陽關(guān)寨勘查區(qū)煤質(zhì)特征及成煤環(huán)境

劉 靜

陽關(guān)寨勘查區(qū)煤質(zhì)特征及成煤環(huán)境

劉 靜

（貴州省煤田地質(zhì)局地質(zhì)勘察研究院，貴陽 550081）

為了全面了解貴州威寧陽關(guān)寨勘查區(qū)主可采煤層的煤質(zhì)指標(biāo)，通過煤樣灰成分、硫分、鏡質(zhì)組反射率等與成煤環(huán)境的關(guān)系進(jìn)行研究。發(fā)現(xiàn)3、4、5煤以中高灰煤為主，3號(hào)煤層屬特低硫~中硫分煤，以特低硫煤為主，4號(hào)煤層屬特低硫~高硫分煤，5號(hào)煤層屬特低硫~高硫分煤，灰分從上至下似有降低的趨勢(shì)。硫分從上至下變化較大，總體上是“升高-降低-再升高-再降低”的趨勢(shì)。煤質(zhì)特征反應(yīng)成煤處于較穩(wěn)定且受海水侵?jǐn)_較小的濱海泥炭沼澤環(huán)境。

煤質(zhì)特征；勘查區(qū)；成煤環(huán)境；陽關(guān)寨

陽關(guān)寨勘查區(qū)位于貴州省六盤水市西，威寧縣南東部，地理坐標(biāo)東經(jīng)104°31′40″～104°44′56″，北緯26°31′27″～26°40′00″，南北長8～10km，東西寬約7～12km，面積211.33km2。該區(qū)煤炭資源儲(chǔ)量大、品種全、質(zhì)量?jī)?yōu)、開發(fā)條件好，已探明的煤炭資源/儲(chǔ)量207萬噸，遠(yuǎn)景資源/儲(chǔ)量10.5億噸多[1]。該區(qū)宣威煤系形成于曲流河河道和河岸沉積以及曲流河洪泛盆地沉積兩種聚煤環(huán)境[2]，形成的煤層厚度較穩(wěn)定-穩(wěn)定，分布范圍較廣。目前主要是以宣威組3、4、5煤為主采煤層，有必要通過對(duì)勘查區(qū)各可采煤層煤的煤質(zhì)特征分析，查明其變化規(guī)律，對(duì)該區(qū)煤炭資源的開發(fā)和合理利用有著重要意義。

1 地質(zhì)概況

勘查區(qū)位于龍場(chǎng)向斜東翼、開坪向斜北翼以及格目底向斜西北段所包圍的區(qū)域，陽關(guān)寨背斜貫穿勘查區(qū)中部（圖1）。勘查區(qū)構(gòu)造主要為NW向，有發(fā)育于東部和中部的格目底向斜、陽關(guān)寨背斜、開坪向斜以及共生的斷裂構(gòu)造及褶曲[3]； SN向構(gòu)造主要發(fā)育于西部，包含龍場(chǎng)向斜以及伴生的斷裂構(gòu)造；中東部發(fā)育有NE-NEE向的斷裂構(gòu)造。勘查區(qū)地層走向?yàn)镹W-SE方向，陽關(guān)寨背斜NE翼地層傾向NE，傾角10°～20°；SW翼傾向SW，傾角10°～25°。區(qū)內(nèi)地層出露較廣，從石炭系地層到第四系均有出露。由老至新有：石炭系上司組、擺佐組、黃龍組、馬坪組，二疊系梁山組、棲霞組、茅口組、峨眉山玄武巖組、宣威組，三疊系飛仙關(guān)組、永寧鎮(zhèn)組、關(guān)嶺組、須家河組，侏羅系自流井組，沙溪廟組及第四系。在勘查區(qū)的東北部地區(qū)，地層倒轉(zhuǎn)。區(qū)內(nèi)含煤地層為二疊系上統(tǒng)宣威組，厚度277.48～360.44m，平均厚306.34m，含煤21-39層，一般30層左右，煤層總厚度18.34～26.69m，平均21.22m，含煤系數(shù)6.9%。含可采煤層7層（3、4、5、7、10、12、16號(hào)）。其中，全區(qū)可采煤層有3、4、5號(hào)，大部可采煤層有7、10、12、16號(hào)?？刹擅簩涌偤穸?.81～30.95m，平均10.69m，可采含煤系數(shù)3.5%。可采煤層全部分布在宣威組上段。

