大同煤田馬脊梁井田煌斑巖賦存特征及對(duì)煤層煤質(zhì)的影響

劉希慶

(大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司馬脊梁礦地測(cè)科，山西大同 037027)

巖漿的侵入，破壞了煤層的連續(xù)性和完整性，改變了原有構(gòu)造形態(tài)的規(guī)律性[1]，改變了煤中的礦物組成，使煤層的物理性質(zhì)、化學(xué)成分和工藝性能也發(fā)生了顯著變化，工業(yè)價(jià)值降低，儲(chǔ)量減少。同時(shí)，巖漿侵入促進(jìn)了煤層的熱演化，使煤體的變質(zhì)程度、孔隙結(jié)構(gòu)、吸附解吸特性等產(chǎn)生了極大的改變，且侵入巖尖滅處是發(fā)生瓦斯突出的危險(xiǎn)位置，探尋巖漿侵入體的賦存特征及規(guī)律，對(duì)于礦井安全高效生產(chǎn)有重要意義。

以鉆孔、樣品測(cè)試數(shù)據(jù)為依據(jù)，以大同石炭紀(jì)煤田馬脊梁礦為例，探討煌斑巖賦存特征及對(duì)煤質(zhì)的影響。

1 地質(zhì)概況

大同煤田位于華北板塊北部的華北克拉通內(nèi)部, 在石炭-二疊紀(jì)形成東西向的大型內(nèi)陸含煤盆地, 三疊紀(jì)后期逐漸抬升,處于剝蝕狀態(tài)。直至侏羅紀(jì)再次形成一系列北東走向的盆地, 形成了一套陸內(nèi)河湖相含煤沉積。在三疊紀(jì)隆起階段,一套堿性一超鉀質(zhì)的煌斑巖一碳酸巖巖墻(床) 侵人大同石炭一二疊紀(jì)煤系地層, 地層遭受變質(zhì)、破壞,同位素比值顯示，巖漿為殼?；旌闲?，碳酸巖一煌斑巖巖漿是巖石圈地幔部分熔融的產(chǎn)物, 而巖墻群的侵位則是中上部地殼伸展作用的標(biāo)志[2-3]，是在伸展構(gòu)造背景下, 受到不同級(jí)別的構(gòu)造控制[4-5]。

大同煤田為一開闊的、北東向的向斜構(gòu)造，向北東傾伏。南東翼傾角一般20°～60°，局部直立、倒轉(zhuǎn)；北西翼被白堊系覆蓋。東與大同盆地接壤，南與洪濤山毗鄰。

馬脊梁井田位于大同煤田北部，受大同向斜和東部北東向大斷裂構(gòu)造控制。斷層主要以NW向、NE向及近EW向?yàn)橹鳎琋W向斷層集中分布于塔山井田中部及南部、東周窯井田的東部、馬脊梁井田的西部；NE向斷層集中分布于東周窯井田的東部、燕子山井田西北部、馬脊梁井田的東南部、四臺(tái)井田及同忻井田局部；近EW向斷層主要分布于塔山井田北部和馬脊梁井田的西南部。

開采資料顯示，侏羅系含煤地層中僅有輝綠巖墻侵入的痕跡(如馬脊梁礦侏羅系14-2#煤層8107、8105工作面等揭露的輝綠巖墻)，而未發(fā)現(xiàn)煌斑巖侵入證據(jù)；馬脊梁及其周邊礦井鉆孔資料顯示，山4#煤層、石炭系2#、3#、5#、8#煤層均受煌斑巖床的大范圍破壞以及輝綠巖墻的侵入，因此，馬脊梁礦井田輝綠巖墻的相對(duì)年齡是在侏羅世至白堊世，即燕山期；煌斑巖的相對(duì)年齡是二疊世至三疊世，即印支期。

圖1 馬脊梁及周邊井田構(gòu)造綱要圖Figure 1 Structural outline map of Majiliang coalmine and peripheral minefields

2 煌斑巖的賦存特征

基于馬脊梁及周邊井田118個(gè)鉆孔數(shù)據(jù)，分析馬脊梁礦主采煤層巖漿巖的賦存特征與分布規(guī)律。

2.1 3#煤層煌斑巖的賦存特征

井田內(nèi)共14個(gè)鉆孔發(fā)現(xiàn)煌斑巖在3#煤層有侵入的現(xiàn)象?；桶邘r侵入厚度0.17～3.05m，由東南向西北方向，3#煤層中煌斑巖的層數(shù)、厚度逐漸減小并尖滅。

