梅斯布拉克煤礦區(qū)二井田煤巖煤質(zhì)及煤相特征

黃濤 李萬軍(新疆維吾爾自治區(qū)煤田地質(zhì)局一六一煤田地質(zhì)勘探隊，新疆 烏魯木齊 830000)

0 引言

在天山造山帶南緣、塔里木盆地北緣之間的位置，有一個著名的凹陷，就是我們所說的庫拜凹陷，庫拜凹陷的礦產(chǎn)十分豐富，除常規(guī)的石油資源與煤炭資源之外，還富含十分豐富的天然氣資源，另外，一些珍稀資源的含量也十分可觀，包含油砂、致密砂巖氣、頁巖氣、煤層氣等。近年來，越來越多的學(xué)者開始關(guān)注針對庫拜煤田資源儲量的研究，如對拜城縣庫爾阿肯井田-煤礦三號井煤層煤質(zhì)特征取得成就最多地是張豫疆[1]；針對庫拜煤田開發(fā)應(yīng)用前景以及有利儲層的相關(guān)研究，即從儲層特征方面出發(fā)進行的研究主要以張洲、安慶、孫清波等等人在研究中取得的成績最為顯著[2-4]；莊新國、阿力木江·吐斯依提等研究人員在研究中重點以庫拜煤田塔里奇克組層序地層與聚煤規(guī)律為主要課題，并在此過程中取得了十分豐碩的成果。要想有效提升煤炭資源的利用深度，提升煤炭資源開發(fā)的健康程度以及保障綠色應(yīng)用，文章主要以庫拜煤田順發(fā)井田為主要研究對象，以前期研究中取得的相關(guān)測試數(shù)據(jù)為基準，對井田的煤巖煤質(zhì)特征進行了歸納總結(jié)，并以sc煤巖煤相有關(guān)的理論為基礎(chǔ)，針對成煤環(huán)境的相關(guān)問題進行了探討。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

在塔里木盆地北緣-天山南簏交界部位，既是庫拜煤田的所在地，庫拜煤田的覆蓋范圍十分廣泛，從位于西部的木扎特河為起始，開始逐漸向東延伸，至依奇克里克止，總面積約為1585km2，地跨兩個行政區(qū)，即拜城縣以及阿克蘇地區(qū)庫車縣。本次研究工作的展開過程中，所使用的所有樣品煤巖均來自于拜城縣梅斯布拉克煤礦區(qū)二井田。井田地處拜城縣北部位置，屬于單斜構(gòu)造結(jié)構(gòu)，從井田的總體形態(tài)來講，其總體構(gòu)造形態(tài)依然屬于單斜形態(tài)，整體呈現(xiàn)出向南傾斜的趨勢(圖1)。侏羅系下統(tǒng)塔里奇克組、第四系以及阿合組是二井田及其附近主要分布的地層形態(tài)。其中侏羅系下統(tǒng)塔里奇克組(J1t)共含十三層煤，其中全可采煤層A3-2、A5-4、A7、A8、A9，大部分可采煤層為A6、A12。煤層平均厚度總和21.06米，可采煤層平均厚度總和19.17米。

2 樣品采集與測試

圖1 研究區(qū)位置圖

本次研究工作的開展過程中，其最主要的依據(jù)是《煤層煤樣采取方法》(GB/T482-2008)，涉及的主要煤層有7個，均位于梅斯布拉克煤礦區(qū)二井田內(nèi)，在對每個煤層進行探測的過程中，樣品需要選取兩件，兩件樣品分別位于煤層的底板位置以及頂板位置，總共采集的煤炭樣品為14件。在實際進行工業(yè)分析的過程中，相關(guān)操作需要嚴格依照國家標準GB212-91。而實際在對煤巖光片進行制備的過程中，需要嚴格依據(jù)ISO 7404-2相關(guān)質(zhì)量標準進行操作，在實際觀察煤巖光片的過程中，最常用的工具就是光學(xué)顯微鏡。分別使用50倍的油浸鏡頭以及10倍的目鏡配合蔡司Axio Scope A1顯微鏡配觀察之前以及制備好的拋光塊。每個拋光塊設(shè)置500個計數(shù)點，但是需要保證500個計數(shù)點能夠?qū)崿F(xiàn)均勻分布，分類統(tǒng)計的過程中主要依據(jù)為煤巖學(xué)的相關(guān)理論。

