沁水煤田榆林勘查區(qū)含煤地層特征及沉積環(huán)境分析

羅鵬波

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

沁水煤田襄垣縣榆林勘查區(qū)煤炭普查項(xiàng)目位于位于山西省長治市北西部的襄垣縣虒亭鎮(zhèn)蔡橋、夏店鎮(zhèn)李家?guī)X—屯留縣余吾鎮(zhèn)老馬背、均地莊村一帶，南接上蓮煤炭詳查區(qū)，東接石泉煤業(yè)、大平煤業(yè)。本文通過分析研究該區(qū)含煤地層特征，對成煤環(huán)境簡單論述，結(jié)合鄰區(qū)的煤層分布，簡單論述沁水塊坳東翼中段的含煤特點(diǎn)。

1 基本概況

沁水煤田襄垣縣榆林勘查區(qū)煤炭普查采用以鉆探為主要手段，配合物理測井、地質(zhì)測量、采樣測試相結(jié)合的綜合勘查方法進(jìn)行?？辈閰^(qū)位于沁水盆地的東翼中段，晉—獲褶斷帶和武鄉(xiāng)—陽城凹褶帶之間?？傮w形態(tài)為一走向北北東，傾向北西的單斜構(gòu)造。南部局部地段由北北東折向南東東，傾向南。區(qū)內(nèi)主要發(fā)育二組大體平行的接近南北向的寬緩的褶曲構(gòu)造。勘查區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造不發(fā)育，僅在南西部發(fā)育二條正斷層，無巖漿活動，構(gòu)造屬簡單類型。出露地層主要為：二疊系上統(tǒng)上石盒子組三段、石千峰組、三疊系下統(tǒng)劉家溝組、和尚溝組、三疊系中統(tǒng)二馬營組以及第四系。主要含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組。

2 煤層賦存層位

含煤地層平均厚160.06m，共含煤15層，煤層總厚為平均厚12.91m，含煤系數(shù)為6.06%～10.46%，穩(wěn)定可采煤層為1層3號煤，局部可采煤4層，總厚度為7.84%～11.88%，平均10.03m，含煤系數(shù)4.90%～7.42%，平均6.27%。

山西組共含3層煤，煤層平均厚度為7.31m，該組為陸相沉積，分3～4個沉積旋回，煤層多沉積于旋回的頂部。其中下部聚煤作用較好，沉積有穩(wěn)定可采的3號煤層及極不穩(wěn)定不可采的4號煤層和極不穩(wěn)定且不可采的2號煤層?？辈閰^(qū)內(nèi)3號煤層厚5.60～7.96m，平均6.90m，2號煤層厚度平均0.14m，4號煤層平均厚度0.27m，1號煤層在本次勘探各工程中均未見到。

太原組地層平均厚度為112.74m，勘查區(qū)內(nèi)共含煤12層，煤層平均厚度為5.63m。地層沉積旋回韻律明顯，煤層多賦存于灰?guī)r底部，為典型的海陸交互相含煤沉積。從含煤性分析，可歸為三個沉積階段，下段為海陸運(yùn)動的開始，聚煤作用較好，沉積有穩(wěn)定局部可采的15-1、15-2號煤層和較穩(wěn)定但不可采的14號煤層。中段為海侵運(yùn)動較頻繁區(qū)，灰?guī)r層數(shù)多，煤層薄且不穩(wěn)定。其中包括11、12、13號煤層，均屬較穩(wěn)定但不可采之煤層。上段海侵運(yùn)動相對減弱，陸地環(huán)境占主導(dǎo)地位，區(qū)域上沉積有較穩(wěn)定大部可采的9號煤層，另有5號、6號、8號、10-1號、10-2號薄煤層，層位不穩(wěn)定且不可采。

3 煤層的形態(tài)、厚度及規(guī)模

（1）3煤層。煤層最厚7.96m（ZK8-8），最薄5.60m（ZK4-6），平均厚度為6.90m（見表1）。含0～1層夾矸，可采系數(shù)為100%，厚度變異系數(shù)為14.05%，矸石層位穩(wěn)定，主要分布于煤層中下部，煤層結(jié)構(gòu)簡單。矸石成分為炭質(zhì)泥巖和黑色泥巖，平均含矸率為28.33%。

（2）9煤層。位于太原組的中部，距3號煤層底板40.543～68.119m，平 均48.59m，下 距K4灰 巖 平 均19.23m，勘查區(qū)內(nèi)所有的鉆探工程均有控制，煤層最厚1.65m（ZK8-8），最薄0.25m（ZK8-12測），平均厚1.01m（見表1），其可采系數(shù)為50%，厚度變異系數(shù)為59.94%，屬大部可采的較穩(wěn)定煤層。9號煤層結(jié)構(gòu)簡單，夾0～1層夾矸，矸石為黑色泥巖。

表1 榆林勘查區(qū)煤層特征一覽表

（3）15-1煤層。位于太原組的下部，煤層最厚1.83m（ZK4-2），最薄0.30m（ZK8-4），平均厚度1.21m（見表1），該煤層局部孔（ZK4-2）有分叉現(xiàn)象，其可采系數(shù)為50%，厚度變異系數(shù)為42.83%，屬大部可采的穩(wěn)定煤層。煤層結(jié)構(gòu)簡單，一般夾0～1層夾矸，矸石為泥巖或炭質(zhì)泥巖。

（4）15-2煤層。煤層最厚1.48m（ZK4-10），最薄0.62m（ZK8-12），平均厚度1.01m（見表1），其可采系數(shù)為67%，厚度變異系數(shù)為31.84%，屬大部可采的穩(wěn)定煤層；煤層結(jié)構(gòu)簡單，一般含0～1層矸石，矸石為泥巖或炭質(zhì)泥巖。

