盆緣斷裂內(nèi)側(cè)向盆地中部可大體劃分為以下三個(gè)帶：1）無煤帶位于東南盆緣斷裂內(nèi)側(cè)的邊緣地帶，煤層分支尖滅，被沖積扇礫巖所代替。2）分岔煤層帶位于尖滅煤層帶的內(nèi)側(cè)，煤層向盆緣斷裂方向多次分岔，形成馬尾狀分岔樣式。煤層層數(shù)增多，間距加大，并向扇帶逐漸過渡，單層逐漸變薄，分岔位置在垂向上不完全一致。3

16、）聚結(jié)煤層帶位于盆地中央地帶，煤層密集或合并，單層厚度達(dá)到最大值，而層間距最小。各層段的聚結(jié)煤層帶在垂向上不一定重合，與盆緣沖積扇向盆地推進(jìn)程度有關(guān)。 第八章 2 煤層 阜新新丘區(qū)海州組橫向沉積斷面圖（分為三個(gè)帶）1-煤層；2-泥巖、粉砂巖；3-砂巖；4-礫巖第八章 2 煤層 2盆內(nèi)次級(jí)隆起和拗陷所引起的煤厚變化 聚煤盆地內(nèi)部往往發(fā)育次級(jí)隆起和拗陷（或次級(jí)同沉積褶皺）對(duì)煤層形態(tài)和煤層厚度具有不同程度的控制作用。 由于構(gòu)造分異和沉積補(bǔ)償之間的不同狀態(tài)，煤層的發(fā)育狀況亦多種多樣。第八章 2 煤層 一般情況下，盆地內(nèi)的次級(jí)隆起、同沉積背斜構(gòu)成蓄水盆地內(nèi)的淺水地帶，沼澤持續(xù)發(fā)育，出現(xiàn)厚煤層或聚結(jié)煤層帶

17、，煤層向拗陷部位分岔、尖滅；也可出現(xiàn)相反的情況，即盆地內(nèi)的次級(jí)拗陷部位，湖沼相持續(xù)發(fā)育，而隆起部位沖積相發(fā)育，并存在頻繁的層序間斷。 遼寧田師傅早、中侏羅世煤系第四含煤段巖相厚度圖 1-沖積相；2-沖積及沼澤相；3-沼澤相；4-巖相界線；5-厚線，m；6-厚大于2m；7-厚12m；8-沉積褶皺軸線第八章 2 煤層 3盆內(nèi)同沉積斷裂活動(dòng)引起的煤厚變化 （1）聚煤盆地內(nèi)的同沉積斷裂活動(dòng)可以造成含煤巖系厚度和巖相的顯著變化，導(dǎo)致煤層形態(tài)和厚度的突變。在泥炭堆積最有利的地段，可以形成厚煤帶。 （2）厚煤帶沿?cái)鄬幼呦蜓由欤瑱M越斷層則迅速變薄，分岔或尖滅。 （3）由于斷層的不斷生成，已形成的泥炭層又被切割

18、，兩盤煤層層位、厚度難以對(duì)接。 第八章 2 煤層 德國(guó)下萊茵地區(qū)第三紀(jì)褐煤層的同沉積斷裂 1-黃土；2-粘土；3-階地；4-砂；5-褐煤第八章 2 煤層 （五）煤層的沖蝕和頂凸構(gòu)造 煤層的沖蝕是指泥炭堆積過程中或泥炭層被沉積物覆蓋以后河流等對(duì)煤層的沖刷剝蝕。習(xí)慣上將前者稱為同生沖蝕；將后者稱為后生沖蝕。 1.煤層的同生沖蝕 泥炭沼澤鄰近同期發(fā)育的河道時(shí)，河道及其支流可能注入泥炭沼澤，河流充填物與泥炭層之間表現(xiàn)為沖蝕接觸和逐漸過渡兩種關(guān)系。 第八章 2 煤層 垂直古河床邊緣的沉積剖面圖 1-頁巖；2-粉砂巖；3-砂巖；4-煤層第八章 2 煤層 淮南礦區(qū)B11煤層河流沖蝕 特點(diǎn)：1、河道沉積物：砂

