煤田地质学.

煤田地质学西安科技大学地质与环境学院马东民第七部分聚煤盆地及煤聚积规律•沉积盆地的概念•一、聚煤盆地特征•二、同沉积构造与煤层的形成•三、聚煤盆地的形成与演化•四、煤聚积规律沉积盆地的概念1、沉积盆地地质历史某一阶段形成的被水域占据的一个低洼区，或者是断陷区或者是坳陷区，它是负向运动占绝对优势，同时接受了足够厚度的沉积物充填，形成了中间（或一侧）厚度大向盆地边缘逐渐减薄的沉积体。沉积盆地是油气形成、煤聚积和赋存的基本地质单元。含煤盆地：是指地质历史中发生了聚煤作用形成了煤矿床，以及在后期改造中保存了煤矿床。含煤盆地分为聚煤盆地和煤盆地。1、沉积盆地（1）沉积学研究角度：沉积物聚集区或沉积物聚集的沉陷区。接受沉积物堆积的区域。（2）盆地发展与构造的关系：指在一定的地质历史阶段中，受构造控制所形成的统一沉积区。（3）构造与沉积的关系：沉积盆地是指岩石圈表面的相对沉降的区域，其周围或几个侧面为相对隆起区或剥蚀区。沉积盆地的概念地貌盆地：指天然高地围绕的一块低地。大陆地貌盆地有小的山间平原、有河谷；水域盆地如冰碛湖泊、大型海洋盆地等。沉积盆地：指一个平缓褶曲的沉积层向中心倾斜的地区，是一个接受沉积的地区。如沉积相带的走向、古水流方向与盆地的形状、构造一致，沉积层的厚度向盆地边缘变薄。盆地具有沉积与基底下沉的同时性。构造盆地：沉积后的盆地，沉积相带的走向、古水流方向与盆地的形状、构造无关。沉积盆地的概念2、盆地分类法（1）沉积盖层分类法以盖层特征分类，或对沉积盖层的分类。能反映盆地的煤油气量、沉积史和构造发展史、盆地性质。如中新生代沉积盆地；元古代、古生代沉积盆地；元古代、古生代复合型沉积盆地。（2）板块构造位置分类法：根据沉积区所在的板块构造位置进行盆地分类。如板内盆地、大陆边缘盆地等。（3）受力分类：根据沉积区的受力特点分类。如张性盆地、挤压盆地、裂谷挤压复合盆地。（4）沉降特征分类：按沉积区沉降特点进行分类。如断陷型盆地、坳陷型盆地和断陷—坳陷复合型等。沉积盆地的概念3、典型盆地（1）裂陷盆地：泛指由于盆地形成和演化而导致岩石圈或地壳发生伸展构造变形，也可以称为伸展型盆地。裂陷盆地是地壳或岩石圈伸展构造的一种表现形式。有坳陷和断陷两种。伸展变形：构造作用使地壳或岩石圈的剖面长度增大，相应的地壳或岩石圈厚度减薄.沉积盆地的概念3、典型盆地（2）前陆盆地：是地壳的大陆部分，并且是克拉通或地台的边缘，也就是前陆是造山带与活动带毗邻的、稳定的大陆部分，造山带的岩石向着前陆逆冲或掩覆。是沿造山带大陆外侧分布的沉积盆地。沉积盆地的概念3、典型盆地（3）走滑盆地：沿着大型走滑作用形成的盆地称为走滑盆地或称为扭动盆地。它可以在不同的板块构造背景下形成。走滑盆地通常是走滑断层造成的断陷盆地。（4）陆表海盆地和内陆表海盆地：基底为陆壳的“海洋盆地”，海侵时为海洋，海退时盆地基底暴露出水面或为浅水环境。如果与开阔大洋盆地之间存在一些岛屿，或陆上部分被岛屿隔开，则称内陆表海盆地。沉积盆地的概念一、聚煤盆地特征1、聚煤盆地（1）聚煤盆地是地史期聚煤作用广泛发育的沉积盆地。从地貌形态来看，通常是盆形积水洼地，适于沼泽植物的繁殖、堆积并形成泥炭层，最后被沉积物覆盖、转化为煤层。（2）属性：聚煤盆地是一种特殊的构造形迹，出现于区域构造格架的一定部位和地壳构造演化的一定阶段。盆地的形成、演化具有特定的地球动力学背景，盆地的几何形态、沉积环境配置和聚煤作用不同程度地受到盆地构造格架和构造演化的控制。聚煤盆地是指原始含煤沉积盆地，聚煤盆地可以保持其原始沉积盆地的基本面貌，但大多数由于后期构造变动和剥蚀作用而被分割为一系列后期构造盆地。1、聚煤盆地（3）煤盆地（国际较为通用术语）：含义广泛，可以指聚煤盆地，也可以指后期构造盆地。（4）煤田和煤产地煤田一般是指在同一地质发展过程中形成的含煤岩系分布的广大地区，虽经后期构造和侵蚀作用的分割，但基本上仍连成一片或可以追踪，常常形成大型煤炭生产基地。