煤矿地质学

序言

一、地质学的特点：

1、空间广阔横向：遍布全球每个角落（南极、北极赤道、山地、平原、陆地、海洋）纵向：大气圈——上地幔（整个岩石圈）

2、时间漫长地球年龄４６亿年

3、现象复杂：规模上：小到原子、分子的微观过程（矿物形成、化石形成……），大到整个地球乃至太阳系形成的宏观现象。性质上：有物理变化和化学变化。范围上：无机界与有机界相互转换。环境上：常温、常压的地表环境到高温高压的地下深处环境。

4、无法再现：众多地质现象对人类来说是无法再现的

二、地质学的研究方法

1、理论与实践相结合

2、室内与野外相结合

3、局部与整体相结合

4．宏观与微观相结合

5．定性与定量相结合

6．原始手段与新技术、新装置相结合

第一章：

地球的平均密度：5.517g/cm３

地球的表面形态：地球表面高低不平，以海平面为界分为海洋和陆地两大地理单元。海洋面积3亿6千万平方公里占70.8%，陆地面积1亿449百万平方公里占29.2% 。

大陆边缘：大陆架、大陆坡、大陆基、海沟、岛弧

海底地形三大单元：大陆边缘、大洋盆地、洋中脊

大陆边缘类型：1、被动性大陆边缘：大陆大陆架大陆坡大陆基洋盆2、主动性大陆边缘：安弟斯型：大陆大陆边缘山脉大陆架和大陆海沟洋盆

日本海型：大陆边缘海岛弧海沟洋盆

大陆地形：

高原：海拔>500——600米，表面平坦或一定起伏的广阔地区近期上升地区，如青藏高原平原：海拔>200米，表面平坦高差<50 米如：黄淮海平原

丘陵：海拔>500米，高差<200米，如：江淮丘陵

盆地：四周高中部低，如：四川盆地

地球的温度:

外热层（变温层）——地表外层，温度来源于太阳。其中地表向下1～1.5M每日昼夜温度变化；10～20M每年四季温度变化

常温层（恒温层）——变温层下界处，温度终年不变大约为年平均温度。

内热层（增温层）——温度来源于地球内部（放射性蜕变）。随深度增加，地温升高。

增温率（地温梯度）——每深度增加100米，增加的地温值。

增温级——每地温增加1℃增加的深度。

地磁场三要素:磁偏角：磁力线在水平面上的投影与地理正北方向之间形成的夹角，磁子午线与地理子午线之间的夹角

磁场强度：为某地磁感应强度大小的绝对值

磁倾角：磁针北端与水平投影的交角

磁异常：地壳浅部具有磁性的岩石或矿石所引起的局部磁场，它也叠加在基本磁场之上。地球的圈层构造：地球外圈层：气圈、水圈、生物圈；地球内圈层：莫霍面和古登

堡界面。

在莫霍面上下，纵波速度从7.0 km/s迅速增加到8.1 km/s左右；横波速度则从4.2 km/s增加到4.4km/s左右。莫霍面出现的深度，全球平均为33 km, 在大洋之下平均仅为7km。莫霍面之上称为地壳;之下称为地幔

