中国煤田地质学2010.doc

2010届中国煤田地质学作业1请分析中国古近纪煤田分布及特征，并试举一例来分析其成煤机制。答：我国地史上的聚煤期有14个，其中早石炭世、晚石炭世-早二叠世、晚二叠世、晚三叠世、早-中侏罗世、早白垩世和第三纪为主要聚煤期。在这7个主要聚煤期中，下面主要分析一下早第三纪，也就是后来的古近纪的煤田分布及其特征。主要以中国鲁东古近纪煤田含煤分布进行分析。山东东部已发现的古近纪煤田为昌乐五图煤田和黄县煤田（现称龙口矿区），两煤田的含煤地层分别称五图组和黄县组，均为含褐煤和油页岩的含煤建造，其沉积特征相似，形成时代相同。下面以黄县煤田为例进行剖析其煤田分布。1.1区域地质概况黄县断陷盆地位于郯庐断裂以东,鲁东断块之胶北块隆的西北缘。鲁东地区的构造受郯庐构造带的影响,在隆起区之上发育由断裂控制的小型断陷盆地。黄县断陷盆地是位于鲁东断块区内的唯一的第三纪聚煤盆地,其南界为黄县大辛店大断裂,东为北林院洼沟断裂,这两条大断裂为控制盆地沉积充填的盆缘断裂。盆地东部和南部为太古代及元古代古老地层,中生代早白垩世青山组和新生代玄武岩,以及燕山晚期花岗岩组成的低山、丘陵,北为渤海。下第三系黄县组不整合于白垩系青山组之上,最大厚度1600余米,中亚组为含煤层段(图1)。图1黄县断陷盆地典型沉积序列注:1.石灰岩;2.泥灰岩;3.泥质灰岩;4.钙质泥岩;5.煤层;6.油页岩;7.含油泥岩;8.炭质泥岩;9.黄铁矿;10.动物化石;11.植物根化石;12.植物化石碎片;13.交错层理;14.平行层理;15.水平层理;16.波状 层理;17.基准面上升;18.基准面下降;19.体系域不完整.1.2沉积特征及沉积序列黄县组为一套陆相扇三角洲-断陷湖泊沉积,粗碎屑沉积为主,由盆地边缘向盆地中心,粗碎屑沉积呈现由厚到薄、粒度由粗至细的规律性变化,粗碎屑沉积在垂向上表现出顶底界面多为突变接触,且有的呈现向上变细序列(如辫状河沉积)。通过对200余个钻井和测井资料的研究,共识别出3类沉积体系。扇三角洲湖底扇体系。断陷盆地的扇三角洲的水上部分主要由近端扇(冲积扇体部分)的泥石流角砾岩块和粗粒漫流等水携沉积物组成。水下部分构成较为复杂,沿扇体向水下追踪,可分为水下扇体湖底扇。湖底扇也可以是冲积物从盆地边缘直接进入湖底形成的,这在盆地高水位期比较常见。扇三角洲相带可划分出扇三角洲平原相、前缘相、前扇三角洲相、扇间相等。辫状河水下扇体系。辫状河系的沉积作用以近端扇及辫状河平原为特征。远滨深入深水区,形成水下扇,尤其在低水位期,水下扇较为发育。沉积体系由近源冲积扇、辫状河砂砾质沉积、辫状河三角洲及远端水下扇,以及水道间洼地沉积等组成。三角洲平原水道间部分易沼泽化而有利于聚煤作用发生。滨浅湖深湖浊积扇体系。在高水位期发育,主要由砂质、泥质沉积为主,在靠近水下扇或扇三角洲发育部位,在深水区发育薄层浊积扇体。在晚期高水位期,扇三角洲体系发育,且迅速向盆地推进。1.2 含煤地层特征黄县组分布于莱州湾东缘的龙口黄县一带（黄县煤田），呈东西向带状分布，东西边界以北北东向断裂为界，南北两侧以东西向断裂为界。在煤系顶部剥蚀面上，有一层底砾岩，厚10m左右，砾岩以上为黑色玄武岩，平覆在砾岩之上，与下伏含煤地层呈不整合接触。煤系地层自下而上划分为：底部砾岩段、下含煤段及上含煤段三部分。1.1底部砾岩段在下含煤段之下，为杂色（紫红色、灰色等）砂砾岩、砾岩，夹杂色粘土岩等粗碎屑岩，厚度约500m，与下伏白垩系青山组凝灰岩呈不整合接触。1.2下含煤段厚度40140m。主要为细砂岩，夹泥岩、粘土岩，下部夹一组煤和油页岩层组合层，组合层厚度12.35m（层位与五图煤田五图组的中煤段、油页岩段和下煤段相当）。