2025年煤炭地質(zhì)學(xué)試題及答案一、名詞解釋（每小題4分，共20分）1.腐殖煤：由高等植物經(jīng)腐殖化作用形成的煤類，以富含木質(zhì)素、纖維素等物質(zhì)為特征，顯微鏡下可見明顯的植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)殘跡，主要包括泥炭、褐煤、煙煤和無煙煤，是自然界分布最廣、經(jīng)濟(jì)價(jià)值最高的煤種。2.鏡質(zhì)組反射率：在顯微鏡油浸物鏡下，鏡質(zhì)組表面反射光強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度的比值（以百分比表示），是表征煤化程度的核心參數(shù)，隨煤化作用增強(qiáng)呈規(guī)律性遞增，可用于精確劃分煤階。3.煤化作用躍變：煤化作用過程中，因物理化學(xué)條件突變（如溫度、壓力驟升）導(dǎo)致煤的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)及工藝性質(zhì)發(fā)生階段性顯著變化的現(xiàn)象，典型表現(xiàn)為碳含量、揮發(fā)分、發(fā)熱量等指標(biāo)在特定煤階（如長(zhǎng)焰煤-氣煤、肥煤-焦煤）出現(xiàn)突變。4.聚煤坳陷：受區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制，長(zhǎng)期下沉且沉積速率與沉降速率基本平衡，具備持續(xù)聚煤條件的沉積坳陷，其內(nèi)部可發(fā)育多套煤層，是重要的煤炭資源賦存單元，如華北晚古生代聚煤坳陷。5.煤相：反映成煤原始植物群落類型、沉積環(huán)境及泥炭堆積條件的綜合特征，通過煤巖組分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、地球化學(xué)指標(biāo)（如顯微組分含量、灰分、硫分、穩(wěn)定碳同位素）等參數(shù)表征，常見類型包括森林沼澤相、蘆葦沼澤相、開闊水體沼澤相等。二、簡(jiǎn)答題（每小題8分，共40分）1.簡(jiǎn)述成煤作用的階段劃分及各階段主要特征。成煤作用分為泥炭化作用和煤化作用兩大階段：（1）泥炭化作用階段（生物地球化學(xué)階段）：發(fā)生于地表或近地表的沼澤環(huán)境，高等植物死亡后，在微生物（細(xì)菌、真菌）參與下，通過氧化分解、水解及生物合成作用，轉(zhuǎn)化為泥炭的過程。特征為：①植物遺體中不穩(wěn)定組分（如纖維素、蛋白質(zhì)）分解為CO?、H?O及腐殖酸；②穩(wěn)定組分（如木質(zhì)素、角質(zhì)層）經(jīng)縮合形成腐殖質(zhì)；③最終產(chǎn)物為泥炭，富含腐殖酸（>10%），含水量高（50%-90%），結(jié)構(gòu)疏松，保留植物殘?bào)w形態(tài)。（2）煤化作用階段（物理化學(xué)階段）：泥炭被上覆沉積物覆蓋后，在溫度、壓力持續(xù)作用下，經(jīng)壓實(shí)、脫水、脫官能團(tuán)及芳香結(jié)構(gòu)縮聚，逐步轉(zhuǎn)化為褐煤、煙煤、無煙煤的過程。可細(xì)分為：①成巖作用階段（褐煤階段）：溫度<50℃，壓力為主導(dǎo)因素，泥炭脫水、壓實(shí)，腐殖酸含量降低，碳含量升至60%-70%；②變質(zhì)作用階段（煙煤-無煙煤階段）：溫度50-300℃，熱演化占主導(dǎo)，煤中含氧官能團(tuán)（-OH、-COOH）脫除，芳香結(jié)構(gòu)增大，揮發(fā)分降低，鏡質(zhì)組反射率（Ro）從0.5%增至4.0%以上。