含煤岩系的特征

含煤岩系的特征
伍勇勇
摘要：含煤岩系是一套含有煤层并具有一定成因联系的沉积岩系，亦称含煤构造、含煤地层、煤系等。

含煤岩系是在一定古构造、古地理和古气候条件下形成的，具有独特的特征、包括煤层、岩性、沉积岩、旋回构造等特征。

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一、煤层的特征
煤层是由植物遗体转变而来的可燃有机沉积岩层。

煤层的层数、厚度、结构、赋存状态及其变化，是确定煤田开发规划的重要依据。

因此，研究煤层特征具有极其重要的实际意义。

1.煤层的形成
煤是植物遗体经成煤作用转变而来。

成煤植物在泥炭沼泽中生长、繁殖、死亡乃至遗体的堆积、埋葬，直到形成泥炭层的整个过程中，都与沼泽水位的相对升降有密切关系。

这种关系变现有如下三种情况：
（一）沼泽水位上升速度小于植物遗体堆积速度，即过渡补偿。

此时，沼泽供水越来越困难，不利于植物的生长，而且还会使已堆积的泥炭层因暴露
而遭到剥蚀，因此很难形成厚煤层。

（二）沼泽水位上升速度大于植物遗体堆积速度，即补偿不足。

这种情况下，沼泽覆水不断加深，植物也将难于生存。

泥炭堆积作用暂停，呆滞于泥、
砂等沉积物，形成煤层顶板或夹矸
（三）沼泽水位上升速度与植物遗体堆积速度基本一致，即均衡补偿。

这时植物生长、繁殖，泥炭堆积作用得以持续进行，可形成厚煤层和特厚煤层自然界中沼泽水面上升速度和植物遗体堆积速度之间的平衡是由条件的、相对
的、暂时的。

由于泥炭层堆积的整个过程中，往往是上述三种情况反复交替，
因而形成的煤层有各种不同的形态和结构。

2.煤层的结构
(1)煤层的结构
根据煤层中有无其它岩石夹层的存在，可分为简单结构煤层和复杂结构煤层两种。

前者不含夹石，而后者则含层数不等、厚薄不一的夹石层。

夹石层的多少及其稳定性主要取决于聚煤期古构造和古地理条件。

一般来说，聚煤期沉积环境比较稳定时，煤层中的夹矸层数少，厚度小且稳定，多为
薄层状；当聚煤期沉积环境不稳定时，煤层中的夹矸层数多，形态多样，且常
不稳定。

一般夹矸可从几毫米到几十厘米不等，一些薄而分布稳定的夹矸常是
煤层对比的良好标志。

3.煤层的结核、包体和化石
煤层中常含有各种结核、包体和化石。

其中，结核是一种以无机质为主的团块，形态多呈串珠状、瘤状、豆状及鲕状，多为同心球状结构，结核中心常为泥质或粉砂质，有时则发现有植物残骸。

其成分有黄铁矿质、白铁矿质、方解石质，以及菱铁矿质及硅质等。

结核常按一定层位有规律地断续分布在煤层中。

一般认为，不同成分的结核能反映不同的泥炭沼泽水介质条件。

4.煤层厚度变化的原因
煤层厚度是指煤层顶、底板之间垂直距离。

总的来说分为两类：原生变化和后生变化
（一）煤层厚度的原生变化
煤层厚度的原生变化是指在煤层顶板岩层的沉积物形成之前，由于泥炭层受到某些地质因素的影响而引起煤层形态和厚度的变化，究其原因主要有以下几种：1）沉积环境及古地形对煤厚的影响
2）沼泽基底部均衡沉降对煤厚的影响
3）同生冲蚀对煤厚的影响
（二）煤层厚度的原生变化
煤层厚度的后生变化是指泥炭层被顶板沉积物覆盖以后或含煤建造形成之后，遭到各种地质作用而引起的煤层厚度变化。

1）河流的后生冲蚀对煤厚的影响
2）构造变动对煤厚的影响
3）岩浆侵入对煤厚的影响
4）岩溶陷落柱对煤厚的影响
5.煤的风化及煤层的风氧化带
煤系形成以后，在地壳运动影响下发生形变，并受到各种地表营力的冲刷剥蚀。

出露于地表或埋藏在地表浅处的煤，在大气和水的作用下受到不同程度的风华，使其物理、化学和工艺性质发生一系列变化，降低甚至完全丧失了工业价值。

煤层风化带和氧化带的划分，一般习惯吧接近地表浅处煤的物理性质和化学性质都变化的地带，称风化带；把较深处煤的物理性质变化不大而化学工艺性质变化了的地带，称次风化带。