圖1 勘查區(qū)構(gòu)造綱要圖

2 煤質(zhì)特征

2.1 煤巖特征

2.1.1 煤巖宏觀特征

該勘查區(qū)煤巖以亮煤為主，鏡煤、暗煤次之，條痕呈褐黑色，斷口參差狀、平坦?fàn)顢嗫诩柏悮睿痪€理-細(xì)條帶狀結(jié)構(gòu)為主，少量中-細(xì)條帶狀結(jié)構(gòu)；煤芯以粉砂狀為主，其次為塊狀碎塊狀或破碎煤；煤裂隙見網(wǎng)狀及細(xì)脈狀方解石或鈣質(zhì)薄膜充填。

2.1.2 顯微煤巖組分

勘查區(qū)可采煤層顯微有機(jī)組分含量平均占總量的80.67%，無機(jī)組分含量平均占總量的18.89%。有機(jī)有機(jī)組分中，鏡質(zhì)組占有機(jī)組分的66.70%～90.49%，惰質(zhì)組占22.00%～33.30%。無機(jī)組分中,粘土類占無機(jī)組分的2.68%～33.86%，氧化物類占3.11%～11.68%，硫化物類占0.17%～1.55%, 碳酸鹽類占0.87%～4.15%（表1）。根據(jù)勘查區(qū)煤有機(jī)組分的特點(diǎn)，表明成煤時(shí)期植物遺體凝膠化程度較高。鏡質(zhì)組以基質(zhì)鏡質(zhì)體和均質(zhì)鏡質(zhì)體為主，少量結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體、碎屑鏡質(zhì)體。惰質(zhì)組以透鏡狀或不規(guī)則狀半絲質(zhì)體為主，并且絲質(zhì)體細(xì)胞結(jié)構(gòu)遭受破壞嚴(yán)重，少量微粒體，偶見分泌體，真菌體，火焚絲質(zhì)體。無機(jī)組分以粘土類為主，其次為氧化物類和碳酸鹽類，硫化物類較少。鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組之和占有機(jī)組分的74.75%～85.69%，該區(qū)各可采煤層煤的顯微煤巖類型為微鏡惰煤。

表1 顯微煤巖含量統(tǒng)計(jì)表

圖2 各煤層灰分、硫分分布圖

2.2 灰分、硫分平面上的變化規(guī)律

2.2.1 灰分

勘查區(qū)3號(hào)煤層灰分產(chǎn)率20.61%~37.69%，平均30.39%，屬中灰-中高灰煤，以中高灰煤為主。普查區(qū)中除606、702及903孔周圍分布中灰煤以外，其它區(qū)域主要為中高灰煤（圖2a）。4號(hào)煤層灰分產(chǎn)率23.44%～38.10%，平均31.40%，屬中灰-中高灰煤，以中高灰煤為主。普查區(qū)中除604、802孔周圍以及10-11勘探線之間以中灰煤為主以外，其它區(qū)域主要分布中高灰煤（圖2b）。5號(hào)煤層灰分產(chǎn)率15.61%~34.69%，平均27.58%，屬低灰-中高灰煤，以中高灰煤為主。中灰煤貫穿在整個(gè)普查區(qū)中間，804孔周圍也分布著中灰煤；低灰煤僅見于604及702孔周圍；其它區(qū)域主要為中高灰煤（圖2c）。

通過對(duì)各煤層的灰成分進(jìn)行測(cè)定，均以SiO2（60.53％～62.76％）、Al2O3（14.61％～17.64％）為主，其次是Fe2O3，CaO，MgO，SO3及TiO2等（表2）。

表2 各煤層灰成分含量統(tǒng)計(jì)表

2.2.2 硫分

表3 各煤層硫分含量統(tǒng)計(jì)

