伊寧礦區(qū)ZKJ502鉆孔早侏羅世煤層煤巖煤質(zhì)特征

周國慶，姜堯發(fā)，高峰，徐曉琴

（1.江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院地質(zhì)研究所，江蘇 徐州 221116；2.江蘇地質(zhì)礦產(chǎn)設(shè)計研究院，江蘇 徐州 221006）

伊寧礦區(qū)ZKJ502鉆孔早侏羅世煤層煤巖煤質(zhì)特征

周國慶1，姜堯發(fā)1，高峰2，徐曉琴2

（1.江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院地質(zhì)研究所，江蘇 徐州 221116；2.江蘇地質(zhì)礦產(chǎn)設(shè)計研究院，江蘇 徐州 221006）

以伊寧礦區(qū)ZKJ502鉆孔內(nèi)早侏羅世10個煤層為研究對象，采用煤巖學(xué)和煤化學(xué)分析方法，對煤巖特征、煤質(zhì)特征及聚煤環(huán)境進行研究。結(jié)果表明，早侏羅世八道灣組9個煤層、三工河組1個煤層均為低灰-特低灰、低硫-特低硫、高揮發(fā)分、高發(fā)熱量煤（Ad=2.65%～15.27%，平均7.59%；St，d=0.19%～0.99%，平均0.5%；Qgr，d=26.405～31.15 MJ/kg，平均29.35 MJ/kg；Vdaf=31.35%～46.95%，平均39.26%）；鏡質(zhì)組隨機反射率Ro，ran=0.41%～0.53%，平均0.49%；跨次煙煤與煙煤界線；各煤層（27號煤層除外）煤巖組成顯示惰質(zhì)組含量較高、鏡質(zhì)組含量較低特征；煤層中（特別是22、26和29號煤層）大量半絲質(zhì)體、粗粒體和碎屑惰質(zhì)體的存在，反映聚煤時期氣候干燥、成煤泥炭沼澤地下水位較低、成煤原始質(zhì)料經(jīng)歷過較強的氧化分解作用。

伊寧礦區(qū)；早侏羅世煤層；煤巖煤質(zhì)特征

伊寧煤田煤炭資源儲量大于3×1011t［1］，煤層多，煤質(zhì)好，煤炭開發(fā)利用前景廣闊。前人曾在伊寧礦區(qū)或伊犁盆地開展含煤地層、沉積環(huán)境、地質(zhì)構(gòu)造、層序地層與聚煤規(guī)律等研究［2-6］，及煤巖煤質(zhì)特征研究［7-11］。目前煤巖煤質(zhì)文獻多為歸納分析顯微組分（鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組和殼質(zhì)組）含量特征，缺乏顯微組分定量分析數(shù)據(jù)。以煤層組（數(shù)層煤合稱一套煤層）為分析對象，缺乏獨立煤層煤巖煤質(zhì)資料。為系統(tǒng)地闡述該區(qū)獨立煤層煤巖煤質(zhì)特征，本文對伊寧礦區(qū)北區(qū)西部界梁子ZKJ502鉆孔中10個煤層進行煤化學(xué)和煤巖學(xué)分析研究，報道最新資料。

1 地質(zhì)背景和含煤地層

伊寧礦區(qū)位于新疆伊寧市伊寧縣、霍城縣和察布查爾縣境內(nèi)，東西長110 km，南北寬10～40 km，礦區(qū)總面積約1 600 km2。構(gòu)造上，伊寧礦區(qū)位于天山褶皺帶西部，主要為一系列NWW、近EW向并列展布的復(fù)式向斜構(gòu)造（稱伊寧向斜或伊寧盆地）。盆地中部NWW向的晚古生界隆起將伊寧盆地分成南北2個坳陷，即盆地南緣達拉地坳陷和北緣伊寧坳陷［3-4］。伊寧礦區(qū)分布于盆地北緣伊寧坳陷中，區(qū)域內(nèi)地層主要有上石炭統(tǒng)、二疊系、三疊系、侏羅系、古近系、新近系和第四系。伊寧礦區(qū)含煤地層主要為早侏羅世早期八道灣組、早侏羅世晚期三工河組、中侏羅世早期西山窯組，含煤31層［2］。八道灣組由砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖、碳質(zhì)泥巖及煤組成，厚229～355 m，含煤14層（煤層編號18～31）。三工河組由砂巖、粉砂巖、泥巖、碳質(zhì)泥巖和煤組成，厚150～200 m，含煤5層（煤層編號13～17）。西山窯組由砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖、碳質(zhì)泥巖和煤組成，厚182～313 m，含煤12層（煤層編號1～12）。

