1、煤 矿 地 质 学,菏泽煤电开发公司培训中心 王运福,绪 论 一、地质学：研究地球的科学。是研究地球（地壳）的物质成分、内部构造、表面特征及演化历史的一门自然科学。地质学的产生是分类长期的生活、生产实践逐步了解认识的结果。地质学成为一门系统科学有200多年的历史。,二、地质学与其他学科的联系和分支1、联系 数学数学地质，物理地球物理，化学-地球化学，生物学古生物，天文学-行星地质学 2、分支 研究地球物质成分：结晶学、矿物学、岩石学研究地壳运动及变形：构造地质学、大地构造学、地震地质学。研究地壳演化历史：古生物学、地史学、古地理学。研究地表特征：冰川地质学、海洋地质学。 3、应用资源：煤田、石
2、油、水文、冶金环境：工程、环境、城市、旅游,三、矿山（煤矿）地质学研究的对象概念：运用地质学基本理论，研究和解决与煤矿（矿山）设计、建设和生产有关的地质问题的一门地质学的分支学科。研究对象：煤矿建设和生产中出现的各种地质问题,四、煤矿地质学研究的内容 矿物学、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 矿井地质学 五、矿山地质学的研究方法在辩证唯物论指导下，实践认识再实践再认识的认识过程,六、煤矿地质学的主要任务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。,七、学习要达到的目
3、标 1、理解基本理论 2、掌握基本概念 3、建立地质科学的思维方法 4、学习一些实际技能 5、增强探索自然地兴趣 6、提高素养、关爱地球。八、学习方法 1、调整自己，适应课程特点 培养良好的习惯 2、大量阅读 认真理解 3、总结归纳 4、 注重实践 5、课堂做笔记，消化当天内容。,第一章 地 球 第一节 地球概况 一、宇宙和地球 (一)宇宙和天体 1.宇宙：是无限发展的物质世界，在空间上是无边无际的，在时间上是无始无终的。 宇宙空间包罗万象，大至天体、星系、总星系、小至星际物质、分子、原子，凡一切客观存在皆包涵于宇宙之中。2.恒星与行星 观测到的-总星系，半径约100亿光年。 总星系内的星体并
4、不是均匀分布的，一群群不同形状，称为星系。总星系中约有十几亿个星系，一个星系中约有十几亿至上千亿颗恒星。太阳所在的星系叫银河系。,（二）银河系 是一个巨大的旋涡状星系，由较明亮的星体、较暗淡的星云、星团等物质组成。总质量是太阳系的1400亿吨。直径10万光年，银河系中有1400多亿颗恒星，银河系也不是恒定的，它也在不断运动。 近年来，天文工作者已在银河系之外拍摄到许多个旋涡状星系，其中有许多星系的质量和体积比银河系还大。随着科学的进展，现已证明宇宙在时间和空间上是无限的。,（三）天体的运动和年龄 据天文学提供的数据，任何天体都有新生、演化和衰亡。太阳从出现 50亿年 到现在，属于壮年期，再过5
5、0亿年 “红巨星”属中年期，再经过10亿年，它将变成“白矮星”，属于末期，再过10亿年“黑矮星”、死亡。,（三）太阳系的组成 太阳系是由太阳、围绕太阳运转的九大行星及九大行星的34颗卫星以及为数众多的彗星、流星群等天体组成。 1、太阳：是一颗自己能发光发热的恒星，其体积比地球大130万倍。太阳本身是一团炽热的气体，时刻进行着热核反应，表面温度约6000度。太阳散发着巨大的能量，其中只有很小一部分（约20亿分之一）照射到地球上，它是万物生长的能源。 2、月球：是地球惟一的卫星。 3、彗星：太阳系中的特种星体。彗星由彗核、彗发和彗尾三部分组成。彗核-气体冻结的冰块组成，彗发-靠近太阳时，彗核蒸发而
6、成，彗尾-与彗发同时形成。 4、陨星：既流星,二、地球的形状和大小赤道半径比极半径约大21km，地球的赤道半径是一个 椭圆形，其最长半径比最短半径大213m；北极凸约10m, 南极凹约30m的梨形。 有关地球形状和大小的主要数据如下：赤道半径：6378.140km 极半径：6356.779km 地球表面积：5.1亿km2 地球体积：1.08*1012km3 扁率：1/298.25 （长短半径之差与长半径之比）,实际的地球表面崎岖不平，为了便于测算，以平均海面通过大陆延伸所形成的封闭曲面作为参考面，此参考面称为大地水准面。地球的形状和大小通常就是指大地水准面的形状和大小。,三、地表面特征 地球的
7、表面积大约为5.1亿km2 陆地1.495亿km2 ，占地球表面积的29.2%；海洋面积为3.61亿km2 ，占地球表面积的70.8%。海陆面积之比为2.5:1。它们在地表的分布是极不均匀的，陆地多集中在北半球，占全球陆地总面积的67.5%，而南半球仅为32.5%。陆地上最高处-珠穆朗玛峰（8844.43m），陆地最低点为死海，达397m。地球最低处-马利亚纳海沟11033m），最大高差为20km。,（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。 线状分布的是山脉。 2、丘陵：500m以下，地表起伏数十米（最大不超过200米）的低
