【摘要】：煤變質(zhì)作用的因素有溫度、壓力和時間,其中溫度是煤變質(zhì)的主導(dǎo)因素。晚古生代石炭-二疊紀(jì)是華北地區(qū)的一個重要的聚煤期,區(qū)內(nèi)煤炭資源豐富、煤種齊全并呈一定規(guī)律分布,這為研究煤變質(zhì)作用提供了天然的研究場所和豐富的資料。地質(zhì)學(xué)家們對華北地區(qū)煤變質(zhì)成因的研究已經(jīng)有近100年的歷史。早在20世紀(jì)20年代,河南濟源之西的山西省南部晉城、高平一帶的無煙煤被認(rèn)為是動力變質(zhì)、區(qū)域變質(zhì)和接觸變質(zhì)成因;30年代,煤田地質(zhì)工作者比較強調(diào)煤的動力變質(zhì);40年代,蘇聯(lián)對一些大煤田的變質(zhì)分帶進(jìn)行了研究,認(rèn)為并非動力變質(zhì)所致,而主要是由于深成變質(zhì)造成的;50年代,地質(zhì)學(xué)家們無法使用看似放之四海而皆準(zhǔn)的深層變質(zhì)作用來解釋整個中國的煤變質(zhì)問題,因為遼寧地區(qū)古近-新近紀(jì)的煤層煤級也達(dá)到長焰煤—氣煤階段。1956年,王竹泉教授總結(jié)華北地區(qū)煤變質(zhì)規(guī)律后,提出了火成巖變質(zhì)作用,并且認(rèn)為該作用在煤變質(zhì)過程中起到主導(dǎo)作用。吳光榮等支持該觀點,并且認(rèn)為華北東部煤變質(zhì)是以接觸變質(zhì)作用為主,不存在動力變質(zhì)作用。前人們的觀點為后續(xù)的研究提供了新的思路。20世紀(jì)70年代末至80年代,對河南省范圍內(nèi)的近東西向煤變質(zhì)條帶的形成過程、成因及機理有過很多探討。分別出現(xiàn)了深成(埋藏)變質(zhì)作用、巖漿變質(zhì)作用、熱水變質(zhì)作用等眾多理論與觀點。但是此后,該區(qū)的煤變質(zhì)作用研究熱逐漸為漸漸熱起來的煤層氣、頁巖氣研究所取代。人們發(fā)現(xiàn),在華北板塊南緣,以晉城-濟源-開封-永城為中心,存在北西西向展布的高變質(zhì)煤條帶,向兩側(cè)(或有人認(rèn)為向四周)煤級逐漸降低的煤變質(zhì)圖案。通過河南省石炭-二疊紀(jì)煤的變質(zhì)作用研究,先后于20世紀(jì)80-90年代提出了區(qū)域巖漿變質(zhì)、熱水循環(huán)和板塊構(gòu)造模式。然而,對于高煤變質(zhì)帶的形成時代,有認(rèn)為是印支期的、有認(rèn)為是燕山期的,長期以來沒有統(tǒng)一的看法。對其成因,有認(rèn)為是燕山期巖漿活動所致,也有認(rèn)為是與印支期華北-揚子板塊碰撞相關(guān),還有認(rèn)為是斷裂與大氣降水所致的熱液(水)循環(huán)相關(guān)。從前人的討論中發(fā)現(xiàn),不同的看法幾乎都局限于河南省范圍,因此,從更大范圍去探討是否會有更多受益;自從20世紀(jì)90年代以來,油氣勘探所揭示的侵入石炭-二疊紀(jì)以來地層中的巖漿巖體不斷見有報道,研究成果多多;此外,在眾多的討論中,對華北板塊東部印支期與燕山期構(gòu)造體制的轉(zhuǎn)換,構(gòu)造線方向由近東西向轉(zhuǎn)變?yōu)楸睎|-北北東向,印支期構(gòu)造線方向與高煤變質(zhì)條帶相一致;燕山期構(gòu)造線方向與巖漿巖體展布方向近一致,而與煤變質(zhì)條帶展布方向不同。人們對此問題探討的不多。鑒于此,本論文從煤巖性質(zhì)、煤結(jié)構(gòu)、煤顯微組分與鏡質(zhì)體反射率等煤巖學(xué)研究入手,通過運用鏡質(zhì)體反射率方法進(jìn)行古地溫的模擬,巖漿巖體的展布和年代,特別是印支期-燕山期構(gòu)造體制的轉(zhuǎn)換研究,探討華北板塊南緣的煤變質(zhì)作用特征、高變質(zhì)煤條帶的形成時間與成因機理。本文進(jìn)行了以下幾方面的研究:(1)自南部平頂山至北部安陽-鶴壁,較系統(tǒng)地采集了二1煤層煤樣,進(jìn)行了煤的宏觀煤巖類型觀察、煤顯微組分鑒定、鏡質(zhì)體反射率測定、煤的x射線衍射分析等實驗分析和研究。