甘肅省白銀市王家山煤礦含煤地層古地理環(huán)鏡及煤層對(duì)比淺析

馬思弼

（甘肅煤田地質(zhì)局133隊(duì)，甘肅白銀730913）

甘肅省白銀市王家山煤礦位于白銀市的東北端，隸屬甘肅靖遠(yuǎn)煤電股份有限公司，是甘肅省的主要煤炭生產(chǎn)基地之一。該礦于20世紀(jì)70年代中期建成投產(chǎn)，現(xiàn)在已形成300×104t/a的煤炭產(chǎn)能，為甘肅省的經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出了重要貢獻(xiàn)。經(jīng)過(guò)40年的開(kāi)采，現(xiàn)保有煤炭資源量2.4×108t。礦區(qū)東西長(zhǎng)約8km，南北寬1.0～3.0km，面積8.34km2。中侏羅統(tǒng)窯街組（J2y）和新河組（J2x）地層是王家煤礦含煤地層。具有煤層層數(shù)多、煤層厚度大、分布面積大、沉積相序發(fā)育較全等特點(diǎn)。本文以煤礦勘查地質(zhì)資料為基礎(chǔ)，通過(guò)含煤層地層的巖性特征，來(lái)分析總結(jié)煤礦煤層沉積過(guò)程中巖相古地理沉積環(huán)境特征，并且應(yīng)用綜合的煤巖層對(duì)比方法對(duì)礦區(qū)煤層進(jìn)行對(duì)比，為煤礦開(kāi)采及和礦區(qū)外圍煤炭勘探提供理論指導(dǎo)。

1 含煤地層及巖性特征

研究區(qū)地層區(qū)劃屬祁連地層區(qū)，北祁連地層分區(qū)，靖遠(yuǎn)—西吉小區(qū)。王家山煤礦含煤地層主要為中侏羅統(tǒng)窯街組（J2y）地層，其次為中侏羅統(tǒng)新河組（J2x）地層[1-2]。

1.1 窯街組地層及巖性特征

中侏羅統(tǒng)窯街組（J2y）地層，為礦區(qū)主要含煤地層，含煤層5層，其中可采煤層4層，不可采煤層1層。窯街組（J2y）地層主要由灰白色中、粗粒砂巖，灰、深灰、灰黑色粉砂巖、砂質(zhì)泥巖及煤層組成。植物化石含量豐富。屬溫暖氣候條件下的河湖、沼澤相沉積。與下伏地層呈角度不整合接觸。厚度10～154m，平均116m。其總的變化趨勢(shì)是由東向西、由北向南逐漸變薄。

1.2 新河組地層特征

中侏羅統(tǒng)新河組（J2x）地層，含煤2層。按巖性又分為上、下2段，新河組下段又稱草黃色砂巖段，含薄煤層，新河組上段又稱油頁(yè)巖段，不含煤層。

（1）新河組下段（J2x1）：上部主要為草黃色中粗粒砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖及砂質(zhì)泥巖互層，中夾紫紅、灰綠、深灰色泥巖及粉砂巖；下部主要為灰白色礫巖、砂礫巖及中粗粒砂巖夾灰色砂質(zhì)泥巖及黃綠色粉、細(xì)砂巖，局部含薄層煤2層。含介形類、輪藻及植物化石。屬河湖沼澤相沉積。與下呈平行不整合接觸。平均厚度464m。

（2）新河組上段（J2x2）：由灰綠色頁(yè)巖、粉砂巖及深灰、褐灰色頁(yè)巖組成，夾薄層灰綠色細(xì)砂巖及暗紫紅色泥巖，發(fā)育細(xì)水平層理及緩波狀層理。含豐富的動(dòng)植物化石及輪藻化石。屬濕熱氣候條件下的湖泊沉積。與下呈整合接觸。平均厚度114m。

