陜北石炭–二疊紀(jì)富油煤賦存特征及影響因素

姚 征，羅乾周，李 寧，李華兵，王 強(qiáng)，高 駿

(1.陜西省地質(zhì)調(diào)查院，陜西 西安 710054；2.陜西省礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安 710068)

我國能源稟賦特點(diǎn)為“相對富煤、貧油、少氣、缺鈾”[1]。面對國內(nèi)油氣對外依存度持續(xù)攀升的不利局面和全球二氧化碳排放對生態(tài)系統(tǒng)的巨大威脅，立足我國煤炭資源優(yōu)勢，推動(dòng)煤炭清潔高效利用已然成為保障國家能源安全和實(shí)現(xiàn)我國碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的戰(zhàn)略選擇[2-3]。富油煤是一種高焦油產(chǎn)率的特殊煤炭資源[4-5]，經(jīng)熱解可生成焦油、煤氣和半焦，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化可形成清潔燃料、特種油品、精細(xì)化工產(chǎn)品和氫氣資源[6-7]，從而實(shí)現(xiàn)燃料向“燃料+原料”“高碳”向“低碳”的綠色轉(zhuǎn)變。因此，查明我國富油煤賦存規(guī)律對合理布局低階煤分質(zhì)利用產(chǎn)業(yè)、有效提升油氣供應(yīng)能力和推進(jìn)碳達(dá)峰、碳中和具有重要意義[8]。

陜北石炭–二疊紀(jì)煤田的煤炭資源量大質(zhì)優(yōu)，包括古城、府谷和吳堡等3 個(gè)國家煤炭規(guī)劃礦區(qū)。當(dāng)前，針對該區(qū)富油煤賦存特征欠缺全面研究，這在一定程度上限制了富油煤清潔高效利用?；诿禾靠辈橘Y料和樣品測試結(jié)果，筆者以陜北石炭–二疊紀(jì)煤田典型礦區(qū)可采煤層為研究對象，以煤焦油產(chǎn)率為切入點(diǎn)，從垂向發(fā)育和橫向展布視角，探討富油煤時(shí)空分布規(guī)律，分析富油煤賦存影響因素，旨在為典型礦區(qū)富油煤資源綜合勘查、遠(yuǎn)景預(yù)測、精準(zhǔn)開采和高效利用提供地質(zhì)依據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

陜北石炭–二疊紀(jì)煤田位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡與晉西撓褶帶的結(jié)合部位(圖1a)，以中部佳縣一帶為界，分為北部古城礦區(qū)、府谷礦區(qū)與南部吳堡礦區(qū)[9-10]。研究區(qū)構(gòu)造簡單，為一走向NNE–近NS、傾向西的平緩單斜，傾角1°～5°，主要發(fā)育張性正斷層和小型褶曲。古城–府谷礦區(qū)以近NS 向撓褶帶為主要構(gòu)造，發(fā)育近EW 向開闊平緩褶曲、NW向清水川正斷裂組和近EW 向?qū)O家溝正斷裂組(圖1b)。吳堡礦區(qū)整體呈西傾單斜構(gòu)造，發(fā)育離石–吳堡短軸傾伏背斜及伴生小型褶曲，斷裂構(gòu)造包括近EW 向的柳壕溝地塹式斷層組和吳堡城地塹式斷層組(圖1c)[11-12]。區(qū)內(nèi)發(fā)育地層由老至新依次為奧陶系下–中統(tǒng)馬家溝組；石炭系上統(tǒng)本溪組，石炭系上統(tǒng)–二疊系下統(tǒng)太原組，二疊系下統(tǒng)山西組、中上統(tǒng)石盒子組、上統(tǒng)孫家溝組；三疊系下統(tǒng)劉家溝組、和尚溝組，中統(tǒng)二馬營組；侏羅系下統(tǒng)富縣組；新近系和第四系。

2 含煤地層及煤層性質(zhì)

