含煤岩系及变质作用

含煤岩系及变质作用含煤岩系（以下简称煤系），是指一套含有煤层并具有一定成因联系的沉积岩系。煤系是在一定的地壳运动、古地理环境和古气候条件下形成的。它具有独特的沉积特征，常表现在岩性特征、岩相特征和旋回特征等几个方面。第一节煤系的特征一、岩性特征煤系是在潮湿气候条件下形成的。沉积岩的颜色主要呈黑色、灰黑色、灰色和灰绿色。有时在煤系中也会出现一些杂色的岩石，如带红、紫、灰绿色斑块的泥质岩和粉砂岩等。煤系中的岩石，主要是各种粒度的碎屑岩和粘土岩，并夹有石灰岩、燧石层等。碎屑岩中最常见的有石英砂岩、长石石英砂岩、长石砂岩、砂岩、粉砂岩以及各种成分的砾岩。不同沉积条件下形成的碎屑岩，在成分和结构上有着很大的差别。长石石英砂岩和岩屑砂岩是在内陆条件下形成的，砾岩和粗砂岩反映沉积物距剥蚀区较近。此外，煤系中还有铝土矿、耐火粘土、油页岩、菱铁矿、黄铁矿及火山成因的凝灰岩和火山角砾岩等。组成煤系的沉积岩非水平类型层理比较发育，并且常产有丰富的生物化石，特别是植物化石。此外，还有黄铁矿和各种碳酸盐结核及泥质、粉砂质等包体。在煤系形成过程中，若附近有火山喷发时，就会有相应的火山碎屑岩的分布；若遭受岩浆侵入还可见到各种岩浆侵入体形成相应的火成岩，但火成岩一般不作为煤系的组成部分。二、沉积相特征（一）沉积相概念沉积相是沉积岩在形成时的一定古地理环境的反映。它带有沉积时的环境标记。在不同的沉积环境下形成的沉积岩，在颜色、物质组成、结构、构造、厚度和生物化石等方面都存在着差异。所以，对沉积岩形成的环境的恢复，不仅对了解地质时代的古地理特征和地壳发展历史有着重大的理论意义，而且对指导矿产预测，特别是指导煤田地质勘探有着巨大的实际意义。沉积相的成因标志，就是指具有一定的岩性特征和古生物标志的岩石和岩层，这些特征和标志能反映古代沉积物形成时的自然地理环境。它既是环境，又是沉积物的物质表现。（二）煤系中沉积相的分类及其特征煤系是多种沉积相的组合。根据其形成的古地理类型，沉积相可分为陆相、过渡相和海相。下边分别介绍各相特征。==n陆相包括山麓相、河流相、湖泊相、沼泽相和泥炭沼泽相等亚==n相。（!）山麓相山麓相发育在山前或山间盆地的山麓地带。由坡积物和冲积一洪积物组成。其主要特征是：平面上呈扇形（图#$#$!）；沉积物主要为砾石、砂和少量粘土；分选和圆度极差。从扇顶顺坡而下，碎屑粒度逐渐减小，而分选情况也逐渐改善；层理有直线型斜层理（倾向平原）和水平层理。图#$#$!斯普林溪的冲积扇（据《沉积相模式》）（%）河流相河流相发育在河谷中。河谷中又可再细分出次一级的地貌，如河床、浅滩、天然堤、河漫滩和决口扇等（图#$#$%）。•%#%•第三篇煤田地质基础知识图！"！"#曲流河系统主要形态要素的立体图（据$%&%’（）*+,,-./.）河床是河谷中经常流水的部分,其沉积物一般为砂岩，泥质胶结，分选差；在垂直层序上，自下而上颗粒由粗变细，圆度差到中等;层理有斜层理；常含有硅化或炭化的植物茎干化石，一般不含动物化石。河漫滩是河床以外谷底平坦部分，此处，由洪水期所携带的细粒沉积物组成。它包括河漫滩、牛轭湖沉积和天然堤沉积等。沉积中三者不易区分，故统称为河漫相。沉积物以粉砂为主，也有细砂和泥的夹层；矿物成分较复杂，分选和圆度都较差;层理有交错层理、缓波状层理和水平层理等。