青海南部積石山賦煤帶成煤條件研究

譚富榮，霍 婷，趙維孝，喬軍偉，李聰聰，張光超，杜芳鵬，雒 錚

(1.中國煤炭地質(zhì)總局航測遙感局，西安 710199； 2.青海煤炭地質(zhì)勘查院，西寧 810001；3.青海省第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，西寧 810003； 4.中國礦業(yè)大學(xué)，徐州，221008)

青海南部積石山賦煤帶成煤條件研究

譚富榮1，霍 婷2，趙維孝3，喬軍偉4，李聰聰1，張光超1，杜芳鵬1，雒 錚1

(1.中國煤炭地質(zhì)總局航測遙感局，西安 710199； 2.青海煤炭地質(zhì)勘查院，西寧 810001；3.青海省第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，西寧 810003； 4.中國礦業(yè)大學(xué)，徐州，221008)

積石山賦煤帶位于青海南部，屬于煤炭資源短缺地區(qū)。通過對研究區(qū)侏羅系巖石組合、成煤期動力學(xué)背景、成煤模式和煤質(zhì)特征對比分析，發(fā)現(xiàn)：研究區(qū)北部侏羅系為斷陷盆地發(fā)育的一套曲流河成煤模式，南部侏羅系為島弧背景下的火山活動，在火山間歇期形成了厚煤層。由于成煤模式的差異，導(dǎo)致研究區(qū)的成煤條件存在較大不同，研究區(qū)羊曲組煤層較薄，煤質(zhì)較差，年寶組煤層較厚，煤質(zhì)較好。

成煤條件；賦煤帶；積石山

積石山賦煤帶位于青海南部，海拔較高，交通不便，屬嚴(yán)重缺煤地區(qū)。多年來研究區(qū)以牛糞和木材為主要燃料，破壞了研究區(qū)自然環(huán)境，使得本來就十分脆弱的生態(tài)環(huán)境受人為因素影響更趨惡化。為了有效地保護“三江”源地區(qū)脆弱的生態(tài)環(huán)境，促進青海南部地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展，解決當(dāng)?shù)孛裼煤凸I(yè)燃料問題，開展積石山地區(qū)煤炭資源調(diào)查工作具有特殊重要意義。

前人眾多研究成果主要集中于研究區(qū)及鄰區(qū)二疊紀(jì)-晚三疊世早期特提斯洋的形成與演化[1-4]，而對于碰撞造山期后陸內(nèi)演化研究相對較少。多數(shù)學(xué)者在研究區(qū)煤田構(gòu)造特征[5]、找煤方向[6]、聚煤規(guī)律[7]、聚煤期板塊構(gòu)造演化[8]、煤系資源前景[9]等方面取得了一定成果，而對積石山賦煤帶南部的侏羅系研究較少，更未從賦煤帶南北煤田侏羅系的巖石組合、成煤期地球動力學(xué)背景、成煤模式等方面進行對比分析，以指導(dǎo)研究區(qū)煤炭資源勘查工作，從而導(dǎo)致了研究區(qū)內(nèi)煤炭資源前景并不明確。通過《青藏高原煤系礦產(chǎn)綜合研究》項目野外地質(zhì)調(diào)查工作，對比了該賦煤帶南北兩側(cè)的侏羅系巖石組合、成煤期地球動力學(xué)背景、成煤模式和煤質(zhì)、煤巖特征等方面的不同，以期為研究區(qū)煤炭資源勘探和開發(fā)提供基礎(chǔ)依據(jù)。

