姜秉仁, 任海鷹

(1.貴州省煤田地質(zhì)局一五九隊(duì)，貴陽(yáng) 550000；2.貴州省煤田地質(zhì)局一七四隊(duì)，貴陽(yáng) 550000)

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黔西織納煤田上二疊統(tǒng)煤層發(fā)育特征與煤質(zhì)分析

姜秉仁1, 任海鷹2

(1.貴州省煤田地質(zhì)局一五九隊(duì)，貴陽(yáng) 550000；2.貴州省煤田地質(zhì)局一七四隊(duì)，貴陽(yáng) 550000)

據(jù)織納煤田煤炭地質(zhì)資料、鉆孔資料及前人研究資料的綜合分析，論述了織納煤田上二疊統(tǒng)煤層發(fā)育沉積環(huán)境及煤質(zhì)特征，并在此基礎(chǔ)上總結(jié)了煤層展布規(guī)律、硫分、灰分分布規(guī)律。結(jié)果顯示：織納煤田上二疊統(tǒng)煤層有機(jī)組分中鏡質(zhì)組含量，無(wú)機(jī)組分中硫化物含量均相對(duì)較高，反映了泥炭沼澤的覆水程度較深、水動(dòng)力較弱的缺氧還原環(huán)境；煤層厚度分區(qū)大致呈北東-南西向帶狀分布，由北西向南東煤層厚度逐漸變??；硫分呈不規(guī)則帶狀分布，由北西向南東硫分逐漸升高，以中高硫煤為主；灰分變化總趨勢(shì)為西部地區(qū)的灰分高于東部，以低灰煤為主。

煤炭地質(zhì)；煤層展布；煤質(zhì)特征；織納煤田；黔西

貴州省素來(lái)被稱為“江南煤?！?，2 000m以淺埋深煤炭資源量達(dá)2.42×1011t，其中織納煤田與六盤(pán)水地區(qū)儲(chǔ)量最為豐富[1-2]。貴州煤田地質(zhì)局針對(duì)研究區(qū)織納煤田進(jìn)行了勘探與研究工作，織納煤田蘊(yùn)含著豐富的煤炭資源，儲(chǔ)量可達(dá)3.50×1010t[3]，而針對(duì)上二疊統(tǒng)煤層發(fā)育與煤質(zhì)特征缺少系統(tǒng)的分析。隨著對(duì)貴州西部地區(qū)煤炭資源的大量開(kāi)發(fā)利用，煤質(zhì)對(duì)環(huán)境的影響日益被重視，依托黔西煤炭資源調(diào)查工作，結(jié)合前人的研究成果[4-7]對(duì)織納煤田上二疊統(tǒng)煤層發(fā)育與煤質(zhì)特征進(jìn)行系統(tǒng)分析。

1 地質(zhì)概況

1.1 區(qū)域地層

研究區(qū)隸屬揚(yáng)子地層區(qū)[8]，上二疊統(tǒng)劃分為峨眉山玄武巖組、龍?zhí)督M和長(zhǎng)興組。地層區(qū)劃上處于海陸過(guò)渡相區(qū)，為一套典型的海陸交互相碎屑巖夾碳酸鹽巖含煤地層沉積，海相地層發(fā)育連續(xù)齊全，旋迴結(jié)構(gòu)明顯，動(dòng)物和植物化石豐富。沉積物以碎屑巖為主，夾多層可作為標(biāo)志層的穩(wěn)定或較穩(wěn)定的碳酸鹽巖[9]。含煤巖系厚l90～44lm，由南西向北東，厚度逐漸變薄，含煤層數(shù)較多，各地區(qū)差別較大(圖1)。與上覆下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組、下伏峨眉山玄武巖或茅口組(東部)均呈假整合接觸[10]。