19、巖、粉砂巖；沉積物內(nèi)有煤屑；2、沖蝕范圍較??；3、沖刷帶不易查明；4、在沖刷帶附近，煤質(zhì)明顯變差；灰分增加，煤的光澤變暗；5、煤層與河流沖刷沉積物具有同樣的頂板；第八章 2 煤層 2.河流充填負(fù)載構(gòu)造 泥炭層堆積之后，如果上覆層系為小型河流砂質(zhì)填積體，在荷載作用下，頂板砂質(zhì)物便會(huì)突入未固結(jié)的松軟泥炭層，形成一種負(fù)載構(gòu)造，又稱頂凸構(gòu)造。 伊利諾斯盆地煤層中的頂凸構(gòu)造 第八章 2 煤層 特點(diǎn)：1、沖蝕填積的沉積巖體以河流相砂巖為主，其底部常常含有礫石、泥質(zhì)包體、煤屑和炭化樹干等滯留沉積物，有時(shí)顯示定向排列；四川永榮礦區(qū)河流沖蝕素描圖 1-中粒砂巖；2-細(xì)粒砂巖；3-泥巖包體；4-炭屑；5-粉砂巖；

20、6-炭質(zhì)泥巖；7-泥巖；8-煤層第八章 2 煤層 2、煤的光澤暗淡，后生裂隙發(fā)育，常見方解石、石膏等礦物次生充填，煤的灰分亦相應(yīng)增高；3、煤層遭受河流沖蝕部分，直接頂板為細(xì)礫巖、粗砂巖，切割煤層正常頂板和部分煤層，出現(xiàn)薄煤帶和無煤帶；4、沖刷的規(guī)律性較好，相對(duì)較易查明。 唐山礦5煤層頂板巖相圖 1河流砂礫沉積物相；2湖泊砂質(zhì)沉積物相；3湖泊泥質(zhì)粉砂質(zhì)沉積物相；4煤層不可采帶；5巖相界線；6煤層等厚線,m；7河流流向；8斷層線；9已回采區(qū)邊界第八章 2 煤層 （六）后期構(gòu)造變動(dòng)引起的煤厚變化 后期構(gòu)造變動(dòng)可改變煤層的原始產(chǎn)狀，也可引起煤層形態(tài)和厚度的變化。 特點(diǎn)： 1、有煤被擠入頂、底板裂隙中；

21、 2、在煤層的增厚、減薄帶，煤的原始結(jié)構(gòu)被破壞； 3、煤中灰分增高； 4、煤層的增厚、減薄在平面上有一定的方向性，厚薄相間出現(xiàn)； 5、擠壓強(qiáng)烈之處，成串珠狀、藕節(jié)狀； 第八章 2 煤層 褶皺作用引起的煤厚變化，一般在褶曲的軸部增厚，而在翼部減薄或尖滅。煤層由于產(chǎn)生塑性流動(dòng)，原生結(jié)構(gòu)和構(gòu)造遭到破壞，形成構(gòu)造煤。 較大規(guī)模的褶皺引起的煤層加厚和減薄帶在平面上沿褶曲軸方向延伸，煤層加厚和減薄帶相伴出現(xiàn)，與主壓應(yīng)力方向垂直。 福建天湖山礦褶皺作用引起的煤厚變化 1加厚帶；2變薄帶；3煤層；4背斜軸；5倒轉(zhuǎn)產(chǎn)狀；6巷道第八章 2 煤層 伴隨縱彎褶皺作用而產(chǎn)生的層間滑動(dòng)可以派生層間牽引褶皺，規(guī)模雖小，但常

22、成組出現(xiàn)，造成煤層頂?shù)装宀钇鸱姑簩泳植繅罕』蛟龊?，煤層呈串珠狀或斷續(xù)透鏡體。 湖南永耒礦區(qū)溜煤上山剖面圖 第八章 2 煤層 （七）巖漿侵入對(duì)煤層的影響 我國(guó)東部中、新生代巖漿活動(dòng)十分強(qiáng)烈，巖漿侵入煤系和煤層是十分常見的地質(zhì)現(xiàn)象。 特點(diǎn)： 1、巖漿侵入煤層，使煤層形態(tài)和煤層厚度、煤層結(jié)構(gòu)、煤質(zhì)都發(fā)生變化，有時(shí)煤層變?yōu)樘烊唤够虮煌淌常瑥亩鴨适ЧI(yè)價(jià)值； 2、順層侵入的不規(guī)則巖體形態(tài)、厚度和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生極不規(guī)則，煤層、天然焦、火成巖體和圍巖俘虜體混雜在一起，嚴(yán)重影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。 第八章 2 煤層 山東坊子礦閃長(zhǎng)玢巖侵入煤層素描圖 1閃長(zhǎng)玢巖; 2天然焦; 3煤層; 4炭質(zhì)泥巖; 5細(xì)砂巖; 6

