東勝煤田新勝勘查區(qū)煤層特征研究

王開(kāi)來(lái)

（中煤地質(zhì)集團(tuán)有限公司，北京 100040）

1 研究區(qū)概況

新勝勘查區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市，隸屬東勝區(qū)泊爾江海子鎮(zhèn)、杭錦旗獨(dú)貴鎮(zhèn)管轄?？辈閰^(qū)北部與塔然高勒礦區(qū)相接，東部與泊爾江海子井田、油坊豪井田相接，南部與阿彥布魯勘查區(qū)相接，西部與悉尼布拉格勘查區(qū)相接?？辈閰^(qū)位于鄂爾多斯盆地東勝凸起的中部偏北，區(qū)內(nèi)鉆探揭露的地層有下白堊統(tǒng)志丹群（K1Zd）、中侏羅統(tǒng)安定組（J2a）、直羅組（J2z）、中下侏羅統(tǒng)延安組（J1-2y）、上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組（T3y），其中延安組為本區(qū)主要含煤地層，構(gòu)造上整體為一向南西傾斜的單斜構(gòu)造，地層走向大致為北西向，傾向南西，傾角1°～5°，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造不發(fā)育，未發(fā)現(xiàn)巖漿巖［1-3］。

2 含煤地層特征

2.1 含煤地層及含煤性

2.1.1 延安組

研究區(qū)延安組厚度為88.68～239.50 m，平均180.28 m。中部厚度較大，呈南北向條帶狀，為三疊系延長(zhǎng)組沉積之后，地表長(zhǎng)期剝蝕形成的古沖溝或低洼地，延安組沉積初期，在低地發(fā)生泥炭沼澤化，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，沉積煤層厚度較大［4］。該組為勘查區(qū)內(nèi)的主要含煤地層，全區(qū)發(fā)育，地表無(wú)出露。巖性主要由一套淺灰、灰白色各粒級(jí)的砂巖，灰色、深灰色砂質(zhì)泥巖、泥巖和煤層組成，發(fā)育水平紋理及波狀層理，含2、3、4、5、6 煤組，對(duì)比成層的煤層21 層（2-1、2-2、3-1上、3-1、3-1下、3-2、3-3、4-1上、4-1、4-1下、4-2上、4-2、4-2下、、5-1、5-1下、5-2上、5-2、5-2下、6-1、6-2），鉆孔見(jiàn)煤最大單層厚度6.60m，累計(jì)厚度8.35～23.50m，平均14.73m，含煤系數(shù)8.27%，可采煤層累計(jì)可采厚度6.60～22.25m，平均13.00m?？刹擅簩雍合禂?shù)7.30%。煤層埋深在600～1 000m，自東向西埋藏深度加大。

2.1.2 直羅組

勘查區(qū)內(nèi)次要含煤地層為中侏羅統(tǒng)直羅組［4］，地層厚度63.45～192.19 m，平均138.16 m。含1 煤組，含煤0～4層，對(duì)比成層的煤層2層，分別為1-1、1-2煤層，均不可采，僅在勘查區(qū)西北邊緣部位零星賦存和發(fā)育。

2.2 含煤地層沉積特征

延安組含煤巖系是由陸源碎屑巖組成的陸相沉積地層，沉積環(huán)境為河湖相、三角洲平原相、泥炭沼澤相為主的大型內(nèi)陸盆地［4］。該組厚度由南向北逐漸變薄，出現(xiàn)沉積盆地邊緣地段所特有的特征，即“下缺上剝”現(xiàn)象［5-6］，受沉積基底向北逐漸抬升的影響，延安組下部的第一巖段地層在區(qū)內(nèi)的大部地段沉積不全，東南部局部區(qū)域古沉積基底較高，缺失5 煤組（不含5 煤組）以下地層，按照巖性組合特征可劃分為3個(gè)巖段［7-9］。

