大同煤田巖漿巖侵入對煤層煤質(zhì)的影響

王 璐，宋 景

(陜西省一九四煤田地質(zhì)有限公司，陜西 銅川 727000)

0 引言

大同煤田為一雙紀(jì)煤田，即侏羅紀(jì)煤田和石炭-二疊紀(jì)煤田，現(xiàn)上部的侏羅紀(jì)煤田已開發(fā)完畢，正大規(guī)模的開發(fā)下部石炭-二疊紀(jì)煤田。大同煤田在不同時期經(jīng)歷了多次構(gòu)造運(yùn)動，對煤田內(nèi)部的煤層等造成了一定的影響，尤其是在中生代印支運(yùn)動時期，對大同煤田北部的石炭-二疊紀(jì)煤田中的煤層煤質(zhì)影響尤為嚴(yán)重[1-3]。以往文獻(xiàn)資料均對大同煤田巖漿巖活動做了很多的分析研究，在以往地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，本次僅收集了大同煤田中部東南邊緣地帶鵝Ⅳ精查勘探區(qū)內(nèi)的鉆孔及周邊煤礦實際開采等資料，分析區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(印支運(yùn)動時期)、巖漿巖侵入的規(guī)律，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計對比的方法分析巖漿巖侵入對煤層煤質(zhì)的影響。

1 區(qū)域構(gòu)造

大同煤田位于天山—陰山緯向構(gòu)造帶的南側(cè)，新華夏系第三隆起帶上。西鄰呂梁經(jīng)向斜構(gòu)造帶的西石山脈，東與大同盆地接壤。大同煤田處于東西向構(gòu)造體系與新華夏系聯(lián)合部位，是一個與大同新生代斷陷盆地相對應(yīng)的新華夏系的臺隆，二者之間以口泉山脈山前斷裂，即山陰—懷仁—大同大斷裂為界。大同煤田為一開闊的、北東向的向斜構(gòu)造，向北東傾伏，南東翼傾角一般20°～60°，局部直立倒轉(zhuǎn)。北西翼被白堊系覆蓋。由于受東西向構(gòu)造本身的影響，其主干構(gòu)造線呈北東向。大同煤田為一雙紀(jì)煤田，下部為石炭-二疊紀(jì)含煤巖組，上部為侏羅系含煤巖組；鵝Ⅳ精查勘探區(qū)位于大同煤田中部東南邊緣地帶，屬大同向斜的中東翼，如圖1所示，侏羅系地層在本區(qū)缺失。

圖1 大同煤田構(gòu)造形態(tài)示意圖

2 勘查區(qū)構(gòu)造及巖漿巖活動

2.1 勘查區(qū)構(gòu)造

構(gòu)造運(yùn)動：通過收集查閱大量地質(zhì)資料，大同煤田在太古界、古生界均經(jīng)歷了多次構(gòu)造運(yùn)動，不均衡的沉降抬升隆起，使地層發(fā)生不同程度的夷平、改造等。大同煤田的地層經(jīng)歷了3期巖漿巖活動，一是即中生代印支運(yùn)動時期，華北板塊與華南板塊碰撞，使其整體抬升，巖漿巖(煌斑巖)通過斷裂構(gòu)造為主要通道侵入地層，主要呈巖墻、巖床式侵入石炭紀(jì)及二疊紀(jì)地層中，同時又以巖床的形式侵入太原組地層中，對煤層破壞嚴(yán)重[4-6]；二是燕山運(yùn)動時期多為拉伸-擠壓作用，在侏羅系煤系中，輝綠巖呈巖墻侵入，主要為NE與NNE向，偶見NW向，巖墻寬度一般為1 m左右，最大3 m，對煤層破壞極??；三是煤田外圍有新生代喜馬拉雅期的玄武巖分布，在煤田西北部為新近系的漢諾壩玄武巖，在煤田東北部大同、陽高一帶為第四紀(jì)玄武巖，即著名的大同火山群。鵝Ⅳ精查勘探區(qū)(以下簡稱“本區(qū)”)在以上構(gòu)造運(yùn)動時期內(nèi)活躍，區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)了巖漿巖(煌斑巖、輝綠巖)侵入現(xiàn)象，巖漿巖活動強(qiáng)烈，勘查區(qū)構(gòu)造屬中等型。

煌斑巖：黑色，含大量云母斑晶，風(fēng)化后呈灰黃色，主要礦物有斜長石、黑云母，次生礦物有方解石、磁鐵礦等，長石多已被方解石替代。絕對年齡值在2.2億年左右。區(qū)內(nèi)煌斑巖巖墻共有5條，見表1，編號為X1、X2、X3、X4。