2 含煤性

王家山煤礦煤系地層平均厚度為180.90m，煤層總厚度為33.06m，總含煤系數(shù)為18.3%，總可采含煤系數(shù)為22.2%。窯街組（J2y）平均地層厚度為116.9m，含煤5層（編號(hào)為煤2、煤2下、煤3、煤4、煤4下），平均煤層厚度29.95m，含煤系數(shù)25.6%。新河組（J2x）平均地層厚度為64m，含煤2層（編號(hào)為煤1、煤2上），平均總厚3.11m，含煤系數(shù)4.7%。上述煤層中，煤2和煤4為全區(qū)可采煤層，厚度大，較穩(wěn)定，且分布面積廣；煤3和煤4下為大部可采不穩(wěn)定煤層，分布面積較大，厚度較大，變化亦較大，煤1、煤2上、煤4下煤層為大部分可采，不穩(wěn)定，多呈透鏡體狀；煤2下為不可采煤層，呈透鏡體狀分布[4]（見(jiàn)表1）。

表1 王家山煤礦煤系地層含煤情況表

3 含煤地層巖相特征

本區(qū)的侏羅系含煤地層自下而上可劃分為3個(gè)大旋回，均以河床相開(kāi)始，經(jīng)河漫相、沼澤相、泥炭沼澤相，以湖相告終。其中窯街組地層劃分為第Ⅰ旋回和第Ⅱ旋回，新河組地層劃分為第Ⅲ旋回。在這3個(gè)旋回中，由下向上旋回厚度由小變大，巖石粒度由粗變細(xì)，含煤性由好變差。也反映出在地殼沉降過(guò)程中，由早期到晚期，沉降幅度由小變大，沉降速度由慢變快，旋回結(jié)構(gòu)清楚，比較穩(wěn)定（見(jiàn)圖1）。

圖1 巖相旋回柱狀剖面示意圖

3.1 窯街組地層巖相特征

第Ⅰ旋回位于侏羅系窯街組底部，由河床相礫巖、砂礫巖或粗砂巖開(kāi)始，經(jīng)河漫相、沼澤相、泥炭沼澤相，至煤4頂板湖相粉砂巖及砂質(zhì)泥巖告終。下部河流相沉積中發(fā)育了幾個(gè)小旋回，可能系古河道遷移形成，局部有由牛軛湖演變而成的泥炭沼澤，形成煤層透鏡體，偶亦達(dá)可采煤層以上，但很不穩(wěn)定。該旋回在向斜北翼比較穩(wěn)定，向南相變急劇，幾乎全部為河床相沉積所取代，4層煤向南也逐漸分叉、變薄以至尖滅（圖2）。煤4頂板湖相沉積有時(shí)亦相變?yōu)楹勇喑练e，甚至被后來(lái)的河流沖刷掉，代之以河床相的粗碎屑沉積物。旋回厚度變化西薄都厚，厚21～86m，平均約50m。

Ⅱ旋回位于侏羅系窯街組中上部，由煤2底板河床相砂巖開(kāi)始，經(jīng)河漫相、沼澤相、泥炭沼澤相開(kāi)始，經(jīng)沼澤相、泥炭沼澤相，又以河床相或河漫相告終的小旋回，形成不穩(wěn)定的煤2下及煤3。頂部湖相沉積往往由于后期沖刷而保存不全或缺失，或相變?yōu)楹勇┫?。旋回厚度變化西薄東厚，厚23～83m，平均約56m[1]。

3.2 新河組地層巖相特征

新河組地層劃分為第Ⅲ旋回，以河床相為主，次為河漫相，偶有沼澤相或泥炭沼澤相，形成不穩(wěn)定的薄煤層1層煤和2上層煤，頂部出現(xiàn)湖沼相沉積，組成一個(gè)以河流相開(kāi)始，以湖相告終死亡完整沉積旋回，該旋回厚度約464m（圖1）。