1.2 構(gòu)造特征

晚二疊世本區(qū)位于揚(yáng)子地塊西緣黔北隆起上的三級(jí)構(gòu)造單元—遵義斷拱的西南部，相當(dāng)于黔中隆起的西段[11-12]。構(gòu)造基底為中元古界梵凈山群和不整合其上的晚元古界板溪群淺變質(zhì)巖系，鑒于基底剛性較大，故而研究區(qū)具有特殊的構(gòu)造特征，以北東走向短軸式褶皺為主，褶皺寬緩且延伸距離短(圖2)。西緣有少量北西向隔擋式褶皺發(fā)育，東緣尚有南北向隔槽式褶皺[9,13]。區(qū)內(nèi)斷裂也很發(fā)育，研究區(qū)北部， 有東西走向的馬場(chǎng)斷層和納雍斷層相伴而行，納雍斷裂以南地區(qū)，北東向走滑斷層較發(fā)育。大規(guī)模斷裂和相伴延生的褶皺構(gòu)成“條塊狀”組合樣式，常造成含煤地層及構(gòu)造線錯(cuò)移；同時(shí)，北北東向、北東向的走向斷層也較發(fā)育，常破壞背斜，展示出織納煤田地質(zhì)構(gòu)造的基本格架[14-15]。

圖1 貴州省構(gòu)造單元?jiǎng)澐旨把芯繀^(qū)位置Figure 1 Tectonic elements partitioning in Guizhou Province and study area situation

圖2 織納小區(qū)構(gòu)造格局Figure 2 Structural framework of Zhina subarea

1.3 沉積特征

研究區(qū)晚二疊世處于緩慢沉降的構(gòu)造背景之下[16-17]，濕熱的熱帶雨林氣候有利于植物大量生長(zhǎng)，這些條件在整個(gè)晚二疊世并未發(fā)生較大變化，因此煤層展布與煤質(zhì)特征主要受沉積環(huán)境與海平面變化控制。織納煤田晚二疊世煤系是一套海陸交互相陸源碎屑巖夾碳酸鹽巖含煤沉積，海平面升降頻繁，致使不同時(shí)期沉積相的分布不斷變化，沉積相組合比較復(fù)雜，因而成煤環(huán)境多樣[18]。筆者通過(guò)對(duì)研究區(qū)40余口鉆井資料的系統(tǒng)研究，結(jié)合前人的研究成果[18]，在上二疊統(tǒng)中總結(jié)出三角洲、障壁砂壩-瀉湖、碳酸鹽臺(tái)地三種成煤環(huán)境。三角洲是研究區(qū)上二疊統(tǒng)最重要的成煤環(huán)境，此環(huán)境下煤層常具有“厚度大、橫向穩(wěn)定、低硫、低灰”的特點(diǎn)，特別是三角洲平原區(qū)廣泛發(fā)育泥炭沼澤，聚煤條件最佳，富煤帶均分布在此環(huán)境內(nèi)；障壁砂壩—瀉湖相聚煤強(qiáng)度中等，僅次于三角洲相，煤層多形成于潮坪亞相，能夠形成較厚煤層但橫向不穩(wěn)定，常呈較窄的條帶狀，并且煤層灰分、硫分較高，只在龍?zhí)锻砥诳傮w海退條件下，障壁砂壩后瀉湖沼澤化形成了厚度較大分布穩(wěn)定的煤層；碳酸鹽臺(tái)地成煤作用最差，具有“煤層薄、高灰、高硫”的特點(diǎn)，不是主要成煤環(huán)境[19]。

2 煤層發(fā)育特征

2.1 煤巖特征

研究區(qū)上二疊統(tǒng)煤巖成分主要為亮煤、鏡煤，普遍含量大于50%，夾有暗煤和絲炭條帶，故而，宏觀煤巖類型以光亮型及半亮型煤為主，半暗型及暗淡型煤次之。光亮型煤主要由光澤很強(qiáng)的亮煤和鏡煤組成，有時(shí)也夾有暗煤和絲炭的透鏡體或薄層。光亮型煤組成較為均一，中至細(xì)條帶狀結(jié)構(gòu)，見(jiàn)水平層理，內(nèi)生裂隙發(fā)育，裂隙中常充填有方解石，脆度較大，機(jī)械強(qiáng)度較小，容易破碎，常具貝殼狀斷口。鏡下觀察時(shí)凝膠化組分含量較高，在85%以上，因而黏結(jié)性較強(qiáng)。半亮型煤是研究區(qū)最常見(jiàn)的煤巖類型，主要煤巖組分為亮煤，有時(shí)含鏡煤和暗煤，也可夾絲炭，平均光澤強(qiáng)度比光亮型煤稍弱。條帶狀結(jié)構(gòu)明顯，內(nèi)生裂隙發(fā)育，常具有棱角狀或階梯狀斷口，性較脆，比較易碎。鏡下觀察時(shí)凝膠化組分含量一股在70%～80%。

