淺析老龍灣井田含煤地層特征

袁素偉

（山西省地質勘查局二一二地質隊，山西長治046000）

淺析老龍灣井田含煤地層特征

袁素偉*

（山西省地質勘查局二一二地質隊，山西長治046000）

沁水煤田位于山西省南部，是山西省最大的煤田，老龍灣井田位于該煤田的西南部邊緣。井田內主要含煤地層為上古生界二疊系山西組及石炭系太原組，山西組為一套陸相含煤地層，其中下部發(fā)育該區(qū)主要的可采煤層3號煤層。太原組為一套海陸交互相含煤地層，其中下部發(fā)育本區(qū)內的另一主要可采煤層15號煤。在前人研究的基礎上，結合“山西省沁水煤田老龍灣井田煤炭勘探項目”的勘查成果，利用沉積學、煤田地質學、巖相古地理等理論及方法，總結其含煤地質特征及控煤因素，重點剖析了井田內含煤地層的時間演化和空間分布規(guī)律及主要可采煤層厚度變化規(guī)律，研究了該區(qū)聚煤古地理環(huán)境及其對煤層厚度的控制，對山西組3號煤層厚度的變化規(guī)律及形成原因進行客觀的分析，對該區(qū)煤層勘探開發(fā)具有一定的指導意義。

老龍灣井田；含煤地層；控煤因素

煤炭為山西省的主要礦產資源之一，其開采歷史久遠，多年來賦存條件好的區(qū)段多已被開發(fā)或待開發(fā)，相應的勘查深度在加大，難度也在加大，很多勘查區(qū)煤層的賦存形態(tài)更加復雜，煤層厚度變化大，穩(wěn)定程度降低。老龍灣井田位于山西省沁水煤田的西南部邊緣。晉城礦區(qū)內普遍穩(wěn)定可采的3號煤層在該勘查區(qū)內厚度有較大的變化。本文主要想結合當前勘查成果，在綜合分析、系統(tǒng)總結歸納前人研究成果的基礎上，對本區(qū)含煤地層特征、地層含煤性及控煤因素等作進一步的分析、總結，為今后的勘查開發(fā)工作提供一些參考。

1　區(qū)域地質概述

老龍灣井田位于山西省沁水煤田晉城礦區(qū)的西南部邊緣，太行斷塊沁水塊坳的南端，該區(qū)地層由南向北依次出露有寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系和三疊系等地層，第四系松散沉積物分布廣泛。井田內地表出露主要有二疊系上統(tǒng)上石盒子組二段、三段、石千峰組等地層。

老龍灣井田位于沁水塊坳的南部，城后腰斷層與瓦窯溝斷層之間。井田地層總體呈向北傾的單斜構造，傾角為6°～15°；井田南部邊緣分布有走向近東西的正斷層，井田內未見巖漿巖，構造簡單。

2　含煤地層特征

井田內主要含煤地層為二疊系下統(tǒng)山西組和石炭系上統(tǒng)太原組。

2.1山西組含煤地層特征

山西組在本區(qū)為陸相含煤地層，其主要巖性為砂巖、粉砂巖、泥巖及煤層。厚38.80～65.81m，平均52.32m，本組巖石組合以顏色深，含煤系數(shù)高為特征。

按巖性—巖相組合情況，大體上可劃分為上、下2個沉積旋回，每個旋回下部為中—粗粒砂巖，向上粒度逐漸變細為粉砂巖、泥質粉砂巖及泥巖、炭質泥巖。泥巖、炭質泥巖為湖—沼相沉積，并夾含煤層。由于湖—沼相沉積的發(fā)育情況及成煤條件不同，煤層的發(fā)育狀況及層次亦有不同。下部旋回湖—沼相沉積發(fā)育，成煤環(huán)境穩(wěn)定，含煤性好，形成厚度大、分布廣、層位穩(wěn)定的3號煤層。上部旋回湖—沼相沉積不發(fā)育，其間常夾有薄層砂巖，表明成煤環(huán)境不穩(wěn)定，故多形成厚度薄，分布不均勻，層位不穩(wěn)定的薄煤層（1、2號煤）。1、2號煤層由于層位不穩(wěn)定，連續(xù)性不好，不易對比，一般視其為含煤組。本組泥巖多為深灰色，含豐富的植物化石，其中包括：二疊系枝脈蕨、多叉枝脈蕨、尖頭帶羊齒、寬節(jié)羊齒、華北焦葉、三角織羊齒、星輪葉等。山西組沉積環(huán)境為三角洲平原—三角洲前緣。

山西組共含煤1～4層，煤層編號為1～4號，煤層總厚度為2.90m，含煤系數(shù)為5.54%。其中3號煤層為穩(wěn)定可采煤層，厚0.85～5.64m，平均2.65m，含煤系數(shù)為5.06%，4號煤層為不穩(wěn)定零星可采煤層，厚0～1.56m，平均0.12m，1、2號煤層為不穩(wěn)定不可采煤層。

