東勝煤田新街勘查區(qū)延安組煤層對(duì)比與特征分析

孫慶茹 王連芳 牛美琴

摘要：本文以煤層沉積學(xué)理論為指導(dǎo)，采用野外地質(zhì)勘查工作及室內(nèi)整理相結(jié)合的方式，從新街地區(qū)侏羅系延安組主要煤層的特征入手，通過(guò)對(duì)煤層間及鉆孔間的對(duì)比分析，闡述了新街地區(qū)的煤層特征和煤質(zhì)特征，并總結(jié)了研究區(qū)的聚煤規(guī)律。研究結(jié)果表明，新街地區(qū)侏羅系中下統(tǒng)延安組含五個(gè)煤組，含煤系數(shù)近10%，可采煤層4—9層，可采含煤系數(shù)5.9%；地層厚度為東部較厚，且第一巖段含煤性最好，第二、第三巖段次之；可采煤層總厚度變化趨勢(shì)為兩邊厚中間薄；煤質(zhì)原生參數(shù)如灰分、顯微組分含量等都具有分帶性，具有低灰分產(chǎn)率、高惰性組含量及煤層中穩(wěn)定富惰層的周期性出現(xiàn)等基本特征，表明了泥炭沼澤發(fā)育過(guò)程的高位化。

關(guān)鍵詞：新街地區(qū)煤層特征煤質(zhì)聚煤規(guī)律

成煤作用的環(huán)境條件控制著煤的巖石組成和煤質(zhì)變化，諸如泥炭沼澤的覆水程度、煤層厚度變化趨勢(shì)、距陸源的距離、沼澤穩(wěn)定性等；反之，煤層及煤質(zhì)的特征也反映著成煤的環(huán)境條件。兩者具有辯證統(tǒng)一的關(guān)系。因此對(duì)煤層特征及煤質(zhì)特征的研究對(duì)比，無(wú)論從生產(chǎn)上還是科研上來(lái)說(shuō)，都具有十分重要的意義。本文以煤層沉積學(xué)理論為指導(dǎo)，采用野外地質(zhì)勘查工作及室內(nèi)整理相結(jié)合的方式，從新街地區(qū)侏羅系延安組主要煤層的對(duì)比研究入手，通過(guò)對(duì)煤層間及鉆孔間的對(duì)比分析，闡述了新街地區(qū)的煤層特征和煤質(zhì)特征，并總結(jié)了研究區(qū)的聚煤規(guī)律，服務(wù)于研究區(qū)勘探實(shí)踐。

1.研究區(qū)地質(zhì)概況

1.1地層

工作區(qū)地層產(chǎn)狀平緩，地表大面積出露第四系風(fēng)積層和湖積層，局部地段分布白堊系下統(tǒng)志丹群（K1）。根據(jù)所收集資料、野外填圖和鉆孔揭露情況，本區(qū)地層特征由老到新依次為三疊系上統(tǒng)延長(zhǎng)組（T3y）、侏羅系中下統(tǒng)延安組（J1-2ya）、侏羅系中統(tǒng)直羅組（J2）、侏羅系中統(tǒng)安定組（J2a）、白堊系下統(tǒng)志丹群（K1）和第四系（Q）。

1.2構(gòu)造

勘查區(qū)位于伊盟隆起區(qū)南部，屬東勝煤田的一部分。根據(jù)已有鉆孔和鄰區(qū)資料分析，工作區(qū)總體為一向南西傾斜的單斜構(gòu)造，地層走向大致為SE120～140°，傾向SW，傾角1～3°。褶皺斷裂構(gòu)造不發(fā)育，但局部有小的波狀起伏，無(wú)巖漿活動(dòng)，構(gòu)造復(fù)雜程度屬簡(jiǎn)單型。

根據(jù)二維地震解釋成果，普查區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)一個(gè)正斷點(diǎn)：位于247線293CDP點(diǎn)，傾向SW，視傾角74°，落差約20—22m。