2.1 煤層特征

研究區(qū)屬于鄂爾多斯盆地東緣撓曲賦煤帶，主要含煤地層為太原組與山西組[9]。古城–府谷礦區(qū)太原組厚度51.23～121.30 m，一般為80 m，含煤層4～9層，可采煤層自上而下為5 至11 煤，古城礦區(qū)主要可采煤層為8、9 煤，府谷礦區(qū)主要可采煤層為6 至9 煤；山西組厚度18.84～105.13 m，平均為58.57 m，含煤層1～7 層，古城礦區(qū)主要可采煤層為4 煤，府谷礦區(qū)主要可采煤層為3、4 煤。吳堡礦區(qū)太原組厚度約66.10～96.74 m，一般為70 m，含煤層2～8 層，可采煤層自上而下為T3、T1上、T1煤；山西組厚度約16.01～85.93 m，平均為54.84 m，含煤層2～8 層，可采煤層自上而下為S3、S2、S1煤，主要可采煤層為T1、S1煤(表1)。

表1 研究區(qū)可采煤層發(fā)育特征Table 1 Development characteristics of mineable coal seams in the research area

2.2 煤巖特征

根據(jù)以往煤炭勘查資料統(tǒng)計(jì)分析可知(表2)：古城礦區(qū)可采煤層宏觀煤巖組分以亮煤和暗煤為主，宏觀煤巖類型主要為半亮煤和半暗煤；有機(jī)顯微組分以鏡質(zhì)組為主，次為惰質(zhì)組，殼質(zhì)組少量，無機(jī)礦物以黏土礦物為主，次為碳酸鹽礦物；各煤層鏡質(zhì)體最大反射率(Rmax)為0.58%～0.82%。府谷礦區(qū)可采煤層宏觀煤巖組分以暗煤和亮煤為主，宏觀煤巖類型主要為半暗煤、半亮煤；有機(jī)顯微組分整體以鏡質(zhì)組為主，惰質(zhì)組含量較高，殼質(zhì)組少量；無機(jī)礦物以黏土礦物為主；各煤層鏡質(zhì)體最大反射率為0.54%～0.67%。吳堡礦區(qū)可采煤層宏觀煤巖組分以亮煤為主，宏觀煤巖類型主要為半亮煤，其次為光亮煤；有機(jī)顯微組分均以鏡質(zhì)組為主，惰質(zhì)組次之，殼質(zhì)組含量極低；無機(jī)顯微組分主要為黏土礦物；各煤層鏡質(zhì)體最大反射率為1.10%～1.50%。

表2 可采煤層煤巖顯微測試結(jié)果Table 2 Microscopic test results of macerals and minerals in mineable coal seams

以進(jìn)一步了解煤的顯微組分特征為目標(biāo)，依據(jù)GB/T 482—2008《煤層煤樣采取方法》，針對府谷礦區(qū)馮家塔煤礦、海則廟煤礦現(xiàn)采煤層進(jìn)行樣品采集，包括煤巖樣品5 件、頂?shù)装鍢悠犯? 件與夾矸樣品1 件(表3)。為了避免樣品污染和氧化，采集完畢的樣品立即密封保存。

表3 府谷礦區(qū)煤層樣品采集情況Table 3 Sample collection of coal seams in Fugu Mining Area

依據(jù)GB/T 15588—2013《煙煤顯微組分分類》與GB/T 8899—2013《煤的顯微組分組和礦物測定方法》，進(jìn)行煤的顯微組分鑒定。結(jié)果表明：府谷礦區(qū)煤層顯微組分組以鏡質(zhì)組為主，體積分?jǐn)?shù)為31.3%～69.0%，基質(zhì)鏡質(zhì)體以平均體積分?jǐn)?shù)約39%占據(jù)主導(dǎo)地位，次為均質(zhì)鏡質(zhì)體和結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體，團(tuán)塊鏡質(zhì)體和膠質(zhì)鏡質(zhì)體少量；惰質(zhì)組是次要顯微組分組，其中，絲質(zhì)體為主要顯微組分，其體積分?jǐn)?shù)為6.5%～30.8%，碎屑惰質(zhì)體和半絲質(zhì)體次之；殼質(zhì)組體積分?jǐn)?shù)為3.9%～5.2%，主要為孢子體和角質(zhì)體，樹脂體少量；無機(jī)礦物均以黏土礦物為主。

