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硕士学位论文 淮南矿区厚松散层结构特征及其沉积环境 研究 Study on the Structural Characteristics and Sedimentary Environment of Thick Loose Layer in Huainan Mining Area 作 者田玉新 导 师孙如华 副教授 中国矿业大学 二○一四年五月 中图分类号 学校代码 10290 UDC 密 级 公开 中国矿业大学 硕士学位论文 淮南矿区厚松散层结构特征及其沉积环境研究 Study on the Structural Characteristics and Sedimentary Environment of Thick Loose Layer in Huainan Mining Area 作 者 田玉新 导 师 孙如华 申请学位 理学硕士 培养单位 资源学院 学科专业 第四纪地质学 研究方向 资源与环境演变 答辩委员会主席 曹丽文 评 阅 人 刘启蒙 鞠远江 二○一四年五月 74 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明所呈交的学位论文淮南矿区厚松散层结构特征及其沉积 环境研究 ， 是本人在导师指导下， 在中国矿业大学攻读学位期间进行的研究工 作所取得的成果。据我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由 本人承担。 学位论文作者签名 年 月 日 学位论文使用授权声明 学位论文使用授权声明 本人完全了解中国矿业大学有关保留、使用学位论文的规定，同意本人所 撰写的学位论文的使用授权按照学校的管理规定处理 作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者须授权所在学校拥有学 位论文的部分使用权，即①学校档案馆和图书馆有权保留学位论文的纸质版 和电子版，可以使用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文；②为 教学和科研目的，学校档案馆和图书馆可以将公开的学位论文作为资料在档案 馆、图书馆等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。另外，根据有关法规， 同意中国国家图书馆保存研究生学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本授权书） 。 作者签名 导师签名 年 月 日 年 月 日 论文审阅认定书 论文审阅认定书 研究生 田玉新 在规定的学习年限内，按照研究生培养方案 的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成 本学位论文,经审阅， 论文中的观点、 数据、 表述和结构为我所认同， 论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论 文送专家评审。 导师签字 年 月 日 致谢 致谢 不知不觉间，三年研究生生涯转瞬而逝，然而这段时光却对于我的人生具 有非常重要的意义。在这三年里，我学到了很多，包括在自己的学习和生活上， 我相信，这将对我以后的工作和生活产生重大影响。这三年的学习和生活，离 不开身边所有人的关心和支持，鼓励和帮助。 感谢我的导师孙如华副教授。论文的选题、野外资料的搜集、室内实验以 及论文的写作和修改，都离不开孙老师的悉心指导。他严谨治学，平易近人的 态度深深影响着我的学习和生活，并使我渐渐养成仔细严谨、力求完美的学习 态度，而这些，将使我终身受益。 感谢李文平教授、曹丽文教授、乔伟副教授以及于庆老师在论文选题中的 大力帮助。 他们对论文的研究思路、 研究方向以及研究重点给予了详细的指导， 提出了许多实际问题，为本论文的编写指明了方向，在此表示衷心的感谢. 感谢课题组陈伟博士在资料搜集中的帮助，感谢柴辉婵博士在论文写作过 程中的帮助，感谢师弟王俊明硕士和洪成双硕士在取样过程中的帮助，感谢王 丹志硕士、崔雪丽硕士、王启庆硕士、丁卿峰硕士、林玉祥硕士等的关心和帮 助。 感谢资源学院土工实验室綦建峰硕士在实验过程中的帮助，没有他及土工 实验室同学的帮助，我的实验不能这么顺利的完成。 感谢中国矿业大学分析测试中心扫描电镜实验室、X 射线衍射实验室、粒 度分析实验室所有老师和同学的帮助和配合，在他们的帮助下，本论文得以顺 利完成 感谢李帅硕士在论文写作过程中的帮助和支持，以及在生活上的照顾。 感谢评阅和出席硕士论文答辩会的各位专家、教授，感谢你们在百忙之中 给予的指导 特别感谢我的家人，无论在什么时候，他们都默默的尽最大可能的鼓励帮 助我，让我在学习和生活中无忧，给予我人生最大的动力 再次感谢所有关心过我、帮助过我的老师、同学、朋友、亲人，并愿他们 在以后的工作及学业中取得更大成功。 I 摘摘 要要 本论文以巨厚松散层条件下煤矿开采中易引起突水、突泥、溃砂、地面异 常沉降等地质灾害事故为工程背景，以安徽淮南矿区厚松散层沉积物为研究对 象，系统分析沉积物物质组成、粒度分布特征、物质间的颗粒排列、沉积环境 演化规律等，研究对指导厚松散层条件下安全开采具有重要的理论意义和实用 价值。 粒度分析技术是古环境分析的重要手段，对于查明沉积物物质来源、水动 力条件、沉积环境等都具有重要意义。根据粒度分析实验，我们可以知道，所 取样品以粘土和粉砂为主，还有少量细砂，颗粒分选大部分为中等，少部分分 选较好，个别分选较差，根据粒度参数可以判断水动力条件有中能和高能之间 的变换，部分时期出现过低能。 X 射线衍射技术是物质成分分析的重要手段，通过 X 衍射，查明沉积物的 物质成分及含量，对判断沉积物的物源具有重要作用，根据分析，可以推断出 研究区的古气候特征。本区粘土矿物成分以伊利石为主，部分样品高岭石含量 较高，因此本区气候以温暖或寒冷少雨为主，但在部分地区的个别时期曾出现 过湿热气候。 利用环境扫描电镜可以观察物质的微观结构，根据其矿物特征及残余结构 可以推断其沉积环境和搬运演化历史。在扫描电镜下，可以看到大部分粘土矿 物已经发生变形，由此可知，该区粘土矿物应为搬运沉积而来，一些矿物颗粒 磨圆较好，可能受流水作用。 综合分析本区松散层结构特征及其沉积环境，本区松散层在结构上有相似 性，但在个别地区出现局部的差异性，本区沉积环境以海滩沉积和河流沉积为 主，气候特征变化明显，以温暖或寒冷少雨为主。 该论文有图 58 幅，表 20 个，参考文献 87 篇。 关键词关键词粒度分析；物质成分分析；微观结构；沉积环境；古气候 II Abstract Abstract This paper take some geologic disasters caused by coal mining under the thick loose bed such as water inrush, mud, sand inrush, ground subsidence as the engineering background, take the the thick quaternary sediments of Huainan mine area as the research objiect, systematic analysis the quaternary sediment composition, particle size distribution, particles arrangement of sample, evolution rule of the sedimentary environment. The research has important theoretical significance and practical value for the safey mining under thick loose bed. Grain- size analysis is the material in the research of Quaternary environmental research, it has great significance for finding the material of sediment, hydrodynamic condition and sedimentary environment. Grain- size distribution is one of the most important features of sediment, Because of the different transport medium and intensity, different sedimentary has different grain composition, we can judge the sedimentary environment through the grain- size analysis. According to the grain- size analysis, we can know the main of the sample is silt, and include a little fine sand, the average grain- size concentration between 4- 5.6, the sorting of most of the sample is medium, small part of the sample is good, individual of the sample is bad, we can judge the determine hydrodynamic conditions is changing between the intermediate and high energy, sometimes, the low energy is appeared. X- ray diffraction technology is an important means of the material composition analysis, according to the analysis, we can infer the Quaternary paleoclimate characteristics. The mainly composition of the clay mineral is illite, small part of the sample’s mainly is kaolinite, so the climate of most of the area is warm or cold little rain, but in part of the area, in different times, the hot and humid climate is appeared. We could observe microstructure of matter by environmental scanning electron microscopy, we can infer the sedimentary environment and