李衛(wèi)旭，姚文博，馬家亮，趙存良

（河北工程大學(xué)，河北邯鄲 056038）

伊敏煤田五牧場井田12#煤的煤巖學(xué)特征及煤相分析

李衛(wèi)旭，姚文博，馬家亮，趙存良

（河北工程大學(xué)，河北邯鄲 056038）

運(yùn)用煤巖學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)分析方法，采用偏光顯微鏡，對(duì)伊敏煤田五牧場區(qū)12#煤的12個(gè)煤樣進(jìn)行了分析，觀察到12#煤的顯微組分中鏡質(zhì)組含量較高，且黏土礦物大量出現(xiàn)。通過GI-TPI煤相圖和GWI-VI關(guān)系圖及鏡惰比等煤相參數(shù)值的研究，結(jié)果表明，五牧場區(qū)12#煤的煤相類型為低位泥炭沼澤，成煤期水流活動(dòng)性很強(qiáng)或存在強(qiáng)力的風(fēng)動(dòng)力作用。

伊敏煤田；五牧場區(qū)；鏡質(zhì)組；煤相；低位泥炭沼澤

1 地質(zhì)背景

本井田位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市鄂溫克族自治旗境內(nèi)。東西走向平均長9.850 km，南北平均寬4.430 km，礦區(qū)面積約43.6346 km2。井田北距呼倫貝爾市海拉爾區(qū)63 km，南距伊敏煤電公司12 km。

伊敏盆地位于新華夏系第三沉降帶海拉爾沉降區(qū)的東部（圖1），呼和湖坳陷的東北部。盆地內(nèi)部又發(fā)育有三個(gè)次一級(jí)的構(gòu)造單元，即由北向南依次排列為孟根楚魯向斜，五牧場背斜和伊敏向斜，每一個(gè)次一級(jí)的構(gòu)造單元間均以較大的斷裂為界而成為相對(duì)獨(dú)立的含煤盆地。

五牧場井田位于伊敏盆地的中部區(qū)域、五牧場背斜的南翼附近，呈一單斜構(gòu)造形態(tài)，地層走向北東66°，地層傾角北部較緩，一般小于10°，向東南地層傾角變陡地層沿走向及傾向均有緩波狀起伏。五牧場井田的含煤地層為白堊系下統(tǒng)大磨拐河組，上覆第四系。

12#煤全區(qū)可采，為主要可采煤層，巖性為粉砂巖、泥巖、炭質(zhì)泥巖等;頂板巖性主要為粉砂巖、泥巖,其次為砂礫巖、粗、中粒砂巖等；底板巖性主要為泥巖、粉砂巖,局部見有粗粒砂巖及細(xì)砂巖。

2 樣品采集與實(shí)驗(yàn)

根據(jù)GB/T482-2008煤層煤樣采取方法對(duì)五牧場區(qū)12#煤層自下而上采集15個(gè)分層樣品，每50 cm劃分一個(gè)出分層，并采集一個(gè)樣品，每個(gè)樣品采集的重量約1 kg，其中煤樣12個(gè)，頂板及夾矸共3個(gè)（圖2），并對(duì)其進(jìn)行編號(hào)，對(duì)各分層樣品進(jìn)行顯微組分、礦物的定量統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)500個(gè)以上的有效點(diǎn)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，同時(shí)在顯微鏡下觀察顯微煤巖組分并記錄。

3 結(jié)果與分析

3.1 煤巖特征

3.1.1 宏觀煤巖特征

12#煤層淺部煤的成分以暗煤為主，少量亮煤及絲炭，夾鏡煤條帶，光澤較暗淡，條帶狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，為半暗型煤，12煤層中部煤的成分以亮煤為主，少量暗煤和鏡煤，內(nèi)生裂隙較發(fā)育，條帶狀結(jié)構(gòu)，碎塊狀，為半亮型煤，12煤層深部煤的成分以亮煤為主，少量鏡煤，內(nèi)生裂隙發(fā)育，性脆、碎塊狀，為半亮型煤-光亮型煤。