2.3 煤質(zhì)特征

研究區(qū)可采煤層的原煤工業(yè)分析均值結(jié)果表明：古城礦區(qū)灰分為 21.04%～22.16%，揮發(fā)分為38.11%～39.53%，全硫?yàn)?.61%～2.01%；府谷礦區(qū)灰分為16.96%～30.10%，揮發(fā)分為39.30%～43.06%，全硫?yàn)?0.50%～3.04%；吳堡礦區(qū)灰分為 17.08%～21.96%，揮發(fā)分為22.58%～28.95%，全硫?yàn)?.47%～2.33%(表 4)。依據(jù) GB/T 15224.1—2018、GB/T 15224.2—2010《煤炭質(zhì)量分級》和MT/T 849—2000《煤的揮發(fā)分產(chǎn)率分級》可知：研究區(qū)各煤層以中灰煤為主，低灰煤次之，府谷礦區(qū)太原組第三段5 至7 煤的灰分較低，第二段和第一段的9 至11 煤的灰分偏高。古城–府谷礦區(qū)各煤層以高揮發(fā)分為顯著特征，且府谷礦區(qū)煤的揮發(fā)分相對更高，吳堡礦區(qū)煤的揮發(fā)分產(chǎn)率最低，山西組煤層的揮發(fā)分均值超過28%，屬于中高揮發(fā)分煤，太原組煤層為中等揮發(fā)分煤，表現(xiàn)出煤的揮發(fā)分隨成煤時(shí)間由早至晚逐漸升高的特征。研究區(qū)山西組為河湖交替相含煤沉積，其煤層主要為特低硫煤和低硫煤，形成于海陸交互環(huán)境下的太原組沉積建造，因受海水影響程度較高，其煤層以中硫煤為主，且下部煤層硫分相對偏高。

表4 可采煤層工業(yè)分析結(jié)果Table 4 Prximate analysis of mineable coal seams

3 富油煤時(shí)空分布規(guī)律

3.1 煤焦油產(chǎn)率變化特征

根據(jù)《礦產(chǎn)資源工業(yè)要求手冊(2014 修訂版)》煤炭焦油產(chǎn)率(Tard)分級，煤炭分為含油煤(＜7%)、富油煤(7%～12%)和高油煤(＞12%)[4]。因此，為了探討陜北石炭–二疊紀(jì)煤田典型礦區(qū)富油煤賦存特征，首先要分析各煤層的焦油產(chǎn)率特征。通過匯總分析研究區(qū)可采煤層原煤格金低溫干餾實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知(表5)，不同礦區(qū)的煤焦油產(chǎn)率存在顯著的時(shí)空差異性。

古城礦區(qū)：各可采煤層的原煤焦油產(chǎn)率變化范圍為4.14%～13.86%，均值為9.22%～11.60%，9 煤焦油產(chǎn)率的平均水平最高、變化區(qū)間較小，具有高焦油產(chǎn)率和高穩(wěn)定程度的特征；4、8 煤焦油產(chǎn)率呈現(xiàn)相反規(guī)律，其波動(dòng)幅度大、標(biāo)準(zhǔn)偏差高(3.0%～3.2%)，顯示煤焦油產(chǎn)率具有相對較強(qiáng)的空間離散性(圖2a)。

圖2 可采煤層原煤焦油產(chǎn)率對比Fig.2 Comparison of raw coal tar yield of mineable coal seams

吳堡礦區(qū)：各可采煤層以低焦油產(chǎn)率為特征。太原組煤焦油產(chǎn)率變化范圍為1.41%～9.43%，均值處于5.15%～6.66%，煤焦油產(chǎn)率隨成煤時(shí)間由早至晚逐漸增高，T1上煤焦油產(chǎn)率的標(biāo)準(zhǔn)偏差最低(1.1%)。山西組煤焦油產(chǎn)率相對有所提升，但仍以低于7%為主，均值處于 6.65%～6.89%，標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.6%～1.7%(圖2b)。