除白5鉆孔揭露的煤層全部被破壞外，其余鉆孔揭露的煤層中上部基本全部被破壞，井田內(nèi)東南方向靠近礦界部位的煤炭資源已失去工業(yè)利用價(jià)值，另外，在3#煤層揭露煌斑巖的14個(gè)鉆孔中除了M44鉆孔煌斑巖沿煤層底板侵入外，其余鉆孔煌斑巖均沿中上部分層侵入，煌斑巖的分布面積7.35km2，占全區(qū)面積的17%，造成原煤結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重破壞。

2.2 5#煤層巖漿巖空間分布、賦存規(guī)律

井田內(nèi)共有7個(gè)鉆孔發(fā)現(xiàn)有1～3層煌斑巖在5#煤層有侵入的現(xiàn)象，煌斑巖厚度0.15～1.13m，煌斑巖的分布面積6.27km2，占全區(qū)面積的15%，主要分布于井田的西北部及東北部井田邊部，對(duì)煤炭資源破壞較小，本文不對(duì)其詳細(xì)敘述。

2.3 8#煤層巖漿巖空間分布、賦存規(guī)律

8#煤層位于太原組下部，下距底界K2砂巖15m左右，上距5#煤層18m左右。煤層厚度3.10～13.50m，平均為8.38m。煤層層位穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，夾矸0～2層，屬穩(wěn)定煤層。

8#煤層共有52個(gè)鉆孔發(fā)現(xiàn)有煌斑巖侵入的現(xiàn)象，分布面積29.32km2，占全區(qū)面積的67%，主要分布于井田的東部，其中井田東部的白2鉆孔見14層煌斑巖；白5鉆孔見10層煌斑巖；8402、M33、M21鉆孔均見7層煌斑巖；M41、M42、2011-4鉆孔均見6層煌斑巖；其余鉆孔均見1～5層煌斑巖。從鉆孔揭露的煌斑巖層數(shù)及鉆孔位置上可以看出，由東南向西北方向，8#煤層中煌斑巖的層數(shù)總體上有減少的趨勢(shì)?？傮w上講，8#煤層有1～14層煌斑巖侵入，也就是說(shuō)煌斑巖侵入8#煤層普遍存在分叉現(xiàn)象。

煌斑巖厚度0.16～8.75m，其中M41、M42鉆孔分別見8.75、7.09m煌斑巖，其余鉆孔揭露煌斑巖0.16～4.9m。從煌斑巖厚度及鉆孔位置上可以看出8#煤層煌斑巖厚度變化總體趨勢(shì)為：井田東南部煌斑巖以M41、M42鉆孔為中心向周邊呈放射狀，煌斑巖厚度逐漸減小至尖滅 ，但總體上來(lái)說(shuō)，煌斑巖厚度是從東南方向向西北方向逐漸減小至尖滅；井田西北部煌斑巖厚度從北向南逐漸減小至尖滅。從厚度分布上可以看出：8#煤層?xùn)|南部煌斑巖是由東南方向向西北方向侵入；西北部煌斑巖是由北向南侵入。

圖2 8#煤層煌斑巖賦存特征Figure 2 Coal No.8 lamprophyre hosting features

從圖2可知，除M36鉆孔揭露的煌斑巖沿8#煤層底部侵入外，其余煌斑巖全部沿8#煤層中上部分層侵入。其中M28、M37、白24、白5、白3、白2、普32、8518、8404、8402、8401、8104鉆孔揭露的煤層因接觸熱變質(zhì)作用全部被破壞，其余鉆孔揭露的煤層中上部因接觸熱變質(zhì)作用基本全部被破壞，導(dǎo)致井田內(nèi)東南方向靠近礦界部位的煤炭資源已失去了工業(yè)利用價(jià)值。

上述事實(shí)說(shuō)明8#煤層煌斑巖的侵入普遍存在分叉現(xiàn)象，大部分煌斑巖沿煤層中上部侵入，除個(gè)別鉆孔揭露的煌斑巖單層厚度達(dá)到1.5m以上外， 其余鉆孔揭露的煌斑巖單層厚度較??；8#煤層因煌斑巖侵入，靠近井田東南部有13%區(qū)域的煤炭資源失去了工業(yè)利用價(jià)值，47%區(qū)域的煤炭資源工業(yè)利用價(jià)值降低。

3 巖漿巖侵入對(duì)煤層煤質(zhì)的影響

3.1 接觸變質(zhì)煤的厚度及分布規(guī)律

為了掌握接觸變質(zhì)煤的分布范圍及其與煌斑巖的關(guān)系，研究因煌斑巖侵入造成煤層發(fā)生接觸熱變質(zhì)的規(guī)律性，本文根據(jù)現(xiàn)有鉆孔資料，編制了8#煤層接觸變質(zhì)煤的厚度等值線圖，通過(guò)與圖3對(duì)比分析得出如下規(guī)律。