勘查區(qū)3號(hào)煤層硫分含量0.16%～1.45%，平均0.51%，屬特低硫-中硫分煤，以特低硫煤為主。中硫煤主要分布在606、801、802和1003孔附近；低硫煤僅見于903及1103孔周圍；其他區(qū)域均分布著特低硫煤（圖2d）。4號(hào)煤層硫分含量0.15%～5.47%，平均0.98%，屬特低硫~高硫分煤，704孔出現(xiàn)硫分異常高點(diǎn)，為5.47，另一高硫點(diǎn)在903孔，為3.10；以802、902、903圍繞的區(qū)域以及504、605、606圍繞的區(qū)域主要分布中硫煤；普查區(qū)中部及中北部，以801、803、901、1003孔圍繞的區(qū)域，以及604和704圍繞的區(qū)域主要分布著低硫煤；其他區(qū)域以特低硫煤為主（圖2e）。5號(hào)煤層硫分含量0.16%～4.78%，平均0.73%，硫分變化較大，屬特低硫-高硫分煤，高硫異常點(diǎn)見于903孔；中硫煤僅在普查區(qū)西南部606及704孔周圍出現(xiàn)；低硫煤也僅在703、804、901及903周圍出現(xiàn)；其他區(qū)域以特低硫煤為主（圖2f）。井田內(nèi)各煤層中硫的賦存狀態(tài)呈微粒狀，球粒狀，細(xì)粒狀分散分布。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全井田共化驗(yàn)各種形態(tài)硫試驗(yàn)樣197件，其中原煤平均全硫（St,d）、硫化鐵硫（Sp,d）、硫酸鹽硫（Ss,d）、有機(jī)硫（So,d）含量分別為0.77%、0.61%、0.02%、0.14%；硫化鐵硫（Sp,d）、硫酸鹽硫（Ss,d）、有機(jī)硫（So,d）在全硫中的所占百分比分別為79.22%、2.60%、18.18%。表明原煤中的硫主要是以無機(jī)的硫化鐵硫的形態(tài)存在（表3）。

2.3 灰分-硫分垂向上變化的關(guān)系

原煤灰分、硫分在垂向上的變化關(guān)系（圖3，a灰分，b硫分）從圖看出，井田內(nèi)各主要可采煤層原煤平均灰分從上至下似有降低的趨勢(shì)。上部的4號(hào)煤灰分最高，中部5號(hào)煤灰分最低，7號(hào)煤又較高，然后10號(hào)煤又降低，浮煤變化趨勢(shì)相當(dāng)，但變化幅度不大。硫分從上至下變化較大，總體上是“升高-降低-再升高-再降低”的趨勢(shì)。7號(hào)煤硫分最高，16號(hào)煤硫分最低，3號(hào)煤硫分較低，4、5號(hào)煤硫分含量居中。

2.4 鏡質(zhì)組反射率

勘查區(qū)可采煤層鏡質(zhì)體最大反射率(Ro,max)為1.75～1.78(表1)，表明勘查區(qū)煤的變質(zhì)程度較高。垂向上, 自上而下各煤層鏡質(zhì)體最大反射率有逐漸增大的趨勢(shì), 說明勘查區(qū)煤隨著煤層埋藏深度的加深, 變質(zhì)程度加大, 屬于區(qū)域變質(zhì)類型。