府谷礦區(qū)：各可采煤層的原煤焦油產(chǎn)率垂向變化特征明顯。太原組煤焦油產(chǎn)率處于 4.36%～16.57%，均值為8.49%～11.02%，第三段煤層較第一、二段煤層具有更高的焦油產(chǎn)率、更小的波動(dòng)幅度和更低的標(biāo)準(zhǔn)偏差，7 煤焦油產(chǎn)率均值最高、標(biāo)準(zhǔn)偏差最低(1.5%)、特征優(yōu)勢最強(qiáng)。山西組煤焦油產(chǎn)率為2.59%～16.27%，均值為9.15%～10.68%，較太原組煤層有所降低，就煤焦油產(chǎn)率均值和穩(wěn)定性而言，2 煤最佳，4 煤次之，3 煤較差(圖2c)。

綜合而言，研究區(qū)煤焦油產(chǎn)率呈現(xiàn)北高南低趨勢，古城–府谷礦區(qū)明顯優(yōu)于吳堡礦區(qū)。府谷礦區(qū)2、4、7、8 煤焦油產(chǎn)率在平均水平和穩(wěn)定程度方面具有雙重優(yōu)勢，其他煤層的焦油產(chǎn)率標(biāo)準(zhǔn)偏差大多高于2%。古城礦區(qū)各煤層焦油產(chǎn)率均值較府谷礦區(qū)偏高，但其空間穩(wěn)定性較差、各向異性明顯。

除焦油產(chǎn)率外，半焦和煤氣產(chǎn)率也是提升富油煤清潔高效利用程度的重要指標(biāo)。分析表明(表5)：古城礦區(qū)4、8、9 煤的半焦產(chǎn)率和煤氣+損失量均值分別為74.10%～75.43%、9.20%～10.46%，均高于府谷礦區(qū)內(nèi)橫向可對比煤層。府谷礦區(qū)煤層特征垂向分析顯示太原組第三段煤層具有相對較低的半焦產(chǎn)率和偏高的煤氣產(chǎn)率特征，區(qū)內(nèi)9、10、11 煤的半焦產(chǎn)率最高。

表5 可采煤層原煤格金低溫干餾實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 5 Test results of low temperature dry distillation of raw coal of mineable coal seams

因此，通過精準(zhǔn)開采與合理熱解，可從古城–府谷礦區(qū)富油煤中較好地回收煤焦油、煤氣和生產(chǎn)清潔半焦，這能夠在一定程度上為我國稀缺的油氣、焦煤和無煙煤資源提供重要補(bǔ)充[13]。

3.2 富油煤差異分布特征

根據(jù)典型礦區(qū)不同煤層的焦油產(chǎn)率數(shù)據(jù)，可以得出各礦區(qū)可采煤層的富油煤分布特征(圖3、圖4)。

古城礦區(qū)：4、8 煤的富油煤發(fā)育呈環(huán)帶狀，煤的富油性自古城井田(圖3 注釋①)核部向邊部依次為高–富–含–富–高；9 煤的富油煤發(fā)育呈塊狀，高油煤大面積分布在礦區(qū)東北部和西北部，含油煤集中于礦區(qū)南部小范圍地區(qū)。4、8 和9 煤均以富油煤為主，其分布面積占比依次約為82%、80%和78%，含油煤和高油煤分別在8、9 煤中發(fā)育程度最高，分布面積占比約為15%和19%(圖5)。