4 含煤地層的沉積的古地理環(huán)境

侏羅紀(jì)初期，王家山煤礦為一南北被變質(zhì)巖所限的谷地，西部為逐漸高起的由三疊統(tǒng)地層組成的山地，谷中地形高低不平，流過(guò)湍急的河流，起著削高填平的作用，沉積了侏羅系底部的河流相碎屑巖。由于河道變遷，偶有殘留的河床被阻塞牛軛湖，進(jìn)而演變成沼澤和泥炭沼澤，形成不穩(wěn)定的薄煤層或煤層透鏡體。隨著時(shí)間的推移，高低不平的地形被夷平成開(kāi)闊的平地，這時(shí)，南部沉降速度極快，河流側(cè)蝕作用較強(qiáng)，主要發(fā)育河流相沉積物，北部則為一片河漫灘沼澤。由于氣候濕熱，植物生長(zhǎng)茂密，沼澤被死亡植物填塞成泥炭沼澤。在地殼下降緩慢并與植物堆積速度一致的條件下，形成了巨厚的泥炭層。后來(lái)地殼下降速度加快，泥炭沼澤成為湖泊，泥炭層被沙泥物質(zhì)迅速掩埋，經(jīng)成煤作用形成4層煤。到侏羅系中期，地殼緩緩上升，王家山又形成了河流，此時(shí)地形高差不大，河流以侵蝕為主，沉積了4層煤上部的河流相碎屑巖。在西部離河床較遠(yuǎn)的河漫灘低凹地帶，積水形成沼澤，在適宜的條件下變成泥炭沼澤，形成大部分可采的3層煤。有的地方則由于河流改道，遺棄的河床可演變成沼澤、泥炭沼澤，形成不穩(wěn)定的2下層煤。之后，地形更為平坦、開(kāi)闊，地殼又一次微微下降，潛水面變淺，造成更加廣闊的沼澤地帶，在植物堆積速度與地殼下降速度一致的有利條件下，形成了分布廣且厚度大的2層煤。隨著地殼下降速度加快，再次成為湖泊環(huán)境，沉積了2層煤頂板的湖相細(xì)碎屑巖。地殼繼續(xù)上升，可能上升幅度較大，河流湍急，下蝕作用較強(qiáng)，沉積了一套較粗的河流相沉積物，局部的牛軛湖演變成泥炭沼澤后形成了不穩(wěn)定的2上層煤。地殼第三次下降，這一時(shí)期下降速度大于植物堆積速度，形成了含煤性差的湖沼相沉積物，即1層煤層位[3]。

5 煤層對(duì)比

王家山煤礦地層為一套陸相碎屑巖含煤建造。巖性、巖相變化較大，含煤地層具有韻律性，旋回結(jié)構(gòu)變化明顯，煤層與圍巖巖相及旋回結(jié)構(gòu)有著內(nèi)在聯(lián)系，各煤層的物性特征明顯，煤層與圍巖物性差異較大。本區(qū)在勘查過(guò)程中采用綜合方法進(jìn)行煤巖層對(duì)比，主要為煤巖層組合特征對(duì)比法、標(biāo)志層對(duì)比法、煤層頂?shù)装鍘r性對(duì)比法、煤層層間距對(duì)比法、測(cè)井曲線對(duì)比法。選用煤2為對(duì)比基線，煤2在可采煤層中可采面積最大，厚度較大，與煤4間距較穩(wěn)定，便于對(duì)比[4]。

5.1 煤巖層組合特征對(duì)比法

按沉積旋回及各煤巖層的特征，煤4位于第Ⅰ旋回的上部，為主要可采煤層之一且間距較穩(wěn)定；煤3位于第Ⅱ旋回的下部，為局部可采煤層，煤層厚度變化較大，不太穩(wěn)定；煤2下位于第Ⅱ旋回的中部，該層呈透鏡體，很不穩(wěn)定，零星分布且不可采；煤2位于第Ⅱ旋回的上部，為主要可采煤層，煤層厚度較大，分布面廣，煤層較穩(wěn)定，特征明顯；煤2上位于第Ⅲ旋回的上部，該層分布較集中不可采；煤1位于第Ⅲ旋回的頂部，煤層薄變化大，多不可采，呈透鏡體，沉積特征明顯易于對(duì)比。