1.3上含煤段厚度40160m。主要为粉砂岩、泥灰岩、泥岩和含油泥岩、油页岩等，夹三组煤和油页岩组合层，组合层厚度8.47m。底部为紫红色粘土岩，厚度20m，测井曲线呈突变特征。1.3含煤地层形成条件黄县煤田位于五图煤田东北方向，直线距离170km，位于东经118.5121.0，北纬36.538.0。黄县煤田植物群所反眏的古气候，属于亚热带型，气候温热而湿润。根据煤系基底与白垩系青山组凝灰岩的接触关系和控制煤田边界的断裂分析，其煤田含煤地层沉积于燕山运动晚期形成的断陷盆地，由于盆缘断裂的活化与盆地长期同沉降作用，盆地的沉降期漫长而不均，大体可分两个阶段：第一阶段为盆地间歇性快速沉降阶段，当时气候较干燥，沉积了杂色砂砾岩、砾岩夹杂色粘土岩及角砾岩等粗碎屑岩系。第二阶段为盆地缓慢持续沉降阶段，当时气候温热湿润，在沼泽区域由于有大量针叶植物和阔叶落叶植物生长，为煤层聚积提供了条件。在湖泊区域则因有浮游生物等大量生物繁殖，生成了富含油的油页岩层。湖泊水位长期阶段性的升降，造成湖泊沼泽环境长期持续演替，其结果导致沉积了巨厚的含褐煤及油页岩交互的含煤地层。不过在含煤地层沉积过程中，曾有一段时间气候突变炎热干燥，黄县煤田沉积了厚层紫红色粘土岩（本文简称为氧化层）。此后，气候重新转为温热湿润，又继续了煤系的沉积。上述“氧化层”成为含煤地层的分界标志，将煤系分为上下两部分。在“氧化层”以下，黄县煤田煤系薄，成煤环境差，仅沉积了一组煤和油页岩组合层。在“氧化层”以上，黄县煤田当时成煤环境较好，沉积了三组煤层和油页岩组合层。由上述可以看出，黄县煤田成煤条件及所沉积的含煤地层特征为北北东与东西向断裂控制的断陷盆地，含煤地层为含褐煤和油页岩的沉积建造，煤系底部为杂色砂砾岩、砾岩及角砾岩的粗碎屑岩系，与下伏白垩系青山组凝灰岩均为不整合接触；煤系的中部均发育段紫红色岩层，将煤系截然分为上下两部分。图2为黄县煤田和五图煤田的含煤地层对比。图2 五图煤田与黄县煤田地理位置及古近纪煤系对比图1.4找煤方向黄县煤田为北北东向和东西向断裂控制的断陷成煤盆地，在黄县煤田以西到羊角沟一带，为北北东向与东西向断裂发育区域，在这些断裂带区域也可能有断陷成煤盆地。据此推断，在黄县煤田向西到羊角沟沿海一带，可能有黄县组煤系赋存。建议对上述地区作为找煤重点区域，最好采用物探方法，找寻埋藏较浅的区段，然后用钻探验证，这样可能会收到事半功倍的效果。2探讨一下中国煤田地质发展现状并说明国际上处于什么情况。答：我国地域辽阔，煤炭资源分布广泛，煤和煤田在世界上具有鲜明的地域特色和独特的地质问题。中国是世界上少数几个以煤为主要一次能源的国家，这主要是由中国能源资源结构所决定的。中国的化石能源中，煤炭资源的保证程度高，可获得性好。中国工程院预测今后半个世纪内，煤炭仍将是中国的主要一次能源。1. 中国煤田地质的发展现状1.1发展现状煤炭在世界能源中占主要地位，进入21世纪，煤炭在世界一次能源中仍将占主要地位，在我国尤其如此。在我国，1500m左右的煤炭总资源量约4万亿吨，已探明保有储量达1万亿吨。而石油、天然气，由于资源赋存条件与勘探、开发困难等原因，一个时期内难于大幅度增产。但是，随着开放与市场经济发展，煤炭要有竞争力才能在市场上站住脚，经济、安全、高效采煤就成为煤炭工业发展的关键。因此，世界上所有采煤国家都需要继续开展煤田地质勘探工作，而且，煤田勘探技术要迅速发展才能满足生产要求。1.2发展中存在的问题从我国煤田地质特点及世界先进技术的发展现状来看，我们可以看出，近年来我国在煤田地质勘探前沿问题可概括为以下几个方面。1 从完善矿井水防治与保守采煤研究方面来看 我国东部一些矿井，随着采深增大，突水事故经常出现，突水量也日益增大。