煤矿地质学 2

煤矿地质学,煤矿地质学是我国煤炭工科高校中非地质类专业（采矿工程、通风安全工程、测量工程、露天开采工程、矿山建设工程、探矿工程等专业）的一门主干专业基础课程，是一门集理论科学性、生产实践性于一体，与煤矿生产实践和地质研究紧密结合的实用地质学。其培养目标是使学生了解和初步掌握与煤矿建设和生产有关的地质知识，培养学生阅读和使用各种地质资料，发现并解决煤矿开发过程中的有关地质问题的能力，从而为煤矿开采各阶段的正常生产服务。指定教材：煤矿地质学（杨孟达）参考书：（1）煤矿地质学（阎琇璋，中国矿业大学出版社，1988）（2）矿井地质学（龙荣生，煤炭工业出版社，1991）（3）构造地质学（徐开礼，地质出版社，1984）（4）科技文献，CNKI学时安排：理论教学60学时实习68学时考核方式：平时20；期中30；期末50学习建议：综合性强须多看多记；实用性强多关注。,地质学：研究地球的科学，重点是地球的外表部分（地壳）。Geology：ge地，logy学问，国外“地质”和“地质学”均为Geology。我国“地质学”是研究“地质”的科学，“地质”泛指地球或地球某一部分的性质和特征，如：物理性质、化学性质、矿物特征等。地球科学包括一切与地球有关的科学总称“Earthscience”地学地质科学内各学科总体的简称。地球科学的同义词。地质学的同义词。,地质学的主要分支学科：1、研究地壳的物质成分及其成因和变化规律的科学有：矿物学、岩石学、矿床学、地球化学、有机地球化学等。2、研究地壳结构和地表形态的变化特征和发展规律的学科有：构造地质学、大地构造学、地质力学、地貌学等。3、研究地壳的形成历史和演化规律的学科有：古生物学、微体古生物学、地史学、地层学。4、研究矿产分布、调查、勘探理论的学科有：地质矿产调查勘探、煤田地质学、煤田地质勘探、地球物理勘探、探矿工程、水文地质、工程地质、石油地质、非金属地质。5、研究地球对人类影响及防范、改造其危害的科学有：环境地质学、地震地质学、深部地质学。6、研究地球的形成原因和促使其变化与发展的作用原理的学科有：动力地质学。,煤矿地质工作是在地下坑井直接调查、观测由井巷开凿出来的新地质资料，因而矿井地质工作方法不同于地表地质工作方法，它具有以下特殊性：（1）在煤矿地质工作中，要具备采煤、建井及矿井测量等各专业的基本知识；（2）煤矿开采的煤层是蕴藏在地壳中，而地壳在地质历史时期曾经历了一系列的复杂变换过程，使煤层及其围岩均变形或破坏，造成构造的复杂化，给地质观测增加了困难。同时，在照明条件不良、且观测又受巷道空间限制的矿井中，地质观测工作的困难程度较大。（3）煤矿地质工作是与多工序、连续进行的井巷掘进及煤层回采同时进行，且工作地点经常改换，因此当有新的地质现象出现时，必须在井巷闭帮或喷浆前及时进行观测，收集地质资料，解决地质问题。（4）煤矿井下存在有不同程度的水、火、瓦斯、煤尘及巷道围岩变形等自然灾害。这些矿害的产生，都与煤矿地质有关。,煤矿地质工作的方法：（1）根据煤矿地质学具有实用性及综合性较强的特点，煤矿地质工作者首先必须具备地质学的基础理论及采煤、建井、矿井测量及制图等学科的基本知识；其次，必须掌握解决煤矿生产、建设过程中各类地质问题的工作方法和操作技能；其三，要求在矿井下作地质调查时，必须掌握由点到面、由简单到复杂、由个别到一般、由已知到未知的工作步骤，逐步深入，直到彻底解决问题。（2）在地壳的不同部位有不同的物质基础和外界因素，也有不同的变换过程。各地区的地质发展有其一定的规律性，也有其差异性，故在研究不同地区的煤矿地质时，既要认识它们的共性，也要分析它们的差异性，才能正确地解决问题。（3）为了认识和掌握煤矿地质的规律，首先必须深入坑井，作细致的现场调查研究，积累原始材料；然后加以去粗取精，去伪存真地整理分析，综合归纳出规律，并提高其理论知识；最后再用这些理论去指导生产实践，同时在实践中检验、充实、丰富进一步发展这些理论，只有这样，才可以逐步得出更深刻、更正确、更完善地反映矿井中地质情况的本质。