2.簡(jiǎn)述鏡質(zhì)組的光學(xué)特征及其在煤巖學(xué)中的主要應(yīng)用。鏡質(zhì)組的光學(xué)特征：①在透射光下呈橙紅色至棕黑色，隨煤化程度升高顏色加深；②在反射光（油浸）下呈灰色至白色，反射率（Ro）隨煤化程度單調(diào)遞增（褐煤Ro<0.5%，無煙煤Ro>2.5%）；③無熒光性（低煤階鏡質(zhì)組可能具弱熒光）。應(yīng)用：①煤階劃分：Ro是國(guó)際通用的煤階指標(biāo)（如中國(guó)煤炭分類中，氣煤Ro=0.5%-0.8%，焦煤Ro=1.3%-1.9%）；②熱演化史研究：通過Ro反演煤層經(jīng)歷的最高古地溫，恢復(fù)盆地構(gòu)造-熱事件；③工藝性質(zhì)預(yù)測(cè)：Ro與煤的粘結(jié)性、結(jié)焦性密切相關(guān)（如焦煤Ro=1.3%-1.9%時(shí)粘結(jié)性最佳）；④煤巖配煤：鏡質(zhì)組含量及反射率分布是配煤的關(guān)鍵參數(shù)，可優(yōu)化焦炭質(zhì)量。3.煤中硫的賦存形態(tài)有哪些？簡(jiǎn)述其對(duì)環(huán)境及利用的影響。煤中硫分為無機(jī)硫和有機(jī)硫兩大類：（1）無機(jī)硫：①黃鐵礦硫（FeS?）：以細(xì)粒結(jié)核、浸染狀分布于煤中，占無機(jī)硫的80%-90%，易在洗選中脫除；②硫酸鹽硫（如CaSO?·2H?O）：含量低（<1%），多存在于頂?shù)装迥鄮r中；③元素硫（S）：極少量，常見于高硫煤氧化帶。（2）有機(jī)硫：與煤中有機(jī)質(zhì)共價(jià)結(jié)合（如硫醇、硫醚、噻吩類），分布均勻，難以通過物理洗選脫除，占全硫的20%-50%（高硫煤中可達(dá)70%以上）。影響：①環(huán)境：燃燒時(shí)生成SO?、SO?，導(dǎo)致酸雨（pH<5.6）及大氣污染；②利用：硫腐蝕鍋爐、管道，降低焦炭強(qiáng)度（硫>0.7%時(shí)焦炭質(zhì)量顯著下降）；③洗選：黃鐵礦硫可通過重選或磁選脫除（脫硫率30%-50%），但有機(jī)硫需通過化學(xué)或生物脫硫（成本高）。4.簡(jiǎn)述聚煤盆地的主要類型及其沉積環(huán)境特征。聚煤盆地按成因分為構(gòu)造盆地和非構(gòu)造盆地，以構(gòu)造盆地為主：（1）克拉通內(nèi)坳陷盆地：發(fā)育于穩(wěn)定克拉通內(nèi)部，構(gòu)造活動(dòng)弱，沉降緩慢且均勻，沉積范圍廣（如華北晚古生代盆地）。沉積環(huán)境以海陸交互相為主（障壁島-瀉湖-潮坪-沼澤體系），煤層分布廣、厚度穩(wěn)定（單層厚2-8m），橫向可對(duì)比性強(qiáng)。（2）斷陷盆地：受正斷層控制，呈箕狀或地塹式，沉降速率快且差異大（如東北中生代斷陷盆地）。沉積環(huán)境以陸相為主（沖積扇-河流-湖泊-沼澤體系），煤層多發(fā)育于盆地緩坡（如阜新盆地海州組），厚度變化大（局部可達(dá)50m以上），橫向相變快。（3）前陸盆地：位于造山帶前緣，受擠壓作用形成，沉降中心向造山帶遷移（如天山北麓侏羅紀(jì)盆地）。沉積環(huán)境為沖積扇-辮狀河-曲流河-沼澤體系，煤層多分布于前陸斜坡帶，厚度中等（3-15m），受構(gòu)造活動(dòng)影響，局部發(fā)育厚煤層。