03郭繁第三章煤矿地质与安全.ppt

第三章 煤矿地质与安全 数控教研室 郭繁 教学内容 第一节 地史的基本知识 第二节 煤与含煤岩系 第三节 地质构造及其对煤矿生产的影响 第四节 水文地质及其对煤矿生产的影响 教学要求 1、地质构造及其对煤矿生产的影响 2、水文地质及其对煤矿生产的影响 重点与难点 了解地史的基本知识和含煤岩系； 掌握地质构造的类型及其对煤矿生产的 影响；掌握水文地质对煤矿生产的影响 第一节 地史的基本知识 地史主要是研究地壳在时间上和空间上发生 发展的历史。地球自诞生以来已 46亿年的时间， 在这漫长的时间里，地球经历了一个极其复杂而 连续地向前发展的过程。研究地壳物质的改变， 生物的演化发展，对地质历史时期的地壳运动、 古气候条件、古地理环境和生物演化特点，以及 矿产的形成和分布规律的了解都有十分重要的意 义，有利于矿产资源的寻找、勘探与开发。 一、岩层中的地史信息 （一）古生物及古生物信息 1、古生物与化石 古生物是指生存于地质历史时期 ，至今绝大部分已绝灭的生物。古生 物的分类基本是根据现今生物分类单 位进行。界是生物最大的分类单位， 生物分动物界和植物界。界以下的分 类单位依次为门、纲、目、科、属、 种，种是生物分类的基本单位。 地球上的生物界在演化发展过程中 ，不断进化，新的属种不断出现，旧的 属种不断淘汰，大多数属种只存在于地 史上的一定时间内，形成生物发展的阶 段性。 一般来说，生物演化的总趋势是 由简单到复杂、由低级到高级，呈现阶 段性、上升进步性及不可逆性，给地层 划分对比提供了依据。 一、岩层中的地史信息 （一）古生物及古生物信息 化石是指保存在地层中的古生物遗体和遗迹，遗 体指生物体的本身部分，如植物的根、茎、叶和动 物的骨骼、甲壳等，由遗体形成的化石称遗体化石 ；遗迹是被保存下来的生物生活活动的痕迹，如足 迹、爬痕、粪便等，由遗迹形成的化石称遗迹化石 。 一、岩层中的地史信息 （一）古生物及古生物信息 地质历史中的化石种类繁多，但能够保存下 来成为化石的只是很少一部分，绝大部分生物 遗体都被各种地质作用和生物作用所破坏。能 够保存下来成为化石的必要条件是： １ )生物体有难以损坏的硬体 (如动物的外壳、骨 骼、牙齿、角、鳞等 )，或有较难以溶解的有机 质 (如植物的纤维等 )； ２ )生物死亡后遗体要迅速被沉积物所掩埋，以免 遭受各种地质作用和生物的破坏。 一、岩层中的地史信息 （一）古生物及古生物信息 2、古生物信息 由于古生物呈现阶段性、上升进 步性及不可逆性的特点，以及古生物的 存在与其特定的环境相适应，不同环境 下古生物的自身结构也各不想同的性质 ，运用古生物化石对地层进行划分与对 比。 一、岩层中的地史信息 （一）古生物及古生物信息 （二）地层信息 地层是在地壳发展演化过程中，按时间先 后逐层形成的，因此先形成的老地层位于下部 ，后形成的新地层位于上部。这种老地层在下 ，新地层在上的自然排列规律，称为地层层序 律。在地层比较稳定和地质构造比较简单的地 区，地层层序是符合地层层序律的，称为正常 层序；在地壳运动剧烈和地质构造复杂的地区 ，一部分地层层序发生了上下倒置，称为非正 常层序，也称为倒转层序 。 一、岩层中的地史信息 （三）构造信息 地层之间的接触关系和侵入体的穿插关系也 是岩层信息的重要方面。一次大的地壳运动前后 ，在自然地理、生物面貌以及沉积物物质上均有 显著差异，我们可以利用地层之间的接触关系和 侵入体的穿插关系来确定地层之间形成的先后顺 序。 由于地壳运动，使地表隆起的地区发生剥蚀作 用，后又变成拗陷地区，进行沉积作用，形成新 的岩层。新老岩层之间的接触关系，如整合、假 整合、不整合接触，反映了地壳运动的性质和特 点。 一、岩层中的地史信息 (1)整合接触 当某个地区在某一地质时期内，地壳处于连 续下沉，或者虽然是在上升，但没有超过水下侵 蚀基准面，致使这个地区的地壳升、降运动与沉 积作用处于相对平衡状态，沉积连续进行。形成 的上下两套新老地层在岩性和古生物演化上基本 上是连续而逐渐过渡的，在岩层产状和构造形态 上，基本上是一致的。这种新、老两套地层之间 的接触关系，称为整合接触。 