2 采樣與分析

本次研究在伊寧礦區(qū)北區(qū)西部界梁子整合區(qū)ZKJ502號鉆孔采集10個煤層的16個煤心煤樣，煤層編號分別是13煤、18煤、21煤、22煤、23煤、24煤、26煤、27煤、28煤、29煤。其中13煤屬三工河組，18～29煤屬八道灣組，西山窯組不含可采煤層（圖1）。煤心煤樣的采取據(jù)原煤炭部1987年頒布的《煤炭資源勘探煤樣采取規(guī)程》進行，用于煤巖分析的混合煤樣由煤心煤樣縮制而成。所有樣品的實驗室分析測試遵循現(xiàn)行國家標準。煤的工業(yè)分析遵循國家標準（GB/T212-2008煤的工業(yè)分析方法）。煤中全硫測定遵循國家標準（GB/T214-2007煤中全硫的測定方法）。煤的顯微組分和礦物鑒定統(tǒng)計遵循國家標準（GB/T15588-2001煙煤顯微組分分類）。鏡質(zhì)組反射率測定遵循國家標準（GB/T6948-1998煤的鏡質(zhì)體反射率顯微鏡測定方法）。煤質(zhì)分析在江蘇地質(zhì)礦產(chǎn)設(shè)計研究院進行，煤巖鑒定和鏡質(zhì)組反射率測定在中國礦業(yè)大學(xué)（北京）煤炭資源與安全開采國家重點實驗室進行。

圖1 伊寧礦區(qū)界梁子勘探區(qū)ZKJ502鉆孔柱狀Fig.1 Histogram of drill hole ZKJ502 in Jieliangzi exploration area of Yining orefield

3 結(jié)果與討論

3.1 煤化學(xué)和鏡質(zhì)組反射率

表1列出了伊寧礦區(qū)北區(qū)西部界梁子整合區(qū)ZKJ502鉆孔各煤層（或煤分層）原煤的工業(yè)分析、全硫分析、元素分析、發(fā)熱量和煤的鏡質(zhì)組反射率部分測定數(shù)據(jù)。由表1可見，伊寧礦區(qū)ZKJ502鉆孔侏羅紀各煤層煤質(zhì)指標為：空氣干燥煤樣水分（Mad）平均值5.49%（變化范圍3.76%～7.75%）；干燥基灰分（Ad）平均值7.59%（變化范圍2.65%～15.27%）；干燥基全硫分（St，d）平均值0.50%（變化范圍0.19%～0.99%）；干燥無灰基揮發(fā)分產(chǎn)率（Vdaf）平均值39.26%（變化范圍31.35%～46.95%）；干燥無灰基氫含量（Hdaf）平均值4.80%（變化范圍4.3%～5.07%）；干燥基高位發(fā)熱量（Qgr，d，MJ/kg）平均值29.35 MJ/kg（變化范圍26.40～31.15 MJ/kg）；鏡質(zhì)組隨機反射率（Ro，ran）平均值0.49%（變化范圍0.41%～0.53%）。在厚煤層剖面上，灰分和全硫含量存在明顯差別。21號煤層，上部灰分高（9.51%）、下部灰分低（4.47%），上部硫分低（0.72%）、下部硫分高（0.82%）。22號煤層，中部灰分低（2.65%），上部（7.56%）和下部（6.99%）灰分高。全硫含量中部低（0.21%）、上部（0.76%）和下部（0.58%）高。26號煤層，上部分層灰分低（6.96%）、下部灰分高（15.27%），上部硫分高（0.47%）、下部硫分低（0.25%）。27號煤層，上部分層灰分低（7.28%）、下部灰分高（9.46%），上部硫分低（0.29%）、下部硫分高（0.32%）。28號煤層，上部灰分高（5.82%）、下部灰分低（3.25%），上部硫分高（0.37%）、下部硫分低（0.31%）。