2.2.1 一巖段（J1-2y1）-初期填充體系

本段位于延安組下部，自煤系底界至5 煤組頂界，厚度0.00～113.40 m，平均59.25m（圖1）。在成煤初期古地貌凹凸不平，以河流作用為主的河湖相沉積，在古積水洼地邊緣和賦水較淺部位，“填平補(bǔ)齊”式的沉積，沉積了5、6 兩個(gè)煤組，5 煤組發(fā)育，6 煤組僅在勘查區(qū)的西南部零星發(fā)育及賦存，含煤2～7層，一般5 層，可采層數(shù)1～4 層，煤層賦存穩(wěn)定，厚度較大，是本區(qū)主要含煤段，其中5-1、5-2煤層層位比較穩(wěn)定，為大部可采煤層。在巖性上下部以灰白-淺灰色中、粗粒砂巖為主，局部為含礫粗粒砂巖，成分主要為石英，含少量風(fēng)化長(zhǎng)石，鈣質(zhì)膠結(jié)，分選性中等，磨圓度中等—好，厚—巨厚層狀，層理不發(fā)育，底部多見(jiàn)淺灰—淺灰綠色鋁質(zhì)泥巖；上部由灰—深灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖及煤層組成，夾中、細(xì)粒砂巖，局部為粗粒砂巖，粉砂巖、砂質(zhì)泥巖，具水平層理，產(chǎn)錐葉蕨、擬刺葵、枝脈蕨、新蘆木、木賊、拜拉、茨康葉等植物化石。在東南部部分區(qū)域該組缺失［10-11］。

圖1 一巖段厚度等值線(xiàn)（m）Figure 1 Thickness contour of the first lithologic section（m）

2.2.2 二巖段（J1-2y2）-中期超覆體系

本段位于延安組（J1-2y）中部，5 煤組頂界至3 煤組頂界，厚度71.48 ～105.00 m，平均89.76 m。本段沉積初期填充體系發(fā)育進(jìn)入中期超覆體系沉積，以開(kāi)闊湖體系和三角洲體系為主，沉積了厚度較大、分布范圍較廣的4 煤組和3 煤組，含煤6～9 層，其中可采及局部可采煤層6 層，分別為3-1、3-2、3-3、4-1、、4-2，其中3-1、3-2、4-1、4-2上、4-2穩(wěn)定性較好，可采范圍較大。巖性以灰、淺灰色細(xì)粒砂巖、粉砂巖為主，夾薄層中、粗粒砂巖，含多層煤層，以煤層層數(shù)多而厚度薄為特征，且煤層分叉、合并及尖滅現(xiàn)象比較普遍［12］。砂巖成分以石英為主，長(zhǎng)石次之，含大量云母及其他暗色礦物，中、粗粒砂巖一般為鈣質(zhì)膠結(jié)，細(xì)粒砂巖為泥質(zhì)膠結(jié)，較為致密堅(jiān)硬。砂巖分選性中等—好，磨圓度中等。本段總體以碎屑巖粒度較細(xì)為特征，且水平層理、微波狀層理、小型交錯(cuò)層理發(fā)育，反映水動(dòng)力條件相對(duì)較弱的濱湖三角洲相環(huán)境。產(chǎn)枝脈蕨、似銀杏、擬刺葵、拜拉、松形葉、茨康葉、蘇鐵杉、側(cè)羽葉等植物化石。

2.2.3 三巖段（J1-2y3）-晚期退覆衰退體系

本段位于延安組（J1-2y）上部，3煤組頂界至延安組（J1-2y）頂界，厚0.00～60.30 m，平均31.27 m（圖2）。中期超覆體系衰退，勘查區(qū)沉積環(huán)境進(jìn)入了晚期退覆衰退體系，湖泊體系由北向南逐漸退縮，以河流相和廢棄三角洲相為主，在廢棄三角洲的垛體上，沉積了煤層厚度變化大，零星分布的2煤組和泥炭，向外依次分叉、變薄至尖滅。巖性以巨厚層河流相灰綠色粗粒砂巖為主，夾薄層灰—深灰色砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，頂部常為一薄層灰綠色粉砂巖［13］。砂巖成分以石英為主，長(zhǎng)石次之，分選性差，磨圓度中等—差。泥質(zhì)含量高，疏松易碎。層理不發(fā)育，產(chǎn)少量植物化石，主要為錐葉蕨、新蘆木、擬刺葵等。在西南部和中南部，該段地層被剝蝕。