8、缓地形。 3、平原：地势宽广平坦或略具有起伏的地带(亚马逊、560万KM2,华北、松辽、长江中下游） 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，（柴达木、四川） 6、洼地：陆地上某些高程低于海平面的低洼地区。（新疆的鲁克沁洼地）,（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（浅海）：围绕大陆的浅水平原。坡角平均0.1，海水深度一般小于200m。 2）大陆坡：大陆架外缘倾斜部分，平均坡角4.3。14003000m 3）大陆基：大陆坡与大洋盆地之间的平坦地区。2000-3000m 2、大洋盆地：海洋的主体，约占
9、海洋总面积43%。40005000m（深海丘陵、平原） 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。 4、海沟：海沟山弧系，海沟岛弧系 5、海山：,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
10、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，海洋水体占水圈总水量96.5%。 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3
11、3km。 1、上层为花岗岩层 (硅铝层) 密度2.7 2、下层为玄武岩层(硅镁层) 密度2.9 （二）地幔 1、上地幔：33km984km，平均厚951km。密度3.5，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。密度5.1，成分：金属氧化物和硫化物。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。外核(液体)过度层内核(固体)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
12、球的物理性质 一、密度： 地球单位体积的质量。平均5.52g/cm3，随深度不均匀阶梯状增加。 二、压力： 静压力，上覆岩石的重量所产生的压力。随深度近于均匀增加 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 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）不符的现象。正异常-实测值理论值，密度较大物质。负异常-实测值理论值，密度较小物质。 四、温度1）地壳浅部温度变化（1）变温层：自地表向下，受太阳辐射热的影响,平均深约15m。（2）恒温层：自变温层的下界一定范围内,温度常年不变。（3）增温带：在恒温层以下，温度随深度而逐渐增
13、加 表示增温规律的方法两种： 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,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。 磁偏角（）-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。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，共同表示一点的地磁状况。地
14、磁异常-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。 内力高山、盆地； 外力高山削低、盆地填平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、 内力地质作用发生在地球内部，能量来自地球本身(热、重
15、、旋）。划分为地壳运动、地震作用、岩浆作用和变质作用。 （一）地壳运动（构造运动） 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。,3.广州七星岗的海蚀阶地,2、地壳运动的基本形式水平运动：是指平行于地表的运动。使岩层弯曲和断裂，形成山脉和盆地。 垂直运动：是指垂直于地表的运动。如大理石柱。海陆变迁，地势高低的改变。地壳运动总的趋势：水平运动占主导，垂直运动是派生的,3、确定地壳运动的方法（在地质历史时期
16、）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 反映了同一地区不同时间的自然地理环境的改变，其改变（环境）是地壳运动的结果。,B.海侵层位和海退层位：a.海侵-地壳下降，海水侵漫大地。 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