23、泥巖; 7烘烤泥巖第八章 2 煤層 （八）巖溶作用形成的無煤陷落柱 含煤地層下伏巖系如果為可溶性巖石，如石灰?guī)r、白云巖、石膏層等，在地下水的溶蝕作用下可以形成巖溶洞穴，隨著洞穴規(guī)模的擴(kuò)大，在上覆巖系的重力荷載下，煤層及其圍巖逐漸跨落，可形成環(huán)形柱狀陷落。山西陽泉礦陷落柱素描圖 第八章 2 煤層 小節(jié)： 煤層厚度和煤層形態(tài)的變化，往往是多種地質(zhì)因素聯(lián)合、疊加的結(jié)果。在研究煤厚變化和煤層形態(tài)時(shí)，要善于分析各種地質(zhì)因素的表現(xiàn)形式和對(duì)煤層的影響程度、范圍的特征，追索各種地質(zhì)因素的內(nèi)在聯(lián)系，并從中找出主導(dǎo)因素，以指導(dǎo)地質(zhì)勘探和生產(chǎn)實(shí)踐。3 含煤沉積體系及成煤特征第八章 含煤沉積體系和相第八章 3 含煤沉

24、積體系及成煤特征 一、沖積扇的概念 1.沉積特征 沖積扇是從山地峽谷向開闊平原轉(zhuǎn)變地帶上的一種河流沖積沉積體。 “沖積扇是一種河流沉積體，它的表面相似于一段錐形面，從河流離開山區(qū)處向下坡輻射開”。第八章 3 含煤沉積體系及成煤特征 美國(guó)第三紀(jì)瓦薩茨組金茲勃瑞與蒙克利夫段（垂向、側(cè)向及平面）相模式圖 (a)平面圖；(b)剖面圖第八章 3 含煤沉積體系及成煤特征 控制因素: 沖積扇的出現(xiàn)、分布特征，以及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)都受許多因素控制，其中構(gòu)造條件的控制最直接明顯。沖積扇大量分布在構(gòu)造活動(dòng)地區(qū)，如各種斷陷盆地、拉分盆地的邊緣，我國(guó)東北中生代煤系及東北與西南地區(qū)的新生代煤系中都有沖積扇體系。第八章 3 含

25、煤沉積體系及成煤特征 類型: 1、旱地扇：氣候條件對(duì)沉積扇的形成和發(fā)育也有影響。現(xiàn)代的沖積扇大多見于干旱氣候帶，這種類型的扇體稱為旱地扇。 2、濕地扇：在潮濕氣候帶也有許多沖積扇形成和發(fā)育，稱為濕地扇，成煤的沖積扇體系都屬于這種類型。 3、扇三角洲 沖積扇常在下坡前緣與主干河道或?qū)掗煹臎_積平原銜接，因而沖積扇體系常與河流體系共存。有時(shí)沖積扇直接與大陸上的湖泊水體或海水接壤，這種沖積扇稱為扇三角洲。第八章 3 含煤沉積體系及成煤特征 2.沖積扇沉積體系的成煤特征 在含煤沖積扇沉積體系中，煤的聚集往往集中于特定的部位，這主要決定于控制泥炭沼澤形成和發(fā)育的自然地理?xiàng)l件。在沖積扇體系分布的范圍內(nèi)，有利