（4）随着科学飞速向前发展，在地质科学领域的研究中，应在采用对宏观现象研究的同时，还必须加强对微观现象的研究，即使用宏观与微观相结合的方法来研究地质现象及其规律。,研究对象：煤矿建设、生产过程中出现的各类地质问题。研究内容：普通地质学、矿物岩石学、构造地质学、古生物学、地史学、煤田地质与勘探、水文地质学、瓦斯地质学、矿井地质工作方法、工程地质学本学科与其它学科之间的关系：（1）所需基础学科：采煤概论；几何制图；矿山测量（2）后续课程的基础：采煤方法；井巷工程；通风安全煤矿地质学是采煤、矿建专业很重要的一门专业课基础课程，通过本课程的学习，一方面为专业课的学习打好基础，另一方面为同学们将来工作掌握必要的地质基础方面的技能为毕业设计提供必要的基础知识。,绪论第一章地球第二章矿物与岩石第三章地层古生物第四章地质构造第五章煤与含煤岩系第六章影响煤矿生产的地质因素第七章矿井水文地质与防治水第八章煤矿环境地质第九章地质勘探第十章主要地质图件第十一章矿井储量管理第十二章地质编录第十三章地质报告与地质说明书第十四章煤矿地质信息技术,煤矿地质学的任务：（1）研究煤矿地质规律；（2）矿井地质工作；（3）矿井储量管理；（4）水文地质调查；（5）地质灾害预测预报；（6）环境地质调查；（7）矿产资源综合利用,第一章地球,第一节地球概述第二节地球的圈层构造第三节地球的物理性质第四节地质作用,三、地表面特征,（一）陆地地形1、山地：是指海拔高程在500m以上的低山、1000m以上的中山和3500m以上的高山的总称。2、丘陵：地表起伏数十米（最大不超过200米）的低缓地形。3、平原：地势宽广平坦或略具有起伏的地带。4、高原：海拔高程大于600米的宽广地区，如青藏高原。5、盆地：四周是高原或山地，中央低平的地区，如柴达木盆地。6、洼地：陆地上某些高程低于海平面的低洼地区。,（二）海底地形1、大陆边缘：大陆与大洋连接的边缘地带。它包括：1）大陆架：围绕大陆的浅水平原。坡角小于0.1，海水深度一般小于200m。2）大陆坡：大陆架外缘倾斜部分，坡角4.3。3）大陆基：大陆坡与大洋盆地之间的平坦地区。2、大洋盆地：大洋盆地是海洋的主体，约占海洋总面积的45%。3、洋中脊：大洋中的线状海底隆起。其规模超过陆地上最大的山系。洋中脊均由火山岩组成，有地震和火山活动，其发生地震时引起海啸。,第二节地球的圈层构造,一、地球的外圈层根据组成外圈层物质的性质状态不同，可分为三个圈层：大气圈、水圈、生物圈。（一）大气圈：包围地球的大气所组成的一个圈层叫大气圈。它是地球最外面的一个圈层，其上界可达1800km或更高的高空。地球表面大气稠密，向外逐渐稀薄，过渡为宇宙气体。（二）水圈：地球的水圈是在原始大气圈的成分中有了大量的水蒸汽之后才逐渐形成的。水圈是地球表层的水体，大部分汇集在海洋，另一部分分布在陆地上的河流、湖泊、孔隙和土壤中。大气下层和生物体内也有水分。这些水分包围着地球形成连续的封闭圈。水圈的总质量为166.4亿吨，海洋水体积为陆地水体积的34倍。海洋水体中已测出近60种元素，其主要元素成分是：O、H、Cl、Na、Mg、S六中元素。海洋水的平均盐度为35。,（三）生物圈：即地球上一切生物生存和活动的范围，在大气圈10km的高空，地壳3km深处和深海底部，都发现有生物存在。大量生物则集中在地表和水圈上层，包围地球形成一个封闭圈。二、地球内圈层（一）地壳：地壳厚度的一般规律是：大陆所在的地方较厚，海洋所在的地方较薄，地壳平均厚度33km。1、上层为花岗岩层2、下层为玄武岩层（二）地幔：1、上地幔：33km984km，平均厚951km。成分以超基性橄榄岩类为主。因此这一层又叫橄榄岩层。2、下地幔：984km2898km，平均厚1914km。成分：金属氧化物和硫化物。因此，这一层又叫金属矿层圈。,（三）地核：是指古登堡分界面到地心。主要成分是高磁性的铁、镍物质，故又称铁镍核。关于地核成分目前还有争议。地核温度达3000，压力300万个大气压，物质密度较大。大气圈外圈层水圈生物圈地球地壳内圈层地幔地核,第三节地球的物理性质,一、密度：地球单位体积的质量。