风化带及次风化带合成氧化带。

二、含煤岩系岩性、岩相、旋回构造特征
1.岩性特征
含煤岩系是在潮湿气候条件下形成的，因此岩石的颜色一般较深，多呈灰黑、灰、灰绿等。

个别情况下可出现带紫、绿斑的杂色。

含煤岩系主要由砾岩、砂岩、泥岩等陆源碎屑岩和煤层组成，灰岩也比较常见。

碎屑岩的结构、矿物成分能反映陆源区的母岩特征，构造条件和沉积环境。

例如。

长石砂岩表明在母岩主要是富含长石的花岗岩、花岗片麻岩，同时是在构造运动比较强烈且地形高差起伏较大的条件下快速堆积的产物；砾岩和粗砂岩，反映了沉积区里剥蚀区较近；灰岩则是近海岸条件形成的煤系的主要成分。

2.沉积相特征
沉积相是古代沉积环境的物质体现。

任何一套煤系，都是多种沉积相的组合。

研究表明，煤系中最常见的沉积相主要有山糜相、河流相、湖泊相、沼泽相、三角洲相、滨海相和浅海相等
3.旋回结构特征
旋回结构是含煤岩系最常见也是最重要的特征之一。

它是指在煤系的垂直剖面上，一套有共生关系的岩性或沉积相的规律性组合和反复交替现象。

前者称岩性旋回，后者称沉积相旋回。

煤系的旋回结构特征，反映了含煤建造在形成过程中地壳运动、古地理、古气候等控制因素的周期性变化。

不同古地理条件下形成的旋回结构具有不同的特征，现分述如下：
（一）内陆型含煤岩系的旋回构造
1）河流型旋回
河流型旋回的特点：旋回常由河床相或山麓相开始，向上逐渐过渡为河漫相、湖泊相、沼泽相、泥炭沼泽相。

底部较厚的冲积层常具有多阶性，每阶下部是粒度最粗的砂岩、砂砾岩或砾岩覆盖在下伏的冲刷面上；其上为具有大型交错层理的河床相砂岩，继之层理倾角逐渐变化并转为小型交错层理；再往上则交错层理消失，代之于波状层理或水平层理。

与此同时，沉积物粒度也逐渐变细，最后旋回顶部通常以静水沉积而告终。

2）湖泊型旋回
湖泊型旋回一般以湖滨三角洲或河流等冲积相的较粗粒沉积开始，向上为滨湖相、浅湖相或沼泽相，最后以深湖相油页岩或泥灰岩结束。

它反映了湖盆收缩与扩张的全过程：湖面先是下降，接受由河流带来的陆源碎屑沉积，在湖滨及湖滨三角洲平原发育沼泽或泥炭沼泽沉积；随后湖面上升，湖水逐渐变深，继而发育半深湖、深湖沉积。

这是一个完整的湖泊型旋回。

但由于湖泊各亚环境组成的复杂性，使湖泊型旋回相变化较大，不同地方旋回相组合可能不一样。

（二）近海型含煤岩系的旋回构造
1）滨海型旋回
2）三角洲型旋回
（三）旋回的划分与命名
内陆型旋回的划分通常是以侵蚀面或以河床相作为旋回起点。

一般近海型旋回的划分是以海退相开始作为起点，煤层位于旋回的中部。

关于旋回的命名主要有以下几种：第一种是根据旋回形成的古地理环境命名，如陆相旋回、滨海相旋回等；第二种是根据旋回的起止相命名，如冲积相—湖湘旋回，泻湖相—浅海相旋回等；第三种是根据旋回的完整程度，可命名为完整旋回和不完整旋回；第四种是根据含煤与否，命名为含煤旋回和不含煤旋回。

三、含煤岩系古地理类型
含煤岩系古地理是指含煤岩系形成过程中，持续存在的总的沉积环境或地貌景观。

含煤岩系古地理类型至少包括：聚煤盆地距侵蚀区的远近、侵蚀区的地形地貌特点、聚煤盆地距海岸线的远近、聚煤盆地本身的地形地貌特点，以及聚煤盆地中的水动力条件、介质化学特性、生物群落等。

含煤岩系古地理类型就是指依据煤系形成时的地貌景观而进行的含煤岩系分类。

不同古地理条件下形成的含煤岩系在岩性、相、旋回结构及含煤系等方面均具有不同特点，而相同或类似古地理条件下形成的古地理含煤岩系则具有基本相同的特征和基本类似的含煤性变化规律。

