黃隴侏羅紀(jì)煤田永隴礦區(qū)含煤特性及控煤因素分析

王 博

（1.中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西 西安 710054；2.西安科技大學(xué)，陜西 西安 710054）

含煤盆地構(gòu)造演化及聚煤特征等研究成果，是我國煤炭資源勘查的重要手段之一[1-4]。永隴礦區(qū)位于黃隴侏羅紀(jì)煤田西部，包含郭家河井田、園子溝井田、丈八井田、老爺嶺井田及招賢井田等8 個(gè)井田（勘查區(qū)）。由于永隴礦區(qū)目前尚未大面積開發(fā)，以下筆者以礦區(qū)前期開展的地質(zhì)預(yù)查資料為基礎(chǔ)，開展了研究區(qū)含煤特性、沉積環(huán)境及控煤因素研究，以期為礦區(qū)后續(xù)的煤炭資源開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

永隴礦區(qū)位于陜西省黃隴侏羅紀(jì)煤田西南翼邊緣，屬于華北地層區(qū)鄂爾多斯地層分區(qū)隴縣－永壽小區(qū)，如圖1 所示。該礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡單，總的形態(tài)為一北西向緩傾的單斜構(gòu)造，含煤范圍內(nèi)無斷層發(fā)育[5-6]。研究區(qū)屬掩蓋式含煤區(qū)，含煤地層為中侏羅統(tǒng)延安組（J2y），沉積基底為中三疊統(tǒng)銅川組（T2t），下伏下侏羅統(tǒng)富縣組（J1f），上覆依次有中侏羅統(tǒng)直羅組（J2z）、安定組（J2a），上侏羅統(tǒng)芬芳河組（J3f），下白堊統(tǒng)宜君組（K1y）、洛河組（K1l）、環(huán)河組（K1h），上新統(tǒng)保德組（N2b）、更新統(tǒng)（Qp）和全新統(tǒng)（Qh），如圖2。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置圖

圖2 永隴礦區(qū)地層綜合柱狀圖

2 研究區(qū)含煤特性

侏羅系中統(tǒng)延安組為本區(qū)的含煤地層，根據(jù)鉆孔揭露及地質(zhì)填圖資料，地層厚度1.40～133.03 m，平均53.42 m。自上而下可劃分3 個(gè)巖性段，區(qū)內(nèi)第一、第二段分別賦存3 煤與2 煤，煤層有不同程度的分岔，含煤層數(shù)最多可達(dá)20 余層，其中2、3煤是本區(qū)可采煤層，其余均為不可采煤層。延安組見煤點(diǎn)煤層總厚度為0.20～16.90 m，平均6.03 m。延安組含煤系數(shù)為0.18%～38.97%，平均12.95%，見表1。區(qū)內(nèi)含煤性具有明顯的垂向分段性，延安組第三段、第二段、第一段含煤系數(shù)自下而上含煤性變差，煤層厚度、可采厚度及含煤系數(shù)均逐漸減小，可采煤層發(fā)育于延安組中部，區(qū)內(nèi)延安組第三段分布局限且不含煤。

表1 延安組煤層厚度與含煤系數(shù)一覽表

3 沉積環(huán)境演化及聚煤作用

研究區(qū)延安組的沉積環(huán)境具備了陸相沉積的地層特點(diǎn)，依據(jù)巖性、巖相、旋回結(jié)構(gòu)及含煤特征，將延安組沉積劃分為三個(gè)亞期。

3.1 第一亞期（J2y1）

印支運(yùn)動(dòng)之后，礦區(qū)古氣候較為潮濕及溫暖，在這種環(huán)境下植被開始快速生長。由于三疊系基底高差較大，富縣組的沉積未能完全覆蓋地形差異，延安組第一段的沉積繼續(xù)發(fā)揮填平補(bǔ)齊作用，形成了研究區(qū)內(nèi)河流湖泊沼澤體系背景下發(fā)育的局部淺湖泥炭沼澤相成煤環(huán)境[7-8]，形成了以深灰色、灰黑色泥巖及砂質(zhì)泥巖、灰白色粉砂巖、黑色炭質(zhì)泥巖和煤層的巖性組合，如圖3 所示。水平和波狀紋理極其發(fā)育，富含大量植物莖葉化石及其碎片，如圖4 所示。在低洼地帶沉積較厚，而在古地形相對較高古隆起地段沉積厚度較薄或缺失沉積。