1.3成煤沉積演化

在中晚侏羅世早期，地殼剛開始沉降，速度較緩慢，此時(shí)以河流作用為主，接受了河流相沉積，形成延安組底部的河流相沉積產(chǎn)物，隨之本區(qū)沉降幅度增大，陸源碎屑物的供給速度低于沉降速度，造成本區(qū)水較深，沉積了細(xì)碎屑巖。頻繁的升降運(yùn)動(dòng)在沉積產(chǎn)物表現(xiàn)為韻律性，在濱湖地帶和局部沉降緩慢地段，發(fā)育了泥炭沼澤相，形成了本區(qū)的5、6號(hào)煤組。

嗣后，地殼又逐漸隆起，湖水漸退，在河流入湖處形成以河流作用為主的建設(shè)性三角洲，在三角洲的前緣和分流河道間形成沼澤化地帶，沉積了3號(hào)、4號(hào)煤組。二個(gè)煤組之間的特征顯示了較明顯的繼承性，說(shuō)明此時(shí)地殼升降運(yùn)動(dòng)雖有反復(fù)，但總體趨勢(shì)是上升的。

此后，地殼開始較大幅度上升，因各地上升速度不同，造成河流的改道和變遷，在河流入湖處，形成較多的三角洲，在廢棄的三角洲朵葉上，由于沉積物供應(yīng)減少和沉積物的差異壓實(shí)作用，造成局部的湖水倒灌，在原分流河道間形成分流間灣，形成沼澤化地帶，造成泥炭堆積，它與廢棄朵葉上地勢(shì)低洼地相連，形成本區(qū)的2號(hào)煤組。到中侏羅世，盆地整體上升，接受沉積，結(jié)束了本區(qū)的成煤歷史（李思田等，1992）。見(jiàn)圖1。

據(jù)盆地侏羅紀(jì)沉積體系與聚煤演化史研究及工作資料，新街地區(qū)成煤作用主要發(fā)生在河流沉積體系和湖泊三角洲沉積體系。前者發(fā)育在延安組的下部和上部，大面積分布的沖積平原、河間及廢棄河道的泛濫平原具有多起的泥炭沼澤，形成了第三巖段和第一巖段，包括了2、5、6煤組，富煤?jiǎn)卧c河流沉積的砂體厚度呈正相關(guān)關(guān)系；后者發(fā)育在延安組中部，大規(guī)模的三角洲朵葉體平原有多期穩(wěn)定的泥炭沼澤堆積，形成了第二巖段，包括了3、4煤組，富煤?jiǎn)卧c三角洲朵體分布相吻合。其煤質(zhì)變化及煤層特征與沉積環(huán)境互為映射（張泓，白清昭，張笑薇等，1995；張泓，李恒堂，熊存衛(wèi)等，1998）。

2.煤層對(duì)比方法

煤層對(duì)比是煤田研究中最關(guān)鍵的問(wèn)題，直接影響資源/儲(chǔ)量估算的精度和資源量的多少。工作區(qū)為陸相含煤地層，河流和淺水湖泊三角洲沉積，相變大，煤層變薄、分叉、尖滅現(xiàn)象普遍，橫向上相變頻繁，沒(méi)有明顯的標(biāo)志層；縱向上巖性變化大，煤層層數(shù)多，較穩(wěn)定的標(biāo)志層不是很明顯。因此，煤層對(duì)比采用了多種方法手段進(jìn)行綜合對(duì)比，無(wú)論從區(qū)域上，還是本勘探區(qū)，初步結(jié)果顯示效果較好。

2.1沉積旋回法

2.2標(biāo)志層法

顏色是沉積物對(duì)古氣候的直接反映，與古氣候變化密切相關(guān)，縱觀延安組含煤巖系及其基底和上覆地層，顏色是劃分組的一個(gè)重要標(biāo)志。本區(qū)延安組上覆地層為直羅組、安定組，直羅組的顏色一般為黃綠色、灰綠色砂巖為主，安定組則以紫灰色、暗紫色、黃綠色互層組成的雜色泥質(zhì)粉砂巖等為主，而延安組多為灰白色、灰色、深灰色、灰黑色砂巖與泥巖不等厚互層，并夾炭質(zhì)泥巖及煤層。延長(zhǎng)組頂部以灰綠色長(zhǎng)石石英砂巖為特征，局部夾有紫紅色泥巖，是區(qū)分延安組、延長(zhǎng)組分界的最明顯的標(biāo)志。