二、压力：主要指静压力，既由上覆岩石的重量所产生的压力。三、重力：地心对地面物质引力和地球自转离心力的合力。正常重力值-把地球看作均质体，从理论上计算出地表各处的重力值。重力异常-实测重力值与正常重力值（理论上的）之差。正异常-实测值大于理论值，表明地下存在密度较大的物质。负异常-实测值小于理论值，表明地下存在密度较小的物质。四、温度1）地壳浅部温度变化（1）变温层：自地表向下约30米，受太阳辐射热的影响。（2）恒温带：此带深度大约在地下30米处。既变温层的下界。（3）增温带：在恒温层以下，温度随深度而逐渐增加，表示增温规律的方法两种：,三、海底地形1、大陆边缘：大陆与大洋连接的边缘地带。它包括：1）大陆架：围绕大陆的浅水平原。坡角小于0.1，海水深度一般小于200m。大陆架是海洋生物繁殖最多的地方，有丰富的石油资源，总储量1000亿吨以上。2）大陆坡：大陆架外缘倾斜部分，坡角4.3。3）大陆基：大陆坡与大洋盆地之间的平坦地区。2、大洋盆地：大洋盆地是海洋的主体，约占海洋总面积的45%。3、洋中脊：大洋中的线状海底隆起。其规模超过陆地上最大的山系。洋中脊均由火山岩组成，有地震和火山活动，其发生地震时引起海啸。,地温梯度（地热增温率）：深度每增加100米，所升高的温度。地温级（地热增温级）：温度升高1，所增加的深度，以米表示。2）地热利用地热增温率较大的地区地热异常区。五、磁性地球是一个球形磁铁，在其周围形成一个地磁场。地磁子午线（磁针所指南北方向的延长线）与地理子午线有一个夹角，这个夹角磁偏角（），磁针偏东为正，偏西为负，因此，使用罗盘时必须加以校正。磁倾角磁针的空间位置与水平面之间的夹角。赤道为0，两极为90，指北针向下倾为正（北半球），向上倾为负（南半球）。磁场强度地磁场中，使磁针偏转和倾斜的磁力大小的绝对值。磁偏角、磁倾角和磁场强度合称地磁三要素，它们共同表示一点的地磁状况。若某地区实测值与理论值不同时，称为地磁异常，利用该异常可查明地下地质情况，如：高磁性岩石、地质构造，这种方法叫磁法勘探。,第四节地质作用,地质作用：使地壳物质发生运动和变化的各种自然作用。地质作用一方面不停息地破坏着地壳中已有的矿物、岩石、地质构造和地表形态，另一方面又不断地形成新的矿物、岩石、地质构造和地表形态。各种地质作用既有破坏性，又有建设性，在破坏中进行新的建设，在建设中又同时遭到破坏。根据地质作用所进行的场所及能量来源的不同，地质作用可分为内力地质作用和外力地质作用。,一、内力地质作用,内力地质作用发生在地球内部，能量来自于地球本身。内力地质作用按其活动方式,可划分为地壳运动、岩浆作用和变质作用。（一）地壳运动1、运动的证据（1）我国舟山群岛、台湾岛和海南岛在第四纪早期（距今约300万年）与大陆是连在一起的，后来由于台湾海峡地区下沉才分开的。（2）意大利那不勒斯湾海边的古罗马庙宇前的三根大理石柱，每根柱子高12m，它们保留有同样的地质遗迹。,2、地壳运动的基本形式（1）水平运动：是指平行于地表的运动。如郯庐断裂。（2）垂直运动：是指垂直于地表的运动。如大理石柱。3、构造变动：由地壳运动所造成的岩层产状和构造形态的改变，叫做构造变动。构造变动可分为：褶皱变动变形；断裂变动变位。4、确定地壳运动的方法（在地质历史时期）在地质历史时期的地壳运动无法直接观察，只能根据地壳运动所留下的各种遗迹进行研究，常用的方法有以下几种：（1）岩相分析法：A.岩相：是指岩石的沉积特征及古生物特征的总和。a.横向相变：横向上的相变反映了同一时期不同地区的自然地理条件的差异：陆相滨海相浅海相砾岩砂岩滨海砂岩石灰岩,b.纵向相变纵向即垂直岩层剖面方向上，纵向上的相变反映了同一地区不同时间的自然地理环砂岩境的改变，其改变（环境）是地壳运动的结果。如太行山东麓煤田的某剖面。煤B、海侵层位和海退层位：铝土岩a.海侵：地壳下降，海水侵漫大地。灰岩由海侵时期形成的岩层海侵层位b.海退：地壳上升，海水退出陆地海退。由海退时期形成的岩层海退层位。地壳的上升与下降往往是交替出现的一套海侵层位和一套海退层位说明本区曾经历了一次下降和一次上升的完整的地壳运动。