（4）火山-沉積盆地：與火山活動(dòng)伴生（如東南沿海晚中生代盆地），沉積環(huán)境復(fù)雜（火山碎屑流-湖泊-沼澤交替），煤層?。?lt;3m）、灰分高（>30%），常夾火山灰層。5.簡(jiǎn)述煤層對(duì)比的主要方法及其適用條件。煤層對(duì)比是確定不同鉆孔/剖面中煤層對(duì)應(yīng)關(guān)系的關(guān)鍵技術(shù)，主要方法：（1）標(biāo)志層法：利用煤層頂?shù)装寤驅(qū)娱g穩(wěn)定分布的特殊巖層（如火山灰層、鋁土巖、菱鐵礦層）作為對(duì)比標(biāo)志。適用條件：標(biāo)志層巖性獨(dú)特（如K1灰?guī)r為華北太原組關(guān)鍵標(biāo)志層）、分布范圍廣、厚度穩(wěn)定。（2）層間距法：統(tǒng)計(jì)相鄰煤層間的垂直距離（層間距）及變化規(guī)律進(jìn)行對(duì)比。適用條件：煤層群發(fā)育區(qū)（如山西組3號(hào)煤與太原組15號(hào)煤間距穩(wěn)定在50-80m），且構(gòu)造簡(jiǎn)單（無斷層或褶皺破壞層序）。（3）巖性組合法：根據(jù)煤層上下圍巖的巖性、顏色、結(jié)構(gòu)（如砂泥比、沉積構(gòu)造）組合特征對(duì)比。適用條件：沉積環(huán)境穩(wěn)定的盆地（如克拉通內(nèi)坳陷），巖性組合橫向變化?。ㄈ缑簩禹敯鍨樯罨疑鄮r夾菱鐵礦結(jié)核）。（4）煤巖煤質(zhì)法：利用煤層的宏觀煤巖類型（如光亮煤、半亮煤）、顯微組分（鏡質(zhì)組含量>70%）、工業(yè)分析（如灰分Ad=8%-12%、揮發(fā)分Vdaf=25%-30%）等參數(shù)對(duì)比。適用條件：煤層橫向變化?。ㄈ缤痪勖浩谛纬傻闹鞑擅簩樱?，煤質(zhì)參數(shù)穩(wěn)定。（5）地球物理測(cè)井法：通過自然伽馬（GR）、電阻率（RT）、密度（DEN）等測(cè)井曲線形態(tài)及數(shù)值對(duì)比。適用條件：測(cè)井資料齊全的礦區(qū)（如GR曲線在煤層中呈低幅值，RT呈高幅值），曲線特征具唯一性（如3號(hào)煤RT=1000-2000Ω·m，區(qū)別于15號(hào)煤RT=500-800Ω·m）。三、論述題（每小題15分，共30分）1.論述聚煤盆地的形成機(jī)制及其對(duì)煤層發(fā)育的控制作用。聚煤盆地的形成是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、古氣候、古植物、沉積環(huán)境協(xié)同作用的結(jié)果，其機(jī)制及對(duì)煤層發(fā)育的控制如下：（1）構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制盆地沉降與可容空間：①盆地沉降速率（S）與泥炭堆積速率（R）的平衡是煤層持續(xù)發(fā)育的關(guān)鍵。當(dāng)S≈R時(shí)，可容空間穩(wěn)定，泥炭持續(xù)堆積形成厚煤層（如華北晚古生代盆地，沉降速率0.1-0.3mm/a，泥炭堆積速率0.2-0.4mm/a）；若S<R（快速沉降），則泥炭被水淹沒，形成碳質(zhì)泥巖；若S<R（緩慢沉降），則泥炭暴露氧化，形成薄煤層或煤線。②構(gòu)造活動(dòng)的階段性控制煤層群的旋回性：如華北石炭-二疊系含煤巖系由多個(gè)海侵-海退旋回組成，每個(gè)旋回頂部發(fā)育煤層（如太原組一灰頂板煤層、山西組大占煤層）。