一、岩层中的地史信息一、岩层中的地史信息 （三）构造信息 (2)假整合接触 假整合接触又称为平行不整合接触。当某各 地区，地壳下沉并接受一段时间的沉积后，地壳 又平缓上升，已沉积的地层遭到较长时间的剥蚀 ，出现了明显的沉积间断，但并没有发生明显的 倾斜、褶皱和断裂变动，后来，地壳又重新下沉 ，接受新的沉积。这种新老两套地层之间的接触 关系，称为假整合接触。在地层柱状图上用断线 表示，在地质图和地质剖面图上都是用实线表示 。 一、岩层中的地史信息 （三）构造信息 (3)不整合接触 不整合接触又称为角度不整合或斜交不整合 接触。当某个地区，在下伏较老地层形成之后， 地壳并非平缓上升，而是发生较为强烈的倾斜、 褶皱、断裂变动，甚至伴随有岩浆活动和变质作 用，致使地壳隆起，遭受剥蚀，造成沉积间断； 而后，地壳又下沉，接受沉积，形成一套新的地 层覆盖在下伏不同时代的较老地层之上。这种新 老两套地层之间的接触关系，称为不整合接触。 在地层柱状图上用曲折线表示；在地质图和地质 剖面图上用实线 (或在实线的新地层一侧加上虚线 )表示。 一、岩层中的地史信息 （三）构造信息 （四）岩石信息 岩石信息是以岩石的颜色、成分、结构、 构造等特征为基础，来了解和推测古地质环境 。在一定的地区内，同一地质时期沉积的岩层 是在相似的自然地理环境中形成的，因而这些 岩层具有相似的岩性特征；而不同地质历史时 期沉积的岩层，由于地壳运动、沉积环境发生 变化，是岩石的岩性特征上也有变化，因此， 在沉积环境比较稳定的井田范围内，可以根据 明显的岩性特征来划分对比地层，并说明当时 的古地理环境。 一、岩层中的地史信息 二、地层的划分与对比及地质年代表 （一）地层划分与对比的概念 1、地层划分 地层的划分是地层学的一项基础任务，也是 地质工作的基础。其目的在于确定区域地层层序 和建立相应的地质年代系统。我们把一个地区的 岩层，按其形成的先后顺序、岩性、化石等特征 归纳成不同级别的地层单位，建立区域地层层序 ，了解该区域地层在时间上的变化规律，称为地 层划分。 2、地层对比 在地层划分的基础上，将不同地区 (或剖面 ) 的地层进行比较，论证其地质时代、地层特征和地 层层位的对应关系，即为地层对比。在实际工作中 ，由于特征和依据不同，有不同种类的对比。例如 ：岩石地层对比是论证岩性特征和岩石地层位置是 否相当；年代层对比是要论证地层的地质年龄和年 代地层单位的位置是否相当；生物地层对比是要说 明含化石层的化石内容和生物地层位置是否相当。 地层划分与对比两者在原则和依据上是同一的，在 方法上是有密切联系的。 二、地层的划分与对比及地质年代表 （一）地层划分与对比的概念 （二） 地层划分与对比的方法 1、岩石地层学方法 凡是以地层的岩性特征为主要研究内容， 以岩性界面变化为准，划分地层，是建立区域 地层层序的主要方法统称为岩石地层学方法。 岩石特征主要指岩性、岩石组合、岩相、岩层 的横向展布和岩石的变质程度等。根据岩石特 征的相似程度，对地层进行划分，并建立岩石 地层系统。 二、地层的划分与对比及地质年代表 标志层 是地层中厚度不大、岩性稳定 、特征明显、容易识别的岩层或矿层。如 含煤地层中常见的灰岩、砂砾岩、砾岩、 凝灰岩及厚煤层等。用标志层来划分对比 地层，是一种有效的工作手段。 二、地层的划分与对比及地质年代表 （二）地层划分与对比的方法 2、生物地层学方法 生物地层学以地层所含生物化石为主要研究 内容，以生物群的交递变化为准划分地层。由于 生物演化具有全球的同时性和一致性，所以生物 地层研究是确立地质时代表的重要手段。 生物演化的前进性、不可逆性、阶段性和空 间上的同一性均属生物演化的基本规律，也是利 用古生物化石划分地层单位、确定地层相对年代 和进行远距离对比的理论依据。 二、地层的划分与对比及地质年代表 （二）地层划分与对比的方法 在地史时期，生物界的各门类生物中，那 些演化迅速、地质历程短、地理分布广、数量丰 富、易于鉴别的古生物化石称为 标准化石 ，如笔 石、菊石、牙形石等。利用这些标准化石有效地 划分地层，进行广泛的区域地层对比的方法，即 为标准化石法。标准化石法的优点是简便、易行 、经济，是生物地层划分最常用的方法。 