由于这些煤田水文地质条件特别复杂，加上采深不断增大，浅部矿井水治理获得的一些认识往往不适应深部矿井水动力条件。因此，我国煤矿水害防治技术的发展趋势是：深入研究矿区深部岩溶水形成与运移特征，深部矿井底板岩溶水突出机理，开发突水预测预报技术；开发适应现代机械化开采的采掘区无水险水害防治技术。2 从开展动态地质研究方面来看常见的岩煤突出、瓦斯突出、冲击地压、突水、井筒破裂等井下灾害，实际上是一种动力地质现象。这些现象均与岩体应力场有关。主要起因于岩煤采掘后，原有自然条件下各种地质因素之间的平衡遭受破坏，岩体应力再分配，从而引发或诱发出这类灾害性地质现象。通过研究这些现象形成的地质机理，事先测定出采掘阶段岩体应力随时空的动态变化，就有可能预测上述动力地质现象是否会形成，确定并采取消除或减弱这些灾害的措施。3 从加强环境地质勘查与灾害地质防治方面来看 由于矿区在天然条件下以及因开发而使地质体系遭受破坏，从而可能形成一系列环境问题，如耕地破坏、水源污染、沙化，粉尘、一氧化碳、二氧化硫造成的大气污染等以及更具破坏性的灾害地质现象，如地裂、地表塌陷、滑坡乃至诱发地震。由于历史原因及煤矿不断开发，旧帐未清，新帐纷至，所产生的问题相当严重，煤矿环境问题是制约煤炭工业可持续发展的关键因素之一，今后矿区环境评价与治理将成为开发部门重要的工作内容。4从提高勘探精度来看 连续作业是煤炭工业现代化或采掘机械化和自动化的特点。这要求开发前查明所采煤层的细微变化，如煤层厚度、结构和灰分的局部细小变化。煤层及其顶底板岩石物理力学性质的局部变化等。但是，世界各国的煤炭证实储量及我国的探明储量均只主要说明煤炭的原地埋藏数量，并未充分甚至没有提供满足现代开采技术要求的开采地质信息，为适应现代机械化开采，普遍需要补充勘探。5从攻克煤层气开发难关来看 近年来许多国家正在把煤层气作为一种能源进行研究，已有20多个国家开展了煤层气研究、勘探和开发活动。在煤层气试验开发中，目前所遇到的问题是：多数井煤层气产率低、衰减快，钻井冲洗液污染煤层，完井后坍塌堵孔，水力压裂效果不明显，裂缝短，所占比例低，完井后采气效果差等。显然，研究我国煤层渗透率低的原因、渗透率变化规律、煤层气富集和高产因素、煤层力学稳定性和破坏规律，开发适于我国低渗率煤层的钻井、完井、采气和增产实用技术，探索我国煤层气开发有利区段的评价选择模式就成为技术攻关的重点。2.中国煤田地质的发展趋势用发展眼光看，近年来钻探仍将成为获取“第一性”地质资料的重要手段。物探仪器日新月异，性能改进与更新迅速，向高灵敏度、高分辨率、高精确度、遥控、计算机实时控制、处理、数据分析和三维图形显示方向发展;物探方法向多维、多参数测量、多方法组合发展;计算机和信息技术将普及到地质勘探的各个专业、各个作业单元，乃至管理整个勘探系统。3.中国煤田地质的发展前景3.1煤矿生产地质研究发展方向我国的煤矿生产地质的基础理论研究和技术方法整体水平己进入世界先进行列。但在仪器、设备和软件上还落后于发达国家。今后的发展方向是更准确、精细地查明采区、工作面的地质条件。完善煤田三维地震基础理论；优化资料处理程序，开发与完善三维地震解释软件及应用软件；开展多维多分量地震勘探技术研究；开展复杂地震条件地区的探测技术攻关。为采煤方法选择、工作面布置、顶板管理、瓦斯与水突出防治提出更多地质依据。3.2煤田地质的展望由于煤炭在中国能源战略地位中的不可替代性，煤田地质学和煤田地质事业将面临更多的使命。煤田地质工作由大规模找煤、勘探扩展到煤炭资源保护与环境保护，及煤炭生产和利用过程中的地质上作。未来煤田地质学科的发展，将有以下特点。当代地学基础学科不断发展，不断引入新理论、新力法，是本