3.2 煤的顯微組成

3.2.1 顯微組分含量

應(yīng)用顯微組分分類國家標準（GB/T 15588-2001煙煤顯微組分分類）和國際煤巖學(xué)委員會1994年顯微組分分類、命名系統(tǒng)（ICCP，1998，2001）對伊寧礦區(qū)ZKJ502鉆孔侏羅紀各煤層進行顯微組分鑒定和定量統(tǒng)計（表2）。由表2可見，伊寧礦區(qū)ZKJ502鉆孔侏羅紀煤層顯微組分平均含量差別很大。鏡質(zhì)組含量大于50%的煤層有21、23、27、28號煤層，其中27號煤層鏡質(zhì)組平均含量最高（74.54%）。鏡質(zhì)組含量小于50%的煤層有13、18、22、24、26和29號煤層，其中18和29號煤層鏡質(zhì)組含量極低（分別為19.91%和17.21%）。第13、18、22和29號煤層中惰質(zhì)組含量大于60%，18和29號煤層惰質(zhì)組含量極高（分別為77.25%和78.60%）。各煤層中殼質(zhì)組含量較低，為2.84%～8.64%，無機礦物含量很低，為0.89%～3.85%。

表1 伊寧礦區(qū)ZKJ502鉆孔各煤層的煤質(zhì)分析和鏡質(zhì)組反射率測定數(shù)據(jù)Table 1 Coal analysis and vitrinite reflectance measurement data of coal seam in drill hole ZKJ502 of Yining orefield

表2 伊寧煤田ZKJ502鉆孔各煤層顯微組分含量（無礦物基）Table 2 Maceral content of coal seam in drill hole ZKJ502 of Yining orefield單位：%

3.2.2 顯微組分特征

伊寧侏羅紀煤層中鏡質(zhì)組主要由基質(zhì)鏡質(zhì)體組成，下部煤層（27、28號煤層）中含較多均質(zhì)鏡質(zhì)體、結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體和團塊鏡質(zhì)體，上部煤層（13、18號煤層）中含較多碎屑鏡質(zhì)體。基質(zhì)鏡質(zhì)體呈灰色，形如“膠結(jié)物”包裹著其它各顯微組分。結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體呈灰色，植物細胞結(jié)構(gòu)保存較差，細胞腔多變形，趨于閉合。均質(zhì)鏡質(zhì)體呈灰色、均勻條帶狀，內(nèi)生裂隙發(fā)育。團塊鏡質(zhì)體呈灰色、不規(guī)則圓形。碎屑鏡質(zhì)體呈灰色，粒徑小于10 μm，常與碎屑惰質(zhì)體共生。

惰質(zhì)組主要由半絲質(zhì)體、粗粒體和碎屑惰質(zhì)體組成，含少量絲質(zhì)體、菌類體及微粒體。絲質(zhì)體呈亮黃-黃白色，保存有較好的植物細胞結(jié)構(gòu)。擠壓破碎后的絲質(zhì)體顯示“星狀”結(jié)構(gòu)，縱向切面絲質(zhì)體顯示細密的管胞腔。半絲質(zhì)體呈黃白-亮白色，植物細胞結(jié)構(gòu)保存較差。伊寧侏羅紀煤層中常見灰白-淺灰色半絲質(zhì)體，反射色不均勻。粗粒體呈不規(guī)則狀，黃白-灰白色，不顯示植物細胞結(jié)構(gòu)。菌類體呈黃白色，不規(guī)則圓形，周邊致密，內(nèi)部顯示多孔狀構(gòu)造。碎屑惰質(zhì)體呈黃白色，不規(guī)則碎屑狀，粒徑多小于30 μm。