二、地层的划分与对比及地质年代表 （二）地层划分与对比的方法 3、接触关系分析法 当某地质时期某地的地壳连续发生沉降， 该区连续接受沉积，形成一套很厚的连续沉积的 地层；当某地质时期某地地壳发生上升运动，于 是该区遭受剥蚀，发生长时期沉积中断，因而缺 失这一地质时期的地层；当某一地区发生强烈地 质运动时，使原来大致呈水平状态的地层，变得 倾斜、直立、甚至倒转。正因为存在上述几种情 况，因此不同时代形成的地层间接触关系也分为 三种：整合、假整合、不整合。 二、地层的划分与对比及地质年代表 （二）地层划分与对比的方法 4、古地磁学方法 岩石在形成过程中因磁场的影响获得磁性 ，并顺着当时的地磁场磁力线方向磁化，岩石的 磁化即时经过长期的变化也不会消失，这种与现 代地磁场无关的岩石磁性称为剩余磁性。它反映 了地质历史时期的地磁场情况。通过对比不同时 期的古地磁个位置，可以了地壳不同部分相对位 移的情况，以及根据古地磁场反转周期来确定岩 石形成时代。 二、地层的划分与对比及地质年代表 （二）地层划分与对比的方法 5、 放射性同位素地质年龄测定法 在生物出现以前无法利用古生物学等方法来 研究地层的时代；此外，岩浆岩和变质岩中不含 古生物化石，且大多数不象沉积岩一样成层状， 无法直接确定它们的形成时代。同位素年龄法弥 补了这方面的缺陷，它是利用岩石中放射性同位 素衰变产物的含量，来计算各种岩石、矿物形成 的实际年龄。 二、地层的划分与对比及地质年代表 （二）地层划分与对比的方法 1、 岩石地层单位 在划分地壳岩层层序时，根据岩石所 具有的特征或属性的差异，把单独一个地 层，或若干个有关地层划分出来，看作是 一个地层体，这就是一个地层单位。以地 层的岩石的岩性、岩相和变质程度均一的 岩石构成的三度空间岩层体作为划分依据 的地层单位，称为岩石地层单位。它一般 是适用于地区性的地层单位。岩石地层单 位包括群、组、段、层四个级别。 二、地层的划分与对比及地质年代表 （ 三）地层单位的分类 2、 生物地层单位 生物地层单位是根据地层中所含的相同生 物化石内容和分布特征，并与相邻化石有别的 三度空间岩层体而划分出来的地层单位。对一 个地区的地层划分来说，生物地层单位并不是 普遍建立的，那些缺少化石的地层，无法建立 生物地层单位，因而各生物地层单位之间也不 一定是相互连接的。生物地层单位不再分级， 统称生物带。 二、地层的划分与对比及地质年代表 （ 三）地层单位的分类 3、 年代地层单位 年代地层单位以地层的地质年代归 属为主要研究内容，以时间界面为准划分 地层，与地质年代表一致是建立地层系统 的基本要求。按地史中生物演化的阶段可 建立六个级别的年代地层单位，它们分别 是：宇、界、系、统、阶、时间带。相对 应的地质年代单位是宙、代、纪、世、期 、时。 二、地层的划分与对比及地质年代表 （ 三）地层单位的分类 年代地层表是由岩石的不同特征或属性将岩 层层序划分为各类单位 (宇、界、系、统、阶、 时间带 )组成的地层表。而地质年代表则是以地 质时间单位 (宙、代、纪、世、期、时 )组成时间 表；但它们之间具有严格的对应关系。把全世界 的年代地层与地质年代结合起来，形成一个表， 称为地质年代表。 二、地层的划分与对比及地质年代表 （ 四）年代地层表与地质年代表 三、 地壳演化简史 地球形成至今已有 45亿年。距今 45－ 38.5亿年 －－冥古代（宙），无岩石记录。 （一）太古宙（ Ar）： 38.5亿年－ 25亿年。 由于经历了多次强烈的地壳运动和岩浆活动 ，这个时代的地层（太古宇）均已强烈褶皱，形 成厚度较大、变质程度较深的一套变质岩系：片 麻岩、结晶片岩。在太古宇，世界各地均发现有 主要的铁矿，我国鞍山式铁矿产于此地层中。 地壳运动：中期－鞍山运动；末期－阜平运动 太古宇已发现原始细菌化石。 （二）元古宙（ Pt） 25—5.7 亿年 元古宙分三个代：古元古代、中元古代、新元古代 。 对应的地层分别为古元古界、中元古界和新元古界。 在新元古代中、晚期，发生了蓟县运动，华北地区 地块抬升，缺失震旦系沉积。 气候为温暖（早期） --寒冷（末期），末期为历史 上第一个冰期。 生物界的特征是：植物界高级藻类的进一步繁育， 出现了石煤（藻类形成）。 三、 地壳演化简史