evolution history according to the mineral characteristics and residual structure. We can see the shape of different clay minerals by ESEM, most of the clay minerals has been out of shape, so the clay minerals of this area should be come from transported deposit, and some mineral grains grinding is good, may be because of the water. By the comprehensive analysis of the loose bed structure characteristics and its sedimentary environment, we can know that it is similar of the loose bed structure, III but the difference appeared in individual areas. The main sedimentary environment in this area is beach sedimentary and river sedimentary, the climate in this area is different, most of the climate is warm or cold little rain. This paper contains 58 figures, 20 tables, and 87 references. Keywords grain- size analysis; material composition analysis; microscopic analysis sedimentary environment; paleoclimate characteristics IV 目目 录录 摘摘 要要............................................................................................................................ I 目目 录录......................................................................................................................... IV 图清单图清单...................................................................................................................... VIII 表清单表清单........................................................................................................................ XII 变量注释表变量注释表 ............................................................................................................. XIV 1 绪论绪论............................................................................................................................ 1 1.1 研究背景及意义 ..................................................................................................... 1 1.2 国内外研究现状 ..................................................................................................... 2 1.3 研究内容 ................................................................................................................. 7 1.4 研究方法与技术路线 ............................................................................................. 8 1.5 完成的工作量 ....................................................................................................... 10 2 研究区概况研究区概况 ............................................................................................................. 11 2.1 自然地理位置及概况 ........................................................................................... 11 2.2 研究区地质概况 ................................................................................................... 13 2.3 研究区周边地区第四纪沉积演化特征 ............................................................... 20 2.4 本章小结 ............................................................................................................... 20 3 沉积物粒度分布特征研究沉积物粒度分布特征研究 ..................................................................................... 22 3.1 粒度测试方法 ....................................................................................................... 22 3.2 粒度曲线分布特征及指示的环境意义 ............................................................... 25 3.3 粒度参数的选取及计算 ....................................................................................... 33 3.4 沉积环境分析 ....................................................................................................... 39 3.5 本章小结 ............................................................................................................... 41 4 沉积物物质成分分析沉积物物质成分分析 ............................................................................................. 42 4.1 X 射线衍射实验 .................................................................................................... 42 4.2 物相分析 ............................................................................................................... 44 4.3 研究区粘土矿物环境分析 ................................................................................... 51 4.4 本章小结 ............................................................................................................... 54 5 沉积物微观结构分析沉积物微观结构分析 ............................................................................................. 55 5.1 土体微观结构图像的获得 ................................................................................... 55 V 5.2 土体微观结构图像分析 ....................................................................................... 57 5.3 结论 ....................................................................................................................... 61 5.4 本章小结 ............................................................................................................... 62 6 淮南矿区沉积环境综合分析淮南矿区沉积环境综合分析 ................................................................................. 