2.3層間距法

4.煤質(zhì)特征

4.1宏觀煤巖特征

據(jù)統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)內(nèi)第一、三巖段煤巖類型以暗淡型為主，其次為半暗型；第二巖段以半暗型為主，其次為暗淡型，見(jiàn)少許半亮型。反映了河流相和湖泊三角洲相沉積環(huán)境的不同。

例如4-1煤為半暗型，條帶狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，見(jiàn)亮煤呈薄層狀，厚3-10mm，少量絲碳夾生。6-1煤為暗淡型，局部為塊狀結(jié)構(gòu)，粒狀構(gòu)造。

4.2顯微煤巖特征

區(qū)內(nèi)各煤層顯微煤巖組分以絲質(zhì)、半絲質(zhì)組為主，平均值含量為56.65-84.86%，鏡質(zhì)組次之，平均值含量24.74-42.56%，穩(wěn)定組及半鏡質(zhì)組少量，含量分別為0.27-1.00%，0.13-0.50%。礦物質(zhì)含量以粘土組為主，含量為0.60-6.18%，氧化硅組，含量0.00-1.39%，硫化物組0.00-1.38%，碳酸鹽組0.00-1.39%，硫酸鹽組0.00%。

據(jù)GB/T17607-1998煤的顯微組成分類原則，2-2中、3-1、5-1、6-1、6-2、6-3六個(gè)煤層屬低鏡質(zhì)組煤（鏡質(zhì)組含量??40%），4-1煤層屬中鏡質(zhì)組煤（鏡質(zhì)組含量40-60%）。反射率測(cè)定結(jié)果，Rmax平均值為0.61%，處于煙煤I階段（0.6%≤Rran??1.0%）。垂向上，從上到下反射率逐漸增加，同一剖面反射率增加的幅度小于0.1%，符合希爾特定律，為深成變質(zhì)作用。

4.3煤的工業(yè)性質(zhì)

研究區(qū)原煤干燥基灰分產(chǎn)率7.14%-11.30%，平均8.33%，屬特低—低灰煤；浮煤干燥無(wú)灰基揮發(fā)分產(chǎn)率32.01%-36.58%，平均35.07%，以中高揮發(fā)分煤為主，少量高揮發(fā)分煤；原煤全硫分一般在0.60%-0.77%之間，平均為0.67%，以特低硫煤為主，少量低硫煤；原煤磷含量一般為0.006%-0.009%，平均為0.007%，以特低磷煤為主；原煤干燥基高位發(fā)熱（Qgr.d）一般為28.72～31.46MJ/kg，平均30.16MJ/kg，屬高—特高熱值煤；浮煤粘結(jié)指數(shù)均為0，屬不粘煤；煤灰軟化溫度（ST，℃）1080℃～1410℃，以中等軟化溫度灰為主，較低軟化溫度灰次之；煤灰流動(dòng)溫度（FT）一般1120℃～1455℃，以較低流動(dòng)溫度灰為主，中等流動(dòng)溫度灰次之。據(jù)區(qū)內(nèi)主要可采煤層浮煤揮發(fā)分和浮煤粘結(jié)指數(shù)確定該區(qū)煤類以不粘煤（BN31）為主，長(zhǎng)焰煤（CY41）次之。

綜上所述，普查區(qū)內(nèi)主要可采煤層屬較低灰分、低鏡質(zhì)組、低階煙煤，具特低—低灰、中高揮發(fā)分、低—特低硫、特低磷、高—特高熱值的特點(diǎn)，各煤層均不具粘結(jié)性；煤類以不粘煤（BN31）為主，長(zhǎng)焰煤（CY41）零星分布。因此，該區(qū)煤的主要工業(yè)用途為動(dòng)力、發(fā)電、民用等，也可以考慮粉煤懸浮床氣化用煤。