2.2太原組含煤地層特征

太原組為一套海陸交互相含煤地層，其主要巖性為石灰?guī)r、砂巖、粉砂巖、粉砂質泥巖、泥巖、煤層等。厚67.68～103.52m，平均80.41m。

含海相灰?guī)r5～6層，代表了5～6次規(guī)模不同的海進活動。灰?guī)r之間為砂巖、泥巖和煤沉積，代表海進活動間歇期的陸相和過渡相沉積。這種海陸交替變化的地層是在地殼多次發(fā)生振蕩活動下形成的，所以具有多旋回結構的特征，煤層主要形成在每一次海進程序中陸相向海相過渡時期。成煤好壞和煤層的穩(wěn)定性等與沉積旋回的發(fā)育程度和成煤時期環(huán)境的穩(wěn)定程度有關。根據(jù)太原組含煤地層巖性組合特征及賦煤情況，可劃分為5個沉積旋回，每個旋回中均有煤層賦存。第Ⅰ沉積旋回發(fā)育好，厚度大（厚約20m），含煤性好，主要賦存15號煤層；第Ⅱ沉積旋回發(fā)育好，但沉積厚度?。ê窦s8m），主要賦存13號煤層，本煤層層位穩(wěn)定，分布也較普遍，唯厚度小，是不可采的薄煤層；第Ⅲ沉積旋回發(fā)育較好，含11、12號煤層，煤層層位穩(wěn)定，分布也較普遍，易于對比；第Ⅳ沉積旋回不發(fā)育，主要含9、10號煤層，僅個別點含7、8號煤層，煤層不穩(wěn)定，不易對比，為復煤組；第Ⅴ沉積旋回不發(fā)育，含煤性差，主要含6號煤層，僅個別點含5號煤層，煤層不穩(wěn)定，不易對比。本組灰?guī)r中普遍含有生物化石碎屑，其含量為10%～20%，主要為腕足類、腹足類、珊瑚類及蜓類等，泥巖中含大量的植物化石，其中包括有：尖蘆木、楔葉、卵脈羊齒、脈羊齒、節(jié)羊齒等。

太原組共含煤8～10層，煤層編號為5～15號，煤層總厚度為3.82m，含煤系數(shù)為4.75%，其中15號煤層為穩(wěn)定可采煤層，厚1.85～3.41m，平均2.53m，含煤系數(shù)為3.15%；9號煤層為不穩(wěn)定偶爾達可采厚度的不可采煤層，其余煤層為不穩(wěn)定或極不穩(wěn)定不可采煤層。

3　主要可采煤層特征

井田內穩(wěn)定可采煤層為3號和15號煤層。

3.1山西組3號煤層賦存特征

3號煤層位于山西組下部，上距下石盒子組底K8砂巖15.6～45.4m，平均32.6m，下距山西組底K7砂巖底2.2～26.0m，平均14.7m，煤層厚0.85～5.64m，平均2.65m，煤層層位穩(wěn)定。研究區(qū)3號煤層厚度具有東部厚西部薄的特征（見圖1）。煤層直接頂板為粉砂質泥巖、泥巖，局部為細粒砂巖，老頂為中、細砂巖，底板為泥巖或粉砂質泥巖。煤層結構簡單，一般含夾矸0～1層，厚度多在0.10～0.30m之間，矸石成分為泥巖或炭質泥巖。

圖1　山西組3號煤層厚度等值線圖

3.2太原組15號煤層賦存特征

15號煤層位于太原組下部K2灰?guī)r下，上距3號煤層底67.20～107.84m，平均85.80m，下距O2灰?guī)r頂5.47～25.3m，平均12.80m，煤層厚1.85～3.41m，平均2.53m，煤層穩(wěn)定。煤層直接頂板為K2石灰?guī)r，底板為泥巖或含黃鐵礦泥巖、鋁土質泥巖，局部為粉砂質泥巖，有時可見薄層炭質泥巖偽底。煤層結構簡單，一般含0～1層夾矸，局部含2～3層夾矸，厚0.02～0.40m，但大多在0.10～0.25m之間，夾矸成分為泥巖或炭質泥巖。夾矸多位于煤層的中下部。

4　山西組沉積相特征及古地理

4.1沉積相特征

據(jù)前人對研究區(qū)含煤巖系的研究，提出該區(qū)含煤巖系是在三角洲及障壁瀉湖沉積體系中形成的［1］。山西組的主要巖性為砂巖、粉砂巖、泥巖、煤層（線），其底部K7砂巖為分流河道下切充填形成的下切谷沉積，沉積物粒度一般較粗，主要為中粗粒砂巖及細砂巖，發(fā)育塊狀層理和大型楔狀交錯層理，常含泥礫及樹桿化石，底部有沖刷面，其上為中細砂砂巖、粉砂巖、泥巖，代表了下三角洲平原沉積。研究區(qū)內K7砂巖體的厚度與3號煤厚度之間有一定的負相關（見圖2）。