顯微組分分析表明鏡質(zhì)組含量34.7%～78.19%，平均為75.75%。鏡質(zhì)組中以無(wú)結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體的基質(zhì)鏡質(zhì)體最為常見(jiàn)；半鏡質(zhì)組含量較低，其含量變化通常在3.7%～10.9%，平均約6.7%[13]；惰質(zhì)組含量變化與13.36%～65.3%，平均為26.25%，惰質(zhì)組分主要是結(jié)構(gòu)絲質(zhì)體和結(jié)構(gòu)半絲質(zhì)體，此外還有粗粒絲質(zhì)體；無(wú)機(jī)組分含量占7.2%～27.86%，平均為14.63%，以黏土礦物類和氧化物類為主，次為碳酸鹽礦物、硫化物(表1)。

表1 顯微煤巖成分及類型

各煤層有機(jī)組分中鏡質(zhì)組含量，無(wú)機(jī)組分中硫化物含量均相對(duì)較高，說(shuō)明這些煤層是在陸表海環(huán)境下，覆水相對(duì)較深，水動(dòng)力條件相對(duì)較弱，而多數(shù)煤層又是在“突發(fā)性”海侵發(fā)生后， 導(dǎo)致泥炭在缺氧的還原條件下，凝膠化作用進(jìn)行得比較徹底而形成的[20-21]。

2.2 煤層特征

織納煤田龍?zhí)督M含煤巖系形成于陸表海背景之下，晚二疊世時(shí)，泥炭沼澤往往是在三角洲、潮坪環(huán)境或障壁瀉湖環(huán)境的基礎(chǔ)上發(fā)育而成的。晚二疊世由于海平面的高頻率變化，因而在海平面相對(duì)下降期間潮坪帶逐漸沼澤化或?yàn)a湖逐漸淤淺潮坪沼澤化，最終形成煤層[22]。通過(guò)研究區(qū)內(nèi)40余口鉆井含煤性統(tǒng)計(jì)可以看出研究區(qū)煤層厚度分區(qū)大致呈北東—南西向帶狀分布，由北西向南東煤層厚度逐漸變薄(圖3)。煤層總厚度大于30m的富煤帶分布于八步—板橋—中寨—三塘—新華一線以西，該區(qū)含煤30～80余層，且多為30～60層，煤層總厚30～47.75m，其中可采煤層5～26層，為9～20層，可采總厚度14.40～24.92m，平均18.6m，可采系數(shù)3.6%～7.6%；此線以西至鐵石-流長(zhǎng)-牛場(chǎng)-上坪壩-普定一線，煤層厚度在10～30m，為聚煤區(qū)，同時(shí)還包括研究區(qū)東北部化作、龍場(chǎng)治昆地區(qū)，該區(qū)含煤10～64層，且多為10～40層，含煤總厚10～29.88m，含煤系數(shù)為5%～10%，其中可采煤層4～16層，4～9層，可采厚度5.37～23.31m，可采系數(shù)2%～5%；鐵石-流長(zhǎng)-牛場(chǎng)-上坪壩-普定一線以西至井田邊界煤層厚度小于10m，為貧煤區(qū)，含煤0～15層，含煤總厚度小于10m，含煤系數(shù)在5%一下，可采厚度小于5m，可采系數(shù)小于2%。煤層厚度大于40m的富煤中心有三處：中嶺-陽(yáng)長(zhǎng)-比德一帶、化樂(lè)-新場(chǎng)一帶以及以支塘一帶。

圖3 織納煤田上二疊統(tǒng)煤層厚度等值線圖Figure 3 Isogram of upper Permian coal thicknesses in Zhina coalfield