府谷礦區(qū)：3、4 煤整體以發(fā)育富油煤為主，其分布面積占比均在89%左右，含油煤相對集中分布在段寨井田(圖3 注釋③)中東部，3 煤在西王寨井田(圖3 注釋④)和沙川溝井田(圖3 注釋⑧)大部發(fā)育高油煤，4 煤主要在馮家塔井田(圖3 注釋⑤)西部邊緣發(fā)育較廣，在沙川溝井田和西王寨井田呈星點(diǎn)狀分布。7 煤焦油產(chǎn)率均值最高，在全區(qū)廣泛發(fā)育富油–高油煤，高油煤分布面積占比高達(dá)23%，以段寨井田和沙川溝井田連片分布為特征。8 煤焦油產(chǎn)率均值次于7 煤，焦油產(chǎn)率自礦區(qū)中部向兩側(cè)變大，富油煤呈連片狀分布，高油煤主要分布在馮家塔井田東部。相比上部煤層，9、11 煤焦油產(chǎn)率有所降低，含油煤發(fā)育程度明顯升高，分布面積占比分別可達(dá)到16%和21%，主要分布在堯峁井田(圖3 注釋②)和段寨–西王寨–馮家塔井田局部。

圖3 古城–府谷礦區(qū)富油煤分布特征Fig.3 Distribution characteristics of tar-rich coal in Gucheng-Fugu Mining Area

吳堡礦區(qū)：S1、T1上、T1煤焦油產(chǎn)率均值小于7%，各煤層以發(fā)育含油煤為主，S1煤的富油煤分布面積占比約28%，而T1上、T1煤幾乎全區(qū)發(fā)育含油煤，僅存在個(gè)別高值異常(圖4、圖5)。S1煤的富油煤分布在橫溝井田(圖4 注釋①)中部–東南部和柳壕溝井田(圖4 注釋②)中部，連片性相對較差。

圖4 吳堡礦區(qū)富油煤分布特征Fig.4 Distribution characteristics of tar-rich coal in Wubu Mining Area

圖5 可采煤層中不同焦油產(chǎn)率煤分布面積占比Fig.5 The proportion of coal distribution area with different tar yield in mineable coal seams

4 富油煤賦存影響因素

4.1 煤化程度

鏡質(zhì)體反射率可反映煤化程度。以研究區(qū)可采煤層的鏡質(zhì)體最大反射率范圍為統(tǒng)計(jì)區(qū)間，對比不同焦油產(chǎn)率煤的發(fā)育頻率。結(jié)果表明：隨著鏡質(zhì)體反射率(Rmax)由0.50%增至1.70%，含油煤發(fā)育頻率的變化次序?yàn)?1%、60%、80%、100%，富油煤發(fā)育頻率為83%、30%、20%、0。因此，陜北石炭–二疊紀(jì)煤田典型礦區(qū)富油煤的發(fā)育上限為Rmax=1.20%，高油煤的發(fā)育上限為Rmax=0.90%(圖6)。

圖6 Rmax 與不同焦油產(chǎn)率煤發(fā)育頻率關(guān)系Fig.6 Development frequency of coal with different tar yield in various Rmax ranges

隨著煤化程度由低至高，煤中脂肪側(cè)鏈和縮合芳香環(huán)的數(shù)量此消彼長[14]，脂肪側(cè)鏈數(shù)量的減少導(dǎo)致煤中氫元素含量和揮發(fā)分產(chǎn)率降低，進(jìn)而使同一熱解條件下煤焦油產(chǎn)率相應(yīng)下降。因此，煤化程度是影響富油煤賦存特征的重要因素，其從有機(jī)質(zhì)熱演化角度最終定位了富油煤的發(fā)育潛力，中低階煤分布區(qū)域是富油煤賦存的極大有利區(qū)，這正是陜北石炭–二疊紀(jì)煤田北部古城–府谷礦區(qū)(Rmax均值為0.59%～0.75%)富油煤資源前景高于南部吳堡礦區(qū)(Rmax均值為1.14%～1.39%)的根本原因。

4.2 成煤物質(zhì)

