能源地質(zhì)學(xué)-第五章第二節(jié)

第五章煤層和油氣藏的形成和變化§2煤層的形成和變化一、煤層的形成和煤層的特征（一）煤層的形成

1.煤層是一種特殊的沉積巖層：由泥炭層經(jīng)過(guò)成煤作用和沉積作用轉(zhuǎn)化而來(lái)，為層狀礦床，具有一定的層位和分布空間。

2.泥炭的堆積保存必須具備的條件：①植物的大量繁殖--這是泥炭的物質(zhì)來(lái)源，②沼澤水位的逐步抬升--以避免有機(jī)質(zhì)的氧化分解，③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(guò)程就隨之終止。

3.補(bǔ)償關(guān)系-植物遺體堆積速率與沼澤水面上升速率的關(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。欠：沉降速率＞堆積速率＜沼澤水面上升速率過(guò)：沉降速率＜堆積速率＞沼澤水面上升速率均衡：沉降速率＝堆積速率＝沼澤水面上升速率4.煤層形成的條件：

①具備泥炭堆積的條件

②具備泥炭層保存的條件。這就是說(shuō)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(lái)。5.煤層形成不是單一作用，而是復(fù)雜的作用過(guò)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(guò)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。（二）煤層的結(jié)構(gòu)和頂、底板

1、煤層的結(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。

（2）煤層中的夾石層

煤層中的巖石夾層俗稱夾矸。

巖性：

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(yè)巖、細(xì)砂巖或礫巖。

來(lái)源：

取決于沉積環(huán)境：

河流

火山

海水

殘余礦物2、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(jiàn)，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(jiàn)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。（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(guò)渡接觸：過(guò)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）。3、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。

鈣質(zhì)、鐵質(zhì)、硅質(zhì)，早期成巖階段的產(chǎn)物（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、腕足類和有孔蟲化石，是海水內(nèi)侵泥炭沼澤的證據(jù)。二、煤層厚度和形態(tài)變化及其控制因素（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(kāi)采的煤層厚度。2.煤層厚度分級(jí)

極薄煤層：0.3～0.5m；

薄煤層：煤厚0.51～1.3m；

中厚煤層：煤厚1.31～3.5m；

厚煤層：煤厚3.6～8.0m；

巨厚煤層：大于8m者為。煤層厚度（二）控制因素1、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。

湖北早二疊世梁山組煤體形態(tài)（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”。（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。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。2、沉積因素（1）沉積體系和煤層厚度、形態(tài)變化的關(guān)系

沖積扇、河流、三角洲、瀉湖-障壁島等（2）對(duì)煤層分岔類型的影響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：

單一分岔；多個(gè)分岔；單方向分岔；分岔又合并。透鏡狀連續(xù)分枝之字型煤層分岔類型下斯托克頓煤層剖面圖1-砂巖，2-煤；3-頁(yè)巖山西組太原組煤煤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3、同沉積構(gòu)造

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(guò)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(guò)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。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(wú)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(guò)渡，單層逐漸變薄，分岔位置在垂向上不完全一致。3）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)。

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（2）盆內(nèi)次級(jí)隆起和拗陷聚煤盆地內(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。

①一般情況下，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，煤層向拗陷部位分岔、尖滅；

②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1－2m；8-沉積褶皺軸線（3）盆內(nèi)同沉積斷裂活動(dòng)（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?，橫越斷層則迅速變薄，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，兩盤煤層層位、厚度難以對(duì)接。

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4、煤層的沖蝕和頂凸構(gòu)造煤層的沖蝕是指泥炭堆積過(guò)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(guò)渡兩種關(guān)系。垂直古河床邊緣的沉積剖面圖

1-頁(yè)巖；2-粉砂巖；3-砂巖；4-煤層淮南礦區(qū)B11煤層河流沖蝕

特點(diǎn)：1、河道沉積物：砂巖、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；

（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(shù)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；6-炭質(zhì)泥巖；7-泥巖；8-煤層2、煤的光澤暗淡，后生裂隙發(fā)育，常見(jiàn)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(wú)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5、后期構(gòu)造后期構(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)：有煤被擠入頂、底板裂隙中；在煤層的增厚、減薄帶，煤的原始結(jié)構(gòu)被破壞；煤中灰分增高；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)；擠壓強(qiáng)烈之處，成串珠狀、藕節(jié)狀；

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

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，但常成組出現(xiàn)，造成煤層頂?shù)装宀钇鸱?，使煤層局部壓薄或增厚，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

6、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(jiàn)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?，從而喪失工業(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。

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