圖3 灰分、硫分垂向關(guān)系變化圖

3 煤質(zhì)特征與成煤環(huán)境的關(guān)系

煤巖煤質(zhì)受到原始沉積環(huán)境影響很大。前人研究發(fā)現(xiàn)本勘查區(qū)宣威組的沉積特征和垂直層序可劃分為兩種沉積環(huán)境：煤系底界-16號(hào)煤層底界的曲流河河道及河岸沉積環(huán)境（下段）；16-號(hào)煤層底界—煤系頂界的曲流河洪泛盆地沉積環(huán)境（上段），如圖4所示。本次研究對(duì)象為上段，即曲流河洪泛盆地沉積環(huán)境，從沉積特征及垂直層序圖來看，沉積物具有向上變細(xì)的二元結(jié)構(gòu)，且由多個(gè)沉積旋回組成，下部為河道細(xì)砂巖沉積，上部為天然堤、決口扇細(xì)粒沉積，底部沉積中礫石少，偶有泥礫或泥質(zhì)粉砂礫，且礫徑小，小于1cm。發(fā)育平行層理，脈狀層理。向上過渡為以粉砂巖、泥質(zhì)巖為主的天然堤沉積，具脈狀層理、波狀層理。常見植物化石碎片。洪水期間，常有決口扇和分流河道形成，決口扇粒度近端較粗，以細(xì)砂巖、粉砂巖為主，具平行層理、脈狀層理。泥炭沼澤發(fā)育于決口扇和天然堤上。其延伸方向大致平行于同期河道砂體，沿此方向煤層厚度較穩(wěn)定，向兩側(cè)接近河道，越岸決口扇沉積則急劇分叉或尖滅[4-6]。區(qū)內(nèi)沒有海水的侵入，煤層硫分低，灰分高?？辈閰^(qū)3、4、5號(hào)煤都屬于這種沉積環(huán)境成因，煤層連續(xù)性好，穩(wěn)定，厚度變化小，全區(qū)可采，多屬簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)煤層；這種類型煤層灰分產(chǎn)率較高、硫分較低，氫含量較高，鏡質(zhì)組含量較高，反應(yīng)成煤環(huán)境處于較穩(wěn)定且受海水侵?jǐn)_較小的濱海泥炭沼澤范圍內(nèi)。

4 結(jié)論

1） 本區(qū)各主采煤層鏡質(zhì)組最大發(fā)射率（Ro,max）值為1.59～1.93，大致呈現(xiàn)出隨著煤層深度的增加最大反射率值有增加的趨勢(shì)，說明煤的變質(zhì)程度在逐漸增強(qiáng)，屬于變質(zhì)程度較高的焦煤，由于各可采煤層煤的變質(zhì)程度高, 灰分高、硫分低、發(fā)熱量均較高, 燃燒性能良好, 煉焦用煤和氣化用煤的主要原材料。

圖4 宣威組垂直層序圖

2）本區(qū)各主采煤層煤的顯微有機(jī)組分中鏡質(zhì)組大于惰質(zhì)組, 二者占75%左右。煤的無機(jī)組分占25%左右,并以粘土礦物為主。中-中高灰分、特低-中硫分?；曳謴纳现料滤朴薪档偷内厔?shì)。硫分從上至下變化較大，總體上是“升高-降低-再升高-再降低”的趨勢(shì)。

3）研究區(qū)煤層灰分產(chǎn)率較高、硫分較低，氫含量較高，鏡質(zhì)組含量較高，反應(yīng)成煤環(huán)境處于較穩(wěn)定且受海水侵?jǐn)_的濱海泥炭沼澤范圍內(nèi)。與研究區(qū)曲流河洪泛盆地的沉積環(huán)境相匹配。

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Coal Quality and Coal-forming Environment in the Yangguanzhai Exploration Area, Weining, Guizhou

LIU Jing

(Institute of Geological Exploration, Guizhou Bureau of Coal Geology, Guiyang 550081)

This paper deals with coal quality indices such as ash content, sulfur content, vitrinite reflectance of minable seams and their relation with coal-forming environment in the Yangguanzhai Exploration Area, Weining, Guizhou. The study indicates that seams 3, 4, 5 are characterized by high ash content, seam 3 by low sulfur content, seam 4 by very low and high sulfur content, seam 5 by very low sulfur and high sulfur content. The ash content increases ascendingly and sulfur content varies largely. Coal quality change suggests that the coal formation took place in a seamarsh environment.

coal quality; coal-forming environment; Yangguanzhai exploration area; Weining, Guizhou

P618.11

A

1006-0995（2017）03-0400-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2017.03.011

2017-01-15

貴州省第二批整裝勘查項(xiàng)目( ZZKC2013－07)

劉靜（1984-），女，湖北孝感人，工程師，煤田地質(zhì)、煤質(zhì)分析