淺析王坡井田太原組含煤地層特征

劉志成

（山西省地質(zhì)勘查局二一二地質(zhì)隊(duì)，山西長治046000）

煤炭為山西省最主要的礦產(chǎn)資源，其開采歷史悠久，多年來3號煤層多已被開發(fā)，甚至資源已經(jīng)枯竭，逐漸向埋藏較深的煤層延伸。隨著開采深度的增加，多數(shù)井田煤層厚度、賦存狀態(tài)、構(gòu)造發(fā)育程度均發(fā)生較大變化。本文主要結(jié)合當(dāng)前勘查成果，基于以往研究方法，通過綜合分析，簡要總結(jié)了太原組含煤地層沉積特征、地層含煤性及控煤因素。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

王坡井田位于沁水煤田晉城煤炭國家規(guī)劃礦區(qū)中東部，本井田地層分布自東向西由老至新，懸壺南—東大陽一線北西側(cè)出露奧陶系地層，由該線向北西依次出露石炭系、二疊系地層，三疊系地層主要出露于北部固縣一帶。井田內(nèi)大部出露二疊系上統(tǒng)上石盒子組地層，中部、中南部廣泛分布二疊系上統(tǒng)石千峰組，第四系分布于山梁、河谷及其兩側(cè)階地。王坡井田位于沁水復(fù)式向斜坳陷南端，陽城西哄哄—晉城石盤東西向斷裂帶以北、沁水復(fù)式向斜盆地南緣東西—北東向斷裂帶及晉（城）—獲（鹿）褶斷帶之間。井田地層總體構(gòu)造形態(tài)為一走向北北東，傾向北西，地層傾角一般3°～10°的單斜構(gòu)造；井田發(fā)育有緩傾斜的向、背斜構(gòu)造和走向北東東的正斷層，井田內(nèi)未見巖漿巖，構(gòu)造簡單。見圖1。

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，巖性以石灰?guī)r、砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖、煤為主。地層厚63.96～122.32m，平均厚為82.92m。

太原組含灰?guī)r標(biāo)志層5～6層，均為海相灰?guī)r，灰?guī)r間巖性為砂巖、泥巖和煤，充分說明地殼多次發(fā)生振蕩活動，海進(jìn)活動間歇期形成陸相和過渡相沉積，從而導(dǎo)致海陸交替變化，所以本組具有多旋回結(jié)構(gòu)的特征，形成層厚不等的煤層。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(guān)[1]。因此我們可以根據(jù)含煤地層的巖性特征和賦煤情況，劃分沉積旋回，從下至上依次劃分5個旋回。第Ⅰ沉積旋回發(fā)育好，厚約18m，沉積厚度大，以15號煤層為主，含煤性好（僅局部可見14號煤）；第Ⅱ沉積旋回發(fā)育好，厚約6m，沉積厚度較小，本旋回賦存厚度較小的13號煤層，本煤層層位穩(wěn)定、分布普遍，但是不可采；第Ⅲ沉積旋回發(fā)育較好，賦存層位穩(wěn)定、分布較普遍的11、12號煤層，本組煤層易于對比；第Ⅳ沉積旋回不發(fā)育，主要含8-1、8-2、9、10號煤層，僅局部見7號煤層，煤層均不穩(wěn)定，不易對比，為復(fù)煤組；第Ⅴ沉積旋回不發(fā)育，含煤性差，以5號煤層為主，僅個別點(diǎn)含6號煤層，煤層不穩(wěn)定，不易對比。本組灰?guī)r、泥巖中普遍存在生物、植物化石，灰?guī)r中以腕足類、腹足類、珊瑚類及蜓類等生物碎屑化石為主，泥巖中以尖蘆木、楔葉、卵脈羊齒、脈羊齒、節(jié)羊齒等植物化石為主。見圖2。

太原組含5、6、7、8-1、8-2、9、10、11、12、13、14、15號煤層，共計(jì)12層，煤層平均總厚為5.90m，含煤系數(shù)7.12%。其中15號煤層為全區(qū)可采的穩(wěn)定煤層，厚2.33～5.48m，平均厚3.40m，含煤系數(shù)4.10%；9號煤層為極不穩(wěn)定煤層，煤層厚度變化無規(guī)律，厚度較大的地段普遍含一層夾矸。其余煤層均為不可采煤層。

圖1 王坡井田構(gòu)造綱要圖

圖2 太原組含煤地層沉積旋回及賦煤層位示意圖

3 太原組15號煤層賦存特征

井田內(nèi)太原組穩(wěn)定可采煤層為15號煤層。15號煤層位于太原組下部K2灰?guī)r下，上距3號煤層底82.19～99.35m，平均87.31m，下距O2灰?guī)r頂為2.25～25.76m，平均9.44m，煤層最厚5.48m，最薄2.33m，平均3.40m，可采性指數(shù)為1，厚度變異系數(shù)為23.42%。煤層穩(wěn)定，屬全區(qū)可采的穩(wěn)定煤層。

煤層直接頂板為K2石灰?guī)r，有時可見薄層炭質(zhì)泥巖偽頂，底板為泥巖或鋁土質(zhì)泥巖，局部為粉砂質(zhì)泥巖，有時可見薄層炭質(zhì)泥巖偽底。煤層結(jié)構(gòu)簡單，一般含0～2層夾矸，厚0.05～0.35m，夾矸成分為泥巖或炭質(zhì)泥巖。夾矸多位于煤層的中、下部。