3 可采煤層地質(zhì)特征

勘查區(qū)西部、中南部及中北部煤層厚度較大，中部及東部煤層厚度較小，由中部向南北變厚，由東向西變厚。煤層厚度與延安組厚度總體呈正相關(guān)關(guān)系，即延安組厚度大的部位，煤層厚度也大?？辈閰^(qū)含煤地層含可采煤層7層（表1）。

3.1 3-1煤層

厚度0.00～4.90m，平均2.29m，可采厚度0.90～4.90m，平均2.62m，埋深679.85～880.60m（圖3）。面積可采系數(shù)79%，可采范圍煤層變異系數(shù)49%。偶見(jiàn)夾矸1～2 層，夾矸層厚0.16～0.65m，巖性以泥巖為主，見(jiàn)粉砂巖、砂質(zhì)泥巖。煤層厚度變化規(guī)律明顯：中部較厚，向東西兩側(cè)厚度逐漸変薄，東北部和西南部被剝蝕或不可采。3-1煤層為全區(qū)賦存，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，大部可采的較穩(wěn)定煤層。下距3-2煤8.65～29.05m，平均15.92m。頂板以砂質(zhì)泥巖為主，見(jiàn)粗粒砂巖、細(xì)粒砂巖、粉砂巖、泥巖，東北部見(jiàn)中礫巖等。底板主要為細(xì)粒砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖等。

圖3 3-1煤層厚度等值線(xiàn)（m）Figure 3 Thickness contour of No.3-1 coal seam（m）

3.2 3-2煤層

厚度0.00～5.10m，平均1.61m，可采厚度0.80～5.10m，平均2.26m，埋深692.50～894.50m（圖4）。面積可采系數(shù)54%，可采范圍煤層變異系數(shù)54%。偶見(jiàn)1 層夾矸，夾矸厚度0.20～0.70m，巖性以泥巖為主，其次為粉砂巖、含炭泥巖。煤層厚度變化規(guī)律明顯，中部偏南區(qū)域煤層較厚，東部和西部煤層變薄，西部好于東部，東北部出現(xiàn)大面積不可采區(qū)和零星不可采點(diǎn)。3-2煤層為結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、大部可采的較穩(wěn)定煤層。下距4-1煤9.90～41.50m，平均25.62m。頂板西部砂質(zhì)泥巖為主，中部細(xì)粒砂巖為主，東部粉砂巖為主。局部見(jiàn)粗粒砂巖、泥巖。底板主要為粉砂巖、砂質(zhì)泥巖。

圖4 3-2煤層厚度等值線(xiàn)（m）Figure 4 Thickness contour of No.3-2 coal seam（m）

3.3 4-1煤層

厚度0.00～6.60m，平均2.38m，可采厚度0.80～6.60m，埋深717.10～919.70m（圖5）。面積可采系數(shù)92%，可采范圍煤層變異系數(shù)為54%。常見(jiàn)1～3 層夾矸，夾矸厚度0.15～0.65m，巖性泥巖為主，見(jiàn)炭質(zhì)泥巖、含炭泥巖、砂質(zhì)泥巖。全區(qū)煤層厚度變化不大，在西北部為厚煤區(qū)，厚度在4.40～6.60m，在勘查區(qū)中西部有一南北向條帶狀不可采區(qū)域，其余不可采點(diǎn)和特厚點(diǎn)零星分布。4-1煤層為結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、大部可采的較穩(wěn)定煤層。下距4-2上煤層6.30～29.50m，平均17.29m。頂板西部砂質(zhì)泥巖為主，中部中粒砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖為主，東部中粒砂巖、細(xì)粒砂巖、粉砂巖、泥巖。底板東西部粉砂巖、砂質(zhì)泥巖，中部細(xì)粒砂巖、粉砂巖。