5.2 標(biāo)志層對(duì)比法

5.2.1 煤層頂?shù)装鍘r性

第Ⅲ旋回的底部的厚層河床相灰白色砂巖、砂礫巖或礫巖，常為煤2的直接或間接頂板；第Ⅰ旋回中煤4頂板的湖相灰黑色砂質(zhì)泥巖、粉砂巖及淺灰色細(xì)粒砂巖的互層和煤4底板河漫灘相得灰黑色含礫粉砂巖、含礫砂質(zhì)泥巖或淺灰色細(xì)粒砂巖，這些層位較穩(wěn)定，可作為對(duì)比標(biāo)志層。

5.2.2 煤層

主要可采煤層煤2較其它煤層分布面積最廣，厚度大，沉積較穩(wěn)定且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單（多為單一結(jié)構(gòu)或1層夾矸）；可采煤層煤4較煤2分布面積較小，沉積較穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單（為單一結(jié)構(gòu)或3～5層夾矸）；局部可采煤層煤3分布面積小，沉積不穩(wěn)定，煤層厚度變化大。這3層煤煤層特征明顯，是本區(qū)煤巖層對(duì)比的重要手段之一。

5.3 煤層層間距對(duì)比法

通過(guò)煤巖層間距對(duì)比，各煤層層間距普遍比較穩(wěn)定，如：煤1～煤2上、煤2上～煤2間距平均在20～40m間，煤2～煤3、煤3～煤4間距基本相差不大，一般平均間距在22.95～26.44m間。因此煤層層間距也是煤巖層對(duì)比的方法之一。

5.4 測(cè)井曲線對(duì)比法

區(qū)內(nèi)地球物理測(cè)井采用自然電位、視電阻率、自然珈馬、密度、聲速、井徑6條曲線劃分鉆孔剖面。并詳細(xì)劃分煤系地層剖面，由于含煤地層各巖段煤層的物性特征較為明顯，劃分的地層巖性準(zhǔn)確可靠，以此特征劃分含煤段與鉆孔地質(zhì)劃分巖層對(duì)比基本一致。

從礦區(qū)內(nèi)702和1201號(hào)鉆孔煤層的曲線特征可以看出：煤1分布范圍小，呈透鏡狀，煤層厚度變化大；煤2較穩(wěn)定,在全區(qū)所有鉆孔均有出現(xiàn),煤層厚度都比較厚，煤層結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,煤層中都有一層或者多層夾矸,夾矸都比較??；電阻率曲線幅值較高,呈高異常反映，大部分煤層中電阻率曲線都呈山峰狀；密度曲線呈低異常反映，煤層較厚,密度曲線多呈低異常箱狀；自然伽馬曲線也呈低異常箱狀。煤2的測(cè)井曲線異常在全區(qū)反映非常明顯，電阻率、密度曲線以及自然伽馬曲線異常值都非常突出。煤3大部分可采，煤層厚度不一，煤層電阻率曲線呈高異常山峰狀；密度曲線多呈低異常箱狀；自然伽馬曲線呈低異常箱狀。煤4層較煤2層分布面積小，沉積較穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單（為單一結(jié)構(gòu)或3～5層夾矸），煤4測(cè)井曲線反映上有比較明顯的煤層特征,即“一高兩低”：電阻率值高,密度值低,自然伽馬值低。由此可得出礦區(qū)內(nèi)的煤層物性具有中-高電阻率、低放射性、低密度、高時(shí)差的曲線特征，這是利用測(cè)井曲線解釋煤層的主要依據(jù)。