含丰富的植物化石碎片，淤泥沉积层中有完整的植物叶部化石及茎干化石，有时还可见一些淡水动物化石。（!）湖泊相典型湖泊沉积的特征是，岩相基本上呈环带状分布。由外向里分别是湖滩、砂质带、泥质、软泥带，中心为软泥带（图！"！"！）。如我国青海湖的沉积分布具有较明显的环带状特征。大型湖泊中沉积环境可进一步划分为湖滨三角洲相、湖滨相和深湖相。湖滨三角洲的水动力作用较弱，一般以河流作用为主，沉积物具有明显的顶积层、前积层和底积层。沉积物以细、中粒砂岩为主，粗砂岩主要在分流河道的轴部沉积，局部还可见含砾砂岩或砾岩。具有直线型，斜层理、楔状层理等。有少量植物化石碎片。湖滨是受波浪冲击的湖岸地带，较细的碎屑被冲到较深的水中，砂和砾则沿湖岸形成砂滩或砂嘴、砂洲。碎屑物分选程度好。具有向湖心缓倾的斜层理、水平层理、波状、缓波状层理等。此外，还有波痕、泥痕等层面特征。有破碎的动、植物化石。深湖相指湖泊中深水的中心部位。沉积物都是较细的物质。其岩石组成有黑色泥岩、油页岩、粉砂质泥岩，也可有碳酸盐岩。水平层理发育。在还原环境下，可以形成菱铁矿、黄铁矿结核。含少量植物化石碎片及淡水动物化石。湖泊相沉积在我国一些煤系中也比较发育，如抚顺早第三纪煤系主要由沼泽相和湖泊相组成;云南小龙潭煤田新第三系煤系也主要是湖泊相沉积。•!!#•第三章含煤岩系及变质作用图！"！"！青海湖沉积物类型分布图#—灰质粘土；$—灰质粉砂质粘土；！一弱灰质粉砂质粘土；%弱灰质泥质粉砂;&一弱灰质粉砂；’一弱灰质砂；（一弱灰质状砂；）一砾石；*—石灰华（据《海、陆相地层辨认标志》）（%）沼泽相沼泽是长期积水（或潮湿），并有植物生长的洼地。沉积物主要是粘土，有机质淤泥和粉砂质沉积。沼泽中一般含有大量的植物遗体和根部化石，有大量的泥炭和腐泥沉积，常见有菱铁矿、黄铁矿结核。根据沼泽水动力条件以及沉积特点，沼泽相可以划分为闭流沼泽相、覆水沼泽相和泥炭沼泽相。闭流沼泽以沉积粉砂岩、粘土岩和粉砂质粘土岩为主，块状构造，局部有不清晰的透镜状、波状、水平层理，有垂直的植物根化石，常见菱铁矿、黄铁矿结核。局部含少量淡水动物化石，常成为煤层的底板或夹矸。覆水沼泽主要沉积的是炭质页岩，部分可含炭质较高的粉砂质粘土岩，具细小的水平层理或缓波状层理，有大量炭化的植物叶、茎碎片，偶含淡水动物化石，也含菱铁矿、黄铁矿结核。泥炭沼泽沉积主要为泥炭或炭质泥岩。$+过渡相过渡相是海陆之间的过渡环境下的沉积物，主要包括湖相、滨海相和滨海三角洲相等亚相。（#）湖相湖是平行海岸线分布并被砂坝与外海隔开的浅水盆地（图！"！"%）。一般以泥质、粉砂质为主，间夹有细砂质和碳酸盐的沉积。由于砂坝阻挡了外海波浪的第三篇煤田地质基础知识传播，从而使湖中的水介质保持平静或比较停滞状态。沉积物以水平层理为主，但表现得不明显。有较多的菱铁矿结核。湖底部的一些地方因循环很慢，处于较强的还原环境，故沉积物富含有机质而呈暗色，有细分散状黄铁矿。在湖的滨岸地带以及靠近砂坝的通道处，由于环境较动荡，沉积物较粗（细砂、粉砂），层理有缓波状小型斜层理等。化石有瓣鳃类、腹足类、介形虫及保存完整程度不一的植物叶部化石。图！"！"#湖与相邻地带地貌景观湖的滨岸地带经常有茂密的植物生长，是泥炭沼泽发育的有利地段。