0 概況

積石山賦煤帶位于青海省東南部瑪沁-班瑪一帶(圖1)，區(qū)內(nèi)北部有石峽、野馬灘、尕強、軍牧場等勘探區(qū)和煤礦點；南部煤礦點比較分散，零星分散于巴顏喀拉山褶皺系中的桑日麻、哇賽、年寶等地。積石山賦煤帶位于青海省東南部，構(gòu)造單元上跨越了巴顏喀拉板塊、阿尼瑪卿構(gòu)造帶、西秦嶺構(gòu)造帶三大構(gòu)造單元，區(qū)內(nèi)經(jīng)歷了二疊紀(jì)-晚三疊世早期的俯沖、消減和全面碰撞造山作用，從而奠定了研究區(qū)基本構(gòu)造格架[10]。阿尼瑪卿構(gòu)造帶以北的含煤地層為中三疊統(tǒng)-下侏羅統(tǒng)羊曲組[11]，多呈斷塊狀分布。阿尼瑪卿構(gòu)造帶以南含煤地層為下侏羅統(tǒng)年寶組，多呈斑塊狀分布巴顏喀拉構(gòu)造帶[12]。南側(cè)桑日麻、哇賽煤礦、年寶煤礦與北側(cè)尕強煤礦-軍馬場煤礦分屬不同的大地構(gòu)造單元，具有不同的大地構(gòu)造演化過程和序列，從而決定了研究區(qū)侏羅系巖石組合、成煤期地球動力學(xué)背景、成煤模式、煤炭資源前景等諸多方面存在不同。

圖1 積石山賦煤帶侏羅系分布示意圖Figure 1 A schematic diagram of Jurassic distribution in Anyemaqen Mts. coal hosting belt

1 巖石組合

1.1 年寶組

為下侏羅統(tǒng)含煤地層，由下部的陸相中酸性火山巖及含煤碎屑和上部的粗碎屑沉積構(gòu)成，陸相中酸性火山巖自下而上反映出下侏羅統(tǒng)火山巖存在三個噴發(fā)韻律(圖2)。第一韻律層：火山角礫熔巖-流紋英安巖，一套灰黃色中酸性火山角礫巖和灰綠色蝕變安山巖夾有凝灰?guī)r和煤層，厚約60m?；鹕浇堑[為綠灰色，變余火山角礫結(jié)構(gòu)，熔巖膠結(jié)，角礫狀構(gòu)造及塊狀構(gòu)造。礫石成分主要為安山巖，英安巖，少量珍珠巖；第二韻律層：火山角礫熔巖-酸性熔巖，厚約478m。酸性火山角礫為淺肉紅-淺灰綠色，變余火山角礫結(jié)構(gòu)，膠結(jié)物具變余珍珠構(gòu)造。角礫最大為3cm，一般為2～5cm。鏡下碎屑具次圓狀，次棱角狀，在0.1～2.5mm，以火山角礫為主。膠結(jié)物為珍珠巖為無斑結(jié)構(gòu)，基質(zhì)由石英、鉀長石微晶組成；第三韻律層主要為含火山角礫酸性凝灰熔巖和凝灰?guī)r，厚約84m。含火山角礫酸性凝灰熔巖，為灰綠色，變余含角礫凝灰結(jié)構(gòu)，熔巖膠結(jié)，塊狀構(gòu)造。碎屑呈次棱角狀，次圓狀，在1～2mm?；鹕綆r厚度變化表明火山活動由弱-強-弱，下部發(fā)育的火山角礫巖向上遞變?yōu)榘采綆r、流紋巖以及凝灰?guī)r等指示火山活動方式由爆發(fā)相-溢流相。同時，火山巖及凝灰?guī)r在剖面上也表現(xiàn)為酸性-中酸性-酸性。上部的粗碎屑沉積灰白色、淺灰色中-厚層礫巖和含礫粗砂巖，分選差，棱角狀，基底式膠結(jié)，礫石成為分長石、石英、中酸性火山角礫、凝灰?guī)r等，不發(fā)育層理，表明粗碎屑沉積為快速堆積下的產(chǎn)物。

圖2 久治縣尼格曲年寶組柱狀圖Figure 2 Columnar section of Nianbao Formation in Nigqu, Jigzhi County