26、于成煤的部位主要有扇間洼地、中扇朵葉體間洼地、扇尾地帶和扇前緣外側(cè)與河、湖、海環(huán)境的過渡地帶 。 第八章 3 含煤沉積體系及成煤特征 沖積扇沉積體系有利成煤部位示意圖 1-扇間洼地；2-中扇朵體間洼地；3-扇尾地帶；4、5-扇前緣外側(cè)與河湖海的過渡地帶第八章 3 含煤沉積體系及成煤特征 扇間洼地：地勢(shì)低洼，碎屑物供應(yīng)較少，并易于匯水，因而往往形成有利于成煤泥炭沼澤持續(xù)發(fā)育，可形成較厚煤層，但是連續(xù)性較差。 扇中朵葉體間：扇葉是不斷遷移的，在原來廢棄的扇朵葉體上，可以出現(xiàn)不甚持久的成煤條件，形成薄煤層；扇葉的形態(tài)控制煤層的分布，最厚的煤層都位于扇朵葉體之間。 第八章 3 含煤沉積體系及成煤特征

27、瑪麗亞煤與下伏拉沃茲砂等厚圖圖中箭頭表示古流向(a)拉沃茲砂等厚圖，單位m；(b)瑪麗亞煤等厚圖，單位m第八章 3 含煤沉積體系及成煤特征 遠(yuǎn)端扇的扇尾地帶：河道沉積邊側(cè)的洪泛沉積上，可在洪水的間隔期形成薄煤層。 扇尾地帶的外側(cè)：與其它沉積體系相接觸的過渡地帶，是最有利的成煤場(chǎng)所。 我國(guó)東北晚中生代斷陷盆地聚煤模式中有在上述條件下成煤。第八章 3 含煤沉積體系及成煤特征 二、河流沉積體系 1.沉積特征 河流作用一方面作為一種建造性的地質(zhì)營(yíng)力，為煤的聚集創(chuàng)造著成煤的場(chǎng)所和條件；另一方面作為一種改造性的地質(zhì)營(yíng)力，侵蝕和破壞著泥炭層或煤層。 河道的幾何形態(tài)反映了河流多種參數(shù)的變化，如河流的坡降、橫截

28、面特征、流量、沉積負(fù)載的特征及流速等。 第八章 3 含煤沉積體系及成煤特征 類型: 通常依據(jù)河道的平面形態(tài)，將河流分為順直河、辮狀河、曲流河、網(wǎng)結(jié)河。 順直河：一般少見，僅出現(xiàn)于某些河流的局部河段。 辮狀河：坡降大，河身不固定，遷移甚快，多呈交叉狀，其主要特征是河床內(nèi)河心灘極發(fā)育，河道較直且彎度低，大多出現(xiàn)于山麓地帶及三角洲平原上。 第八章 3 含煤沉積體系及成煤特征 曲流河：河床坡降較小，河身較穩(wěn)定；由于側(cè)向遷移作用，河流彎曲度大，易出現(xiàn)截彎取直的襲奪現(xiàn)象，形成牛軛湖、廢棄河道，其最主要的特征是邊灘發(fā)育，沉積物搬運(yùn)量較為穩(wěn)定，大多出現(xiàn)于河系的中下游地帶。 網(wǎng)結(jié)河：河道交織呈網(wǎng)狀，分支河道之間

29、為濕地和植被極為發(fā)育的地帶，河道位置穩(wěn)定，不易遷移；河道形態(tài)較為復(fù)雜，從高彎度至彎度極低的順直河段，河道坡度低。第八章 3 含煤沉積體系及成煤特征 2.河流沉積體系的成煤特征 無論是河流沉積體系充填的山間沖積平原，還是大型陸表海周邊充填的開闊沖積平原都是成煤的重要場(chǎng)所。沖積平原形成中，主要為曲流河沉積體系。曲流河沉積體系的成煤模式是建立較早的模式之一。 曲流河沖積平原上，以岸后沼澤和廢棄河道充填沼澤是最有利的成煤場(chǎng)所。 第八章 3 含煤沉積體系及成煤特征 岸后沼澤環(huán)境有利于形成厚煤層，主要是由于反復(fù)出現(xiàn)洪泛和由此而產(chǎn)生的天然堤的垂向增高，對(duì)洪泛盆地和岸后泥炭沼澤起著障壁作用，因此在堤的外側(cè)直至