表1 煌斑巖巖墻特征一覽表

輝綠巖：墨綠色，較硬，具有球狀風(fēng)化特征。風(fēng)化后呈黃綠色，垂直節(jié)理發(fā)育，并有方解石脈充填。礦物成分主要為基性斜長石、輝石、角閃石以及觸變暗色礦物，具氣孔狀構(gòu)造?；救砍蕩r墻形式展布。切穿白堊系以及以下地層。巖墻走向大部分為NE向，傾向近于直立，寬度1～3 m，長度幾米到幾十米甚至數(shù)公里不等。巖體的同位素年齡值為1.15～1.4億年。區(qū)內(nèi)輝綠巖墻有8條，編號為βμ1、βμ2、βμ3、βμ4，具體情況見表2。

2.2 巖漿巖活動

入侵形式：通過對區(qū)內(nèi)大量鉆孔資料整理及區(qū)內(nèi)煤礦實際開采調(diào)查等資料，煌斑巖以巖墻的形式侵入石炭紀(jì)及二疊紀(jì)地層中，同時又以巖墻轉(zhuǎn)化為巖床的形式侵入太原組地層中，掘進(jìn)中距巖墻或斷裂面近的巖床厚度大、層數(shù)多，當(dāng)巖床侵入較遠(yuǎn)或尖滅時，呈透鏡狀或串珠狀，巖漿活動強(qiáng)烈，對煤層破壞較大[7-10]。輝綠巖主要以巖墻形式侵入地層中，對煤層影響極小。

表2 輝綠巖巖墻特征一覽表

斷層特征：區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)斷層有13條，落差大于10 m 的5條，5～10 m的6條，小于5 m的2條，其中NW向斷裂最為發(fā)育，共11條，占總數(shù)的85%，NE向斷裂2條，多為高角度斷層，見表3。

3 對煤層煤質(zhì)的影響

3.1 對煤層的影響

煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜化：通過對大量資料及以往鉆孔的煤層煤質(zhì)成果統(tǒng)計分析，區(qū)內(nèi)8個鉆孔見到煌斑巖，其中RB-9、RB-14號鉆孔為侵入下石盒子組的巖床；鵝341、RB-9號鉆孔為侵入山西組的巖床，鵝235、鵝310、鵝316、鵝320號鉆孔為侵入太原組巖墻、巖床。

表3 斷層特征一覽表

煤層變質(zhì)：區(qū)內(nèi)2號煤層僅鵝316號鉆孔中煌斑巖以巖床形式侵入煤層，使煤層變質(zhì)；4(3-4)號煤層僅鵝235、鵝316號2個鉆孔中煌斑巖以巖床形式侵入煤層，使鵝235號鉆孔煤層全部變質(zhì)，鵝316號鉆孔煌斑巖使該孔煤層部分變質(zhì)；5號煤層僅鵝235、鵝320號、鵝310號3個鉆孔中煌斑巖侵入煤層，厚度、夾矸數(shù)(0～15層)各不相同，其中鵝235號鉆孔煌斑巖使該孔煤層全部變質(zhì)，鵝320號鉆孔煌斑巖使該孔煤層部分變質(zhì)；8號煤層僅鵝235號鉆孔煤層變質(zhì)為硅化煤。

煤層厚度：調(diào)查了勘查區(qū)東部柴溝煤礦實際開采資料，可知掘進(jìn)中發(fā)現(xiàn)煌斑巖侵入對煤層破壞程度遠(yuǎn)比鉆探揭露的高。煌斑巖在煤層中除以巖墻、巖床的形態(tài)存在外，還以串珠形的透鏡體夾于煤層間，煌斑巖在煤巖層中，沿薄弱部位侵入，小的斷層與大的節(jié)理多數(shù)被煌斑巖充填，充分證實了熾熱的巖漿侵入煤系地層后，從強(qiáng)度較小的煤層順層侵入，雜亂無章，規(guī)律性較差，不但置換了原煤層的賦存位置，還使其發(fā)生熱接觸變質(zhì)、硅化，破壞了煤層的原有厚度和結(jié)構(gòu)，并使有益厚度變薄，降低了煤的工業(yè)利用價值。煌斑巖侵入破壞導(dǎo)致原生煤層厚度變化較大，夾矸賦存規(guī)律性差，不利于煤礦井下開采。

