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5.2煤层5.2煤层一、煤层的形成与一般特征二、煤层厚度变化及原因1）煤层的形成由有机物质和无机物质组成的层状沉积岩体，是由泥炭层转化而来植物的大量繁殖泥炭的堆积条件碎屑沉积物的注入贫乏有机质的保存5.2.1煤层的形成和一般特征古植物—物质基础古气候—生长与保存古地理—埋藏场所古构造—控制因素补偿关系：1）沼泽水面上升（地壳下降）速度大于植物堆积加厚（沉积物输入）速度时，称为不足补偿或欠补偿补偿关系：2）沼泽水面上升速度与植物遗体堆积加厚速度大致一致时，称为均衡补偿，可形成厚煤层3）沼泽水面上升速度小于植物遗体堆积加厚速度时，称为过度补偿5.2.1煤层的形成和一般特征2）煤层的结构、顶底板煤层的结构：是指煤层中是否含有其它岩层（夹矸）的情况。根据有无夹矸情况，分为：简单结构、复杂结构夹层的多少及其稳定性主要取决于聚煤期的古构造、古地理条件。煤层顶、底板：在正常煤系剖面中，直接伏于煤层下面的岩层称为煤层底板，是成煤时期沼泽中承受泥炭层堆积的沉积物；煤层直接上伏岩层为顶板，是泥炭堆积后覆盖在泥炭层之上并使之保存下来的沉积物。顶、底板常见岩性：近海型煤田，顶板多为泥岩、粉砂岩和灰岩；陆相，多为泥质岩、粉砂岩、砂岩，有时为粗砂多为泥岩、粘土岩和根土岩。在陆相含煤建造中，多为砂岩，与煤层间常有薄层粘土岩。5.2.1煤层的形成和一般特征顶板底板5.2.1煤层的形成和一般特征煤层顶、底板常用术语：伪顶：指覆盖在煤层之上,力学强度低、不易形成应力拱的部分顶板岩层，开采后极易垮落的薄岩层,厚度一般小于0.5m,常由炭质页岩等硬度较低的岩层所组成.直接顶：是直接位于伪顶或煤层（如无伪顶）之上岩层，常随着回撤支架而垮落，厚度一般在1～2m，多由泥岩、页岩、粉砂岩等较易垮落的岩石组成。老顶：是位于直接顶之上或直接位于煤层之上（无直接顶和伪顶）的厚而坚硬的岩层。常在采空区上方悬露一段时间，直到达到相当面积之后才能垮落一次，通常由砂岩、砾岩、石灰岩等坚硬岩石的组成。5.2.1煤层的形成和一般特征伪底：直接位于煤层之下的薄层软弱岩层，多为炭质页岩或泥岩，厚度一般为0.2～0.3m。直接底：直接位于煤层之下硬度较低的岩层，厚度一般由几十cm到1m左右，通常为泥岩、页岩或粘土岩。若直接底为粘土岩，则遇水后易膨胀，可能造成巷道底鼓与支架插底现象，轻者影响巷道运输与工作面支护，重者可使巷道遭受严重破坏。老底：位于直接底之下，比较坚硬的岩层，多为砂岩，石灰岩等。煤层顶、底板与煤层的接触关系：明显接触：说明沉积环境是迅速改变的，如灰岩顶砂砾岩底；过渡接触：说明沉积环境是逐步过渡的。煤层与顶底板界限不明显，常有几厘米到几十厘米的泥岩或炭质泥岩伪顶（底）；冲刷接触：煤层顶板岩性变化急剧，出现粗砂或砾岩。5.2.1煤层的形成和一般特征3）煤层中的结核、包体和化石结核：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、树皮动物化石：珊瑚、腕足类和有孔虫5.2.1煤层的形成和一般特征211—宏观煤核2—显微照片据杨锡禄煤核：煤中的一种结核，通常由方解石或氧化硅和碳质物质组成，并有碎片状或显微状的植物残体。煤核的成因说法很多,大体可以分为3类：①煤核的形成与堆积上覆顶板的海相沉积有关，顶板软泥或岩石经地下水下渗，使泥炭中植物残体渗入碳酸盐等矿物质形成煤核；②煤核的形成与泥炭堆积过程中的海水活动（包括海侵、潮汐和风暴）有关；③认为是植物埋藏在地下较深，菌解不彻底，经尤其是矿化水矿物质入渗、沉淀、充填而成。不同地区的煤核成因要具体分析，对不同地区，煤核的成因可能不同。5.2.1煤层的形成和一般特征1）煤层厚度煤层厚度分级极薄煤层：0.3~0.5m薄煤层：0.51~1.3m中厚煤层：1.31~3.5m厚煤层：3.51~8.0m巨厚煤层：8.0m煤层厚度类型总厚度：煤+夹矸有益厚度：各煤分层的厚度之和可采厚度：经济技术条件下，适于开采的煤层厚度最低可采厚度：煤种、产状、资源、开采方式5.2.2煤层厚度变化及原因2）煤层厚度变化类型原生变化：指在泥炭堆积过程中，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地不均衡沉降引起的煤层分岔、变薄、尖灭，沉积环境和故地形对煤层形态的影响以及河流、海水的同生冲刷。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。5.2.2煤层厚度变化及原因3）煤厚和形态变化及其控制因素（1）泥炭沼泽基底不平“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。5.2.2煤层厚度变化及原因湖北早二叠世梁水组煤层形态（2）聚煤坳陷基底不均衡沉降煤系在形成过程中，聚煤坳陷基底沉降常常是不均衡的，如沼泽基底的差异性运动，同沉积褶皱、同沉积断裂，以及差异小振荡运动等，对煤层的形态和厚度的变化无不产生一定的影响。特征：煤层顶、底板均不平坦，岩性岩相变化较大；向着地壳沉降速度增大的方向，煤系厚度增大，煤层层数增多，分叉尖灭现象明显；煤层总厚减少，煤的灰分升高。5.2.2煤层厚度变化及原因煤层形态（a）—藕节状（b）—串珠状（c）—鸡窝状（d）—马尾状平顶山一矿戊组煤分叉图辽宁阜新煤田煤层厚度变化（沉积基底差异性运动）焦作冯营井田煤层分岔现象同沉积断裂同沉积背斜均衡沉降不均衡沉降（3）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。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。5.2.2煤层厚度变化及原因四川永荣矿区河流剥蚀后的煤层形态（4）构造作用：褶皱、断裂对煤层形态的影响普遍。较大的褶皱引起煤层加厚或变薄，以及煤层形态的变化；断裂对煤后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。5.2.2煤层厚度变化及原因焦作煤田构造变化对煤层形态、厚度的影响德国下莱茵第三纪煤盆地中的同沉积断层（据M.Teichmuller,1968）（5）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。5.2.2煤层厚度变化及原因（6）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，平面上距带状分布的特点；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。5.2.2煤层厚度变化及原因岩溶作用对煤层影响5.2.2煤层厚度变化及原因煤厚和煤层形态的变化，往往是多种地质因素联合、叠加的结果，在研究煤的厚度变化和煤层形态时，要善于分析各种地质因素的表现形态和对煤层的影响程度、范围的特征，追朔各种地质因素之间的联系，并从中找出主导因素，以指导煤田地质勘探和煤炭开采实践。复习思考题1、名词解释含煤建造沉积相相序相律递变规律旋回结构伪顶（底）直接顶（底）老顶（底）2、简述含煤建造的岩性特征？3、简述沉积相的成因标志？4、含煤建造的主要沉积相有哪些?5、含煤建造的旋回结构特征及形成原因?6、简述煤厚和形态变化及其控制因素？