约代尔旋回形成机制之我见——以华北克拉通晚古生代煤系沉积为例

“约代尔”旋回是由石灰岩、煤层和陆源碎屑岩组成的,以煤层顶板与海相灰岩直接沉积接触为特征的旋回。就此旋回,以往研究给出了截然不同的多种成因认识。为了探寻旋回的真正形成机制,将地史聚煤期沉积特征与现代植被、泥炭沼泽、碳酸盐岩沉积规律相对比分析,认为地史聚煤期植物异常繁盛,占据了盆地演化阶段的主导地位。在先遣植被的禁锢下,盆地输入陆源碎屑极其贫乏,形成动态泥炭沼泽;泥炭沼泽覆水后,很浅的水体也非常清澈,水生生物与已沉积有机质共同作用,以及随后的成岩胶结促进了石灰岩的形成。煤层顶部至石灰岩下部代表的是无碎屑输入的滨海,水深逐渐增加的沉积序列,石灰岩与下伏煤层为连续沉积。约代尔旋回是先遣植被限制了陆源碎屑输入,导致海水清澈的、正常的海进海退沉积。石灰岩和煤层虽然厚度不是很大,但横向连续性相当好,向陆源方向煤层增厚、石灰岩变薄,向海方向煤层变薄、石灰岩增厚,约代尔旋回向陆可以形成厚煤层。约代尔旋回真相的揭示,为沉积古地理和层序地层研究,以及为准确的区域对比、探索聚煤规律奠定了坚实的基础。     

约代尔旋回形成机制之我见 ——以华北克拉通晚古生代煤系沉积为例

“约代尔”旋回是由石灰岩、煤层和陆源碎屑岩组成的,以煤层顶板与海相灰岩直接沉积接触为特征的旋回。就此旋回,以往研究给出了截然不同的多种成因认识。为了探寻旋回的真正形成机制,将地史聚煤期沉积特征与现代植被、泥炭沼泽、碳酸盐岩沉积规律相对比分析,认为地史聚煤期植物异常繁盛,占据了盆地演化阶段的主导地位。在先遣植被的禁锢下,盆地输入陆源碎屑极其贫乏,形成动态泥炭沼泽;泥炭沼泽覆水后,很浅的水体也非常清澈,水生生物与已沉积有机质共同作用,以及随后的成岩胶结促进了石灰岩的形成。煤层顶部至石灰岩下部代表的是无碎屑输入的滨海,水深逐渐增加的沉积序列,石灰岩与下伏煤层为连续沉积。约代尔旋回是先遣植被限制了陆源碎屑输入,导致海水清澈的、正常的海进海退沉积。石灰岩和煤层虽然厚度不是很大,但横向连续性相当好,向陆源方向煤层增厚、石灰岩变薄,向海方向煤层变薄、石灰岩增厚,约代尔旋回向陆可以形成厚煤层。约代尔旋回真相的揭示,为沉积古地理和层序地层研究,以及为准确的区域对比、探索聚煤规律奠定了坚实的基础。     

泥炭沼泽体系的建立及其成煤模式

现代和古代大量煤沉积学事实说明,占据煤层主体的全盆性或大范围分布的煤层,发育在不同的沉积体系之上,与下伏沉积体系之间存在着明显的沉积间断,煤层形成时下伏的沉积体系已经废弃。这些煤层(煤层组)构成了独立的沉积体系——泥炭沼泽体系。本文论述了泥炭沼泽体系的构成和成因。      