30、洪泛盆地內(nèi)部就成為成煤的最重要場(chǎng)所。 不利：但由于洪泛加劇等原因而造成的決口扇沉積，還會(huì)侵入到這種成煤地帶，從而干擾或破壞已形成的泥炭堆積。 第八章 3 含煤沉積體系及成煤特征 河道邊緣地帶的沼澤化，按照與地下水位的關(guān)系可分為泄水好的沼澤及泄水差的沼澤，它們往往沿河道外側(cè)成帶分布。 泄水好的沼澤位于洪泛盆地近河道的邊側(cè)，地勢(shì)略高。當(dāng)河水上漲，地下水位抬高時(shí)，就被水侵漫；當(dāng)枯水期水位下降時(shí)，地下水位也隨之下降，侵漫的水易于排泄出去。這種通暢的泄水條件使得沼澤內(nèi)的氧化分解作用增強(qiáng)，因而對(duì)成煤不利。第八章 3 含煤沉積體系及成煤特征 河道邊緣沼澤地分帶圖 泄水條件差的沼澤位于洪泛盆地的低洼處，多位于

31、遠(yuǎn)離河道的低洼地帶。由于不易受決口扇的影響，停滯水占據(jù)優(yōu)勢(shì)，這就易于出現(xiàn)長(zhǎng)期為水浸漫的泥炭沼澤。在適宜的條件下，有的泄水條件差的沼澤地帶可擴(kuò)展到整個(gè)洪泛盆地。 第八章 3 含煤沉積體系及成煤特征 Flores（1983）曾研究美國(guó)西部第三紀(jì)波德河（Powder river）盆地湯河段的沉積環(huán)境，認(rèn)為曲流河沖積平原中岸后沼澤內(nèi)厚煤層形成的條件是：首先河道的填積長(zhǎng)期限于一些固定的地帶；其次岸后洪泛盆地的沉積物多為細(xì)碎屑，因而在成巖的差異壓實(shí)作用下，能保持長(zhǎng)時(shí)間的不斷沉降。 第八章 3 含煤沉積體系及成煤特征 美國(guó)波德河盆地曲流河道砂體與沃爾煤層厚度變化平面和剖面圖 實(shí)線代表河道復(fù)合砂體等厚線，單位

32、英尺；虛線代表煤層等厚線，單位英尺；玫瑰圖中表示交錯(cuò)層方位，N觀測(cè)數(shù)第八章 3 含煤沉積體系及成煤特征 阜新盆地海州組中間層段的網(wǎng)結(jié)河沉積體系古環(huán)境圖 1-淺湖；2-濕地；3-扇三角洲，4-沖積；5-河道；6-辮狀河 網(wǎng)結(jié)河形成的主要控制因素是沉積盆地的沉降作用，Smith等認(rèn)為其聚煤條件優(yōu)于曲流河。 第八章 3 含煤沉積體系及成煤特征 布萊克煤層形成前后沉積環(huán)境示意圖 垂直線條表示受到?jīng)_刷的泥炭，其上覆蓋著草本和木本的植被，辮狀河流展示了水流方向（箭頭） 在網(wǎng)結(jié)河道間或網(wǎng)結(jié)河與扇前辮狀水系之間，會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)期發(fā)育的沼澤或泥炭沼澤，可形成巨厚的煤層。第八章 3 含煤沉積體系及成煤特征 三、湖泊沉積

33、體系 1.沉積特征 湖泊沉積體系主要是以淡水湖泊為主，多為陸源碎屑充填的濱?；騼?nèi)陸湖泊。 湖泊體系：一些大型的內(nèi)陸湖泊或各類斷陷盆地內(nèi)的湖泊，都往往形成獨(dú)立的沉積體系。 第八章 3 含煤沉積體系及成煤特征 特點(diǎn)：湖泊與其它水體不同之處主要在于它是一種閉合的水盆地，周圍的陸源碎屑物質(zhì)大部分都將搬運(yùn)到盆地中，因此湖泊的碎屑沉積速度比海盆要快，湖水波浪的影響范圍要??；此外，湖泊對(duì)氣候因素的影響反應(yīng)較快，易于使湖水的水溫和成分發(fā)生變化，最終影響湖面的變化。 第八章 3 含煤沉積體系及成煤特征 湖泊三角洲：湖泊沉積體系中，有時(shí)也具有其它沉積體系中的類似沉積環(huán)境。由于這些伴生的環(huán)境與湖泊的沉積作用有成因關(guān)