3 實驗結(jié)果

3.1 煤巖煤質(zhì)結(jié)果

通過對14個樣品的煤巖組分進行研究分析，具體統(tǒng)計結(jié)果見表1，在顯微組分中，主要以惰質(zhì)組為主，這一部分的顯微組分平均含量為51.41%，其次為鏡質(zhì)組，這一部分的平均含量為41.65%，殼質(zhì)組含量整體較少，幾乎可以忽略不計。通過對組間的平均最大反射率(Romax)進行分析，鏡質(zhì)組處于1.08%～1.66%之間。通過對于鏡質(zhì)組分的相關(guān)成分進行分析，碎屑鏡質(zhì)體以及基質(zhì)鏡質(zhì)體是最主要的成分，這兩部分成分都可以納入到無結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體的范疇之內(nèi)。通過對于基質(zhì)鏡質(zhì)體進行分析，淺色是其主要的油浸反射色，但是，凸起以及細胞結(jié)構(gòu)很難實現(xiàn)清晰顯示，物質(zhì)的表面具有較高的平整度以及純凈度，由此可以得出以下結(jié)論，碎屑鏡質(zhì)體具有較小的粒徑，其分布具有較強的不規(guī)則性特點，在應(yīng)力的作用下，鏡質(zhì)組份的穩(wěn)定性較低，具有易碎的特點，基質(zhì)半鏡質(zhì)體是半鏡質(zhì)組份的主要構(gòu)成，在油浸反射色光下，能夠略微顯示突起，主要以白色為主，但是，細胞結(jié)構(gòu)依然不顯示。絲質(zhì)體是惰質(zhì)組份的主要形態(tài)，其構(gòu)成主要為粗粒體。在結(jié)構(gòu)方布的方面，絲質(zhì)體主要以“網(wǎng)”狀結(jié)構(gòu)分布以及“星”狀結(jié)構(gòu)分布為主，具有較高突起，白色依然為主要的油浸反射色。粗粒體自身結(jié)構(gòu)保存的完整度多數(shù)相對較低，其自身形狀具有不固定的特點，殼質(zhì)的焦塊以及組分均十分少見。粘土是無機類礦物的最主要組成部分，其自身具有較強的聚集性特點，主要呈現(xiàn)出呈浸染狀分布。而從黃鐵礦的分布特點來看，其主要以鮞狀分布為主。碳酸鹽礦物的一個最主要的特點就是其分布主要呈現(xiàn)出脈狀的特點。其顯微煤巖類型也有其自身的特點，不僅包含亮暗煤，同時也包含暗亮煤，類型跨度范圍相對較廣，少數(shù)民族自身屬于Ⅲ階，但是從本質(zhì)的角度來講，Ⅳ階依然為主要的變質(zhì)階段。

表1 樣品煤巖煤質(zhì)統(tǒng)計表

3.2 工業(yè)分析結(jié)果

7 個原煤樣品的工業(yè)分析統(tǒng)計結(jié)果如表2所示，二井田原煤空氣干燥基水分變化在0.37%～0.68%之間，平均含量為0.53%(依據(jù)MT/T 850～2000標準低含水煤為＜5%，中含水煤為5%～15%，高含水煤＞15%)；灰分含量19.28%～24.40%，平均值21.84%(依據(jù)GB/T 15224.1—2004，低灰分煤的灰分產(chǎn)率為10.01% ～ 16.00%，中灰分煤的灰分產(chǎn)率為16.01% ～ 29.00%，高灰分煤的灰分產(chǎn)率為＞29.00%)；揮發(fā)分含量(Vdaf)變化在22.64-34.57%之間，平均值28.675%(依據(jù)MT/T 849—2000標準，中高揮發(fā)分煤28.01%～37.00%，高揮發(fā)分煤37.01%～50.00%，大于50.00%的為超高揮發(fā)分煤)；全硫(St.d)變化在0.34%～0.68%之間，平均值0.52%(依據(jù)GB/T 15224.2—2004超低硫煤＜0.5%，低硫煤＜ 0.51%～0.9%，中硫＜0.9%～1.50%)。

綜合顯示二井田的煤層原煤總體大約可以分為三類，即為中高揮發(fā)分、中灰、低水類型的特低硫煤。

7 個精煤樣品的從工業(yè)角度進行分析的具體統(tǒng)計結(jié)果如表2，二井田精煤空氣干燥基水分在0.43%～0.65%之間的幅度變化，平均含量方面的統(tǒng)計結(jié)果為0.54%；灰分含量多數(shù)情況下處在0.95%～11.63%之間，6.28%是平均值；揮發(fā)分含量(Vdaf)基本在20.12%～26.59%的范圍之內(nèi)浮動，23.36%是平均值；全硫(St.d)含量的浮動范圍在0.16%～0.40%之間，平均值為0.28%。