岩性在剖面上有规律的交替现象旋回结构。(2)厚度分析法岩相分析可以得出地壳升降的定律结论，而厚度分析可以得出升降运动的定量结论。,(3)岩层接触关系分析法：a.整合接触关系：新老两套地层彼此平行接触,它们之间是连续沉积，没有沉积间断。b.假整合（平行不整合）：新老两套地层彼此平行，但它们之间并不是连续沉积，曾有过或长或短的沉积间断，因此地层有缺失。c.不整合（角度不整合或斜交不整合）：新老两套地层有一定交角，其间有地层缺失，有明显的侵蚀面。不整合和假整合反映了当时所发生的地壳运动，它们是划分地层的重要依据。(二)地震作用：我国的地震预报,平行不整合接触角度不整合a-平行不整合立体图a-角度不整合立体图b-平行不整合剖面图b-角度不整合剖面图,（三）岩浆作用岩浆在上升过程中与围岩相互作用，不断改变自身的化学成分和物理状态，这种从岩浆形成、活动直至冷凝的全部地质作用，统称为岩浆作用。1、岩浆的喷发作用岩浆喷出地表火山喷发。由岩浆喷出地表而形成的岩石喷出岩（火山岩）。1）火山喷发的类型（1）熔透式喷发（2）裂隙式喷发（3）中心式喷发2）火山喷发物（1）气态物质（2）液态物质（3）固态物质2、岩浆的侵入作用侵入作用：岩浆上升运移到地壳中的活动过程。侵入体：由侵入作用形成的岩体。根据岩浆侵入的环境，可分为两种类型：,1）深成侵入作用是指距地表3km以下的岩浆活动。（1）岩基：一种规模巨大的深成侵入体，出露面积大于100km2，多由酸性岩组成，常见者为花岗岩体，形状为不规则的椭圆形，长轴方向与山脉走向一致。（2）岩株：一种规模较小的深成侵入体，平面形状近似圆形，出露面积小于100km2，向下呈柱状延深。2）浅成侵入作用是指距地表03km范围内的岩浆侵入活动。（1）岩盘和岩盆岩浆沿断裂上升侵入到岩层中，冷凝成一个上凸下平的透镜状侵入体岩盘（岩盖），其规模不大。若中央凹下，四周高起岩盆，规模较大。（2）岩床：岩浆顺岩层层面侵入而形成的板状侵入体。,（3）岩脉：岩浆沿垂直于层面的裂隙侵入，与层理斜交。直立或近于直立的岩脉岩墙。岩脉的规模大小不一。岩浆岩体产状示意图1-岩基；2-岩株；3-岩盘；4-岩床；5-岩墙和岩脉；6-火山锥；7-熔岩流,岩盘立体图岩床立体图,（四）变质作用变质作用：地下深处的固体岩石在高温、高压和化学活动性流体作用下，引起岩石的结构、构造或化学成分发生变化形成新岩石的一种地质作用。1、变质作用的因素1）温度：（1）再结晶作用：非晶质矿物结晶质矿物晶体细小的矿物颗粒大的矿物（大理岩）（2）矿物成分之间重新组合形成新矿物：例如：含SiO2的石灰岩，在高温（550）下，可生成新矿物硅灰石（CaSO3）：CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2,2）压力：（1）静压力：由上覆岩层重力引起的，它可使矿物成分重新组合，在温度不变的情况下，它将产生体积小；比重大的新矿物。（2）定向压力：是具有方向性的压力，它伴随构造运动和岩浆活动而产生，它可使岩石中的柱状及片状矿物重新排列形成垂直于压应力方向的片理构造。（3）化学活动性流体：主要成分H2O，其次是CO2、F、Cl等。在适当的温度和压力条件下，便和围岩发生交代作用，使围岩成分、结构、构造发生一系列变化。例如：H2O和CO2作用于超基性岩形成蛇纹岩。,2、变质作用的类型根据变质因素、变质方式的不同，变质作用可分为三种类型：1、区域变质作用：2、接触变质作用：3、动力变质作用：,二、外动力地质作用,外动力地质作用发生在地表层，能量来自于地球以外，主要是太阳的辐射能、日月吸引能。（一）风化作用：1、物理风化作用：主要是指岩石发生机械破坏。1）温度变化的影响：2）冰劈作用：2、化学风化作用：1）氧化作用：黄铁矿被氧化转变成褐铁矿。2）水溶液的作用：,3、生物风化作用-是指生物的活动对岩石所产生的破坏作用。1）根劈作用：植物根使岩石裂隙扩大，从而使岩石崩解。2）生物化学作用：由于生物参与，引起介质条件改变，使岩石遭到分解的过程。4、风化作用的产物：1）溶解物质