圖3 延安組第一段（J2y1）巖性柱狀圖

圖4 延安組典型植物化石

礦區(qū)具有典型的小規(guī)模湖盆沉積模式，泥炭層的沉積主要受到兩方面因素的影響，一是大氣降水補(bǔ)給量對沉積厚度控制明顯，二是基底的起伏導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)的沉積速度不均衡，均影響著煤層本身沉積特征。

其中，礦區(qū)的局部凹陷地帶的有機(jī)質(zhì)物源補(bǔ)給充足充裕，與基底的沉降速度保持均衡，因此，延安第一段沉積了厚～特厚的3 煤。但是在局部時(shí)段沉降速度加快，沉降速度大于補(bǔ)給速度，有機(jī)物源補(bǔ)充不足，泥炭沼澤沉積發(fā)生中斷，并以泥巖或者粉砂質(zhì)泥巖沉積取代，使3煤展現(xiàn)分叉的特征。同期，在上述沉積凹陷外圍雖然不同程度發(fā)育河流沉積作用，有植物生長，但由于地勢較高，地處高位，多暴露堆積而被氧化難以成煤，僅在短暫的水位上升，水體深度能夠滿足植物生長條件下沉積了薄煤層或炭質(zhì)泥巖，多見炭化植物碎屑，多夾雜在河流砂體中。

1.鐵山錐葉蕨 2.布里亞錐葉蕨

由此可以推斷，礦區(qū)是在地殼沉積的運(yùn)動(dòng)作用下，以湖泊沼澤為主的沉積環(huán)境中，形成了厚～較厚的3 煤。

3.2 第二亞期（J2y2）

在第一亞期沉積完成之后，礦區(qū)基底形態(tài)趨向平緩。同時(shí)，由于大氣降水減少，沉積環(huán)境由湖泊沼澤轉(zhuǎn)為河流泥炭沼澤，溫暖濕潤的環(huán)境下植被依然繁盛茂密，有機(jī)質(zhì)物源補(bǔ)給充足，礦區(qū)的2 煤在有利地帶沉積，如圖5。

圖5 延安組第二段（J2y2）巖性柱狀圖

由于泥炭沼澤受到大氣降水補(bǔ)給和河流周期性補(bǔ)給均較顯著，水位變化大。在泥炭堆積沉積過程中，當(dāng)沉降過快大于有機(jī)質(zhì)堆積速度時(shí)，泥炭沉積發(fā)生暫時(shí)中斷，且沉降導(dǎo)致地形形成凹陷；當(dāng)沉降速度等于有機(jī)質(zhì)堆積速度時(shí)，有機(jī)質(zhì)又快速補(bǔ)給，演變?yōu)橹懈呶荒嗵空訚啥逊e。低、中位沼澤的轉(zhuǎn)換造成了2 煤層分岔現(xiàn)象，且單層煤層厚度變薄，由于水動(dòng)力作用的加強(qiáng)，對煤層的穩(wěn)定發(fā)育帶來了負(fù)面作用。正由于該時(shí)期植物碎屑供給充足且連續(xù)，在研究區(qū)內(nèi)湖坪河流發(fā)育地段，水體深度適宜的部分沉積分布相對連續(xù)的2 煤層。

3.3 第三亞期（J2y3）

到了延安組第三段，由于地勢已抬升，泥炭沼澤范圍急劇縮小甚至消失，區(qū)域上煤層層數(shù)減少，煤層厚度變小。且環(huán)境條件發(fā)生改變，降雨減少，溫暖潮濕的氣候轉(zhuǎn)變?yōu)楹涓稍锏沫h(huán)境，有機(jī)質(zhì)物源大量減少，已不具備成煤條件，從此進(jìn)入長期無煤層沉積的地質(zhì)歷史。加之后期又受到大范圍剝蝕和中侏羅世直羅期的沖刷，垂向上表現(xiàn)為延安組與直羅組底部含礫粗砂巖或細(xì)礫巖接觸，使地層保存殘缺不全。