殼質(zhì)組主要由孢子體組成，含少量角質(zhì)體。孢子體呈深灰至灰黑色，主要為扁環(huán)狀、線條狀的小孢子體及花粉體。角質(zhì)體呈深灰至灰黑色，長條狀，內(nèi)緣有鋸齒。

3.3 討論

3.3.1 煤類劃分和煤質(zhì)特征

伊寧礦區(qū)ZKJ502鉆孔侏羅紀煤層（除18煤外）原煤的干燥基高位發(fā)熱量（Qgr，d）均大于26 MJ/kg，各煤層（除13煤、18煤、22煤中間分層外）原煤的干燥無灰基揮發(fā)分產(chǎn)率（Vdaf）大于37%，各煤層（除24煤外）氫含量（Hdaf）小于5%，各煤層粘結(jié)指數(shù)（G）小于5。據(jù)我國煤炭分類標準（GB/T 5751-2009），定為煙煤（主要為長焰煤，少量不黏煤）。據(jù)煤炭質(zhì)量分級（灰分GB/T 15224.1-2010；硫分GB/T 15224.2-2010；發(fā)熱量GB/T 15224.3-2010）標準，伊寧礦區(qū)侏羅紀煤層主要為低灰、低硫的高發(fā)熱量煤。煤層或煤分層多具特低灰、特低硫、高揮發(fā)分特征。剖面上，三工河組13號煤層和八道灣組上部的18、21和22號煤層為低硫煤，八道灣組下部的23、24、26、27、28和29號煤層為特低硫煤。

3.3.2 顯微組分含量特征

伊寧礦區(qū)ZKJ502鉆孔侏羅紀煤層具惰質(zhì)組含量高、鏡質(zhì)組含量相對較低的煤巖組成特征。鏡質(zhì)組平均含量45.5%，惰質(zhì)組平均含量49.5%，殼質(zhì)組平均含量5%，與全區(qū)160多個鉆孔煤巖鑒定數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果（21-23煤：惰質(zhì)組平均含量57.50%，鏡質(zhì)組平均含量41.96%；27-29煤：惰質(zhì)組平均含量53.44%，鏡質(zhì)組平均含量45.91%）一致［11］。煤層中（特別在22、26和29號煤層中）大量半絲質(zhì)體、粗粒體和碎屑惰質(zhì)體的存在，反映聚煤時期氣候干燥、成煤泥炭沼澤地下水位較低、成煤經(jīng)歷了較強的氧化分解作用。

3.3.3 顯微組分含量垂向變化與聚煤環(huán)境分析

21號煤層鏡質(zhì)組含量，上部分層為29.8%，下部為80%；惰質(zhì)組含量，上部分層為65.8%，下部為17.2%。反映成煤早期凝膠化作用較強，成煤晚期氧化作用較強。

22號煤層鏡質(zhì)組含量，上部分層為66.7%，中部為8.6%，下部為26.1%；惰質(zhì)組含量，上部分層為28.5%，中部為84.2%，下部為71.9%。反映從成煤沼澤發(fā)育到泥炭堆積，中期氧化作用較強，成煤晚期凝膠化作用最強。

26號煤層鏡質(zhì)組含量，上部分層為80.8%，下部為12%；惰質(zhì)組含量，上部分層為14.3%，下部為75.7%。反映成煤早期氧化分解作用強烈，成煤晚期凝膠化作用變強。

27號煤層鏡質(zhì)組含量，上部分層為64.5%，下部為84.6%；惰質(zhì)組含量，上部分層為31.3%，下部為11.9%。反映成煤泥炭沼澤地下水位長期穩(wěn)定。

28號煤層鏡質(zhì)組含量，上部分層為44.2%，下部為63.6%；惰質(zhì)組含量，上部分層為52.7%，下部為33.1%。反映成煤早期凝膠化作用較強，成煤晚期氧化作用增強。