4 可采煤層物理性質(zhì)、煤巖特征、頂?shù)装骞こ痰刭|(zhì)及煤質(zhì)

3煤為黑色，半亮型煤，層狀，具鏡、亮煤條帶，含0～1層泥巖或炭質(zhì)泥巖夾石。條帶狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造。階梯狀斷口，條痕為灰黑色。3號煤層鏡質(zhì)組最大反射率3.20%，相當(dāng)于無煙煤階段。頂板為砂質(zhì)泥巖、泥巖；底板為砂質(zhì)泥巖、泥巖，據(jù)巖石物理力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果均屬軟弱巖石，完整性差—中等，巖石質(zhì)量中等。3號煤為低—中灰、特低硫、低磷分、特高熱值之無煙煤及貧煤。

15-1、15-2號煤為黑色，條痕為灰黑色，具似金屬光澤，階梯狀斷口，條帶狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，內(nèi)生裂隙較發(fā)育，裂隙中多為石膏、黃鐵礦充填，含星點(diǎn)狀、結(jié)核狀黃鐵礦。宏觀煤巖組分以亮煤為主，鏡煤或呈條帶夾于亮煤之間或與亮煤呈互層狀，含少量的暗煤，鏡煤結(jié)構(gòu)均一，性脆易碎；暗煤光澤暗淡，比重、硬度均較大，具韌性；亮煤呈條帶狀分布。直接頂板一般為泥巖或粉砂質(zhì)泥巖，底板為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖或細(xì)砂巖。屬軟弱—半堅(jiān)硬巖石，完整性差—中等，巖石質(zhì)量中等—良。15-1煤為中灰、特低磷、特低硫—中高硫，以中高硫?yàn)橹?，中熱值—高熱值之無煙煤及貧煤。15-2號煤為中灰—高灰、低磷、低硫—中高硫，以中硫?yàn)橹?，低熱值—中熱值之無煙煤及貧煤。

勘查區(qū)內(nèi)3、9、15-1、15-2號煤層宏觀煤巖類型均為半亮型煤，顯微煤巖類型均為微鏡惰煤，鏡質(zhì)組最大反射率相當(dāng)于無煙煤階段，均無泥化現(xiàn)象。煤質(zhì)為低—中高灰、特低—中高硫、低揮發(fā)分、中等固定碳、中高發(fā)熱量貧煤。

5 成煤環(huán)境探討

在海西期晚石炭世開始，本區(qū)隨著華北地臺緩慢下沉，而伴生晚石炭世海侵從東北向西南方向推進(jìn)，對積存在古侵蝕面上的古風(fēng)化殼進(jìn)行溶蝕和改造，形成分布比較廣泛的瀉湖相鐵鋁巖沉積組合；早二疊世（太原期—山西期）華北地臺已總體處于陸表海及其濱岸環(huán)境，由于地塊的不均衡活動及震蕩運(yùn)動，導(dǎo)致海水多次反復(fù)進(jìn)退，形成了一套海陸交互相的含煤沉積組合，并發(fā)育了4～5個比較完整的三角洲沉積旋回，海退后的三角洲平原是最有利于形成泥炭沼澤環(huán)境，本區(qū)早二疊世的主要煤層則形成于此時，相對穩(wěn)定的濱岸環(huán)境形成了良好的聚煤成煤條件。

本區(qū)在早太原期瀉湖基礎(chǔ)上，因波浪和潮汐作用形成一系列障壁島，把廣闊的陸表海分割成眾多瀉湖，因海退影響，適宜的條件下，逐漸成為良好的沼澤聚煤成煤環(huán)境，又因多次海進(jìn)海退，直至最終較大的海進(jìn)形成K2灰?guī)r，完成一次沉積旋回，形成了層位穩(wěn)定大部可采的煤層為太原組15-1、15-2號煤層；中太原期由于又因多次較大海進(jìn)海退，完成二次沉積旋回，形成層位較穩(wěn)定大部可采的煤層為太原組9號煤層和K3、K4灰?guī)r；晚太原期又因多次海進(jìn)海退，又完成二次完整的沉積旋回，形成不可采的透鏡狀5、6號煤層，直至泛濫盆地的出現(xiàn)，結(jié)束了太原期的沉積組合。

在進(jìn)入山西期后本區(qū)處于相對較淺的上三角洲平原地段，接受了古特提斯大陸河水，在多次海進(jìn)海退的影響下，在本區(qū)又形成了3～4次的沉積旋回，形成了層位穩(wěn)定全區(qū)可采煤層為山西組3號煤層和1、2、4號不穩(wěn)定煤層。

6 結(jié)論

勘查區(qū)位于沁水塊坳東翼中段，晉獲褶斷帶和武鄉(xiāng)—陽城凹褶帶之間。平面上通過勘查區(qū)地理位置及周邊煤層特征對比，可反映出本區(qū)15-2、15-1號煤層成煤環(huán)境位于三角洲前緣泥炭沼澤相，成煤環(huán)境好，形成穩(wěn)定可采煤層；9號煤層沉積環(huán)境位于三角洲前緣河口沙壩淤積而成的環(huán)境，太原組反映出本區(qū)由早太原期至晚太原期成煤環(huán)境越好的特征，現(xiàn)實(shí)表現(xiàn)為由老至新15-2、15-1號煤層全部可采，層狀結(jié)構(gòu)；9號煤層不穩(wěn)定局部可采，似層狀結(jié)構(gòu)，再向上的煤層均不可采，透鏡體范圍變小，但煤層變多，剖面結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。

山西組成煤環(huán)境三角洲平原相沉積、三角洲前緣、沼澤，3號煤層的成煤環(huán)境主要是沼澤。