古登堡界面：此界面位于地下2885 km深度。此界面之上到莫霍面称为地幔。此界面之下到地心，称为地核。

地壳厚度（深度）在大洋地区和大陆地区不同

大陆区陆壳厚20—70公里平均33km

大洋区洋壳厚5—10公厘平均7km

康拉德界面——仅存在于陆壳中（1925年发现），是次一级界面，深约10km。

界面之上，岩石平均密度2.67,花岗岩质，称硅铝层Si-Al

界面之下，岩石平均密度2.9, 玄武岩质, 称硅镁层Si-Mg

洋壳与陆壳的基本区别

洋壳陆壳

成分玄武岩质及超镁铁质巨厚花岗岩质，多硅铝质

厚度7－11km 20－35km

年龄小于1.6x108a 35－40x108a

火山岩基性玄武岩中酸性火山岩

构造活动断裂褶皱和断裂构造

地质作用：由自然动力促使地壳（岩石圈）的物质组成，结构、构造和地表形态变化

和发展的作用。

内动力地质作用：岩浆作用、变质作用、地震作用、地壳运动

外动力地质作用：风化作用剥蚀作用搬运作用沉积作用成岩作用

矿物

矿物：天然产出的、具有一定化学成分和内部晶体结构的均匀固体，通常由无机作用所形成的

克拉克值：元素在地壳中的平均含量数值(平均重量百分比)，即元素的丰度。

类质同象——矿物晶体结构中的某种原子或离子可以部分地被性质相似的它种原子或离子替代而不改变晶体结构。其物理性质差异一般不大。

同质多象——相同化学成分的物质在不同的地质条件（P、T）下，可以形成不同的晶体结构，从而成为不同的矿物。

矿物的颜色：自色、他色、假色

条痕:矿物的条痕实际上就是矿物粉末的颜色,一般,从瓷板上划出的线条颜色

矿物光泽：金属光泽、半金属光泽、金刚光泽、玻璃光泽丝娟光泽油脂光泽、珍珠光泽、土状光泽

解理：矿物被敲打后，沿一定方向规则破裂的性质，叫做解理。

断口:矿物受打击后所产生的不规则的破裂面

断口类型:贝壳状断口、平坦状断口、参差状断口、锯齿状断口岩石

岩石：是由矿物按照一定规律组合起来的集合体。

最常见的岩浆岩有：花岗岩、花岗闪长岩、玄武岩、辉长岩、流纹岩等。

最常见的沉积岩有：砾岩、砂岩、页岩、灰岩等。

最常见的变质岩有：板岩、片岩、大理岩、千枚岩、混合岩等。岩浆岩

酸性岩浆（SiO２> 65％）

中性岩浆（SiO２65～52％）

基性岩浆（SiO２52～45％）

超基性岩浆（SiO２< 45％）

岩浆作用：岩浆在地下深处形成之后，常沿着静岩压力较小的破碎带或软弱带向上运移或喷溢到地表面上来，这个作用过程就称为岩浆作用。它包括喷出作用和侵入作用（浅层侵入和深层侵入）

火山喷出物：气体：H2O > 60%、CO2 、H2S、SO2 、NH3

固体：火山灰> 2 mm；火山砾2—50 mm ；火山弹> 50 mm；火山渣多孔、渣状液体：岩浆

沉积岩

风化作用：组成地壳的岩石在地表的常温、常压下，由于气温变化、气体、水容液及生物的共同作用，在原地遭受破坏的过程

风化分为物理、化学、生物等风化

风化壳：风化的产物呈不连续的薄壳覆盖在基岩上，称风化壳

风化产物：碎屑物难溶物溶解物

碎屑结构（常见结构类型）：组成岩石的颗粒是机械沉积的碎屑物

碎屑来源：岩石碎屑矿物碎屑生物碎屑

碎屑大小

砾状结构>2mm (砾岩)

砂状结构2-0.05mm (砂岩)

粉砂状结构0.05-0.005mm (粉砂岩)

泥质结构<0.005mm (泥岩)