圖3 軍牧場羊曲組柱狀圖Figure 3 Columnar section of Yangqu Formation in Junmuchang

1.2 羊曲組

大武煤田軍牧場羊曲組實測剖面(圖3)可將羊由組自下而上劃分為3個巖性段:下部為為灰黑色色、黃褐色、黃灰色、灰紫色中-厚層狀復(fù)成分礫巖、石英礫巖、含礫石英質(zhì)雜砂巖，夾深灰色、黃灰色中厚層狀粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，發(fā)育交錯層理、平行層理；中部為灰色，褐灰色薄-中厚層狀泥質(zhì)粉砂巖，粉砂質(zhì)泥巖，鈣質(zhì)泥巖與灰黑色碳質(zhì)泥巖互層，夾數(shù)層煤線及可采煤4層，發(fā)育小型交錯層理、平行層理、水平層理、小波紋層理。富含植物碎屑、孢粉，產(chǎn)淡水雙殼類；上部為灰白色、灰紫色、青灰色中-厚層狀細-粗粒石英砂巖、巖屑砂巖夾青灰色、紫灰色薄-中層狀泥質(zhì)粉砂巖，粉砂質(zhì)泥巖，粉砂巖和泥巖中含植物碎片，發(fā)育大型交錯層理、平行層理。與年寶組相比，羊曲組不發(fā)育火山巖，為陸相碎屑細粒沉積，且地層厚度較小。

2 成煤期地球動力學(xué)背景

2.1 年寶組

年寶組發(fā)育的陸相中酸性火山巖表明：以爆發(fā)相為特征，火山碎屑物質(zhì)整個剖面的80%以上，火山巖屑、凝灰?guī)r構(gòu)成的砂巖、泥巖、煤層經(jīng)常與火山巖互層，屬典型的島弧相沉積；巖石地球化學(xué)分析顯示：SiO2含量在52%～90%，巖石類型主要有酸性含火山角礫玻屑凝灰?guī)r、流紋巖、英安巖、安山巖，其中英安巖所占比重最大，中性巖也占一定比例，不具備雙峰式火山巖的特征。其中σ值(CaO+K2O)2/(SiO2-43)均小于3.3，在TAS圖解上樣品均在亞堿性區(qū)域內(nèi)。巖石地球化學(xué)和巖性組合共同表明，研究區(qū)年寶組沉積期地球動力學(xué)背景為島弧環(huán)境(表1)。

表1 積石山地區(qū)年寶組火山巖地球化學(xué)特征

2.2 羊曲組

晚三疊世，由于陸陸全面碰撞造山形成陸殼，在俯沖的后緣在大陸基礎(chǔ)上拉張形成裂谷盆地，形成一套具典型“雙峰式”火山巖，在研究區(qū)西部海德烏拉形成晚三疊世-早侏羅世大陸玄武巖、酸性的流紋巖[13]和研究區(qū)東部興海地區(qū)早侏羅世的基性輝綠巖墻群及正長巖體，表明研究區(qū)晚三疊世-早侏羅世發(fā)生俯沖造山運動以后的伸展，在島弧靠近大陸一側(cè)弧后拉張形成的陸內(nèi)裂谷，從而形成研究區(qū)局部伸展斷陷，造成了研究區(qū)羊曲組的呈斷塊狀分布。研究區(qū)軍牧場羊曲組剖面上表現(xiàn)為2個向上變細變薄的旋迴，更進一步有利表明研究區(qū)羊曲組為斷陷湖盆下的產(chǎn)物。

3 成煤模式

3.1 年寶組

年寶組沉積期，研究區(qū)火山間歇性噴發(fā)至地表，在火山噴發(fā)過程中，地殼中眾多微量元素隨著火山被帶至地表富集，當(dāng)火山活動停止時，在低洼地區(qū)形成廣泛的匯水區(qū)，匯水區(qū)水體較淺，且沒有陸源碎屑注入，大量植被廣泛發(fā)育于匯水區(qū)，由于地殼深部帶來的眾多微量元素為植被發(fā)育提供了重要的營養(yǎng)，高等植被在匯水區(qū)大量繁盛，為形成區(qū)域性厚煤層提供了重要物質(zhì)來源。隨著植被大量發(fā)育，先期形成的植被不斷死亡、堆積，為后期大量植被繁殖提供了有機物和礦物質(zhì)。隨著火山再次活動，火山灰覆蓋于早期形成的植被之上，經(jīng)過成煤作用，從而在區(qū)內(nèi)形成M1、M2厚煤層(圖4、圖5a)。