我国煤田地质工作者在分析国外资料的基础上，结合我国各时代、各地区含煤岩系的具体特点将含煤岩系古地理类型划分为三大类八大类型。

1.浅海型
在含岩煤系形成过程中，聚煤盆地基本处于浅海环境。

岩性以灰岩为主。

也可有泥岩；沉积相主要为浅海相；富含海相动物化石；煤层一般较薄但较稳定，含硫量高；含煤岩系旋回结构清楚，煤岩层易于对比。

2.近海型
近海型一般是指海岸附近的广阔沉积区，这里地形比较平坦、简单，受海水进退影响很大。

形成的煤系分布广，岩性、相比较稳定；碎屑成分成熟度和结构成熟度均较高；旋回结构清楚；煤、岩层易于对比；含煤性一般较好，但煤层的厚度与海水进退频繁程度有关，过于频繁形成许多薄煤层，反之则可有较厚煤层形成，根据煤系形成时所处环境的不同，又可划分出如下类型：（一）滨海平原型
滨海平原型是指处于岸线附近地形低洼平坦而开阔的广大地区。

远离剥蚀
区，受海水进退影响较大。

（二）滨海冲击平原型
含煤建造的形成环境距海岸线比较近，并有晚年期河流发育，因而冲积平原
广泛发育，海面抬升时仍可被海水短期淹没。

（三）滨海三角洲型
滨海三角洲型主要是指滨海海岸线附近、陆海之间，河流入海处形成三角洲的一种特殊环境。

这里虽然离剥蚀区较远，但沉积速率比较高，因而煤系大多是在海退情况下形成的。

（四）滨海山前（山间）平原型
聚煤盆地距侵蚀区与海均较近，沉积区与剥蚀区高差显著，地形复杂。

岩性复杂，以中、粗粒碎屑岩为主，煤系底部常有砾岩层，分选、磨圆度差，自下而上粒度变细，泥岩比例增加；沉积相组合也较复杂，陆相、过渡相和海相均有，一般煤
系下部以陆相为主，而上部则以过渡相和海相为主；岩性、岩相横向变化大，；但旋回结构仍较清楚；煤层层数比较多，并有较厚煤层出现，但厚度变化大，稳定性差；时代由老到新，本类型聚煤盆地常有逐渐扩大的趋势，所以超覆现象常见。

3.内陆型
内陆型是指远离海洋的大陆区和山间区，由于侵蚀区就近分布，煤盆地本身地形也较复杂，各种局部因素影响较大，因此所形成的含煤岩系的岩性、沉积相及厚度在横向上变化较大；碎屑成分成熟度和结构成熟度均比较低；旋回结构欠清晰；煤、岩层对比比较困难；含煤性一般较差，有些较好，分布范围小；煤层以中厚层为主，可有巨厚煤层，但结构复杂且稳定性差。

根据煤系形成时的环境特点，又可划分如下类型：
（一）内陆盆地性
聚煤盆地四周为低山、丘陵所围绕，中年期河流比较发育，盆地中部最低处有持续发育的湖泊，在河流也有一些湖泊、沼泽分布。

岩性以粗、中粗砂岩为主，从盆地边缘向盆地中心碎屑粒度逐渐变细，砂岩比例减少，泥岩比例显著增高；沉积相的分布有分带现象；盆地边缘以冲积相为主；旋回结构不清楚、岩性、相横向变化大；煤层形成于滨湖平原上或盆缘的冲积-湖沼相带内，向盆地中心含煤性变差，并逐渐过渡为油页岩及湖相生油层，煤层层数较多，但一般为薄煤层，有时在边缘可出现厚煤层，且稳定性较差。

（二）山间盆地性
聚煤盆地为群山所环抱，侵蚀区地形切割较强烈，沉积区与侵蚀区高差较大，盆地中部有较稳定的湖盆。

岩性、沉积相分带较明显，从盆地边缘到中心依次出现；旋回结构一般不清晰；岩性、相横向变化大；煤层层数不多，但厚度较大，结构复杂且很不稳定
（三）山间谷地型
聚煤盆地为群山所环抱，侵蚀区距沉积区较近，且高差较大，盆地中部有比较稳定的山间河流发育。

盆缘主要为山麓相的砾岩、砂砾岩堆积，而盆地中央则主要为呈带状延伸的河流相砂岩沉积；随着地形高差的减小，冲积扇前缘、河漫滩等地带逐渐沼泽化。

本类型含煤岩系旋回结构复杂，旋回数目多且不完整；冲刷面发育；岩性‘岩相横向变化大；煤层层数、厚度也变化大，因而含煤性在同一盆地中各地差别较大，局部可形成一些富煤带，通常富煤带的宽度与冲积扇带和河流砂岩带的宽度呈互为消长的关系。

参考文献：
[1]王定武王运泉：煤田地质与勘探方法中国矿业大学出版社2005年
[2]武汉大学地质学院煤田教研室：煤田地质学地质出版社1979年
[3]路春元：煤田地质学煤炭工业出版社1989年
[4]杨起：中国煤田地质学煤炭工业出版社1979年。