4 太原組沉積相特征及古地理

4.1 沉積相特征

在太原期，沁水盆地北部發(fā)育下三角洲平原相，中部和南部為瀉湖相，東南部主要為濱外碳酸鹽巖陸棚相，在晉城一帶為障壁砂壩相分布區(qū)，富煤地帶多與砂巖富集帶相吻合，似于北部下三角洲平原和南部障壁砂壩地區(qū)[2]。地殼運(yùn)動具有持續(xù)性、周期性等特點(diǎn)，太原組地層沉積是緊接本溪組海進(jìn)開始，經(jīng)歷高潮，最終海退的環(huán)境演化過程中形成的，構(gòu)成了若干個完整的次級海進(jìn)—海退沉積序列，在不同階段形成了不同巖性組合特征的沉積地層。

王坡井田太原組巖性以含生物碎屑灰?guī)r、砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖及煤層（線）為主，呈互層狀產(chǎn)出。石灰?guī)r（K2、K3、K4、K5、K6等灰?guī)r）屬于濱外碳酸鹽陸棚相，識別主要標(biāo)志是含大量腕足類、蜓類等動物化石，局部可見交錯層理；石灰?guī)r間可見灰黑色泥巖、粉砂巖及砂巖交替出現(xiàn)，局部含有鋁土質(zhì)、菱鐵質(zhì)鮞粒和黃鐵礦結(jié)核，具有水平層理，局部呈透鏡狀產(chǎn)出，屬于瀉湖相；太原組中的中細(xì)粒砂巖磨圓程度呈亞圓形—圓形、分選性中等—好，垂向上為逆粒序，粒度向下逐漸變細(xì)，交錯層理均為低角度產(chǎn)出，以此確定應(yīng)屬于障壁砂壩相。另外，靠近太原組頂部，可見向上逐漸變粗的三角洲前緣河口壩砂巖。

據(jù)此確定太原組的旋回結(jié)構(gòu)以及演化模式，從泥炭沼澤相開始向上逐漸演化為濱外碳酸鹽陸棚相、障壁砂壩相、瀉湖相及三角洲相。

4.2 古地理環(huán)境及聚煤模式

沁水煤田在構(gòu)造背景上屬于華北地臺中帶。由于中石炭世的填平補(bǔ)齊作用，晚石炭世早期大范圍內(nèi)表現(xiàn)為海陸交互相覆水較淺的的古地理景觀，主要發(fā)育障壁—瀉湖及濱外碳酸鹽巖陸棚沉積體系。聚煤模式與沉積體系密切相關(guān)。太原組中出現(xiàn)的障壁島，也可以稱之為障壁砂島或砂壩，是平行或近平行于海岸并高出海面的狹長形砂體，因其對廣海海水的隔擋作用而成為瀉湖的屏障[3]。瀉湖水體流動受限，水動力條件以潮汐為主，水能量變小。瀉湖周圍的寬緩地帶，多形成潮坪沉積。因?yàn)榈匦纹骄?、潮汐水位升降的幅度較小，所以在平面上多形成廣闊的潮間帶。位于潮坪的潮上部分稱為潮上坪，其分布范圍更加廣泛，在氣候濕潤和植被繁盛的條件下，可發(fā)育泥炭沼澤，從而形成良好的聚煤環(huán)境，進(jìn)而形成了全區(qū)穩(wěn)定可采的15號煤層的堆積，煤層具有層位穩(wěn)定、厚度中等、低灰、高硫等特點(diǎn)。本區(qū)聚煤模式為島湖—潮坪聚煤環(huán)境模式。參考王保玉等人研究成果（2015年，《山西沁水盆地東南部上石炭統(tǒng)—下二疊統(tǒng)太原組聚煤環(huán)境》）繪制區(qū)內(nèi)島湖—潮坪聚煤環(huán)境模式圖。如圖3所示。

圖3 島湖—潮坪聚煤環(huán)境模式圖

5 結(jié)論

通過剖析井田內(nèi)太原組含煤地層的時間演化和空間分布等沉積特征，研究太原組聚煤古地理環(huán)境及聚煤模式，取得以下幾點(diǎn)認(rèn)識：

（1）穩(wěn)定的構(gòu)造背景是前提。石炭系整個板塊沉降緩慢、構(gòu)造環(huán)境相對較穩(wěn)定，為15號煤形成創(chuàng)造了一個穩(wěn)定的構(gòu)造背景。

（2）良好的聚煤環(huán)境是保證。島湖—潮坪聚煤環(huán)境模式，為聚煤提供了廣闊而又適宜的環(huán)境條件，所以15號煤層具有分布廣、層位穩(wěn)定、層厚適中等特點(diǎn)。

[1] 袁素偉.淺析老龍灣井田含煤地層特征[J].西部探礦工程，2016（7）:133-135.

[2] 邵龍義,肖正輝,何志平,等.晉東南沁水箍地石炭二疊紀(jì)含煤巖系古地理及聚煤作用研究[J].古地理學(xué)報(bào),2006，8（1）:43-52.

[3] 王保玉,胡斌,白建平,等.山西沁水盆地東南部上石炭統(tǒng)—下二疊統(tǒng)太原組聚煤環(huán)境[J].古地理學(xué)報(bào),2015，17（5）:677-688.