圖1 海拉爾地區(qū)含煤盆地分布和構(gòu)造位置示意圖（據(jù)萬欣，2010修改）[1]Figure 1 A sketch map of coal basin distribution in Hailar area and tectonic setting(after Wan Xin,2010,modified)[1]

圖2 采樣位置示意圖Figure 2 Sketch map of sampling points

3.1.2 顯微煤巖特征

12#煤的鏡質(zhì)組最大反射率為0.77%，屬于中低階變質(zhì)煙煤中的長焰煤。

采用油浸物鏡對(duì)12#煤的12個(gè)煤樣分別在顯微鏡下進(jìn)行顯微煤巖組分及礦物的統(tǒng)計(jì)，得出12#煤鏡質(zhì)組含量為71.40%～93.66%，平均含量為84.40%；殼質(zhì)組含量為0.51%～4.82%，平均含量為2.06%；惰質(zhì)組含量為4.29%～27.24%，平均含量為13.54%。

鏡質(zhì)組中主要以基質(zhì)鏡質(zhì)體（圖3a）為主，結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體（圖3b，圖3g）次之，均質(zhì)鏡質(zhì)體（圖3c）和團(tuán)塊鏡質(zhì)體（圖3d）含量較少；殼質(zhì)組以小孢子體（圖3e）為主，發(fā)現(xiàn)瀝青質(zhì)體（圖3f）；惰質(zhì)組以絲質(zhì)體（圖3h）為主，碎屑惰質(zhì)體（圖3a）、微粒體（圖3g）、菌類體（圖3i）都有出現(xiàn)；礦物以黃鐵礦（圖3g）和黏土礦物（圖3d）為主。

顯微組分中含有大量碎屑惰質(zhì)體，碎屑鏡質(zhì)體的碎屑組分（圖3a），同時(shí)有大量黏土礦物，說明在成煤時(shí)期水動(dòng)力作用強(qiáng)烈或者風(fēng)動(dòng)力作用強(qiáng)烈的沼澤環(huán)境中。

3.2 煤相特征

煤相即一定泥炭沼澤環(huán)境下形成的煤成因類型和煤巖類型。煤的顯微組分是煤相主要識(shí)別標(biāo)志，取決于成煤植物群落、成煤氣候和泥潭聚集環(huán)境，即覆水條件、聚集方式、水介質(zhì)特征等。用煤巖學(xué)參數(shù)來判斷沉積環(huán)境和植物來源是最有效方法[2-4]。

本文主要采用植物結(jié)構(gòu)保存指數(shù)（TPI）和凝膠化指數(shù)（GI）與植被指數(shù)（VI）及地下水動(dòng)力指數(shù)（GWI）還有鏡惰比（V/I）等煤相結(jié)構(gòu)指數(shù)對(duì)12#煤進(jìn)行煤相分析。

3.2.1 GI-TPI煤相圖

Dissel提出植物結(jié)構(gòu)保存指數(shù)（TPI）和凝膠化指數(shù)（GI）[5]為指示成煤條件的參數(shù)。

凝膠化指數(shù)（GI）可以反映泥炭沼澤的潮濕程度，GI值大表示泥炭形成環(huán)境潮濕且沼澤覆水較深，GI值低表示泥炭形成環(huán)境較干燥且覆水淺。結(jié)構(gòu)保存指數(shù)（TPI）能夠反映植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)保存完好的程度和植物組織降解的強(qiáng)度，TPI值低則反映植物細(xì)胞遭受降解的強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)保存程度較差，反之，則細(xì)胞結(jié)構(gòu)保存完好，遭受降解的強(qiáng)度低。