煤产地是指煤田内由构造分隔的赋煤构造单元，通常可对应于矿井或矿区范围（煤产地这个词已经不经常使用了）。一、聚煤盆地特征1、聚煤盆地（5）聚煤作用的迁移聚煤作用有时在整个沉积盆地范围内发生，有时只发育于大型沉积盆地的边缘地带，常见：随着沉积盆地的演化，含煤层段和聚煤带在盆地范围内发生时空迁移，含煤层序和非含煤层序在时间和空间上相互交替，共同构成盆地的地层格架。一、聚煤盆地特征2、聚煤盆地的形成条件古气候、古植物、古地理、古构造等地质因素综合作用结果。（1）植物遗体的大量堆积是聚煤作用发生的物质基础。地史期植物的演化表现为突变和渐变两种形式:突变期，在较短的地史时期中有大量新旧属种的更替，是植物进化的飞跃阶段；渐变期，植物属种比较单一，但扩展迅速，茂密成林，往往是强盛的聚煤期。地史期的聚煤作用呈波浪式向前推进。一、聚煤盆地特征2、聚煤盆地的形成条件（2）古气候是植物繁衍、植物残体泥炭化和保存的前提条件①湿度：地史期的聚煤作用主要发生于温暖潮湿气候带，而湿度是主导的因素。②气候分带和海陆分布：纬度和大气环流形成全球性的气候分带，使聚煤带沿着一定的纬度展布，如横跨欧州、北美的石炭纪聚煤带。海陆分布、地貌等可形成区域性气候区，叠加在全球性气候带的背景上，形成不同规模的聚煤区。③聚煤盆地的发育随潮湿气候带的迁移而迁移：聚煤盆地形成在潮湿气候带覆盖的地区，随着潮湿气候带的迁移，聚煤带和聚煤盆地也相应地发生迁移。一、聚煤盆地特征2、聚煤盆地的形成条件（3）适宜的沉积古地理环境为沼泽发育、植物繁殖和泥炭聚积提供了天然场所。①聚煤作用主要发生在一定的环境位置；②影响因素：既受到剥蚀区位置、范围、性质、抬升速率和物源供应的影响，又受到沉积区位置、范围、沉降速率、稳定水体及其水动力条件的影响。因此，聚煤古地理环境是一个非常敏感的动态环境。一、聚煤盆地特征2、聚煤盆地的形成条件（4）古构造是作用于聚煤盆地诸因素中的主导因素。①从构造观点出发，可以把聚煤盆地看作一种特殊的构造形迹，即是说聚煤盆地在大地构造格架中占据一定部位，具有一定的几何形态和构造样式，与周围的其它各种构造形迹有着成生联系，可以归入某种构造体系。聚煤盆地是特定的区域构造应力场的产物，具有一定的地球动力背景。②地壳的沉降范围、幅度、时期和速度，决定了聚煤盆地的范围、岩系厚度、沉积补偿及沉积相的组成和分布。一、聚煤盆地特征2、聚煤盆地的形成条件四个因素的辨证关系：古气候、古植物、古地理和古构造等因素，在一定地区或一定条件下都可能成为聚煤作用的决定性因素。古气候、古植物条件提供了聚煤作用的物质基础，常作为聚煤盆地形成的区域背景来考虑；而古地理和古构造则是具体聚煤盆地形成、演化的主要控制因素。构造因素类似影剧的导演，决定了各种沉积环境的配置和演化，构造的这种制导作用往往通过沉积作用和沉积环境而表现出来。一、聚煤盆地特征3、聚煤盆地类型（1）坳陷型聚煤盆地坳陷型聚煤盆地亦称波状坳陷盆地。盆地的基底特征：基本上为一连续界面，聚煤期地壳运动以宽缓开阔的波状隆起和坳陷为主，煤系就形成于波状坳陷内。★成因：①地壳薄化引起的区域沉降；②壳下物质活动引起的热沉降；③区域构造应力场造成的地壳波状变形。一、聚煤盆地特征3、聚煤盆地类型（1）坳陷型聚煤盆地★盆地基底界面特征：①连续沉积界面；②遭受长期风化剥蚀的间断面。在盆地形成演化过程中，基底脆性断裂变形不明显。★盆地形态特点：①坳陷型盆地的几何形态多呈圆形、椭圆形或湾口形；②其横剖面有些是对称的，有些则不对称；③盆地的规模可大可小，大者可达数十万km2。一、聚煤盆地特征3、聚煤盆地类型（1）坳陷型聚煤盆地★沉积充填及成煤特征：①沉陷中心一般位于盆地的中部；②盆地中部距陆源区较远，往往出现欠补偿环境；③盆地的沉积中心与沉降中心可能不一致；④坳陷型聚煤盆地含煤岩系的岩性岩相和含煤性比较稳定；⑤沉积物成熟度高；⑥旋回结构清晰；⑦煤层发育比较广泛、稳定，易于对比；⑧陆源区和含煤沉积区相对高差不大；⑨大型坳陷聚煤盆地内部常常发育次一级隆起和坳陷。