（2）古氣候控制成煤植物的生產(chǎn)力與分解條件：①溫暖濕潤(rùn)的氣候（年均溫15-25℃，年降水量800-1500mm）利于高等植物（蕨類、裸子植物）繁盛，為成煤提供物質(zhì)基礎(chǔ)（如晚古生代全球石炭紀(jì)大冰期后，氣候轉(zhuǎn)暖濕，形成巨厚煤層）。②潮濕環(huán)境抑制微生物活動(dòng)，減少有機(jī)質(zhì)分解（如熱帶-亞熱帶沼澤中，泥炭保存率可達(dá)5%-10%，遠(yuǎn)高于干旱區(qū)的1%-2%）。（3）古地理控制沉積體系與沼澤類型：①海陸交互相環(huán)境（如潮坪-瀉湖-障壁島體系）：潮汐作用弱、覆水穩(wěn)定，發(fā)育低位沼澤（如華北太原組煤層），煤層厚（3-8m）、硫分高（2%-5%）（受海水影響）。②陸相環(huán)境（如河流-湖泊-三角洲體系）：三角洲平原分流間灣沼澤（如鄂爾多斯侏羅紀(jì)盆地），覆水較淺，發(fā)育高位沼澤，煤層厚（5-20m）、硫分低（<1%）。③構(gòu)造坡折帶控制厚煤層分布：如斷陷盆地緩坡帶（阜新盆地海州組），地形平緩、匯水條件好，泥炭堆積范圍廣，形成巨厚煤層（最大厚度120m）。（4）巖漿活動(dòng)與熱事件影響煤變質(zhì)：盆地后期的巖漿侵入（如華北南部燕山期巖漿巖）可導(dǎo)致接觸變質(zhì)，形成天然焦（如徐州賈汪礦區(qū)）；區(qū)域熱流異常（如華南晚二疊世盆地）可加速煤化作用，使煤層Ro異常增高（如貴州六盤水礦區(qū)，Ro=2.0%-4.0%）。2.論述煤變質(zhì)作用的主要類型及其變質(zhì)特征。煤變質(zhì)作用是煤在溫度、壓力、時(shí)間等因素作用下，化學(xué)結(jié)構(gòu)與工藝性質(zhì)變化的過程，主要類型及特征如下：（1）深成變質(zhì)作用（區(qū)域變質(zhì)作用）：由上覆巖層靜壓力及地?zé)嵩鰷匾穑亲钇毡榈淖冑|(zhì)類型。特征：①具有明顯的垂直分帶性（地溫梯度25-35℃/km），煤階隨埋深增加而升高（如華北盆地，埋深1000m時(shí)Ro=0.8%-1.0%，2000m時(shí)Ro=1.3%-1.5%）；②煤級(jí)分布與盆地形態(tài)一致（如坳陷盆地中心煤級(jí)高，邊緣低）；③變質(zhì)程度連續(xù)（褐煤→長(zhǎng)焰煤→氣煤→肥煤→焦煤→瘦煤→貧煤→無煙煤），無明顯突變。（2）接觸變質(zhì)作用：巖漿侵入煤層時(shí)，高溫（600-1000℃）使煤發(fā)生局部變質(zhì)。特征：①影響范圍小（距侵入體0-100m），具明顯的分帶性（從接觸帶向外：天然焦→焦炭化煤→正常煤）；②煤的揮發(fā)分急劇降低（Vdaf從30%降至5%以下），反射率驟升（Ro>4.0%）；③結(jié)構(gòu)破壞（形成氣孔狀、蜂窩狀焦炭），失去粘結(jié)性；④常見于中-酸性侵入巖（如花崗巖、閃長(zhǎng)巖）與煤層接觸帶（如山東陶棗礦區(qū)）。（3）區(qū)域巖漿熱變質(zhì)作用：與盆地內(nèi)大面積中基性巖漿活動(dòng)（如玄武巖噴發(fā)）或高熱流異常相關(guān)，熱影響范圍廣（數(shù)百至數(shù)千平方千米）。