圖2　山西組K7砂巖體厚度與3號煤層厚度關系圖

4.2古地理環(huán)境

依據(jù)詳查階段鉆孔統(tǒng)計研究區(qū)內山西組厚度38.75～62.83m，平均48.97m，其中最厚處位于研究區(qū)的南部。砂巖和礫巖厚度7.24～32.59m，平均19.19m，砂礫巖最大厚度出現(xiàn)在研究區(qū)南部；砂礫巖百分比含量為15.82%～57.29%，平均42.14%，最大砂礫巖百分比出現(xiàn)在研究區(qū)區(qū)的中南部；砂泥比為0.19～1.34，平均0.79。研究區(qū)內山西組各巖類厚度及百分比情況見表1，砂泥比等值線見圖3。

早二疊世為山西省南部三角洲環(huán)境，研究區(qū)內K7砂巖體沉積于西部河流沖積平原、東部三角洲平為主體的沉積體系中，結合該區(qū)3號煤層厚度變化特征分析，該區(qū)內在砂體厚度較大處煤層較薄，在砂體厚度較小或不發(fā)育處煤層發(fā)育良好，充分說明了河流沖積平原及上、下三角洲平原過渡帶成煤的特點。

表1　老龍灣井田山西組各巖類厚度及百分比

圖3　山西組砂泥巖比等值線圖

4.3成煤模式

早二疊世早期，由于古陸的進一步抬升，海水進一步向南退去，致使本區(qū)發(fā)育了河流沖積平原—上三角洲平原—下三角洲平原的一套沉積組合，并在此基礎上形成了山西組下部穩(wěn)定可采煤層（3號煤）的堆積，且煤層厚度與下伏砂體呈錯位關系。

5　太原組沉積相特征及古地理

5.1沉積相特征

太原組的主要巖性為石灰?guī)r、砂巖、粉砂質泥巖、泥巖及煤層。該組石灰?guī)r較發(fā)育，有K2、K3、K4、K5、K6等幾層，石灰?guī)r中含有腕足類、類等動物化石。并見有交錯層理，屬于濱外碳酸鹽陸棚相；灰黑色泥巖、粉砂巖及砂巖中含有菱鐵質鮞粒和結核，具有水平層理和透鏡狀層理，屬于瀉湖相，太原組中的中細粒砂巖分選性中等—好，垂向上變粗的逆粒序，常見有大型交錯層理，屬于障壁砂壩相，此外，太原組頂部見有處上變粗的三角洲前緣河口壩砂巖，具有沖刷面及板狀、楔狀交錯層理的分流河道砂巖。太原組的旋回結構為泥炭沼澤相向上演化為濱外碳酸鹽陸棚相、障壁砂壩相、瀉湖相及三角洲相，構成了若干個完整的次級海進—海退沉積序列。

5.2古地理環(huán)境及成煤模式

晚石炭世早期，由于基底經歷了中石炭世的填平補齊作用，本期大范圍內表現(xiàn)為覆水較淺的的古地理景觀。地臺邊緣古陸緩慢間歇性的升降運動，造成了2次三角洲的進積，并伴隨著2次規(guī)模較大，方向不同的海浸，形成了本區(qū)15號全區(qū)穩(wěn)定可采煤層的堆積。煤層灰分低硫分高，層位穩(wěn)定、厚度中等，為瀉湖—潮坪成煤。

6　結論

研究區(qū)內主要煤系地層為石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組，主要含煤地層中山西組的3號煤及太原組的15號煤可采；煤系地層假整合于奧陶紀石灰?guī)r之上。華北地區(qū)石炭紀和二疊紀煤系是在構造環(huán)境相對較穩(wěn)定的地質條件下形成，整個板塊以整體緩慢沉降為特征，為本區(qū)聚煤作用創(chuàng)造了一個穩(wěn)定的構造背景，從而使本區(qū)發(fā)育多層可采煤層，其中15號煤和3號煤層厚度較大，分布相對比較穩(wěn)定。

沉積環(huán)境為控制煤層發(fā)育程度的另一主要因素，從古地理格局可知，研究區(qū)內太原組煤層主要形成在瀉湖—潮坪環(huán)境，聚煤作用較有利，所以煤層厚度相對穩(wěn)定。山西組煤層主要形成在河流沖積平原及上、下三角洲平原環(huán)境，在砂體（K7砂巖）厚度較大處煤層較薄，在砂體厚度較小或不發(fā)育處煤層發(fā)育良好。

［1］程保洲.山西省晚古生代含煤地層沉積環(huán)境及聚煤規(guī)律［M］.山西科學技術出版社，1992.

［2］劉寶珺.沉積巖石學［M］.北京：地質出版社，1980.

［3］邵龍義，等.晉東南沁水盆地石炭二疊紀含煤巖系古地理及聚煤作用研究［R］.2006.

［4］韓德馨，楊起.中國煤田地質學［M］.1980.

P61

A

1004-5716（2016）07-0132-04

2016-03-26

2016-03-30

袁素偉（1971-），男（漢族），山西高平人，工程師，現(xiàn)從事地質礦產勘查技術服務及技術管理工作。