3.2 對煤質(zhì)的影響

正常煤與接觸其它煤類：本區(qū)各煤層以氣煤為主，煌斑巖侵入煤層形成巖床產(chǎn)生接觸變質(zhì)，因距煌斑巖遠(yuǎn)近不同煤質(zhì)有較大差異，煤類有天然焦、無煙煤、貧煤、貧瘦煤、不粘煤、弱粘煤等?；桶邘r侵入煤層因受其產(chǎn)狀，厚度、層數(shù)和煤層結(jié)構(gòu)等因素影響，接觸變質(zhì)煤范圍大多在幾米之內(nèi)。與煌斑巖直接接觸的其顏色多為灰黑色，略具金屬光澤，氣孔發(fā)育，碳酸鹽類礦物充填孔隙或裂隙，塊狀構(gòu)造，比重較大，外觀似冶金焦炭，鑒定名稱為天然焦。其次是正常煤與天然焦之間，顏色、光澤等宏觀物理特征與正常煤相似的，只有通過化驗測試煤質(zhì)指標(biāo)與正常煤區(qū)別確定，統(tǒng)稱為“其它煤類”，其它煤類與正常煤劃分，見表4。

煤質(zhì)化驗結(jié)果分析：通過鉆孔正常煤類鉆孔與煌斑巖侵入鉆孔煤層煤質(zhì)的統(tǒng)計分析，見表5。正常煤類(氣煤)原煤水分(Mad)平均1.43%左右，其它煤類原煤水分(Mad)平均2.40%左右；正常煤類(氣煤)原煤灰分(Ad)平均24.33%左右，其它煤類原煤水分(Ad)平均34.52%左右；正常煤類(氣煤)原煤揮發(fā)分(Vdaf)平均37.26%左右，其它煤類原煤揮發(fā)分(Vdaf)平均18.82%左右；正常煤類(氣煤)原煤全硫(St.d)平均0.74%左右，其它煤類原煤全硫(St.d)平均1.07%左右；正常煤類(氣煤)原煤發(fā)熱量(Qb，ad)平均24.38 MJ/kg左右，其它煤類原煤發(fā)熱量(Qb，ad)平均18.10 MJ/kg左右；正常煤類(氣煤)原煤容重平均1.42，其它煤類原煤容重平均1.55；正常煤類(氣煤)浮煤揮發(fā)分(Vdaf)平均37.53%左右，其它煤類浮煤揮發(fā)分(Vdaf)平均24.14%左右；由此可知，煌斑巖侵入使局部地段的原煤水分(Mad)普遍增高2%，灰分(Ad)增高10%左右，全硫(St.d)降低0.1%左右，浮煤揮發(fā)分(Vdaf)一般降低5～25%。原煤發(fā)熱量(Qgr，v，d)一般在22 MJ/kg以下，明顯低于正常煤，粘結(jié)性降低較大，多數(shù)為不粘結(jié)，少量弱粘結(jié)。焦油產(chǎn)率降低，平均低于4%。元素分析其碳含量增高2%左右，氫、氧含量則降低1%～2%左右。

表4 正常煤與接觸其它煤類劃分表

表5 正常煤類與其它煤類煤質(zhì)化驗成果對比表

4 結(jié)論

(1)印支運(yùn)動時期該區(qū)巖漿巖活動(煌斑巖侵入)活躍，其沿地層裂隙及斷層為主要通道，以巖墻、巖床的形式侵入地層中薄弱地層，例如煤層中使其局部受熱接觸變質(zhì)，使煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜化、有益厚度變薄、煤質(zhì)含量升高或降低、煤類(貧煤、無煙煤、天然焦等其他煤類)發(fā)生變化，使其降低工業(yè)價值，儲量減少。

(2)煌斑巖侵入與煤層接觸變質(zhì)(干餾作用)，焦化過程中可產(chǎn)生定量的瓦斯，瓦斯含量隨煤層的變質(zhì)程度的增高而變大，故有煌斑巖侵入地段開采時，必須高度重視。

(3)現(xiàn)階段大同煤田開發(fā)石炭-二疊紀(jì)煤田都是大型礦井，使用的綜合機(jī)械化開采，對煤層的層位和賦存狀態(tài)的掌握程度要求越來越高，建議對該區(qū)進(jìn)行三維地震工作，來驗證斷層及巖漿巖活動情況，通過對區(qū)內(nèi)煌斑巖侵入研究，能夠準(zhǔn)確的掌握其侵入的形態(tài)及其影響范圍，能夠提高地質(zhì)工作對煌斑巖的預(yù)測預(yù)報，可為今后煤礦安全生產(chǎn)起到重要指導(dǎo)意義。