煤地質學進展

1、煤地質學進展—理論到方法李增學,陸相成煤作用或水退成煤作用,機制支撐點1：成煤作用發(fā)生在一個水進水退旋回中的水退期，聚煤盆地演化具有階段性，在這一階段的后期，沉積體系中活動碎屑系統(tǒng)廢棄而使盆地范圍內大部或全部沼澤化，進而泥炭沼澤化。,,機制支撐點2：盆地沉降不能停止，要在整個泥炭生成范圍內發(fā)生沉降，甚至向盆地方向沉降幅度更大。,煤地質學進展,,一、傳統(tǒng)的煤地質學成煤作用理論,陸相成煤作用或水退成煤作用-結果,,（1）泥炭堆積速率與沉

2、降容納速率保持平衡-形成厚度大而穩(wěn)定分布的煤層。,（2）正常情況下，在整個海退期泥炭聚積作用將持續(xù)進行，直到盆地演化的下一階段活動碎屑體系（如沖積體系發(fā)育）復活而使泥炭沼澤發(fā)育中止。,（3）在一個旋回中，煤層位于旋回的頂部，代表一個沉積旋回的結束或盆地演化階段的結束。,煤地質學進展,,二、海侵過程成煤機制與模式,Q—單位時間內進入沉積場所的碎屑物的數(shù)量；R—接受值，D—散失系數(shù)（沉積基準面以下不能容納的那個部分）。,,位于浪基面以上，由

3、于地下水面較低，植物遺體碎屑因氧化或侵蝕作用而不能保存。不利于成煤 。,,海面的持續(xù)上升使濱海濕地向陸發(fā)展，只要植物生長速率與海面上升速率一致，泥炭就可持續(xù)形成。隨著更進一步海侵可容空間R增大不能被植物的堆積所充填。,,泥炭由于覆水過深而停止發(fā)育。在廣闊平坦的地帶（如三角洲平原）致使大面積內形成煤層。煤層底板發(fā)育根土巖，頂板為湖泊或瀉湖沉積。,,D和E概括了海退前、海退過程中及海退后的煤系形成條件。到E階段就是海退成煤。其結果是導致煤層

4、分叉。C所示的模式表明了海侵煤層兩個環(huán)境的重要區(qū)別：中部和右側區(qū)煤層為海相頂板；左側泥炭也形成于海侵期間，無海相頂板的海侵煤層。,煤地質學進展,,海侵過程成煤模式,,煤地質學進展,,煤地質學進展,,具有海相頂板煤層的煤巖學實體并非與其它煤層不同，但煤巖組分的富集程度不同，尤其是在煤層剖面的上部，其煤巖結構中暗色煤巖類型較為豐富。,被海相沉積物直接覆蓋，向上鏡質組反射率減?。ˋ），鏡質體熒光性增強（B）、（C）特別顯著。這些變化表明厭氧細

5、菌的活動能力向上增強。別的特征包括一般較高的黃鐵礦（G）和鏡質組含量向上增加（E）。,三、幕式成煤作用,中國礦業(yè)大學張鵬飛與教授邵龍義（1992）研究中國南方石炭、二疊系時在海侵過程成煤理論的基礎上提出來幕式成煤作用機制或理論。,支撐點,,支撐點一：海陸交互相環(huán)境中的一些厚煤層橫跨不同相區(qū)呈大面積分布（數(shù)百至數(shù)千平方公里）；,支撐點二：有些大面積連續(xù)展布的煤層的形成環(huán)境與煤層下伏沉積物的沉積環(huán)境并沒有必然的聯(lián)系。,煤地質學進展,,理論要

6、點,（1）幕式成煤作用理論可以解釋橫跨不同相區(qū)的大面積的聚煤作用機制。,,（2）在海泛期可能形成一個沉積旋回中分布最廣泛的煤層，而且在最大海泛期可能形成沉積旋回中最厚的煤層或灰?guī)r層。,（3）大范圍的聚煤作用是由區(qū)域性的甚至全球性的海平面(基準面)變化引起的，它可以跨越不同的亞環(huán)境、不同的沉積相帶甚至不同的盆地。強調海平面幕式上升期間濱岸平原環(huán)境的聚煤作用和幕式聚煤作用的同期性。,煤地質學進展,,,煤地質學進展,,四、海侵事件成煤理論與模

7、式,支撐點,,（1）災變或突變在盆地沉積動力機制中也是比較重要的現(xiàn)象。在聚煤盆地和成煤作用發(fā)生過程中也存在事件沉積。,（2）盆地背景與性質：大型陸表海盆地，盆地地勢平坦，坡度不大，盆地沉積受海平面變化影響或控制。,（3）沉積相序的不連續(xù)性不是時間間斷所導致：,煤地質學進展,,支撐點,,①時間上的連續(xù)性和沉積相序上的不連續(xù)性：經(jīng)常見到海陸相頻繁交替，而其間并無侵蝕間斷； ②也常見形成深度不同的沉積物直接接觸；

8、③海相層一般為單一的同性相，分布面積廣，橫向穩(wěn)定，除底部地形起伏引起的相變外，一般無明顯相變； ④海侵層在時間上具有極好的等時性，既是同性相，又是等時相，因此可以作為地層對比的標志層。,煤地質學進展,,海侵事件成煤模式或理論要點,,（1）成煤作用過程建立在海侵過程的突發(fā)性和事件性基礎上，即這類盆地的海侵具有事件性質或災變特點；,（2）海相沉積與煤層的組合受海平面變化周期的控制，海侵開始之初，可能導致在原有暴露的土壤基礎上發(fā)