4 結(jié)論

（1）伊寧礦區(qū)ZKJ502鉆孔侏羅紀煤層主要是低灰、低硫、高發(fā)熱量煙煤（長焰煤、不黏煤）。煤層或煤分層多具特低灰、特低硫、高揮發(fā)分、高發(fā)熱量煤質(zhì)特征。剖面上，三工河組煤層和八道灣組上部煤層為低硫煤，八道灣組下部煤層為特低硫煤。

（2）伊寧礦區(qū)ZKJ502鉆孔侏羅紀煤層具惰質(zhì)組含量高、鏡質(zhì)組含量相對較低的煤巖組成特征。鏡質(zhì)組平均含量45.5%，惰質(zhì)組平均含量49.5%，殼質(zhì)組平均含量5%。煤層中大量半絲質(zhì)體、粗粒體和碎屑惰質(zhì)體的存在，反映聚煤時期氣候干燥、成煤泥炭沼澤地下水位較低、成煤原始質(zhì)料經(jīng)歷較強的氧化分解作用。

（3）顯微組分含量垂向變化特征顯示，聚煤環(huán)境（沼澤地下水位、氣候、氧化條件）演化有2種形式：一是聚煤早期沼澤覆水較深、形成較多的鏡質(zhì)組分，聚煤晚期覆水變淺、形成較多的惰質(zhì)組分；二是聚煤早期沼澤覆水較淺、形成大量惰質(zhì)組分，聚煤晚期覆水變深、形成較多鏡質(zhì)組分。

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Petrology and Coal Quality of Early Jurassic Coals in theExploratory Hole ZKJ502 in Yining Mining Area，Xinjiang，China

Zhou Guoqing1，Jiang Yaofa1，Gao Feng2，Xu Xiaoqin2
（1.Jiangsu Institute of Architectural Technology，Geological Survey，Xuzhou，Jiangsu 221116，China；2.Jiangsu Design Institute of Geology for Mineral Resources，Xuzhou，Jiangsu 221006，China）

Based on the theories and methods of coal petrology and coal chemistry analysis，investigates the characteristics of the petrology，coal quality and coal-accumulating process of Early Jurassic coal seams in the exploratory hole ZKJ502 in Yining mining area，Xinjiang，China.The results show that Early Jurassic bituminous（or sub bituminous）coals in Yining mining area are characterized by low or ultra low ash content（Ad=2.65%～15.27%；7.59%on average），low or ultra low sulfur content（St，d=0.19%～0.99%；0.50%on average），higher volatile（Vdaf=31.35%～46.95%；39.26% on average）and higher calorific value（Qgr，d=26.40～31.15MJ/kg，29.35MJ/kg on average）.The random reflectance of vitrinite of Yining coals is 0.41%～0.53%；0.49%on average.In petrographic constituent，Early Jurassic coals in Yining mining area is composed of inertinite，vitrinite and exinite.In the 10 coal seams（16 samples），the proportion of total inertinite（14.3%～84.2%；49.5%on average；mineral-free basis）is higher than that of total vitrinite（12%～84.6%；45.5%on average）and that of total exinite（2.1%～12.3%；5%on average）.There are a lot of semifusinite，macrinite and inertodetrinite in coal seams，especially in No.22，26 and 29 coal seams，indicating that the groundwater table in peat swamp was very low during coal-forming process，having a dry climate and the coal-forming materials suffered strongly oxygenolysis.

Early Jurassic coal；petrology and coal quality；Yining mining area；Xinjiang

1000-8845（2015）02-284-05

P18.11

A

2014-05-29；

2014-06-26；作者E-mail：13952185110@139.com

周國慶（1968-），男，山東曲阜人，副教授，1992年畢業(yè)于南京大學(xué)構(gòu)造地質(zhì)學(xué)專業(yè)，從事煤炭地質(zhì)、工程地質(zhì)工作