5.聚煤規(guī)律分析

研究區(qū)含煤巖系為侏羅系中下統(tǒng)延安組陸源碎屑沉積，包括三個(gè)巖段五個(gè)煤組（2、3、4、5、6煤組），其中第一、三以粗碎屑巖為主，第二巖段以細(xì)碎屑巖為主。含煤地層巖石粒度具有北粗南細(xì)特點(diǎn)；含煤地層厚度具有西薄東厚的特點(diǎn)；可采煤層總厚度有東西部較厚，向中部變薄的趨勢(shì)；地層中部3、4煤組層位穩(wěn)定，厚度變化小，煤層結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單；上下部的2、5、6煤組，厚度具一定變化，煤層常分叉變薄，并含1-2層夾矸。煤的聚集背景為內(nèi)陸大型湖盆，成煤區(qū)圍繞深湖呈環(huán)帶分布，聚煤區(qū)位于沖積體系與湖泊體系的過(guò)渡地區(qū)，而富煤區(qū)主要位于有三角洲充填的淺湖地區(qū)。且研究區(qū)具有如下的聚煤規(guī)律：

第一巖段為延安組沉積早期，以粗砂巖、含礫砂巖開始，中間夾薄層細(xì)砂巖和泥質(zhì)粉砂巖，向上過(guò)渡為細(xì)砂巖及煤層，巖段頂部為5-1煤層，該巖段下部煤層中灰分較高。說(shuō)明延安組早期基底高差較大，為河流相沉積，但接近湖區(qū)、水流緩慢，沉積物雖然以砂巖為主，但顆粒較細(xì)，即所含礫石也比較小。沉積主要表現(xiàn)為對(duì)基底的填平補(bǔ)齊作用。

第二巖段為延安組的主要沉積期。主要巖性為各種粒級(jí)的砂巖、砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖及煤層，該巖段有4-5個(gè)以上的小旋回。沉積旋回主要為正粒序，但也有反粒序。這個(gè)時(shí)期的沉積特征反映該區(qū)應(yīng)該為三角洲相沉積。各巖段的厚度差別不大，煤層分布比較穩(wěn)定，煤層中無(wú)夾矸或夾矸少，煤質(zhì)較好，說(shuō)明該時(shí)期沉積環(huán)境比較穩(wěn)定，最適合于煤炭的聚積。

第三巖段為延安組的沉積結(jié)束期。巖石雖然仍以中細(xì)粒砂巖和粉砂巖為主。頂部煤層中出現(xiàn)夾矸，煤質(zhì)變差。反映外部自然條件變化，氣候由濕潤(rùn)變干燥，三角洲縮小，河流相沉積增加，分流河道廣泛發(fā)育。

6.結(jié)論

6.1侏羅系中下統(tǒng)延安組（J1-2y）含有2、3、4、5、6五個(gè)煤組，煤層平均總厚度17.48m，含煤系數(shù)近10%，具有對(duì)比意義的煤層10層，含可采煤層4-9層，可采煤層總厚度6.66-20.31m，平均12.37m，可采含煤系數(shù)5.9%。

6.2延安組地層厚度變化趨勢(shì)東部較厚，含煤地層旋回結(jié)構(gòu)清晰，多為正粒序。各旋回中下部多為砂巖，上部多為粉砂巖、泥巖及煤層。各旋回均含可采煤層，各煤層層位較穩(wěn)定，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其中第一巖段含煤性最好，第二巖段、第三巖段含煤性次之?？刹擅簩涌偤穸茸兓厔?shì)為東西部較厚，向中部逐漸變薄，其變化趨勢(shì)與厚度變化趨勢(shì)較明顯。

6.3新街地區(qū)煤質(zhì)的原生參數(shù)如灰分、顯微組分含量等都具有分帶性，其分帶特點(diǎn)與富煤?jiǎn)卧妮喞辔呛?。該區(qū)煤的低灰分產(chǎn)率、高惰性組含量及煤層中穩(wěn)定富惰層的周期性出現(xiàn)等基本特征，表明泥炭沼澤發(fā)育過(guò)程的高位化。鄂爾多斯盆地的煤在其聚積條件上具備了十分廣闊平坦的廢棄三角洲平原環(huán)境和十分緩慢沉降的穩(wěn)定構(gòu)造條件。