圖5 4-1煤層厚度等值線(xiàn)（m）Figure 5 Thickness contour of No.4-1 coal seam（m）

3.4 4-2上煤層

厚度0～3.55m，平均1.43 m，可采厚度0.95～3.55m，平均1.89 m，埋深732.25～937.20m（圖6）。面積可采系數(shù)65%，可采范圍煤層變異系數(shù)28%。偶見(jiàn)1 層夾矸，厚度0.15～0.65m，巖性泥巖為主，見(jiàn)粉砂巖、砂質(zhì)泥巖。煤層厚度穩(wěn)定，在勘查區(qū)西部和中部偏北邊界不可采。為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、大部可采的較穩(wěn)定煤層。下距4-2煤層2.55～25.85m，平均10.53m。頂板細(xì)粒砂巖為主，其次為粗粒砂巖、粉砂巖，少量砂質(zhì)泥巖、泥巖，中南部巖石粒度較粗。底板西部砂質(zhì)泥巖為主，中部細(xì)砂巖為主，東部粉砂巖、砂質(zhì)泥巖為主。

圖6 4-2上煤層厚度等值線(xiàn)（m）Figure 6 Thickness contour of No.4-2u coal seam（m）

3.5 4-2煤層

厚度0～2.90m，平均1.32m，可采厚度0.80～2.90m，平均1.61m，埋深744.95～945.95m（圖7）。面積可采系數(shù)80%，可采范圍煤層變異系數(shù)39%。偶見(jiàn)1 層夾矸，厚度0.15～0.70m，巖性以含炭泥巖、泥巖為主。該煤層厚度變化不大，為薄—中厚煤層，總體東部厚度大于西部，不可采區(qū)域分布在勘查區(qū)西南部，其余不可采點(diǎn)零星分布［14］。為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、大部可采的較穩(wěn)定煤層。下距5-1煤層7.55～34.30m，平均19.55m。頂板西部以細(xì)砂巖、砂質(zhì)泥巖為主，中部以粗粒砂巖、細(xì)砂巖為主，東部粗粒砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖為主。底板以砂質(zhì)泥巖為主，中部粗粒砂巖、細(xì)粒砂巖為主，次為泥巖、粉砂巖。

圖7 4-2煤層厚度等值線(xiàn)（m）Figure 7 Thickness contour of No.4-2 coal seam（m）

3.6 5-1煤層

厚度0～3.85m，平均1.29m，可采厚度0.80～3.85m，平均1.70m，埋深756.00～956.35m（圖8）。面積可采系數(shù)58%，可采范圍煤層變異系數(shù)50%。偶見(jiàn)1 層夾矸，厚度0.10～0.55m，巖性以泥巖為主，西南部為含炭泥巖，見(jiàn)砂質(zhì)泥巖、粉砂巖。煤層以薄—中厚煤層為主，中部偏南厚度大于其他區(qū)域，西部靠近邊界區(qū)域有小范圍的中厚區(qū)域，在東北部有小范圍不可采區(qū)，中部偏西有東西向條帶狀不可采區(qū)，其余為零星不可采點(diǎn)。為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、大部可采的較穩(wěn)定煤層。下距5-2煤層11.55～35.35m，平均23.11m。頂板北部以粗粒砂巖、細(xì)粒砂巖為主，南部以砂質(zhì)泥巖、粉砂巖為主。底板以細(xì)粒砂巖、砂質(zhì)泥巖為主。

圖8 5-1煤層厚度等值線(xiàn)（m）Figure 8 Thickness contour of No.5-1 coal seam（m）

3.7 5-2煤層

厚度0～3.75m，平均1.16m，可采厚度0.85～3.75m，平均1.93m，埋深769.25～982.00m（圖9）。面積可采系數(shù)51%。可采范圍煤層變異系數(shù)41%。偶見(jiàn)1～2層夾矸，厚度0.20～0.25m，巖性為泥巖、含炭泥巖。該煤層整體厚度較為穩(wěn)定，在研究區(qū)西部和西南部沉積缺失或尖滅，其余為零星的不可采點(diǎn)或尖滅點(diǎn)，厚煤層點(diǎn)也為零星分布。為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、大部可采的較穩(wěn)定煤層。下距6-1煤層24.50～45.50m，平均33.74m；下距延安組頂界14.60～66.30m，平均38.45m。頂板以粗粒砂巖、細(xì)粒砂巖、粉砂巖為主，見(jiàn)砂質(zhì)泥巖、泥巖。底板以粉砂巖、砂質(zhì)泥巖為主，北部多見(jiàn)細(xì)粒砂巖。