5.5 煤層對(duì)比可靠程度

通過(guò)煤巖層組合特征對(duì)比法、標(biāo)志層對(duì)比法、煤層頂?shù)装鍘r性對(duì)比法、煤層層間距對(duì)比法、測(cè)井曲線對(duì)比法等多種方法進(jìn)行對(duì)比，詳細(xì)查明井田內(nèi)可采煤層的層數(shù)、層位、厚度、結(jié)構(gòu)和可采范圍及煤層的穩(wěn)定程度，能滿足勘查和開(kāi)采的要求。煤2及煤4分布面積較大，煤層層位穩(wěn)定。對(duì)比標(biāo)志層清楚，物性特征明顯，對(duì)比可靠。煤3分布面積較集中，煤層層位不穩(wěn)定，依據(jù)物性特征、巖相旋回特征、充分結(jié)合地質(zhì)剖面特征，對(duì)比依據(jù)較充分，煤層對(duì)比可靠。煤1、煤2上、煤4下，煤層層位不穩(wěn)定，煤層薄而變化大，多不可采，呈透鏡狀，物性特征明顯，對(duì)比可靠。

6 結(jié)論

（1）王家山煤礦含煤地層主要為中侏羅統(tǒng)窯街組（J2y）地層，其次為中侏羅統(tǒng)新河組（J2x）地層。

（2）王家山煤礦含煤沉積因其獨(dú)特古地理環(huán)境和古氣候條件，而形成了含煤地層厚度大、含煤層數(shù)多、煤層厚度大、沉積相序發(fā)育較全、沉積物由粗變細(xì)的特征。

（3）本文通過(guò)煤巖層組合特征對(duì)比法、標(biāo)志層對(duì)比法、煤層頂?shù)装鍘r性對(duì)比法、煤層層間距對(duì)比法、測(cè)井曲線對(duì)比法等多種方法進(jìn)行對(duì)比，認(rèn)為主要可采煤層煤2及煤4分布面積較大，煤層層位穩(wěn)定，對(duì)比標(biāo)志層清楚，對(duì)比可靠。

（4）通過(guò)對(duì)王家山煤礦含煤地層巖相古地層環(huán)境特征的研究，推測(cè)王家山煤礦深部（850m水平以下）中侏羅統(tǒng)窯街組地層賦存可采煤層。預(yù)計(jì)煤層埋藏深度在1300～1500m。只是受到當(dāng)時(shí)勘查技術(shù)和開(kāi)采技術(shù)條件的限制而未進(jìn)行正式勘查施工。可能找到數(shù)量比較可觀的煤炭資源量，為王家山煤礦可持續(xù)發(fā)展具有指導(dǎo)意義。

[1]彭開(kāi)瀚.靖遠(yuǎn)煤田王家山礦區(qū)地質(zhì)勘探總體（普、詳、精）最終報(bào)告[R].甘肅煤田地質(zhì)局一三三隊(duì),1981.

[2]馬思弼.甘肅省靖遠(yuǎn)煤田王家山煤礦補(bǔ)充勘探報(bào)告[R].甘肅煤田地質(zhì)局一三三隊(duì),2013.

[3]甘肅省靖遠(yuǎn)煤田地質(zhì)說(shuō)明書(shū)（1：50000）[R].甘肅省煤田地質(zhì)勘探公司一三三隊(duì),1982.

[4]馬思弼.甘肅省白銀市王家山煤礦煤炭資源儲(chǔ)量核實(shí)報(bào)告[R].甘肅煤田地質(zhì)局一三三隊(duì),2017.

[5]韋欣，王玲，許孝萬(wàn).新疆沙爾湖煤田煤層特征及對(duì)比[J].中國(guó)煤炭地,2010,22（9）.

[6]張百祿.靖遠(yuǎn)煤田中侏羅統(tǒng)龍鳳山組沉積環(huán)境及賦煤規(guī)律研究[J].中國(guó)煤炭地質(zhì),2016,28（9）.