湖南寒婆坳矿区煤层夹矸的岩石矿物特征及其地质意义

摘要

煤变质程度升高和煤层夹矸中矿物的转化与周围变形环境变化密切相关,利用偏光显微镜、X射线衍射(XRD)等测试手段,对湖南寒坡坳矿区煤层夹矸的岩石矿物学特征、伊利石结晶度等进行了研究,并探讨了黏土矿物特征直接或间接指示煤变质程度,以及对温度、压力等变化的响应。结果表明:黏土矿物这一层状结构硅酸盐矿物对研究区变形环境变化反应十分敏感,煤层夹矸中红柱石(空晶石)与伊利石、叶蜡石和绿泥石等共生,伊利石结晶度高,结晶度分布于0.14060°~0.09090°△2θ,平均晶层厚度(L_(c))大于566×10^(-1) nm;利用伊利石(001)峰面积、半高宽分别与不规则部分γ峰的面积和半高宽的比值,伊利石结晶有序度显示与煤有机结构演化一致的特征;镜质体反射率和拉曼光谱地质温度计揭示煤系石墨形成的变质温度为400~500℃或更高,指示研究区煤层遭受低级浅变质作用,煤层夹矸中伊利石为2M_(1)多型,b_(0)分布于8.8836~9.0305×10^(-1) nm,指示煤层及围岩遭受低中压的变形环境,形成的压力条件在250~400 MPa或更高;依据不同变质程度煤的XRD结构参数随形成温度的变化,显示较高的受热条件是有机质演化和夹矸中矿物转变的重要因素,但是相近温度变化区间内煤中有机质结构单元面网间距(d_(002))持续减小,指示着地质过程强烈的构造应力能明显催化石墨化进程。