论煤层的加积方式

煤层成因是煤地质学的核心。煤层是一种沉积地层,它遵循沉积学、地层学、岩石学以及矿床学的基本规律,也有其特殊性,其成因并不同于煤的成因。传统煤地质学的核心观点是煤层由泥炭沼泽演化而成,其本质就是成煤物质的垂向加积。通过对煤层垂向和侧向加积的分析对比以及大面积稳定展布的厚煤层低自然伽马多峰现象、层理与条带结构等沉积特征的研究,认为成煤物质是机械沉积的,煤层像大多数沉积岩层一样是侧向加积形成的。对于厚煤层而言,多期侧向加积产生了次生垂向加积,其形成过程不是一个简单的、连续的、线性的垂向累加过程,而是一个复杂的、不连续的、非线性的侧向叠合过程,成煤物质是不连续的、多期多源的,厚煤层中普遍存在的夹矸便是其不连续的证据,同时厚煤层是穿时的。煤层侧向加积与较深水或海相沉积共生,是一个有机连续的整体,符合瓦尔特相律和古生态学原理,符合煤层厚度、形态多变及下伏地层沉积体系多种多样,也符合成煤物质超巨量工业富集、含煤地层灰色灰黑色、煤矿床质量优良的事实。     

河东煤田离柳矿区煤相研究

以煤岩学为主，结合煤化学、地球化学和沉积学，研究了本区４＃、５＃、＃和９”煤层的宏观、微观煤岩特征，探讨了煤的成因标志，提出了本区成煤泥炭沼泽和煤相的划分方案，总结了各类煤相的特征及各煤层的煤相组成及其垂向演化序列。     

聚煤期植物作用下的煤系旋回沉积

煤系特征的还原色和突发性、阶段性间断—充填相间的非渐变旋回沉积,明显不同于其他沉积地层。为探究其成因,引用“将今论古”原理,一方面,调查现代植物的生存潜力,植物对地表碎屑的稳固作用,以及植物涵养水源、调节气候等宏观环境效应;另一方面,通过古生物、地层、煤系、煤层、煤质等研究成果,分析地质历史时期植物的发生、发展、繁盛、衰落的演替历程,以及各聚煤期的形成演化。运用比较沉积学方法将二者分阶段不同功能进行类比,经过一系列证据链推演,推导出聚煤期是植物演替更新后发展到鼎盛阶段的产物,当时的植物异常繁盛,具有强劲的拓殖能力和群体效应。各聚煤期植物规模化发展,已经从脆弱的遭受河流、海浪、潮汐等流体的冲刷、改造的被动阶段,回归到主动限制河流的侧蚀、迁移、汇聚,以及压制海浪、潮流的高度,是由个体生存发展为群体效应的过程,是从现代脆弱的植物生态反演到聚煤期强劲的控盆植被系统的依律回溯过程,是植物功能潜力的充分展现,是质的飞跃。聚煤期植被主导下,陆源碎屑库的累积和崩溃,控制盆地碎屑萎缩与扩张、煤系突发间断性沉积,致使煤层向盆缘分岔变薄以致尖灭、煤层中断续沉积角砾岩、同生多阶性带状砂体、陆表海多重障壁体系、...     

平山湖含煤区中侏罗统含煤性及其影响因素

通过对平山湖含煤区中侏罗统含煤性特征、地层厚度、煤层厚度以及展布规律的研究,结合构造、沉积环境以及物源供给等方面进行综合分析,结果表明:平山湖含煤区中侏罗统含煤性呈中南部好,向四周逐渐变差的趋势,煤系总体沿北西走向呈条带状分布,煤层厚度总体上沿走向(NW-SE)变化不大,沿倾向向两侧逐渐变薄;"两隆三凹"的构造形态和扇三角洲沉积环境决定了中侏罗统煤系的分布状态;碎屑物的补给程度与地层厚度呈正比,二者共同影响了煤层垂向上的发育状态。      

徐沛煤田晚古生代成煤环境与聚煤规律研究

根据已有研究成果及大量钻孔资料,运用沉积学、煤田地质学的基本理论和方法,分析了徐沛煤田晚古生代的成煤环境,并总结了其聚煤规律及控制因素。结果表明,石炭—二叠纪聚煤作用主要发生在海岸带的堡岛体系和过渡相中,由海岸带向两侧,聚煤条件逐渐变差;堡岛体系泥炭坪形成的煤层厚度小,结构单一;三角洲体系分流间湾泥炭坪和泛滥平原泥炭沼泽形成的煤层厚度大;煤层在垂向上由薄至厚,结构由简单至复杂,稳定性逐渐变差;平面上,自北而南含煤层数逐渐增多,含煤层位逐渐抬高,条带状富煤带有向南迁移趋势。     