34、系，所以也常帶有自己的特征，如湖泊三角洲環(huán)境、湖濱岸環(huán)境等。第八章 3 含煤沉積體系及成煤特征 湖泊沉積速率快，在其演化中，都以逐漸填積淤淺、退縮、填滿而告終。因此，湖泊沉積體系的垂向?qū)有蚨际亲圆ɑ嬉韵碌募?xì)粒沉積開始，向上漸變?yōu)闇\湖、濱岸、三角洲和河流等較粗粒沉積。有湖泊三角洲發(fā)育的地區(qū)，其底積、前積和頂積層層序明顯，無三角洲沉積的湖泊層序，自下而上依次為深湖沉積、淺湖沉積及濱岸沉積。第八章 3 含煤沉積體系及成煤特征 2.湖泊沉積體系的成煤特征 湖泊沉積體系與成煤作用的形成和發(fā)育具有非常密切的關(guān)系。通常，湖泊沉積體系中湖泊三角洲地帶和濱湖地帶都是成煤的良好場(chǎng)所。 盆地中泥炭的聚積主要與淺湖

35、三角洲及濱湖洼地有關(guān)，最有利的成煤部位位于扇前淺水湖盆環(huán)境，煤層厚度大，分布面積廣，穩(wěn)定性好。 第八章 3 含煤沉積體系及成煤特征 扇前和扇間淺水湖盆聚煤模式圖 第八章 3 含煤沉積體系及成煤特征 四、三角洲沉積體系 1.沉積特征 一般認(rèn)為由于河流作用沉積在水體（海、湖）中的陸上和水下連續(xù)的沉積體，稱為三角洲。通常是將河流入海的許多分道中，第一個(gè)分支以下的河流沉積地帶，稱為三角洲。第八章 3 含煤沉積體系及成煤特征 類型： Fisher的分類（1969） 依據(jù)：海洋能量（波浪、潮汐和沿岸流）的類型和大小與沉積物注入量的相互消長(zhǎng)關(guān)系 1高建設(shè)型三角洲：河流作用不斷地向海盆輸送沉積物，不斷地向海盆

36、推進(jìn)，建設(shè)為主。 （1）朵狀；（2）鳥足狀 2高破壞型三角洲：海洋作用主要破壞、改造和再分配河流帶來的沉積物。 （1）浪控三角洲；（2）潮控三角洲第八章 3 含煤沉積體系及成煤特征 依據(jù)：沉積物的沉積速度和構(gòu)造下沉速度的關(guān)系 （1）淺水三角洲 （2）深水三角洲 第八章 3 含煤沉積體系及成煤特征 三角洲的沉積作用是一種動(dòng)態(tài)的變化過程。在三角洲的建設(shè)中，一方面河流攜帶泥沙入海，使河口不斷分叉、延伸，海岸線向海推進(jìn)；另一方面，由于決口扇的發(fā)展，又使三角洲平原區(qū)域性地?cái)U(kuò)展，但分流河道向海推進(jìn)過程不是無限制地發(fā)展，當(dāng)河道延伸到一定長(zhǎng)度后，其縱向比降減低到一定臨界條件，河道末端就會(huì)出現(xiàn)改道，尋找新的入海

37、口，被廢棄的河口由于沉積物源的終斷或減少而出現(xiàn)了三角洲的破壞時(shí)期。 第八章 3 含煤沉積體系及成煤特征 2.三角洲沉積體系的成煤特征 在各種類型三角洲沉積體系中，以河流作用為主的三角洲體系往往為成煤提供了更有利的條件。在不斷推進(jìn)的三角洲平原及三角洲前緣濱岸地帶，都是泥炭沼澤發(fā)育的良好場(chǎng)所。三角洲朵葉廢棄之后，低平的地勢(shì)也成為良好的成煤場(chǎng)所。 第八章 3 含煤沉積體系及成煤特征 Ferm(1974)，Donaldson(1974，1979)等，根據(jù)現(xiàn)代及古代成煤三角洲環(huán)境的研究，進(jìn)一步將河成三角洲平原劃分為上三角洲平原、下三角洲平原及其過渡帶。 河流三角洲及洪泛盆地灣體系的沉積環(huán)境 1河道砂、天