8#煤層接觸變質(zhì)煤的分布范圍與煌斑巖的分布范圍基本相同。個(gè)別鉆孔，如M43鉆孔接觸變質(zhì)煤發(fā)育而煌斑巖不發(fā)育，其原因就是其周邊M42、2012-2鉆孔煌斑巖單層侵入厚度超過(guò)1.5m，煌斑巖侵入時(shí)熱量順煤層傳遞的結(jié)果。

本井田內(nèi)，影響范圍和破壞作用較大的是太原組8#煤層，單層最大侵入厚度4.15m(M41孔)，侵入層數(shù)多達(dá)14層(白2孔)，最大侵入厚度8.75m，最小0.16m。其次是太原組3#煤，井田內(nèi)5號(hào)煤層侵入范圍較小，僅分布井田東南、北西及東北局部范圍。從侵入煤層的厚度及范圍分析，煌斑巖應(yīng)由井田的東南及東北方向侵入，侵入煤層后由于壓力逐漸得到釋放，使得巖漿尋找相對(duì)薄弱的煤層順層侵入，從而造成巖漿巖的層數(shù)增多而厚度變小。

3.2 巖漿巖侵入對(duì)煤質(zhì)的影響

大同塔山井田煌斑巖侵入對(duì)煤層煤質(zhì)的影響表現(xiàn)為煤的反射率(R0,max)由0.85%增高到5.49%;煤揮發(fā)分(Vdaf)由32.71%減少到11.93%；黏結(jié)性指數(shù)(G)由80 %以上突降至11 .5 %和0；膠質(zhì)層(Y)厚度由大于12 mm或12 mm左右突變?yōu)? mm直至0；灰分(Ad)的含量逐漸增大， 從27.37%逐漸增大到44.47%，在接觸變質(zhì)煤中出現(xiàn)了大量的白云石[6]。

圖3 8#煤層變質(zhì)煤厚度等值線圖Figure 3 Isogram of coal No.8 metamorphous coal thicknesses

圖4 煤質(zhì)指標(biāo)變化曲線Figure 4 Coal quality indicator variation curves

從圖4可以看出：馬脊梁井田天然焦灰分普遍較正常煤高11.61%～31.81%、揮發(fā)分低于正常煤1.32%～6.82%、發(fā)熱量低于正常煤4.02%～12.67%、原煤灰分總體高于正常煤。

馬脊梁井田煌斑巖侵入范圍內(nèi)天然焦灰分在39.29%～54.89%，發(fā)熱量在12.44～19.36MJ/kg。

4 七皇斑巖侵入分析

馬脊梁井田及周邊井田3#、5#煤層煌斑巖在燕子山井田范圍內(nèi)僅有少量存在，主要分布于塔山井田、東周窯井田、馬脊梁井田、同忻井田。馬脊梁井田及周邊井田8#煤層煌斑巖主要分布于塔山井田、馬脊梁井田、燕子山井田、同忻井田(圖5)。

圖5 8#煤層煌斑巖分布圖Figure 5 Distribution of lamprophyre in coal No.8

侵入煤層內(nèi)的煌斑巖均以轉(zhuǎn)化為小巖床的產(chǎn)狀出現(xiàn)，靠近巖墻的巖床厚度大、層數(shù)多、 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，遠(yuǎn)離巖墻則逐漸尖滅；巖床侵入形式多以似層狀、串珠狀、透鏡狀沿煤層及含煤地層侵入。馬脊梁井田及周邊井田煌斑巖自下而上從8#煤層向5#、3#煤層沿各類裂隙侵入。綜合對(duì)比分析，該區(qū)煌斑巖早期侵入主要受NE向斷裂帶控制，晚期主要受NW-SE向斷裂帶控制，是通過(guò)構(gòu)造斷裂帶入侵。

5 結(jié)論

馬脊梁礦煌斑巖侵入體在煤層中以巖床的形式產(chǎn)出，沿煤層中上部分層侵入，自8#- 3#煤層，侵入體厚度分別為0.16～8.75m、0.15～1.13m、0.17～3.05m，自下至上逐漸變薄，自東南方向向西北方向逐漸減小至尖滅；分布面積自8#- 3#煤層，分別占到全井田面積的67%、15%，10%，自下至上破壞面積逐漸減小。

變質(zhì)煤的分布范圍與煌斑巖的侵入范圍基本一致。因煌斑巖侵入，造成變質(zhì)煤原煤的灰分普遍較正常煤高11.61%～31.81%、浮煤揮發(fā)分低于正常煤1.32%～6.82%、原煤發(fā)熱量低于正常煤4.02%～12.67%、原煤硫含量普遍較正常煤低0～2.86%。