含煤岩系沉积学研究的几点思考

根据沉积学和煤地质学的理论和方法 ,对聚煤作用、聚煤中心、煤层在地层格架中的分布、煤的前身--泥炭和成煤基地--沼泽地 ,以及煤和煤系中的矿物组分--高岭石进行了介绍、分析、论述 ,并再次提出华北晚古生代海侵问题。     

准东煤田煤质特征及分布规律

对准东煤田主要勘探区钻孔可采煤层煤质资料分析,从煤岩学和煤化学方面初步总结了煤田的煤质特征和分布规律.煤田煤的化学组成以低灰分、中高挥发份率、低硫、低磷和低氯为特征.煤田东部煤中灰分和镜质组含量相对高于西部.分析准东煤富惰质组和低灰分含量成因,认为可能在泥炭沼泽形成时期,泥炭的生长速率约大于基底沉降速率,泥炭沼泽表面长时期处于沼泽的潜水面之上,具有相对氧化、物源碎屑影响小的高位泥炭沼泽环境条件所致.煤田东部基底沉降速率相对较快,物源碎屑供应相对充分.     

浅埋煤层开采地面塌陷裂缝规律及防治方法

陕北浅埋煤层大规模、高强度开采诱发了严重的地面塌陷,造成大面积土地损毁、水土流失和植被死亡,导致表生环境出现退化。为掌握浅埋煤层开采地面塌陷裂缝发育规律,明晰其机理,提出适宜的治理恢复措施,实现“煤?水?生态”的协调发展,以陕北张家峁井田和柠条塔井田为研究区,采用实地调查、模拟实验和理论分析相结合的方法开展了浅埋煤层开采地面塌陷规律及防治方法研究。结果表明:浅埋煤层开采地表裂缝呈“O”型展布,静态发育特征与采高和地形地貌呈正相关关系、与采深呈负相关关系,且同一工作面切眼附近地表裂缝发育程度最高、巷道次之、面内最低;地表裂缝具有“先开后(半)合”和“只开不合”2种活动特征,整体活动时间为4~9 d,活动期间裂缝初始开裂宽度与最大发育宽度呈线性正相关关系,与稳定宽度呈线性和指数2种正相关关系;黄土沟壑区下坡段开采地表裂缝活动与表土块体的稳定性系数有关,而稳定系数与坡角呈负相关的一次幂函数,与主裂缝间距呈正相关的一次幂函数。上坡段开采坡体裂缝“先开后(半)合”活动受岩块倒转和坡体滑移双重控制,面内沟底裂缝“先开后合”的活动特征受关键岩层运移控制。研究提出了黄土沟壑区沟底贯通型裂缝“裂缝填充+沟道恢复”、坡体裂缝 “裂缝充填+微地形改造”的治理方法和风沙滩地塌陷区的“三圈”修复模式。研究成果在陕北安山煤矿和柠条塔煤矿进行了应用,效果良好。      

煤矿井下大盘区瓦斯抽采定向钻进技术与装备

以顺煤层超长定向钻孔组覆盖整个工作面,对矿井大盘区瓦斯进行采前预抽是区域瓦斯治理的新模式。从大盘区瓦斯抽采顺煤层超长定向钻孔施工工艺出发,介绍了顺煤层超长定向钻孔成孔的几大关键技术,包括钻孔递进式轨迹延伸技术、复合钻进轨迹控制技术、水力加压减阻钻进技术、正反扭转减阻钻进技术及复合侧钻分支技术等。还介绍了顺煤层超长定向钻孔施工的主要配套装备,包括ZDY15000LD大功率定向钻机、BLY460/13泥浆泵车、YHD3-3000泥浆脉冲测量系统、无缆大通孔钻杆、水力加压螺杆马达等。利用该技术与装备在保德矿二盘区进行了工程示范应用,应用结果表明,该套工艺技术与装备具备施工长度超过3 300 m顺煤层超长定向钻孔能力。最后对瓦斯抽采效果进行了分析,结果显示超长定向钻孔抽采周期长,抽采量高,可以对大盘区瓦斯进行超前综合治理。      