63 7 结论结论.......................................................................................................................... 67 参考文献参考文献 ..................................................................................................................... 68 作者简历作者简历 ..................................................................................................................... 73 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 ................................................................................................. 74 学位论文数据集学位论文数据集 ......................................................................................................... 75 VI Contents Abstract ........................................................................................................................ II Contents ..................................................................................................................... VI List of Figures ......................................................................................................... VIII List of Tables ............................................................................................................. XII List of Variables ...................................................................................................... XIV 1 Introduction ............................................................................................................... 1 1.1 Research Background and Significance ................................................................... 1 1.2 Literature Review at Home and Abroad .................................................................. 2 1.3 Research Content ..................................................................................................... 7 1.4 Research s and Technical Routes ................................................................. 8 1.5 Finished Workload ................................................................................................. 10 2 The General Situation of the Research Area ........................................................ 11 2.1 Natural Geographical Position and Situation ......................................................... 11 2.2 Basic Geological Situation of the Area .................................................................. 13 2.3 The Quaternary Sedimentary Evolution Characteristics of the Area Around the Study Area .................................................................................................................... 20 2.4 Summary ................................................................................................................ 20 3 Study on Particle Size Distribution of Sediment .................................................. 22 3.1 Particle Size Test .................................................................................... 22 3.2 Particle Size Distribution Curve Characteristics and Environment Significance .. 25 3.3 Selection and Calculation of Particle Size Parameters .......................................... 33 3.4 Sedimentary Environment Analysis ....................................................................... 39 3.5 Summary ................................................................................................................ 41 4 Material Composition Analysis of The Sediments ............................................... 42 4.1 X Ray Diffraction Experiment ............................................................................... 42 4.2 Phase Analysis ....................................................................................................... 44 4.6 Clay Mineral Environment Analysis in the Study Area ......................................... 51 4.7 Summary ................................................................................................................ 54 5 Microstructure Analysis of Sediment .................................................................... 55 VII 5.1 Soil Microstructure Image Acquisition .................................................................. 55 5.2 Soil Microstructure Image Analysis ....................................................................... 57 5.3 Conclusions ............................................................................................................ 61 5.4 Summary ................................................................................................................ 62 6 Comprehensive Analysis of Sedimentary Environment of Huainan Coal Mining Area ................................................................................................................ 63 7 Conclusions .............................................................................................................. 67 References .................................................................................................