17、曾经历了一次下降和一次上升的完整的地壳运动。旋回结构-岩性在剖面上有规律的交替现象。,(2)厚度分析法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：新老两套地层彼此平行接触（产状一致）,它们之间是连续沉积，没有沉积间断（无剥蚀面）。 b.假整合（平行不整合）：产状一致、不连续沉积、有剥蚀面。 c.不整合（角度不整合）：产状不一致、沉积不连续、有剥蚀面。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： 地震岩石圈内聚集的能量突然释放而产生的大地颤动。 包括：孕震、发震、余震 1 几个概念 震源 震中 震源深度(70300km) 震
18、级（9-32） 烈度（12） 汶川地震：最高震级8 最高烈度11 世界最大地震：8.9级，1960南美洲的智利地震,2.地震的成因类型1）构造地震 90%2）火山地震 7%3）陷落地震 3%4）诱发地震 3.地震地质作用1）地震裂缝2）地震断层3）喷沙冒水4）山崩和滑坡,（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、活动直至冷凝成岩石的作用，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（点线面） （1）中心式喷发（2）裂隙式喷发（3）熔透式喷发 2）火山喷发物（1）气态
19、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直至冷凝的活动过程。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 （深度大于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（03km） （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
20、大。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、岩墙：,（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+SiO2 CaSiO3+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
21、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.变质作用的方式1）重结晶作用-粗大2）变质结晶作用-新矿物3）变质分异作用-不均匀变质岩4）交代作用-成分置换5）变形和碎裂作用受力 3.变质作用的类型1）接触变质作用2）动力变质作用3）气液变质作用4）区域变质作用
22、5）混合岩化作用,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）温差风化作用球形风化 2）冰劈作用 3）盐类结晶和潮解作用 4）层裂作用,冰劈作用,层裂作用,2、化学风化作用：1）溶解作用：溶解部分随水带走，难容部分残留。2）氧化作用：黄铁矿被氧化转变成褐铁矿。3）水解作用和碳酸化作用：硬石膏石膏、正长石高岭石、方解石被溶解。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）生物物理风化作用-根劈作用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
23、解的过程。 4、风化作用的产物1）碎屑物质 2）溶解物质 3）残余（难容）物质,（二）剥蚀作用 1、机械剥蚀作用1）风的剥蚀作用：2）地表水流的侵蚀作用：（1）坡流的洗刷作 （2）洪流的冲刷作用 （3）河流的侵蚀作用3）地下水的冲刷作用4）冰川的冰蚀作用（刨蚀）5）海水的侵蚀作用 2、化学溶蚀作用各种水体对岩石以溶解方式进行破坏的过程。,（三）搬运作用把风化和剥蚀的产物从进行风化、剥蚀的地区，经过一定距离运送到沉积区的过程。搬运和剥蚀往往是同时由同一自然营力来完成的。例如：风和流水一边剥蚀着岩石，同时又把剥蚀下来的岩屑带走。 1.搬运作用方式1）机械搬运作用（推移、悬移）2）化学搬运作用,2.
24、不同营力的搬运作用1）河流的搬运作用2）地下水的搬运作用3）冰川的搬运作用4）风的搬运作用5）海洋（湖泊）的搬运作用 （四）沉积作用沉积作用：被搬运物质，从流水、风等介质中分离出来形成沉积物的过程。 1、机械沉积：由于搬运营力减弱或停止，被搬运物质按颗粒粗细、比重大小依次沉积下来。,2、化学沉积：1）胶体溶液的沉淀 2）真溶液的沉淀 3、生物沉积：1）生物遗体直接作为沉积物质：生物石灰岩、石油、煤等。2）生物化学作用：生物能产生大量的CO2、H2S、NH3、H2等气体，影响了沉积介质的氧化还原条件，促使金属元素富集，形成各种重要的矿产。几种沉积作用： 河流：曲流河海洋湖泊地下水,（四）成岩作用成岩作用：松散沉积物形成之后，逐步变成坚硬的沉积岩的过程。1、压固作用2、胶结 作用3、重结晶作用,