（$）滨海相滨海是指受潮汐作用的低潮线与高潮线之间或附近的海岸地带，主要包括潮上带、潮间带。滨海沉积通常由砂质、泥质、粉砂质组成或碳酸盐等多种类型，也有砾石沉积。其共同特点是：砂质纯净、分选和圆度好；富含贝壳化石碎片，常为化学胶结；具有很典型的低角度楔状层理，分层的倾角十分平缓，向海、陆两个方向倾斜，但以前者为主。（!）三角洲相三角洲是陆源碎屑在河流流入海洋时于河口处堆积而成。无论从平面分布上或垂直剖面上均可分为三个沉积带，即三角洲平原带，三角洲前缘带和前三角洲带（图！"！"%），前者包括分流河床、天然堤、决口扇、牛轭湖及沼泽等多种环境的沉积物，其中主要是分流河床的砂质沉积岩和沼泽的泥炭堆积，二者共生是典型特征。三角洲前缘沉积包括水下支流河道和支流河口砂坝沉积，以砂质为主，自下而上粒度逐渐变粗，不同方向的板状、楔状斜层理和波痕较发育。前三角洲沉积通常是三角洲沉积中最厚的部分，主要由富含有机质、具有水平层理的暗色泥质沉积物组成，并含有海相动物化石，朝海方向逐渐过渡到浅海相。第三章含煤岩系及变质作用图！"！"#三角洲立体图$一炭质页岩、粉砂质页岩；％一炭质砂岩具级理；！一砂岩和粉砂质泥岩互层；&一暗灰色黑色页岩

（据《中国煤田地质学》）海相煤系中的海相沉积主要是浅海相。浅海是指从最低潮线向下直到大陆边缘这一区域，水深大致为％（（）。浅海相以泥质岩、粉砂岩和石灰岩为主，也有一些细砂岩、中粒砂岩，有时还有硅质岩，粗碎屑岩少见。分选和度好，矿物成分简单，以石英为主，层理为水平层理，波状、缓波状层理也较常见，动物化石丰富，常见珊瑚、菊石、腕足类、腹足类等。质岩，粗碎屑岩少见。分选和度好，矿物成分简单，以石英三、旋回结构旋回结构是指在垂直剖面方向上的沉积序列中一套有成因联系的岩性或岩相的多次有规律的组合和交替现象。是煤系的主要特征之一。它反映了煤系形成过程中地壳运动、古地理、古气候等一系列控制因素的周期性变化。（一）不同古地理条件下旋回的特征$陆相煤系的旋回结构内陆条件下形成的旋回，其旋回的下部常由代表较强水动力条件下沉积的山麓相、河流相、滨海三角洲相等亚相组成。上部则由代表弱水动力条件下沉积的湖泊相、沼泽相及泥炭沼泽相等亚相组成。因此，在一般情况下，一个完整的旋回，下部是颗粒较粗的砂岩或砾岩，向上逐渐过渡为较细的砂岩、泥岩或泥灰岩，最后为煤层。自下而上层理也相应地发生变化，分层倾角逐渐平缓直至水平或消失。显然，旋回的形成与剥蚀区和沉积区之间相对高差的变化有密切关系。即每一旋回的开始与地壳活动的重新加剧，地形高差重新增大相吻合。而整个旋回发育的过程也是地形高差逐渐缩小的过程。（图！""*）表示陆相旋回结构的特征。第三篇煤田地质基础知识图！"！"#阜新煤田海州露天矿含煤地层（$）岩性、岩相柱状图%一砾岩，分选圆度很差；&一砾岩、分选圆度较好；！一粗粒砂岩；’一中粒砂岩；（一细粒砂岩和粉砂岩互层；#一煤；）一菱铁矿结核；*—冲刷面；+—洪积相；%,—冲积相；%%—湖泊相；%&一湖泊沼泽相及泥炭沼泽相（据武汉地质学院《煤田地质》，%）&-过渡相煤系的旋回结构滨海条件下形成的旋回，多由陆相、过渡相和浅海相组成（图！"!"））。以煤层为准，可把旋回分为海退（在煤层以下）和