层理构造：指由沉积物的成分、结构、颜色及颗粒形状等沿垂向的变化而显示出来的成层现象。

层面构造：泥裂、雨痕、槽模、虫迹

变质作用：岩石基本上在固态下，由于温度、压力及化学活动性流体的作用,

而使岩石成分、结构、构造等发生变化的地质作用。

变质作用的基本类型：

接触变质作用动力变质作用区域变质作用混合岩化作用

主要变质岩：板岩、千枚岩、片岩、片麻岩、麻粒岩

变质岩的结构

粗粒变晶结构>3mm

中粒变晶结构1-3mm

细粒变晶结构0.1-1mm

显微变晶结构<0.1mm

变质岩中的矿物

特有矿物变质矿物：石榴子石、红柱石、夕线石、蓝晶石蓝闪石、十字石、蛇纹石共有矿物：石英、长石、云母

地层——在一定地质时期内所形成的岩层

地层＝岩层＋时间（年代）

地层的正常层序与倒转层序

化石:埋藏在岩层中的地历史时期的生物遗体或遗迹。（壳、骨、蛋等硬体及活动痕迹）。

标准化石:地质历史中，演化快，延续时间短，特征显著，数量多，分布广的生物化石。

地质年代表各字母的含义见书本如C代表石炭系

岩石地层学方法：1、岩性及岩石组合分析法2．标志层法3．旋回结构法

地层间接触关系分析

整合接触:新老两套地层彼此平行接触，并且连续沉积，没有明显的沉积间断。假整合(平行不整合)接触:新老两套地层虽然平行一致，但它们之间不是连续沉积。曾有过或长或短的沉积间断，因此地层有或多或少的缺失。