圖9 5-2煤層厚度等值線(xiàn)（m）Figure 9 Thickness contour of No.5-2 coal seam（m）

4 煤質(zhì)

4.1 物理性質(zhì)及宏觀煤巖特征

可采煤層顏色均為黑色，條痕色為深褐、黑褐色，瀝青光澤—強(qiáng)瀝青光澤，內(nèi)生裂隙發(fā)育，塊狀或條帶狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，平坦或參差狀斷口為主，少見(jiàn)貝殼狀斷口，局部含有黃鐵礦結(jié)核或黃鐵礦透鏡體。各煤層視密度1.31～1.35 t/m3。各煤層煤巖成分以暗煤為主，次為亮煤，偶夾條帶狀絲炭，半暗型煤為主，次為半亮型煤，少暗淡型煤。

4.2 顯微煤巖特征

鏡質(zhì)組平均值變化范圍在38.05%～47.60%；惰質(zhì)組平均值變化范圍在51.57%～61.55%；少量殼質(zhì)組平均值變化范圍在0.40%～1.00%；顯微組分總量平均值均在80.88%～89.13%。

4.3 變質(zhì)程度

各煤層鏡煤最大反射率為0.57%～0.59%，煤層變質(zhì)程度為Ⅰ階段低變質(zhì)煙煤，Ⅰ階段不黏煤，個(gè)別為長(zhǎng)焰煤，各煤層的變質(zhì)程度在水平方向和垂向上，變化不大，規(guī)律不明顯。

4.4 主要工業(yè)指標(biāo)

各煤層原煤水分平均值在5.80%～6.89%，浮煤水分平均值在6.22%～7.02%。原煤灰分產(chǎn)率平均值在10.64%～16.28%，浮煤灰分產(chǎn)率平均值在4.81%～5.45%。原煤揮發(fā)分產(chǎn)率平均值在34.55%～36.07%，浮煤揮發(fā)分產(chǎn)率平均值34.67%～35.37%。原煤固定碳產(chǎn)率平均值在50.24%～54.24%，浮煤固定碳產(chǎn)率平均值在56.05%～59.72%。原煤實(shí)測(cè)全硫含量值在0.10%～2.24%，各煤層原煤平均全硫含量值為0.42%～0.81%，原煤干燥基高位發(fā)熱量平均值在25.56～27.88MJ/kg，干燥基低位發(fā)熱量平均值在24.90～28.29MJ/kg，各煤層浮煤干燥基高位發(fā)熱量平均值在29.43～30.43MJ/kg，干燥基低位發(fā)熱量平均值在28.66～29.65MJ/kg。各煤層的黏結(jié)指數(shù)均為0，屬無(wú)黏結(jié)性煤。

5 結(jié)論

1）勘查區(qū)含煤地層有延安組和直羅組，主要含煤地層為延安組，含可采煤層7層。

2）延安組含煤巖系是由陸源碎屑巖組成的陸相沉積地層，沉積環(huán)境為河湖相、三角洲平原相、泥炭沼澤相為主的大型內(nèi)陸盆地。

3）勘查區(qū)煤層埋深在666.80～999.20m，自東向西埋藏深度加大?？辈閰^(qū)西部、中南部及中北部煤層厚度較大，中部及東部煤層厚度較小，由中部向南北變厚，由東向西變厚。煤層厚度與延安組厚度總體呈正相關(guān)關(guān)系。

4）各可采煤層厚度以中厚—厚煤層為主，薄煤層為輔，整體厚度較為穩(wěn)定，變化具有一定規(guī)律性。

5）勘查區(qū)煤層宏觀煤巖類(lèi)型以半暗型煤為主，次半亮型煤；顯微煤巖類(lèi)型為微鏡惰煤；煤類(lèi)以較低灰分、中鏡質(zhì)組、低階煙煤的不黏煤為主，次為長(zhǎng)焰煤；煤質(zhì)為低灰、中高揮發(fā)分、特低硫-低硫、中高發(fā)熱量煤-高發(fā)熱量煤，是優(yōu)質(zhì)動(dòng)力用煤。