3.2 羊曲組

通過軍牧場剖面沉積相研究表明：一段和三段主要為辮狀河-曲流河相產(chǎn)物(圖3)，表現(xiàn)為具塊狀層理礫巖具大中型交錯層理含礫粗砂巖-細砂巖-具小型波痕層理粉砂巖-具水平層理和塊狀層理泥巖，剖面上表現(xiàn)為向上變細的沉積旋迴，且砂泥比約為1∶1。中部主要為湖沼相產(chǎn)物，以發(fā)育水平層理、并含淡水湖泊雙殼類的鈣質(zhì)泥巖、富含植物屑和煤線、煤層發(fā)育碳質(zhì)泥巖，碳泥質(zhì)粉砂巖為特色。

晚三疊世，強烈的伸展作用在積石山北部地區(qū)產(chǎn)生局部斷陷作用，誘發(fā)了近東西向的斷裂正斷層活動，在大武形成斷陷盆地。受斷裂活動控制，斷裂北側(cè)遭受剝蝕，為盆地沉積提供了大量粗碎屑物質(zhì)，南側(cè)的大武地區(qū)持續(xù)沉降，在尕強、野馬灘、軍牧場等地接受了辮狀河相的粗碎屑沉積。隨著斷裂活動減弱，北緣地形高差降低和盆地不斷沉積充填，盆地進入準(zhǔn)平原化，區(qū)內(nèi)水動力學(xué)條件減弱，沉積物逐漸轉(zhuǎn)化為曲流河相沉積，局部地區(qū)發(fā)育河漫沼澤，為研究區(qū)羊曲組形成M4煤層提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著盆地持續(xù)沉降，水體加深，沉積了一套淺湖相細粒沉積物，在軍牧場一帶廣泛發(fā)育湖泊沼澤，從而形成了區(qū)內(nèi)重要的煤層M1-M3。

a.年寶組厚煤層； b.羊曲組薄煤層圖5 積石山地區(qū)煤層露頭Figure 5 Coal outcrops in Anyemaqen Mts. area

4 煤巖和煤質(zhì)特征

4.1 年寶組

研究區(qū)南部年寶組煤層厚度在1.3～5.14m，平均厚度在2.74m，宏觀煤巖特征表現(xiàn)為：為灰黑-黑色褐煤，主要為暗煤，少量為亮煤、鏡煤及絲炭。土狀光澤，局部玻璃光澤。風(fēng)化面為上黃色、藍灰色及土黑色。煤巖顯微組分中，鏡質(zhì)組含量在0.64%～22.22%，平均為7.28%；殼質(zhì)組含量在0.21%～13.7%，平均為4.67%；惰質(zhì)組含量在64.1%～99.2%，平均為88.06%；煤層鏡質(zhì)體反射率0.75%～1.54%，平均Ro達到了1.05%。上述數(shù)據(jù)表明研究區(qū)年寶組煤層顯微組分中以惰質(zhì)組為主，鏡質(zhì)組次之，殼質(zhì)組含量最少。原煤煤質(zhì)分析表明：水分含量在2.16%～15.10%，平均含量為8.70%，灰分含量在10.10%～44.00%，平均為27.78%，揮發(fā)份含量在22.70%～43.37%，平均為31.71%，全硫含量在0.13%～0.33%，平均含量為0.20%，為典型的低硫煤(表2)。

4.2 羊曲組

各礦點含煤情況差異較大，石峽-江卡溝西部含煤4層，頂部的M4和底部的M1為局部可采煤層，其厚度及產(chǎn)狀沿走向及傾向均不穩(wěn)定。M4厚0.2～4.0m，局部有尖滅現(xiàn)象，一般厚2m左右。