4 控煤因素分析

影響本區(qū)含煤性因素主要為成煤期古地貌（構(gòu)造）和古沉積環(huán)境因素。

4.1 古地貌（構(gòu)造）控煤因素

成煤期前，受印支期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響是明顯的。在三疊紀(jì)末期，區(qū)內(nèi)地殼處于抬升期，使三疊系巖性遭受剝蝕，在其表面上形成了一層厚度不等的殘積物，同時(shí)又形成了一系列規(guī)模不等的隆起和凹陷。在進(jìn)入侏羅紀(jì)時(shí)，地殼開始回返，首先在低洼處接受了富縣組“填平補(bǔ)齊”的沉積作用，而在隆起區(qū)則缺失了富縣組和延安組，并對侏羅系構(gòu)造層的發(fā)育和賦存形態(tài)具有一定的控制作用。侏羅系安定組、直落組及延安組的沉積形態(tài)均與其沉積基底三疊系頂界面的起伏具有較強(qiáng)的繼承關(guān)系，表現(xiàn)為同沉積背（向）斜。

大量事實(shí)證明，基底古地貌（構(gòu)造）形態(tài)是控制煤層聚積的前提，凹陷區(qū)煤層沉積厚，隆起區(qū)煤層沉積薄或無沉積，規(guī)律性明顯。古地貌（構(gòu)造）形態(tài)在一定程度控制了區(qū)內(nèi)延安組3 煤的沉積厚度和賦存范圍，并對2 煤層的展布規(guī)模有著重要影響。在基底隆起區(qū)含煤地層厚度變薄或缺失，無煤層沉積；在凹陷處含煤地層沉積時(shí)間較長，較厚，當(dāng)沉降與補(bǔ)給基本平衡時(shí)，3 煤發(fā)育也較好。

4.2 古環(huán)境控煤因素

古環(huán)境對聚煤控制主要表現(xiàn)為煤層賦存形態(tài)，是導(dǎo)致煤層層數(shù)、厚度、分岔和沉積缺失的主要原因。由于研究區(qū)具有典型的獨(dú)立小規(guī)模盆地沉積模式，成煤作用受到大氣降水補(bǔ)給量的控制明顯。

隆起區(qū)無條件成煤，而在較深的凹陷低洼處盡管含煤地層沉積厚度較大，受到水體深淺的變化影響，導(dǎo)致煤層層數(shù)和厚度均變化較大，甚至缺失煤層沉積。其中，當(dāng)大氣降水量充沛時(shí)，各類水源補(bǔ)給量大，導(dǎo)致洼地水體深度較大就會(huì)終結(jié)正常的成煤作用，并代之為泥砂巖類，從而導(dǎo)致煤層出現(xiàn)分岔現(xiàn)象；當(dāng)水位下降到適合植被發(fā)育，新的成煤作用又重新開始，并反復(fù)作用變化，直至整個(gè)成煤階段結(jié)束。正是由于低、中、高位泥炭沼澤環(huán)境的反復(fù)演化，造成了區(qū)內(nèi)2、3 煤沉積，連續(xù)分布，同時(shí)也造成其分岔現(xiàn)象普遍。

5 結(jié)論

（1）延安組為區(qū)內(nèi)含煤地層，按層序可劃分為三段。3 煤賦存于延安組第一段，2 煤賦存于延安組第二段，第三段不含煤。延安組煤層總厚度為0.20～16.90 m，平均6.03 m，含煤系數(shù)為0.18%～38.97%，平均12.95%。延安組第三段、第二段、第一段含煤系數(shù)自下而上含煤性變差

（2）區(qū)內(nèi)含煤地層的沉積厚度和分布規(guī)模受基底古地貌（構(gòu)造）控制，2、3 煤是以古地貌控煤和古環(huán)境控煤因素共同作用的結(jié)果。