特征：①煤級(jí)高于同期深成變質(zhì)（如同為埋深1500m，正常區(qū)Ro=1.0%，熱異常區(qū)Ro=2.0%）；②煤級(jí)分布與巖漿巖展布一致（如華南晚二疊世盆地，玄武巖覆蓋區(qū)煤層多為無煙煤）；③鏡質(zhì)組反射率分布不均（存在“熱穹窿”中心，Ro可達(dá)6.0%以上）；④煤中出現(xiàn)高溫變質(zhì)礦物（如石墨化斑點(diǎn)）。（4）動(dòng)力變質(zhì)作用：構(gòu)造應(yīng)力（擠壓、剪切）使煤發(fā)生破碎、結(jié)構(gòu)重組。特征：①多發(fā)育于斷裂帶附近（如逆斷層、平移斷層兩盤）；②煤的宏觀結(jié)構(gòu)破壞（形成碎裂煤、碎粒煤、糜棱煤），顯微結(jié)構(gòu)定向排列（鏡質(zhì)組條帶呈定向分布）；③反射率局部增高（剪切應(yīng)力促進(jìn)芳香結(jié)構(gòu)縮聚），但整體煤級(jí)變化不大（如同一煤層，斷層帶Ro=1.2%，正常區(qū)Ro=1.0%）；④常與深成變質(zhì)疊加（如華北太行山東麓斷裂帶，動(dòng)力變質(zhì)使無煙煤進(jìn)一步石墨化）。四、綜合分析題（20分）某礦區(qū)揭露3個(gè)鉆孔（Z1、Z2、Z3），其含煤巖系柱狀及測(cè)井曲線數(shù)據(jù)如下表所示（單位：m）：|鉆孔|地層|巖性描述|煤層特征（厚度/灰分）|測(cè)井曲線特征（GR/RT）||------|------|----------|-----------------------|------------------------||Z1|段1|灰黑色泥巖夾粉砂巖|煤1（1.2m/10%）|低GR（50API）、高RT（800Ω·m）|||段2|灰白色中砂巖|-|高GR（120API）、低RT（200Ω·m）|||段3|深灰色泥巖夾菱鐵礦結(jié)核|煤2（2.5m/8%）|低GR（45API）、高RT（1000Ω·m）||Z2|段1|灰黑色泥巖|煤A（1.3m/11%）|低GR（55API）、高RT（750Ω·m）|||段2|灰白色粗砂巖|-|高GR（115API）、低RT（180Ω·m）|||段3|深灰色泥巖（含菱鐵礦）|煤B（2.6m/9%）|低GR（40API）、高RT（1050Ω·m）||Z3|段1|灰黑色泥巖夾炭質(zhì)泥巖|煤X（1.1m/12%）|低GR（60API）、高RT（850Ω·m）|||段2|灰白色細(xì)砂巖|-|高GR（125API）、低RT（220Ω·m）|||段3|深灰色泥巖（含結(jié)核）|煤Y（2.4m/8%）|低GR（48API）、高RT（980Ω·m）|要求：結(jié)合煤層對(duì)比方法，分析Z1、Z2、Z3鉆孔中煤層的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并說明依據(jù)。答案：（1）煤1、煤A、煤X為同一煤層：依據(jù)：①巖性組合：均位于段1灰黑色泥巖中，上覆巖性一致（段2為灰白色砂巖，Z1為中砂巖、Z2為粗砂巖、Z3為細(xì)砂巖，屬同一沉積體系的粒度分異）；②煤層特征：厚度相近（1.1-1.3m）、灰分接近（10%-12%）；③測(cè)井曲線：GR均為低幅值（45-60API）、RT均為高幅值（750-850Ω·m），曲線形態(tài)一致（低GR-高RT組合為典型煤層響應(yīng)）。（2）煤2、煤B、煤Y為同一煤層：依據(jù)：①標(biāo)志層：段3深灰色泥巖含菱鐵礦結(jié)核，是穩(wěn)定的標(biāo)志層（區(qū)域?qū)Ρ戎辛忤F礦層為關(guān)鍵標(biāo)志）；②煤層特征：厚度2.4-2.6