根據(jù)GI、TPI參數(shù)值建立GI-TPI煤相圖（圖4）。

3.2.2 GWI-VI關(guān)系圖

地下水流動(dòng)指數(shù)（GWI）主要反映地下水對(duì)成煤環(huán)境的控制程度、礦物含量與地下水位變化情況；植被指數(shù)（VI）反映成煤植被及其保存程度，VI值小于1，認(rèn)為與水生或者草本植物具有較強(qiáng)親和性，如果VI值大于1，認(rèn)為與森林具有親和性。根據(jù)Calder提出的計(jì)算公式，作出GWI-VI關(guān)系圖[6]（圖5）。

圖3 12#煤的顯微組分和礦物照片(500×)Figure 3 Microscopic photos of macerals and minerals in coal No.12(500×)

圖4 五牧場區(qū)12#煤GI-TPI關(guān)系Figure 4 GI-TPI relationship of coal No.12 in Wumuchang district

圖5 五牧場區(qū)12#煤GWI-VI關(guān)系Figure 5 GWI-VI relationship of coal No.12 in Wumuchang district

3.2.3 鏡惰比（V/I）

一般來說，鏡質(zhì)組形成于潮濕還原環(huán)境，而惰質(zhì)組形成于干燥氧化的環(huán)境。成煤沼澤的氧化還原程度與沼澤覆水情況密切相關(guān)，所以鏡惰比能較直觀的反映成煤沼澤的覆水程度與氣候的干濕狀況[7]。根據(jù)鏡惰比數(shù)值的大小可以將其劃分為4種成因類型：①V/I值大于4，代表潮濕強(qiáng)覆水；②1＜V/I值＜4，代表極潮濕覆水；③V/I值在0.25～1，代表潮濕弱覆水；④V/I值小于0.25，代表干燥-極干燥環(huán)境。

3.2.4 骨基比

骨基比（F/M）：即為骨架組分和基質(zhì)組分的比值，主要反映植物細(xì)胞受破壞程度和沼澤水流活動(dòng)性的強(qiáng)弱，當(dāng)F/M＞1，代表水流活動(dòng)性較弱的滯留環(huán)境；F/M＜1，代表水流活動(dòng)性較強(qiáng)的活水環(huán)境[3]。

3.3 成煤環(huán)境分析

根據(jù)以上各公式計(jì)算出樣品煤相參數(shù)值見表1。

表1 伊敏煤田五牧場區(qū)12#煤煤相參數(shù)Table 1 Coal facies parameters of coal No.12 in Wumuchang district,Yimin coalfield

從TPI-GI關(guān)系圖中可以看出，樣品的參數(shù)點(diǎn)都落在了低位沼澤內(nèi)，說明研究區(qū)12#煤成煤時(shí)處于一種很潮濕的環(huán)境中，屬于開闊水域低位泥炭沼澤類型。植物的結(jié)構(gòu)保存指數(shù)（TPI）為0.08～0.39，平均值為0.22，說明植物結(jié)構(gòu)保存程度低，可能是在極端潮濕的環(huán)境下，在凝膠化過程中植物細(xì)胞組織受到強(qiáng)烈的破壞。

從GWI-VI關(guān)系圖中可以看出，GWI值越大，說明受地下水作用影響越強(qiáng)，GWI值為0.02～0.28，平均值為0.1，反映了成煤沼澤受地下水作用的影響很低，VI值全部小于1，說明12#煤成煤植物基本為草本或水生植物。

通過表1可以看出鏡惰比（V/I）除TD12-3、TD12-6分別為3.17和2.62且在1到4之間外，其余參數(shù)值均大于4，且全部樣品鏡惰比的平均值為8.31，大于4，說明該煤層主要是在還原性較強(qiáng)的潮濕強(qiáng)覆水環(huán)境下形成的。

從表1可以看出骨基比（F/M）均小于1，說明在低位泥炭沼澤環(huán)境下水流活動(dòng)性很強(qiáng)，植物遺體及細(xì)胞結(jié)構(gòu)受到機(jī)械破壞。