低至較低煤化程度是富油煤賦存的先決條件，但兩者并不存在對等關(guān)系。在此變質(zhì)階段，仍會(huì)存在一定程度的含油煤。究其原因，煤中殼質(zhì)組和鏡質(zhì)組等生油組分，即富氫組分，無疑從物質(zhì)基礎(chǔ)上對煤焦油產(chǎn)率產(chǎn)生決定作用。煤的顯微組分熱解試驗(yàn)表明，殼質(zhì)組的生烴潛力是鏡質(zhì)組的4 倍，是惰質(zhì)組的10 倍，基質(zhì)鏡質(zhì)體是鏡質(zhì)組中生烴潛力最好的組分[15]。相關(guān)分析表明：在同等煤化程度下，煤焦油產(chǎn)率與活性組分(鏡質(zhì)組+殼質(zhì)組)含量的正相關(guān)性最高，與鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組含量分別呈正、負(fù)相關(guān)關(guān)系；由于研究區(qū)煤中殼質(zhì)組含量普遍較低，相比而言，含量偏高的鏡質(zhì)組對煤焦油產(chǎn)率的影響作用更強(qiáng)，且作為無結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體的亞組分，基質(zhì)鏡質(zhì)體和均質(zhì)鏡質(zhì)體對煤焦油產(chǎn)率形成了明顯的正向促進(jìn)作用(圖7)。因此，從成煤物質(zhì)角度而言，煤中高含量的富氫組分是煤具有高焦油產(chǎn)率的重要基礎(chǔ)，較高的鏡質(zhì)組、殼質(zhì)組及氫元素含量、H/C原子比和揮發(fā)分產(chǎn)率均可作為高焦油產(chǎn)率煤的指示因素。此外，古城–府谷礦區(qū)太原組煤焦油產(chǎn)率較山西組偏高。這一現(xiàn)象可能源于太原組為海陸交互相含煤沉積，其成煤物質(zhì)除了大量的植物遺體外，還包括對生烴具有一定促進(jìn)作用的浮游生物。

圖7 有機(jī)顯微組分與煤焦油產(chǎn)率的相關(guān)關(guān)系Fig.7 Correlation between organic macerals and tar yield

4.3 沉積環(huán)境

上述表明，以鏡質(zhì)組為主的高富氫組分含量有利于富油煤賦存。鏡質(zhì)組是成煤植物遺體在覆水還原環(huán)境下的產(chǎn)物，而惰質(zhì)組主要形成于缺水多氧、森林火災(zāi)或微生物腐解等條件，故鏡惰比(V/I)在一定程度上可以反映成煤環(huán)境的氧化還原程度及成煤期的溫度、濕度等古氣候條件，一般V/I小于1.0 反映成煤泥炭曾暴露于氧化環(huán)境[16-17]。研究顯示(圖8)，鏡惰比與煤焦油產(chǎn)率呈一定正相關(guān)性。因此，在高鏡惰比指示的溫暖、潮濕和高還原程度的條件下，煤焦油產(chǎn)率相應(yīng)偏高，這意味著成煤環(huán)境的還原程度越高，富油煤的賦存潛勢越佳。

圖8 鏡惰比(V/I)與煤焦油產(chǎn)率的相關(guān)關(guān)系Fig.8 Correlation between V/I and tar yield

煤中無機(jī)礦物的類型和含量、煤的灰分產(chǎn)率及灰成分特征能夠指示成煤環(huán)境和沉積介質(zhì)。同生礦物是泥炭堆積期及早期成巖作用階段在煤中形成的礦物，可以反映泥炭沼澤的地球化學(xué)條件：高嶺石一般代表酸性介質(zhì)條件，黃鐵礦一般出現(xiàn)在與海相沉積關(guān)系密切的煤層里，可以代表強(qiáng)還原介質(zhì)條件，菱鐵礦是較缺氧條件下的產(chǎn)物[18-19]。煤中高含量的碎屑礦物可以反映泥炭沉積時(shí)受到了較強(qiáng)的外界水流作用影響。煤的灰分是煤中礦物質(zhì)在煤完全燃燒過程中經(jīng)過一系列分解、化合反應(yīng)后的產(chǎn)物，其在一定程度上可以反映泥炭沼澤的水位變化、河道沉積的影響、河流溢岸作用的程度以及碎屑物質(zhì)的注入量，高灰分通常指示泥炭沼澤的水動(dòng)力條件流動(dòng)性強(qiáng)[17,20-21]?；页煞种胁煌趸锏暮靠梢远ㄐ苑从吵擅涵h(huán)境的變化：CaO 和MgO 的含量反映了煤中鈣鎂礦物的比重，其值越大，指示泥炭沼澤的堿度越高；高含量的Fe2O3、SO3表明煤中含有較多的硫鐵礦，可以反映高還原程度、相對閉塞的泥炭沼澤環(huán)境[22-24]。