不整合(角度不整合)接触:新老两套地层彼此不平行，有一交角，其间有明显的剥蚀面。

地理方位角的正确表示方法见课件

产状三要素

走向：走向线———岩层面同任意水平面的交线（岩层层面上的任意一条水平线）。

走向———走向线两端所指的方向。以方位角来表示

倾向———最大倾斜线的水平投影所指的方向，以方位角表示。倾向只有一个方向，且与走向垂直。

倾角：岩层面与水平面之间的夹角。最大倾斜线与其在水平面上投影线之间的夹角。

倾斜岩层的露头形态（V字形法则：

.水平岩层露头线与等高线平行或重合

.直立岩层露头线不受地形影响，始终呈直线延伸；

.倾斜岩层露头界线复杂，表现为与地形等高线交切关系，并显示出一定的规律性，即在经过山脊和河谷时，均呈“V”字形态展布即“V”字形法则。

有下列三种情况：

(1) 岩层倾向与地面坡向相反：在山脊处“V”字形尖端指向山下，在沟谷处“V”字形尖端指向上游。

(2) 岩层倾向与地面坡向相同，且岩层倾角大于地面坡角时，在山脊处“V”字形尖端指向山下，沟谷处“V”字形尖端指向上游。

(3)岩层倾向与坡向相同，但岩层倾角小于地面坡角时，“V”字形尖端在山脊处指向山下，沟谷处指向上游。

褶皱构造：岩层受力后，发生弯曲，改变了原有的空间位置和形态，但其连续性未受到破坏，称褶皱。单一弯曲称褶曲。

轴面———平分褶曲两翼的假想面（近于对称面），

?枢纽———轴面与岩层面的交线，

?轴迹———轴面与地面的交线。

褶皱的基本形式

1.背斜——岩层向上弯曲，核部的岩层时代较老，外侧的岩层时代较新。

2.向斜——岩层向下弯曲，核部的岩层时代较新，外侧的岩层时代较老。

褶曲类型

按轴面产状划分：直立褶曲倾斜褶曲倒转褶曲平卧褶曲

按枢纽产状划分：水平褶曲——枢纽水平

倾伏褶曲——枢纽倾伏

特殊类型：

穹窿（背斜）———长/宽< 1/3

盆地（向斜）———长/宽< 1/3

断裂构造：

断裂———岩层在外力作用下失去连续性和完整性。

节理、裂隙——无位移（仅有断裂面）。

断层——有一个或一组断裂面，两侧岩层有明显位移（错动）

节理：岩石破裂后没有明显位移的断裂，是分布最广、最常见的一种断裂构造。根据形成节理的力学性质不同，分为张节理、剪节理。

1.张节理——由引张力作用形成的断裂。

特点：①节理面参差不齐，粗糙。②节理面常绕过砾石、延伸短。

③裂口呈楔形，深度不大。

剪节理——由剪切力作用形成的断裂

特点：①常成对出现，形成两组交叉节理，故又称为“X”节理。

②节理面平直而光滑，能把砾石切断、错开。③延伸较长，有时可见擦痕断盘——断层面两侧被切断的岩块

按断层面与断盘关系（位置关系）分：上盘、下盘、东南盘、西北盘等；

按两盘相对位移（运动）方向分：上升盘、下降盘。

交面线

断层面与岩层面(一般取岩层底面)的交线称为交面线。断层面与煤层面的交线称为煤层交面线，交称断煤交线

其中：断层而与上盘煤层面的交线称为上盘断煤交线；与下盘煤居而的交线称为下盘断煤交线：交面线的形态决定断层面和岩层面的形态

地层断距

岩层断裂发生相对位移后对应岩层面在剖面上的距离。在垂直于被错开岩层走向的剖面上包括：

地层断距：指断层两盘上对应(煤)岩层面之间的垂直距离

水平地层断距：断层两盘上对应(煤)岩层面之间的水平距离

铅直地层断距：指断层两盘上对应(煤)岩眉面之间的铅直距离

落差

在垂直于断层走向的切面上，可直接测得的断距有斜断距、铅直断距、水平断距根据断层走向与褶皱轴向或区域构造线方向的关系

1)纵断层断层走向与褶皱轴向或区域构造线方向一致

2)横断层断层走向与褶皱轴向或区域构造线方向基本垂直

3)斜断层断层走向与褶皱轴向或区域构造线方向斜交：

断层组合类型

地堑：两组相向倾斜的正断层地垒：两组相背倾斜的正断层。

煤

成煤作用：煤是植物遗体经过复杂的生物化学、物理化学作用转变而成的。从植物死亡、·堆积到转变为煤所经历的一系列演变过程。

泥炭化作用：高等植物遗体，在泥炭沼泽中经受复杂的生物化学和物理化学变化．转变成泥炭的过程称为泥炭化作用。

煤成岩作用：泥炭或腐泥被掩埋后，在地稳温、压力等因素的影响下压实、

脱水、固结、腐植酸向腐植质转交而成褐煤的过程称为煤成岩作用。

煤变质作用：褐煤在地下受相对较高的温度、压力、时间等因素的影响转变为烟煤、无烟煤、天然焦、石墨等的地球化学作用称为煤变质作用。

成煤的必要条件：1、植物条件

2、气候条件---潮湿、温暖的气候条件是成煤的最有利的条件之一。

3、地理条件地理条件指的是成煤场所。

地史上有相当多的植物死亡后。因没有有利的堆积场所而被氧化分解了。所以，要形成分布面积较广的煤层，还必须有适于发生大面积沼泽化的条件。

4、地壳运动条件

宏现煤岩成分：镜煤亮煤暗煤丝炭

宏观煤岩类型：光亮型煤半亮型煤半暗型煤暗淡型煤

内生裂隙：指煤化过程中，凝胶化物质体积均匀收缩时产生的裂隙。内生裂隙主要发育于光亮煤条带中，垂直或近于垂直层理面。

煤中有机质主要有碳、氢、氧、氮、硫等5种元素组成。其中又似碳、氢、

氧为主。

基准：可燃基

在评价煤质时，必需测定全硫含量，并以干燥基表示。按全硫含量把煤分为五级：

特低硫煤全硫含量小于1·0%，低硫煤全硫含量在1·0~1·5%，中硫煤全硫含量在1·5~2·5%，富硫煤全硫含量2·5~4·0%，高硫煤全硫含量4·0%

外在水定义：是指煤炭在开采、运输、储存及洗选过程中，附着在煤粒表面的水。内在水定义：指吸附或凝聚在煤颗粒内部的毛细孔中的水。

灰分定义：煤的灰分是指煤完全燃烧后剩下来的残渣、这些残渣几乎全部来自煤中的矿物质

分类：在工业利用上、灰分小于10%称特低灰煤，灰分在10~15%为低灰煤，灰分在15~25%为中灰煤，灰分在25~40为富灰煤，灰分在40%为高灰煤煤层底板在层序正常的含煤岩系剖面中，直接伏于煤层之下的岩层，它是由承受泥炭层堆积的沉积物形成的;

煤层顶板直接覆于煤层之上的岩层，它是由泥炭层堆积后覆盖泥炭层并使之得以保存的沉积物或岩浆岩形成。

总厚度：是顶底板之间各煤分层和夹层厚度的总和。

可采厚度：指在现代经济技术条件下适于开采的煤层厚度

有益厚度：是顶底板之间各煤分层厚度的总和

地质图地形地质图底板等高线见上课图例