通過各項(xiàng)參數(shù)并進(jìn)行分析得出12#煤層形成于還原性較強(qiáng)的潮濕強(qiáng)覆水環(huán)境中，且水流活動(dòng)性較強(qiáng)，成煤植物以草本或水生植物為主，植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)在強(qiáng)水動(dòng)力作用下遭到破壞。

4 結(jié)語

由對(duì)伊敏煤田五牧場區(qū)12#煤的煤巖學(xué)特征和煤相類型的研究與分析可得，12#煤的有機(jī)顯微組分中鏡質(zhì)組含量最高，其中以基質(zhì)鏡質(zhì)體為主，同時(shí)含有大量黏土礦物，該煤層的煤相類型為低位泥炭沼澤，煤層形成于水流活動(dòng)性較強(qiáng)，或者風(fēng)動(dòng)力作用較強(qiáng)的成煤環(huán)境中。

[1]萬欣.呼和諾爾盆地伊敏組含煤特征分析[J].中國煤炭地質(zhì)，2010，22(5):23-28.

[2]Sun Y Z.Petrologic and geochemical characteristics of“barkinite”from the Dahe mine,Guizhou Province,China[J].International Journal of Coal Geology，2003，56，84-88.

[3]方愛民，雷家錦，金奎勵(lì)，等.山西西山煤田7號(hào)煤層煤相研究[J].中國煤田地質(zhì)，2003，15（5）：12-16.

[4]Lin M Y，and Tian L.Petrographic characteristics and depositional environment of the No.9 Coal(Pennsylvanian)from the Anjialing Mine, Ningwu Coalfield,China[J].Energy Exploration&Exploitation，2011，29 (2)，197-204.

[5]Diessel C F K．The correlation between coal facies and depositional environments[C]//Proc.Symposium on Advances in thestudy of the Sydney Basin：Newcastle.University of Newcastle，1986，19-22.

[6]Calder J H，Gibbing M R，Mukhopadhay P K．Peat formation in a Westphalian B piedmont setting，Cumberland Basin，Nova Scotia：Implication for the maceral～based interpretation of rheotrophic and raised paleomires[J].Bulletin de la Societe Geologigue de France，1991，162（2）：283-298.

[7]Sun Y Z,Wang S P,Lin M Y.Maceral and geochemical characteristics of coal seam 1 and oil shale 1 in fault-controlled Huangxian Basin, China[J].Organic geochemistry.1998,583-591.

Coal Petrological Features and Coal Facies Analysis of Coal No.12 in Wumuchang District,Yimin Coalfield

Li Weixu,Yao Wenbo,Ma Jialiang and Zhao Cunliang
(Hebei University of Engineering,Handan,Hebei 056038)

In coal petrological and statistics analytic procedures,using polarizing microscope carried out analysis for 12 coal samples of coal No.12 from Wumuchang district,Yimin coalfield have found higher vitrinite content in coal No.12 macerals and a lot of clay minerals.Through discussion and study on GI-TPI coal facies chart and GWI-VI relationship chart,as well as coal facies parameter values including vitrinite/inertinite ratio have shown that the coal facies type of coal No.12 belongs to low-level bog with strong water flow mobility or under strong wind dynamic actions during coal-forming stage.

Yimin coalfield;Wumuchang district;vitrinite;coal facies;low-level bog

P618.11

A

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.02.05

1674-1803(2017)02-0020-04

國家自然科學(xué)基金（41611130046）；河北省自然科學(xué)基金（D2016402104）

李衛(wèi)旭（1992—），河北邯鄲人，碩士研究生，從事煤地質(zhì)學(xué)研究。

趙存良（1982—），山東聊城人，副教授，研究生導(dǎo)師，從事煤地質(zhì)學(xué)研究。

2016-11-07

責(zé)任編輯：宋博輦