3 煤質(zhì)特征

表征煤質(zhì)的指標(biāo)相對(duì)較多，如硫分(St,d)、灰分(Ad)、揮發(fā)份(Vdaf)、鏡質(zhì)體反射率(Rmax，%)、發(fā)熱量(Qgr,ad)、煤的可選性等等，但在這些指標(biāo)中與沉積環(huán)境密切相關(guān)主要為煤的硫分和灰分[23]。因此，筆者在論文中對(duì)煤巖、煤質(zhì)分析時(shí)選取煤巖組分、硫分和灰分作為主要研究對(duì)象。目前普遍認(rèn)為，硫分與沉積環(huán)境和海平面變化的關(guān)系夠比較密切，形成于海陸交互相含煤巖系中的煤層的硫分較高?；曳謩t與泥炭沼澤的礦物質(zhì)補(bǔ)給有關(guān)，主要受沉積環(huán)境的影響，形成于近源地帶的煤層的灰分較高。

3.1 硫分

3.1.1 硫分的橫向分布

織納煤田上二疊統(tǒng)煤層硫分呈不規(guī)則帶狀分布，總體變化趨勢(shì)是：由北西向南東，即由陸相到海相硫分逐漸升高(圖4)。納雍西北部，以老凹?jí)?納雍-新房一線為界，原煤全硫含量小于1.5%，屬低-中硫煤，其中豬廠、沙包、以支塘等地硫分小于1%，屬低煤區(qū)；龍場(chǎng)、治昆、化作等地原煤硫分含量小于0.5%，為特低硫煤區(qū)；低-中硫煤區(qū)以東至八步-水東-比德一線原煤硫分在1.5%～2%，屬中硫煤區(qū)；再往東至官寨-織金-三塘-新場(chǎng)一線，硫分含量繼續(xù)增大至2%～3%，為中高硫煤區(qū)，此線以東及東南大部分地區(qū)，原煤硫分普遍在3%以上，為高硫煤。

圖4 上二疊統(tǒng)硫分等值線Figure 4 Isogram of upper Permian coal sulfur contents

3.1.2 硫分的垂向分布

圖5 煤層硫分含量垂向變化Figure 5 Coal sulfur content vertical variation

研究區(qū)不同時(shí)段形成的煤層硫分含量差別較大，垂向上以龍?zhí)督M上段中上部煤層和長(zhǎng)興組的煤層含硫量較高(圖5)，達(dá)3%～5%，部分可達(dá)6%，屬高硫煤；龍?zhí)督M上段的下部煤層含硫量較低，通常在3%以下，尤以織金一帶的17號(hào)煤層為低—特低硫煤[13]。以三壩地區(qū)為例，2號(hào)煤形成于長(zhǎng)興期海侵過(guò)程中碳酸鹽潮坪，其直接頂板為K2灰?guī)r，由于受海水的影響，其全硫含量高達(dá)5.78%。而當(dāng)頂板為陸相沉積時(shí)，硫分含量較低，如M6、M27，全硫含量小于1.5%。硫分的垂向變化不僅在各個(gè)煤層之間變化較大，而且在煤層內(nèi)部不同部位也是不均一的。這與成煤時(shí)的古地理環(huán)境和海水進(jìn)退有密切的聯(lián)系。同樣與煤層頂板性質(zhì)關(guān)系密切，若其直接頂板即為海相沉積(灰?guī)r)，其硫分含量必然較高；在垂向上距海相層越遠(yuǎn)，其受海水的影響也就越小，相應(yīng)的硫分含量相對(duì)就較低。如三壩地區(qū)M6-3，其頂板為陸相沉積原煤硫分含量較低，為1.32%，而其上的M6-2由于受K3下的影響相對(duì)較大，其硫分含量有所升高，為2.13%。海進(jìn)時(shí)段形成的煤層頂板為海相沉積時(shí)，其硫分含量較高；而在海退時(shí)段頂板為陸相沉積。這一規(guī)律在三角洲發(fā)育地區(qū)表現(xiàn)比較明顯，如納雍地區(qū)龍?zhí)督M下段總體為海進(jìn)環(huán)境，主要煤層的硫分平均值較高；龍?zhí)督M上段總體為海退過(guò)程，主要煤層硫分值偏高。