突出煤层CO2气相压裂高效抽采防突掘进技术

我国煤矿煤与瓦斯突出灾害严重影响煤矿安全生产。尽管近10年来这一灾害事故大幅度减少,但恶性事故依然发生,给矿工生命和煤矿安全生产造成严重损失。国内外现阶段的防治瓦斯突出技术,如水力压裂、水力割缝、水力冲孔、深孔爆破、密集钻孔等,不同程度地解决了防突安全掘进,但对于一些高瓦斯低渗透突出煤层,上述技术还难以从根本上解决消突安全快速掘进。所以,防突技术仍然是我国煤炭领域亟待攻关的重大科技难题。选取山西寿阳县新元煤矿31002工作面为试验案例,介绍CO₂气相压裂技术方法,并探讨其防突掘进效果。新元煤矿开采的山西组3号煤层为低渗透突出煤层,前期主要采用密集钻孔预抽瓦斯防突措施,抽采达标时间长,掘进速度慢。高效抽采瓦斯,防止煤与瓦斯突出,保障煤巷安全快速掘进,是新元煤矿安全高效生产的重大技术难题。在新元矿采取的气相压裂措施概况如下:在掘进工作面前方实施双钻孔气相压裂;完成9个瓦斯抽采钻孔以覆盖巷道两侧各15 m安全范围;全部11个钻孔联网抽采3~5 d,防突参数K₁值达标后恢复掘进。试验数据表明,气相压裂抽采防突技术措施的强化抽采效果显著,抽采效率大幅度提高,煤炮等动力现象减少,K₁值降低,掘进割煤时巷道瓦斯浓度得以降低和均化,保障了连续安全掘进。实践证明,CO₂气相压裂技术能够实现连续安全快速掘进理技术,在全国类似瓦斯地质条件煤矿中具有推广应用意义。      

四川古叙矿区石屏二矿龙潭组沉积特征及控煤因素分析

通过石屏二矿勘查区含煤地层实测剖面及钻井岩心沉积学分析,认为龙潭组为陆相-海陆过渡相沉积,其中以海陆过渡相沉积为主,自下而上形成了风化残积体系、湖泊沉积体系、三角洲沉积体系及潟湖-潮坪沉积体系;C25煤层形成于泥炭沼泽相,C24煤层形成于滨湖相,C20、C19、C17、C14形成于三角洲平原相及分流间湾相,C11煤层形成于潟湖-潮坪相;勘查区最有利的聚煤环境为风化残积沉积和三角洲沉积体系,主要煤层除受沉积环境影响外,还受控于层间滑动断层及上覆砂岩冲刷作用的影响。     

平顶山矿区二_1煤层煤相分析

应用煤岩学和煤化学方法,对平顶山矿区二_1煤层的煤相组成、泥炭沼泽类型及其形成条件进行了探讨。将煤相划分为还原相和氧化相。它们具有相应的定性和定量指标。二_1煤层由3～4个周期性相序构成,反映了成煤沼泽由森林沼泽向草本或草本木本混生沼泽的演化过程。这种相序可能代表一种滨海平原环境下的聚煤特征。二_1煤属贫营养的雨成凸起沼泽,基本上为原地堆积成煤。二_1煤层形成于淡水泥炭沼泽,但其顶部曾受过半咸水环境影响。     

淮北刘桥二矿七含涌(突)水机理研究

刘桥二矿在开采4煤过程中，七含突水次数达38次之多，严重影响煤矿安全生产。文章在系统地分析刘桥二矿七含涌突水概况的基础上，提出了该矿七含涌突水的主要机理为断裂构造的控制作用和矿山压力的促进作用；指出了砂岩含水层的裂隙发育程度和富水性强弱、煤层的厚度、断层的作用以及4煤与含水层之间隔水层厚度的大小等，是影响工作面涌水的主要因素。研究结果对煤矿砂岩水害的有效防治具有重要的指导意义。     