38、然堤砂、決口扇砂、海侵沙島、沙壩、沙嘴、沙灘；2泥炭堆積；3海水灣及湖泊第八章 3 含煤沉積體系及成煤特征 （一）上三角洲平原成煤特點(diǎn) 1、沉積特點(diǎn) 向河系的上源方向過渡為沖積和洪泛平原。以呈線帶狀伸展的透鏡狀砂體占優(yōu)勢(shì)，砂巖成分較復(fù)雜，粒度向上變細(xì)，有沖蝕界面，具明顯的交錯(cuò)層。因此，本帶顯示了高能量河流作用特征，河道側(cè)向遷移，明顯多形成較寬的砂巖條帶。與其共生的可以有煤層、根土巖、泥巖、粉砂巖等天然堤、岸后沼澤、洪泛盆地及淡水灰?guī)r等湖泊沉積。 第八章 3 含煤沉積體系及成煤特征 2、成煤特點(diǎn) （1）泥炭堆積的范圍不甚廣泛，但環(huán)境較為穩(wěn)定，以淡水環(huán)境為主，因而往往有利于森林泥炭沼澤的形成與發(fā)育

39、； （2）可以形成較厚的煤層、煤層在河道間低洼處厚，短距離內(nèi)變薄，沿沉積傾向(即平行河道方向)煤層連續(xù)性好； （3）由于決口扇沉積而出現(xiàn)煤層分岔； （4）灰分高、低硫； （5）若分流河道的廢棄，則泥炭沼澤的擴(kuò)展，有利成煤。 第八章 3 含煤沉積體系及成煤特征 （二）下三角洲平原成煤特點(diǎn) 1、沉積特點(diǎn) 河道顯著分支、分流間灣發(fā)育，海水及潮汐水影響顯著。其沉積由分流河道砂、分流河口沙壩砂及在側(cè)向上共生的分流間灣沉積構(gòu)成。 分流間灣沉積以深灰色至黑色泥巖為主，夾有不規(guī)則的灰?guī)r及菱鐵礦層。 決口扇沉積分流間灣的淤淺出現(xiàn)泥炭堆積。第八章 3 含煤沉積體系及成煤特征 2、聚煤特點(diǎn)： 泥炭堆積多沿河道近堤岸

40、地帶分布，平行河道方向煤層連續(xù)性略好。 由于煤層頂板多為海相沉積，因而硫分含量高。 成煤條件從狹窄的近堤岸地帶逐漸向分流間灣環(huán)境擴(kuò)展。 淤淺的決口扇表面植被的發(fā)育再次出現(xiàn)溢岸洪泛沉積和決口扇沉積淤淺，形成下三角洲平原中所特有的前灣充填含煤層序。第八章 3 含煤沉積體系及成煤特征 （三）上、下三角洲平原之間的過渡帶成煤特點(diǎn) 1、沉積特點(diǎn)： 分流間灣沉積物較薄，含有半咸水到海相動(dòng)物化石； 天然堤沉積較厚，而決口扇沉積發(fā)育程度較差。 2、聚煤機(jī)制： 過渡帶的分流間灣大部分已被沉積物所充填，從而為成煤提供了廣闊的平緩臺(tái)地，成為分布廣、厚度大的泥炭層堆積場(chǎng)所。第八章 3 含煤沉積體系及成煤特征 3、聚煤特點(diǎn)： 煤層總體沿沉積走向伸展； 由于決口扇及分流河道的沖蝕，也可出現(xiàn)無煤帶； 煤的含硫量趨于中等。第八章 3 含煤沉積體系及成煤特征 表明泥炭聚集位置的三角洲沉積的發(fā)展(a)初始進(jìn)積；(b)進(jìn)一步進(jìn)積而擴(kuò)展；(c)分流河道及海侵；(d)旋回重現(xiàn)第八章 3 含煤沉積體系及成煤特征 五、濱岸帶沉積體系 濱岸帶一般指濱海平原的外緣一直到海水浪基面以上