9、育泥炭沼澤；,（3）泥炭沼澤是在盆地海水退出一個時期后，發(fā)生暴露土壤化，或者海水退出不是十分徹底，而是使盆地處于一個淺水但不是一種典型水域的環(huán)境；,（4）泥炭沼澤環(huán)境持續(xù)相當長的時間，植物茁生蔓延，泥炭沼澤進一步發(fā)展，沼澤范圍很大，可以跨相區(qū)分布；,（5）泥炭沼澤時常受到海水的侵擾；,（6）盆地發(fā)生突發(fā)型大規(guī)模海侵，短時間內終止了泥炭沼澤發(fā)育和泥炭堆積，并使泥炭處于水下還原環(huán)境被保存。,煤地質學進展,,含煤地層中的海侵事件沉積標志,深水

10、沉積與暴露沉積組合—海侵的突發(fā)性、風暴沉積以及火山碎屑沉積等。,海相灰?guī)r大面積壓煤現(xiàn)象 ，甚至在一個大型盆地范圍內出現(xiàn)。,海相灰?guī)r—煤層—根土巖或鋁質泥巖,沉積組合,,煤層底板具有根土巖、風化黏土、鋁土巖或鋁質泥巖等，含大量植物根系化石，表現(xiàn)為濱岸暴露相，說明煤層與其下伏地層為非連續(xù)沉積，則可能在泥炭沼澤發(fā)育的前期，往往是盆地基底暴露發(fā)生土壤化的沉積時期，代表了一種沉積間斷面。,煤地質學進展,,,,,煤地質學進展,,,煤地質學進展,

11、,,煤層頂板為海相灰?guī)r，富含腕足類、棘皮、有孔蟲、海面骨針、蜓、牙形刺等海相動物化石，煤層及上覆的海相層卻是在海平面上升過程中連續(xù)沉積，并形成了海泛帶沉積。,在測井響應上，煤層呈現(xiàn) “三高”、“三低”、“一擴”的特征，“三高”為高中子孔隙度、高聲波時差、高電阻率（煙煤），“三低”為低自然伽馬、低巖性密度、低自然電位，“一擴”為擴徑。,,煤地質學進展,,海相灰?guī)r—深水泥巖—煤層—鋁質泥巖或根土巖組合,沉積組合,,該類組合與第一類組合

12、不同之處在于海相灰?guī)r與煤層之間夾了一層深水黑色或深灰色泥巖，也就是說，煤層頂板為淺海相薄層泥巖，富含腕足類、有孔蟲、海面骨針、蜓、牙形刺等海相動物化石等化石，縱向上與上伏灰?guī)r為同一沉積相，與其下伏煤層呈連續(xù)沉積。,,煤地質學進展,,海侵事件發(fā)生的盆地背景,事件型海侵一般發(fā)生于島嶼環(huán)境的受限陸表海。由于海平面的升降導致峽口的啟閉，往往形成海陸交互相沉積序列。,事件型海侵強調的是水體的突進，帶有“災變”現(xiàn)象，是快速倒灌式的，因此其沉積物具有

13、下列特點：,①時間上的連續(xù)性和沉積相序上的不連續(xù)性。經(jīng)常見到海陸相頻繁交替，而其間并無侵蝕間斷；也常見形成深度不同的沉積物直接接觸；,②海相層一般為單一的同性相，分布面積廣，橫向穩(wěn)定，除底部地形起伏引起的相變外，一般無明顯相變,③海侵層在時間上具有極好的等時性，既是同性相，又是等時相，因此可以作為地層對比的標志層,④受限陸表海具很好的生油環(huán)境，峽口啟閉引起的事件型海侵海退，必然引起生物群的突發(fā)性興衰，世界上的許多含油氣盆地，包括我國的一

14、些陸相盆地在內，都有多次事件型海侵的紀錄,煤地質學進展,,海侵事件沉積研究的意義,華北地區(qū)晚石炭世—早二疊世陸表海盆地的海相沉積與陸相沉積交互出現(xiàn)，這對地層研究與對比上帶來很大困難，尤其是進行層序地層劃分帶來了很多的爭論，近幾年來，有關華北晚古生界層序地層劃分與對比爭論不休，至今沒有形成統(tǒng)一的劃分方案，海侵事件沉積的研究能夠從一定程度上解決這個問題，提出新的地層劃分方案。,①海侵事件沉積具有等時性，可以進行全區(qū)的對比,山東十灰與16煤的

15、等時對比圖,,柳林-陽泉間下煤組剖面形態(tài)圖,煤地質學進展,,,,大同-陽城間下煤組剖面形態(tài)圖,②可以作為層序劃分的重要界面，是識別海侵體系域的重要標志。,③事件沉積序列中具有一定的沉積相序間斷,陸表海盆地充填沉積序列中有兩種較為典型的相組合，一是相與相間發(fā)育的間斷面，為不連續(xù)沉積組合，但在時間序列上是連續(xù)的即自下而上依次為暴露沉積、潮坪沼澤及泥炭沼澤、淺海沉積，其中：暴露沉積代表了一種剝蝕或沉積間斷，而沼澤與海侵沉積之間存在海侵過程沉積

16、相序缺失，兩者之間存在饑餓沉積或無沉積面，實際上缺少海水向岸擴展的海岸退積序列。這種序列反映了陸表海盆地沉積環(huán)境演化上的突發(fā)性。第二種序列是連續(xù)相序，盆地的環(huán)境演化是漸變的潮坪沼澤化逐漸泥炭沼澤化是一個連續(xù)過程，沒有出現(xiàn)過暴露沉積。,煤地質學進展,,,煤地質學進展,,海侵過程成煤與海侵事件成煤的異同點,,相同點,,（1）煤層發(fā)育在海侵時期（體系域），煤層剖面的上部黃鐵礦硫含量增加等現(xiàn)象；,（2）受海相層影響的煤層化學特征類似，海侵成煤具