在此基礎(chǔ)上,系統(tǒng)收集前人煤巖、煤質(zhì)和煤結(jié)構(gòu)分析等資料,對包括河南省在內(nèi)的華北板塊南緣的二1煤變質(zhì)圖進(jìn)行了重新繪制,對煤巖自身所反映出來的煤變質(zhì)信息進(jìn)行了詳細(xì)分析和提取。(2)運用karweil圖解法和baker古地溫經(jīng)驗公式,以鏡質(zhì)體反射率值為基礎(chǔ),進(jìn)行了古地溫場的模擬,以此獲得華北板塊南緣的古地溫場數(shù)值。(3)在系統(tǒng)調(diào)查和收集研究區(qū)前人有關(guān)野外露頭、鉆孔揭露的巖漿巖體的基礎(chǔ)上,編繪了研究區(qū)的巖漿巖體分布圖,并對巖漿巖體的展布、侵入(或噴出)的期次、巖漿活動的高峰期和年代學(xué)方面進(jìn)行了分析研究。(4)進(jìn)行了華北-揚子板塊印支期碰撞及其在研究區(qū)的響應(yīng)特征方面的研究,包括兩大板塊碰撞導(dǎo)致華北板塊南緣前陸盆地發(fā)育、板塊邊緣嵩箕隆起、向北濟源-開封一帶地殼拉張減薄。在濟源-開封一帶三疊紀(jì)沉積了厚達(dá)3800m的建造,并在有的凹陷中連續(xù)沉積有侏羅紀(jì)沉積物。(5)進(jìn)行了研究區(qū)印支期構(gòu)造格架和主構(gòu)造線方向與高變質(zhì)煤條帶展布方向一致性間的關(guān)聯(lián)關(guān)系研究,并結(jié)合這一時期揚子-華北板塊碰撞的區(qū)域大背景的研究,試圖建立板塊碰撞與煤變質(zhì)條帶形成間的聯(lián)系。(6)討論了印支-燕山期華北板塊東部構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換、燕山期巖漿巖體呈北東-北北東向展布特征,及其彼此間的聯(lián)系。在上述研究的基礎(chǔ)上,取得了如下的成果:(1)自南部平頂山至北端安陽-鶴壁,氣孔和鑲嵌結(jié)構(gòu)等巖漿活動導(dǎo)致的煤變質(zhì)顯微結(jié)構(gòu)普遍存在,在兩淮地區(qū)和徐州地區(qū),巖漿活動也普遍存在,反映了燕山期巖漿活動對本區(qū)煤變質(zhì)的影響。然而,燕山期的巖漿活動主要限于郯廬斷裂和太行山斷裂展布區(qū),并呈北東-北東東向展布,與北西西向展布的高變質(zhì)煤條帶相悖,因此,高變質(zhì)煤條帶的形成與燕山期巖漿活動的關(guān)聯(lián)不大。(2)印支期構(gòu)造線方向呈近東西向,三疊紀(jì)最大沉積厚度分布區(qū)與高變質(zhì)煤條帶一致,由古地溫模擬等得出的高變質(zhì)煤條帶展布區(qū)的高地溫異常等,反映出高變質(zhì)煤條帶形成于印支期,并且,是板塊構(gòu)造體制下巖石圈減薄而導(dǎo)致的結(jié)果。(3)燕山期巖漿巖體大片出露,巖漿巖體極為發(fā)育的秦嶺-大別造山帶,其瀕臨該帶的平頂山,及其位于華北板塊南緣的淮南煤田,其以深成變質(zhì)為主,更顯現(xiàn)出燕山期巖漿活動對華北板塊南緣的近東西向變質(zhì)條帶形成的影響是有限的,僅僅改變了部分地區(qū)的煤變質(zhì)圖案。(4)得出了研究區(qū)石炭-二疊紀(jì)煤經(jīng)歷了印支期、燕山期和喜山期多期變質(zhì)作用。北西西向的高變質(zhì)煤條帶形成于印支期,北東-北北東向的太行山斷裂、郯廬斷裂展布區(qū),燕山期巖漿活動對煤變質(zhì)圖案起了一定的改造作用,喜山運動期奠定了本區(qū)的煤變質(zhì)圖案。(5)在上述研究的基礎(chǔ)上,建立了印支期板塊構(gòu)造體制下的煤變質(zhì)作用模式。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P618.11

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2568518