海进（在煤层以上）两部分。一般旋回的海退部分岩性、岩相组合比较复杂，岩石颗粒较粗，厚度变化较大；旋回的海进部分岩性、岩相组合比较简单，除泥炭沼泽相外，多是湖、浅海相或滨海相的沉积物，以细碎屑岩和石灰岩为主，富含动、植物化石，厚度较稳定，在大面积范］内岩性、岩相比较稳定，是煤层对比厚度较稳定，在大面积范］内岩性、岩相比较稳定，是煤层对比的重要标志。第三章含煤岩系及变质作用===1图！"！"#太行山东麓含煤岩系旋回岩性和相组成$一泥质岩；％一粉砂质泥岩；！一细粉砂岩；&一粗粉砂岩；’一细砂岩；（—粗砂岩；#—灰岩；）—煤层；*—泥炭沼泽相；$+一沼泽相；$$一湖泊相；%-湖海湾相；$!一砂嘴、砂坝相；$&—湖海湾波浪带相；$’一浅海相；$（—菱铁矿；$#—黄铁矿;$）—动物化石；$*—根部化石；%+—叶部化石海退部分岩性、岩相比较复杂的原因，在于海退过程中随着海岸线的逐渐后退，大片地面出露，河流广泛发育，地形起伏不平，大量碎屑物质搬运到海中，在河口形成三角洲。===1第三篇煤田地质基础知识沿海岸线形成滨海砂滩、砂嘴、砂堤、砂洲，使海岸线迂回曲折，从而加速了湖海湾的形成。因此，旋回的海退部分各种过渡相十分发育。海退末期到再一次海进之前，经过河流的侧向侵蚀，大片地面逐渐夷平，并逐渐演化成沼泽，继而植物丛生，出现了有利于泥炭堆积的环境，形成了泥炭层。沼泽化现象实际上是在河漫滩、三角洲平原、滨海湖泊、湖海湾、滨海砂滩、砂坝等各种地貌的基础上发育的。海进开始后，泥炭沼泽被淹没。由于这时地形高差缩小，水系衰退，由陆地带到海中的碎屑物数量减少，因而有利于在广阔的浅海环境下形成石灰岩和泥质岩。在新的过渡地段，泥炭沼泽通常被湖海湾、滨海湖泊等环境所代替。由此可见，煤层实际上是海退与海进转折阶段的产物。过渡相煤系旋回划分，常以海退开始的相作为起点，煤层则位于旋回的中部，使煤层本身与其它有成因联系的上、下岩层划入同一旋回，层序完整，便于进行煤层对比。（二）旋回的名命旋回的命名方法主要有四种：一是根据旋回的形成条件分为陆相旋回、过渡相旋回和海相旋回，如果旋回的岩相组成比较复杂，则可依主要岩相分类、命名，如过渡相一海相旋回。二是根据旋回的起点岩相和终点岩相进行分类、命名，如冲积相一湖泊相旋回、湖相一浅海相旋同等。三是根据旋回的完整程度，即有、无冲刷侵蚀分为完整旋回和不完整旋回。还有根据旋回中含煤与否分为含煤旋回与不含煤旋回。（三）旋回结构的形成含煤岩系旋回结构的形成，受多种因素的控制，主要包括地壳运动、气候变化、冰川活动、搬运沉积以及河流迁移等。其中，地壳运动起着决定性的控制作用，本书只在此方面作以介绍。在自然界，地壳不是静止的，而是经常运动的，在煤系形成过程中，由于升降运动或水平运动，使聚煤坳陷的基底不断发生变化，从而形成旋回结构。!"地壳小振荡运动形成的旋回结构小振荡运动是指在地壳下降的总趋势中，伴随着幅度不大、周期较短的升降运动。由于小振荡运动不断地引起陆地升降而导致海岸线的前进或后退，使岩相在空间的多次迁移。这种迁移在剖面上就形成了煤系岩相有规律的交替，即旋回结构。煤系中一个完整的沉积旋回的形成过程，是与一次小振荡运动的升降过程相吻合的。&"地壳间歇性沉降形成的旋回结构间歇性沉降即不均匀沉降，也称脉状沉降，是指地壳运动过程中显著的沉降与相对稳定阶段交替的现象。在沉降阶段内，聚煤坳陷的基底