研究區(qū)煤炭勘查資料與樣品X 射線衍射分析結(jié)果顯示：煤中無機(jī)礦物主要為同生黏土礦物，以高嶺石為主，其次為石英、方解石等碎屑礦物；太原組煤中黃鐵礦含量偏高，山西組煤中含少量菱鐵礦；灰成分以SiO2為主，Al2O3次之。分析表明，煤焦油產(chǎn)率與石英、黏土礦物、灰分產(chǎn)率呈較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)性(圖9)，與灰成分中CaO+MgO、CaO、SO3含量呈一定正相關(guān)性(圖10)。綜合而言，靠近陸源區(qū)、較強(qiáng)的水動(dòng)力條件和頻繁的無機(jī)沉積作用會(huì)導(dǎo)致泥炭沼澤中有機(jī)質(zhì)豐度降低和氧化程度增強(qiáng)，這會(huì)對富油煤賦存產(chǎn)生一定的制約；而沉積環(huán)境的閉塞、還原和堿性程度越高，越適宜高焦油產(chǎn)率煤的形成。

圖9 無機(jī)組分與煤焦油產(chǎn)率的相關(guān)關(guān)系Fig.9 Correlation between inorganic component and tar yield

圖10 灰成分中氧化物含量與煤焦油產(chǎn)率的相關(guān)關(guān)系Fig.10 Correlation between oxide content of ash composition and tar yield

5 結(jié)論

a.陜北石炭–二疊紀(jì)煤田可采煤層焦油產(chǎn)率均值呈北高南低分布特征，古城礦區(qū)為9.22%～11.6%，府谷礦區(qū)為 8.49%～11.02%，吳堡礦區(qū)為 5.15%～6.89%。古城礦區(qū)煤焦油產(chǎn)率標(biāo)準(zhǔn)偏差最高，可達(dá)3%左右，府谷礦區(qū)煤焦油產(chǎn)率的空間穩(wěn)定性相對較高。

b.研究區(qū)富油煤時(shí)空分布特征差異明顯。古城礦區(qū)富油煤分布以環(huán)帶狀為主，府谷礦區(qū)含油煤呈分散狀發(fā)育于富油煤之間，吳堡礦區(qū)整體發(fā)育含油煤，富油煤僅局部少量分布，高油煤不發(fā)育。府谷礦區(qū)7 煤屬富油–高油型，煤焦油產(chǎn)率最高，高油煤發(fā)育程度最佳，區(qū)內(nèi)3、4、8 煤和古城礦區(qū)9 煤的富油–高油煤分布面積占比均超過94%。

c.隨著煤化程度升高，富油煤發(fā)育頻率降低，中低階煤分布區(qū)域是富油煤賦存的極大有利區(qū)。陜北石炭–二疊紀(jì)富油煤在古城–府谷礦區(qū)最具資源優(yōu)勢。

d.煤焦油產(chǎn)率的正相關(guān)因素包括活性組分、鏡質(zhì)組、氫元素及灰成分中鈣、鎂、硫氧化物含量、鏡惰比、H/C原子比和揮發(fā)分產(chǎn)率，負(fù)相關(guān)因素包括煤中惰質(zhì)組、石英、黏土礦物含量和灰分產(chǎn)率。沉積環(huán)境的閉塞、還原和堿性程度越高，越利于富油煤的生成和賦存。

e.古城–府谷礦區(qū)富油煤資源潛力巨大，通過合理開發(fā)利用，能夠極大回收煤焦油和生產(chǎn)清潔半焦，建議進(jìn)一步加強(qiáng)區(qū)內(nèi)富油煤精細(xì)開采、高效利用和深部預(yù)測，為陜北煤基油氣資源提供地質(zhì)保障。