基于微生物烃检测技术的陕北煤层火烧区绿色探测

煤层中含有各类轻烃,当煤层燃烧后,上覆地层完整性被破坏,给煤层内的烃类散逸提供了良好的通道,这一过程符合轻烃微渗漏原理。因此,引入轻烃微渗漏的微生物烃检测技术对煤层火烧区及其范围进行识别。在陕北侏罗纪煤田郝家梁煤矿进行了2条测线的试验,选择丁烷氧化菌作为检测指标,通过土壤样品采集、微生物培养、菌落计数等微生物检测工作后,结合地质钻孔对微生物值进行标定和异常值分组,并对煤层火烧区轻烃微渗漏的微生物响应特征进行研究。结果表明,在完全火烧区微生物以背景值分布为主,在火烧过渡区微生物以连续高值异常为主,在正常煤层区微生物以中低值为主,从而建立了研究区煤层火烧区微生物响应模型。微生物烃检测技术所解释的煤层火烧区地质成果与磁法解释的火烧边界吻合,且有钻孔验证。微生物烃检测技术的野外实施简单环保,大部分工作在室内完成,更适用于类似陕北生态脆弱区的煤层火烧区探测,有显著的实际意义和经济价值。      

Formation Environment of Main Brown Coal Seam in Xi-2 Minefield of Shengli Coalfield Based on Coal Ash Phase Analysis

The formation environment of the main coal seam in Shengli coal mine is analyzed, and the effect of coal ash parameters on the coal-forming environment is mainly discussed according to gray component parameters combined with other coal quality test analysis data. Results show that the hydrodynamic conditions of the main coal during coal accumulation have a general pattern of strong northeast and weak southwest, and lakeside swamp is generally in the retrograde process from south to north. The No.5 coal seam is a water entry cycle, and the No.5_lower coal is a water withdrawal cycle. The No.6 thick coal seam is formed in the peat swamp environment where the water is shallow and the groundwater activity is weak. The input of terrestrial debris material was most abundant in the formation period of No.5_lower coal, followed by No.5 coal, and that in No.6 coal is the least. Vertically, the peat swamp environment changed from weak reduction to weak oxidation to strong reducing environment. The ash yield was low to high to low from bottom to top. The organic sulfur is the main type of sulfur in the main coal seam. The weaker the hydrodynamic condition, the higher the organic sulfur content in the reduction environment, while lower organic sulfur content in the oxidation environment. The peat swamp water of No.5_lower coal is medium alkaline, and the peat swamp water of No.5 and No. 6 coals is weakly alkaline or acidic.     

鄂尔多斯盆地东北部塔然高勒地区还原介质对砂岩型铀矿的控制

为明确鄂尔多斯盆地塔然高勒地区直罗组、延安组地层中煤、黄铁矿等还原介质与砂岩型铀矿的共存关系,选取直罗组含矿砂体及其中的黄铁矿、炭屑以及延安组煤层等为研究对象,综合利用钻孔编录、显微镜和电子探针分析等手段开展研究。结果表明,研究区铀矿体与延安组煤层、直罗组炭屑具有空间和成因上的关联,延安组煤层为铀的沉淀提供了大量的还原剂,而直罗组炭屑里的腐植酸对铀酰离子起到吸附和络合的作用;铀石是该区最主要的铀矿物类型,其与莓球状黄铁矿、蚀变黄铁矿、胶状黄铁矿、钛铁矿、白钛石伴生关系明显;有机质、黄铁矿等还原介质的含量及空间分布可以作为铀成矿的指示标志。      

新集一矿水文工程地质特征及开采条件分析

新集一矿煤炭资源储量丰富,内部构造复杂,矿井突水、涌水灾害时有发生。通过收集新集一矿的钻探地质资料,重点分析13煤层及其顶板水文工程地质条件,并对煤层开采条件进行分析。结果发现:新集一矿13煤附近岩石以及13煤顶板岩石性质总体表现为岩质较软,强度低,割线模量小,地质条件复杂程度为中等型,会偶然受到地热和天窗等地质危害和煤层自燃、煤尘爆炸影响。研究结果为13煤的开采打下了坚实的基础。