一、聚煤盆地特征华北石炭—二叠纪煤盆地沉积—构造剖面示意图1-泻湖-滨海铁铝质沉积；2-泻湖-障壁含煤沉积；3-海湾-潮坪含煤沉积；4-浅水三角洲含煤沉积；5-冲积扇-河流含煤沉积；6-煤层；7-断陷盆地一、聚煤盆地特征3、聚煤盆地类型（2）断陷型聚煤盆地断陷型聚煤盆地的基底为不连续界面，成盆期地壳运动以块状断裂运动为主。★成因：断陷盆地可以是由地幔隆起诱发的表层引张作用而产生的地堑型盆地，也可以是由伸展作用所产生的正断层系而形成的半地堑型盆地，或者是由走向滑动断层所派生的垂向分量而形成的拉分盆地。★盆地的基底界面一般为不整合构造—剥蚀面，并被先成断裂系所切割。一、聚煤盆地特征3、聚煤盆地类型（2）断陷型聚煤盆地★形态特征：①盆地呈狭长几何形态，其延伸方向与控制性断裂的展布方向相一致；②盆地的横剖面一般不对称，沉降中心靠近主盆缘断裂一侧。③单个盆地的范围有限，但常常按一定方位和组合型式成群成带出现，构成盆地群，且具有相当可观的规模和煤炭储量。④煤系形成主要受断裂作用及基底断块旋转、沉陷的控制。★盆地的超覆扩张和退缩分化：断陷聚煤盆地在演化过程中，常常发生超覆扩张和退缩分化。通常表现为由盆缘断裂一侧向盆地单斜基底一侧超覆。一、聚煤盆地特征3、聚煤盆地类型（2）断陷型聚煤盆地★盆地沉积充填和成煤特征：①沉降中心靠近盆缘断裂一侧；②盆地中心与沉降中心、沉积中心不一致，沉积中心与沉降中心基本一致；③充填沉积具有间歇性，断裂控制沉积充填；④构造—岩相式样复杂；地层构成具有双层结构(活动与稳定)；⑤煤层变化快，对比困难；⑥聚煤区沿盆地走向展布，倾向上呈犬牙交错状；⑦地层在盆地边缘呈扩张超覆与退缩分化特点；⑧有的盆地具有陡坡与缓坡带。一、聚煤盆地特征内蒙藿林河含煤段沉积断面图一、聚煤盆地特征一、聚煤盆地特征一、聚煤盆地特征一、聚煤盆地特征3、聚煤盆地类型（3）构造—侵蚀型聚煤盆地地质外营力（河流、冰川、风等）的侵蚀和溶蚀作用形成的地形洼地，称为侵蚀盆地。适宜气候、水文条件下，洼地可以沼泽化而堆积泥炭。堆积作用主要是将侵蚀或溶蚀洼地填平补齐，含煤沉积厚度仅数米至数十米。沉积于沉积间断和剥蚀面上的含煤岩系，其底部层段和煤层常常具有这种填积特征。侵蚀盆地内含煤岩系的不断堆积必须以区域性沉陷为构造背景。流水侵蚀和溶蚀是盆地形成和扩展的直接动力，提供了聚煤作用的场所，且流水体系是盆地覆水程度和泥炭沼泽发育的重要控制因素。一、聚煤盆地特征二、同沉积构造与煤层的形成1、聚煤盆地基底先存构造（1）盆地基底先存构造①概念：盆地形成之前基底岩系中已经存在的各种构造形迹。②基底先存构造的作用与影响：对盆地几何形态、水系样式和盆地早期的构造格架等有重要影响，某些基底先存构造形迹也可能发生再活动，而成为成盆期同沉积构造系的组成成分。（2）成盆期同沉积构造：泛指盆地充填过程中对盆地形成演化起控制作用的基底构造和影响岩性岩相和厚度分布的盆地内部低级别构造。1、聚煤盆地基底先存构造（3）基底先存褶皱①作用与影响：在长期风化剥蚀过程中，基底先存褶皱可能造成地貌差异，控制区域水系，在盆地形成的早期阶段对沉积环境产生显著的影响。基底先存褶曲是聚煤盆地形成前的古构造形迹，可以借以推断古构造的动力作用方式和方向，追索区域构造演化史和聚煤盆地形成的构造背景。②特点：在盆地演化过程中往往表现出一定的继承性，影响含煤沉积岩性岩相和聚煤带的展布。二、同沉积构造与煤层的形成1、聚煤盆地基底先存构造（4）识别标志①基性或酸性岩浆岩带或呈串珠状分布的岩体连线。②裂谷型沉积盆地和地堑盆地的伸展方向或串珠状沉积盆地连线—主断裂方向。③地热异常、热液矿化和煤的高变质带。④沉积盆地边界巨厚的冲积扇带，狭窄的特殊岩相和厚度梯度带。⑤温泉、湖泊等的线状水系分布。二、同沉积构造与煤层的形成1、聚煤盆地基底先存构造（5）基底先存断裂网络①特点：聚煤盆地基底可能被不同方位的几组断裂所切割，构成基底先存断裂网络。断裂主要为基底断裂和盖层断裂类型，将盆地基底分