表2 工業(yè)分析結(jié)果統(tǒng)計表

4 煤相分析

在實際研究每項的過程中，國外研究人員所提出的煤項參數(shù)也普遍存在較大差異，現(xiàn)階段最常用的理論主要包括1986年DIESSEL在經(jīng)過研究后提出的組織保存指數(shù)(TPI)以及凝膠化指數(shù)(GI) ，1991年CALDER 等研究人員提出的搬運指數(shù)(TI)、2002年MARQUES等研究人員提出的植被指數(shù)(VI)以及地下水流動指數(shù)(GWI) 和 ，1991年KALKREUTH 等研究人員經(jīng)過多年研究提出的礦物資料分析煤的形成環(huán)境的相關(guān)理論，研究過程中，其主要成就在于確定了確定了湖沼－淺沼相(B)、淺沼相(A)、湖沼相(C)3個現(xiàn)階段研究中依然十分常用的顯微組分組合。現(xiàn)階段在實際進行煤相學(xué)相關(guān)研究的過程中，這些參數(shù)依然是研究的基礎(chǔ)方法。本次研究中，文章主要根據(jù)研究區(qū)7個煤層樣品顯微煤巖組分定量分析結(jié)果，研究區(qū)域自身的煤相特征進行了具體有效的分析。

通過對相關(guān)的成因參數(shù)進行綜合分析以及定量計算能夠得出以下結(jié)論，所有樣品的TPI＞1 (圖2)，在TPI 群體中屬于中高層級，說明煤巖不僅具有降解程度低的優(yōu)點，同時能夠較好地保存植物結(jié)構(gòu)，由此我們也能夠明確木本植物是成媒的主要植物。同時，通過對顯微鏡煤巖分組中細胞結(jié)構(gòu)保存較好的類型以及較低的GI指數(shù)，能夠作出以下判斷，即干燥的森林沼澤環(huán)境是煤巖沉積的主要環(huán)境。此外，通過對于TPI指數(shù)進行合理有效的判斷，也能夠清晰地反映出水體的pH值，若水體環(huán)境中pH較高的情況下，其細菌的活性作用也會相應(yīng)增強，進而更好地分解植物遺體。所以對于區(qū)煤樣的TPI指數(shù)進行分析具有十分顯著的現(xiàn)實意義，其能夠?qū)Τ擅旱恼w過程進行清晰顯示，說明偏酸性的水體環(huán)境更容易成煤，這也在一定程度上揭示了煤炭中細胞結(jié)構(gòu)保存普遍完好的原因。A12-1、A12-2樣品GI＞1，間接告訴我們在成媒的過程中具有較高的地下水水位，沼澤環(huán)境具有較高的濕潤度;其余樣品的GI值都小于1，說明在煤炭的形成初期，地下水的水位整體較低，沼澤處于相對干燥的環(huán)境之中。相比之下，由于凝膠化作用并沒有明顯形成，因此，在惰質(zhì)組和鏡質(zhì)組中依然能夠觀察到明顯的細胞結(jié)構(gòu)。

圖2 樣品GI-TPI相圖

圖3 樣品GWI-VI相圖

如圖3所示，GWI-VI 相圖中有14個樣品全都落在 VI＞2 的區(qū)域，說明木本植物型本質(zhì)上才是主要的成煤植物類型。通過對于煤層垂向變化的相關(guān)情況進行分析，在早期成煤的階段，木本植物是主體，而伴隨著時間的推移，覆水程度也會逐漸增加，進而出現(xiàn)少量的水生植物。在這一過程中，全部樣品 GWI值均小于0.5，說明在這一階段沼澤本身具有較低的地下水位，水體處于相對靜止的狀態(tài)或流通不暢的狀態(tài)，這一環(huán)境非常有利于富集營養(yǎng)成分，進而促使木本植物能夠擁有較好的成長環(huán)境，進而為成煤沼澤的穩(wěn)定發(fā)育打下良好的基礎(chǔ)。

5 結(jié)語

(1)梅斯布拉克礦區(qū)二井田原煤顯微組具有數(shù)量最多的分惰質(zhì)組，經(jīng)過推算得出其平均含量為48.13%，其次為鏡質(zhì)組，經(jīng)過推算得出其平均含量為44.36%，含量最少的為殼質(zhì)組。通過工業(yè)分析結(jié)果進行探討能夠得出以下方面的結(jié)論：梅斯布拉克礦區(qū)二井田9#、8#、7#、6#、5#、3#煤層原煤總體為中灰、低水、中高揮發(fā)分，本質(zhì)上屬于特低硫煤。而精煤為低灰、中揮發(fā)分、低水，也屬于特低硫煤的范疇之內(nèi)。

(2)漢水泉礦區(qū)煤層的沉積環(huán)境從整體分布的角度來講，其呈現(xiàn)出了有干燥的森林環(huán)向潮濕的森林環(huán)境過度的趨勢，在煤層沉積的過程中，木本植物的遺體是最主要的有機物源。