3.1.3 煤中形態(tài)硫

織納煤田上二疊統(tǒng)可采煤層硫分以硫化物硫?yàn)橹?，其次為有機(jī)硫，硫酸鹽硫。煤中有機(jī)硫來(lái)自多種形式的含硫有機(jī)物，成煤后有可能轉(zhuǎn)化為復(fù)雜煤分子結(jié)構(gòu)的一部分有機(jī)硫?yàn)?；硫酸鹽硫主要來(lái)自石膏(CaSO4·2H2O)和綠礬(FeSO4·7H2O)[13,24]。據(jù)資料[13]統(tǒng)計(jì)，織金地區(qū)硫化物硫占全硫總量的89%，硫酸鹽硫?yàn)?.03%；納雍地區(qū)硫化物硫占71.4%，有機(jī)硫?yàn)?.03%，硫酸鹽硫?yàn)?.25%。因此可以認(rèn)為有機(jī)硫和硫酸鹽硫?qū)θ蚝坑绊懖淮?，在這里不做重點(diǎn)討論。

3.2 灰分

研究區(qū)灰分在橫向上的變化不如硫分明顯，總趨勢(shì)為西部地區(qū)的灰分高于東部；中東部的織金、牛場(chǎng)、貓場(chǎng)、龍場(chǎng)一帶，灰分比其它地區(qū)更低，小于18%[13]。灰分在縱向上的變化與硫分相似，即龍?zhí)督M下段、上段的14號(hào)煤層和長(zhǎng)興組煤層的灰分較高，龍?zhí)督M上段下部灰分含量較低?；曳蛛S硫分含量的增高而增高，反之亦然。在同一地區(qū)、同一煤層或不同煤層，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的煤層比單一煤層的灰分高，如14號(hào)煤即是；厚度大、穩(wěn)定的煤層灰分較低，如6、16號(hào)?？傊?，全煤田煤層以中灰煤為主，灰分值在20%左右(西部陽(yáng)長(zhǎng)、比德地區(qū)高些)。

4 結(jié)論

(1)織納煤田上二疊統(tǒng)煤系是一套海陸交互相陸源碎屑巖夾碳酸鹽巖含煤沉積，煤層有機(jī)組分中鏡質(zhì)組含量，無(wú)機(jī)組分中硫化物含量均相對(duì)較高，反映了泥炭沼澤的覆水程度較深、水動(dòng)力較弱的缺氧還原環(huán)境。

(2)煤層厚度分區(qū)大致呈北東—南西向帶狀分布，由北西向南東煤層厚度逐漸變薄，其中煤層厚度大于40m的富煤中心有三處：中嶺-陽(yáng)長(zhǎng)-比德一帶、化樂(lè)-新場(chǎng)一帶以及以支塘一帶。

(3)織納煤田上二疊統(tǒng)煤層硫分呈不規(guī)則帶狀分布，變化總趨勢(shì)為北西向南東硫分逐漸升高，中、低、高硫煤均有發(fā)育；灰分變化總趨勢(shì)為西部地區(qū)的灰分高于東部，中東部的織金、牛場(chǎng)、貓場(chǎng)、龍場(chǎng)一帶，灰分比其它地區(qū)更低，小于18%。

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Upper Permian Coal Seam Development Features and Coal Quality Analysis in Zhina Coalfield, Western Guizhou

Jiang Bingren1, Ren Haiying2

(1.No.159 Exploration Team, Guizhou Bureau of Coal Geological Exploration, Guiyang 550000; 2.No.174 Exploration Team, Guizhou Bureau of Coal Geological Exploration, Guiyang 550000).

Based on integrated analysis of coal geological information, drilling data and previous research information in the Zhina coalfield expounded Upper Permian Series coal seam development sedimentary environment and coal quality features. On the above basis summarized coal seam extending, sulfur content and ash content distribution patterns. The result has shown that vitrinite content in organic component, sulfide content in inorganic component are all relatively high in upper Permian coals in the area. Those have reflected deeper covering water on peat bog and weaker hydrodynamic anoxic and reducing environment. Coal thickness belts have presented NE-SW zonal distribution, gradually thinning from NW to SE. Sulfur contents present irregular zonal distribution, gradually increasing from NW to SE, mainly medium to high sulfur coals. General trend of ash content variation presents in western part higher than in eastern part, mainly low ash coals.

coal geology; coal seam extension; coal quality features; Zhina coalfield; western Guizhou

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.05.02

1674-1803(2017)05-0007-06

姜秉仁(1982—)，男，湖南綏寧人，工程師；學(xué)歷：本科；研究方向：煤田地質(zhì)、地球化學(xué)。

2017-02-14

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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