羊曲組煤層單層厚度0～7.00m，煤層厚度變化較大，平均厚度在1.64m，宏觀煤巖特征表現(xiàn)為： 為灰黑-黑色褐煤，主要為暗煤，少量為亮煤、鏡煤及絲炭。土狀光澤，局部玻璃光澤。風(fēng)化后呈黃色、藍灰色及土黑色。煤巖顯微組分中，鏡質(zhì)組含量在52.60%～84.10%，平均為70.00%；殼質(zhì)組含量在11.50%～32.73%，平均為18.75%；惰質(zhì)組含量在3.80%～22.58%，平均為11.25%；煤層鏡質(zhì)體反射率1.92%～2.61%，平均Ro達到了2.13%。上述數(shù)據(jù)表明研究區(qū)年寶組煤層顯微組分中以鏡質(zhì)組為主，殼質(zhì)組次之，惰質(zhì)組含量最少。與年寶組相比，羊曲組鏡質(zhì)組含量相對較高，原煤煤質(zhì)分析表明：水分含量在1.05%～11.00%，平均含量為3.57%，灰分含量11.34%～38.00%，平均為27.05%，局部灰分大于40%；揮發(fā)份含量在13.78%～44.18%，平均為26.34%，全硫含量在0.49%～2.60%，平均含量為1.24%，為典型的高硫煤。各礦點的煤質(zhì)一般較差，以中-富灰的貧煤為主，屬高灰煤，靠近南側(cè)花崗巖體的煤層揮發(fā)份低于10%，為無煙煤，而距巖體稍遠的軍牧場礦點揮發(fā)分大于30%，屬于1/3 焦煤至肥煤類。各煤礦點的煤層多屬低、中水分、中高揮發(fā)分、中高灰分、特低-高硫分煤。羊曲組可采煤層除軍牧場煤礦M2為肥煤，M1及M3為1/3焦煤，江千煤礦M3為不黏煤，其余均為貧煤。各煤礦點主采煤層變質(zhì)程度普遍較高，東部軍牧場及江千煤礦煤變質(zhì)相對較低，中西部之野馬灘、江卡溝及石峽煤礦變質(zhì)程度較高(表3)。

表2 積石山地區(qū)年寶組煤巖及煤質(zhì)測試數(shù)據(jù)表

表3 積石山地區(qū)羊曲組煤巖及煤質(zhì)測試數(shù)據(jù)表

5 結(jié)論

研究區(qū)南北由于其所處的大地構(gòu)造差異，導(dǎo)致其成煤期地球動力學(xué)背景存在較大差異，從而決定了研究群南北巖石組合特征和成煤模式存在本質(zhì)上的區(qū)別，進一步控制了煤層在空間特征、煤巖、煤質(zhì)方面存在巨大差異，更進一步?jīng)Q定了研究區(qū)南北煤炭資源前景存在重大區(qū)別：研究區(qū)北部煤炭資源分布范圍廣，煤層單層較薄，煤質(zhì)較差，即大而瘦；研究區(qū)北部煤炭資源分布范圍小，煤層單層厚度較大，煤質(zhì)較好，屬于典型的小而肥。

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AStudyonCoal-formingConditioninAnyemaqenMts.CoalHostingBelt,SouthernQinghai

Tan Furong1, Huo Ting2, Zhao Weixiao3, Qiao Junwei4, Li Concong1,Zhang Guangchao1, Du Fangpeng1and Luo Zheng1

(1.Aerial Photogrammetry and Remote Sensing Bureau, CNACG, Xi’an, Shaanxi 710199;2.Qinghai Coal Geological Exploration Institute, Xining, Qinghai 810001;3.Qinghai Provincial Second Geology and Mineral Resources Exploration Institute, Xining, Qinghai 810003;4.China University of Mining and Technology, Xuzhou, Jiangsu 221008)

The Anyemaqen Mts. coal hosting belt is situated in southern Qinghai, an area with shortage of coal resources. Through comparative analysis on Jurassic rock association, coal-forming period geodynamic setting, coal-forming mode and coal quality features have shown that the Jurassic System in north part of study area has a set of meandering river coal-forming strata in developed fault basins; in southern part had been volcanic activities under island arc setting, during the period of inactivity formed thick coal seams. Since different coal-forming patterns have caused major different coal-forming conditions in study area, thus coal seams in the Yangqu Formation thinner and coal quality poorer; while in the Nianbao Formation coal seams thicker and quality better.

coal-forming condition; coal hosting belt; Anyemaqen Mts.

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.08.01

1674-1803(2017)08-0001-06

國家自然科學(xué)基金項目(41702144)、中國煤炭地質(zhì)總局科技專項資金(2010-I-04)

譚富榮(1984—)，男，碩士，工程師，主要從事沉積盆地分析、能源地質(zhì)研究。

2017-05-25

A

責(zé)任編輯：宋博輦