李江力， 郭寧寧， 姜志勇， 胡尚軍， 江為民

(湖北省地質(zhì)調(diào)查院,湖北 武漢 430034)

云臺荒煤田位于鄂西南建始、巴東、長陽一帶,屬華南賦煤區(qū)川鄂湘邊賦煤帶。前人對云臺荒煤田含煤地層龍?zhí)督M(P3l)和梁山組(P2l)的潛在煤炭資源進(jìn)行了預(yù)測,認(rèn)為二者具有“煤質(zhì)好,分布面積廣,埋深淺,潛在資源量大”的特點[1-3],但是對煤田地質(zhì)特征、含煤地層特征及控煤因素認(rèn)識尚有不足,本文將著重對梁山煤系進(jìn)行探討。

1 研究區(qū)地質(zhì)特征

云臺荒煤田位于揚子克拉通北緣,上揚子陸塊恩施褶皺區(qū)之恩施臺褶束(圖1)。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置圖

1.1 地層

研究區(qū)地層屬華南地層上揚子地層分區(qū),地層發(fā)育較為齊全,主要出露寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二疊系和三疊系(圖2)。

1.2 構(gòu)造

研究區(qū)褶皺和斷裂均較發(fā)育。區(qū)內(nèi)褶皺主要為近東西向的五龍山背斜和北東向的云臺荒向斜,斷裂以北東向的蘇家坪斷裂、石坪河斷裂、皮家狗斷裂為主。區(qū)內(nèi)褶皺和斷裂走向相交,使區(qū)內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜化,發(fā)育了一系列的小型褶皺和斷裂。

2 含煤巖系特征

2.1 含煤地層

本區(qū)含煤地層主要為上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M和中二疊統(tǒng)梁山組，龍?zhí)督M平行不整合于孤峰組之上，整合于下窯組之下;梁山組平行不整合于黃龍組之上，整合于棲霞組之下,區(qū)內(nèi)梁山組下伏地層船山組缺失。

區(qū)內(nèi)梁山組分布面積大,呈北東向展布,明顯受五龍山背斜、云臺荒向斜兩翼控制。云臺荒向斜為較為平緩的對稱性向斜,地層相對平緩,傾角一般在30°左右。梁山組厚度為5～69 m,受斷裂和褶皺構(gòu)造影響,具有一定的區(qū)域性和方向性的變化規(guī)律,呈現(xiàn)出“中部厚、兩側(cè)薄”的特點。東西兩端北東向斷裂構(gòu)造較發(fā)育,地層連續(xù)性較差,但厚度變化較小,一般為5～10 m;中部地段地層連續(xù),但地層厚度變化大,一般為10～69 m。

圖2 云臺荒煤田地質(zhì)簡圖

圖3 云臺荒煤田梁山組煤層柱狀對比圖

梁山組從黃龍組灰色、深灰色厚層狀生物屑灰?guī)r的剝蝕面開始沉積,到棲霞組含藻類泥質(zhì)灰?guī)r終止,為一套上部以灰黑色、灰色炭質(zhì)頁巖、泥巖、粉砂巖夾煤層或者煤線,中—下部以灰白色粉砂巖、灰白色—略呈肉紅色石英砂巖組成的含煤巖系。沉積構(gòu)造主要發(fā)育水平層理、微波狀層理、斜層理等。

2.2 煤層特征

區(qū)內(nèi)梁山組煤層呈似層狀、透鏡狀及藕節(jié)狀產(chǎn)出，發(fā)育兩個煤層。1號煤層為不穩(wěn)定煤層,僅在鐵廠荒一帶可見,含煤性差,煤層厚度為0～0.15 m。2號煤層為較穩(wěn)定煤層,是研究區(qū)主要的可采煤層,主要分布在八字嶺、蔡家溝、麻砂、張家山、田家坪—涼風(fēng)臺一帶和大埡—黑灣一帶,含煤性較好,煤層厚度一般都在1 m以上;在峰子巖、桃樹坪、四方嶺等地煤層厚度變化較大,尤其是峰子巖一帶以煤線產(chǎn)出,煤層厚度<0.5 m(圖3)。全區(qū)煤層的頂板、底板巖性主要以炭質(zhì)頁巖和泥巖為主,煤層結(jié)構(gòu)以簡單—較復(fù)雜為主。

2.3 煤質(zhì)特征

梁山組2號煤層的煤質(zhì)以光亮煤—半亮煤為主,半暗—暗淡煤次之。煤的鏡下顯微特征表明,以凝膠化—半凝膠化組分為主,絲炭化—半絲炭化及礦物質(zhì)次之。煤巖類型主要為中等—強礦化微亮煤類,少量為微暗煤類。

煤化分析結(jié)果顯示,原煤發(fā)熱量為12.51～30.76 MJ/kg,平均為19.66 MJ/kg;灰分為9.66%～57.14%,平均為38.72%;揮發(fā)分為0.68%～28.92%,平均為11.88%;全硫分在2.19%～11.57%之間,平均值為5.73%。按照《中國煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 15224—2010),本區(qū)煤類主要為中—高灰分高硫無煙煤。

3 控煤因素分析

3.1 構(gòu)造序次

研究區(qū)在晉寧運動形成的結(jié)晶基底基礎(chǔ)上,經(jīng)歷了揚子地塊蓋層發(fā)展和多期構(gòu)造改造的過程。按構(gòu)造運動特點和相互關(guān)系,本區(qū)構(gòu)造演化大致可劃分為加里東—海西期、印支期和燕山—喜山期三個階段。加里東—海西期構(gòu)造活動以伸展作用為主,形成了克拉通盆地及小規(guī)模的板內(nèi)裂陷盆地,其構(gòu)成了含煤地層的沉積基底,裂陷盆地是成煤的有利地段。印支期受到南北向擠壓應(yīng)力的作用,區(qū)內(nèi)地層發(fā)生大規(guī)模的褶皺變形,含煤地層發(fā)生明顯的厚度變化,在褶皺轉(zhuǎn)折端頂端變厚,翼部變薄,引起煤層的厚薄不一。燕山期構(gòu)造活動十分強烈,區(qū)內(nèi)以斷裂變形為主，褶皺變形為輔,這一時期的斷裂構(gòu)造作用破壞了含煤地層的連續(xù)性[4]。

3.2 古沉積基底構(gòu)造

梁山煤系的古沉積基底為上石炭統(tǒng)黃龍組。綜合研究發(fā)現(xiàn),梁山組煤層厚度、結(jié)構(gòu)的差異受到古沉積基底沉降與起伏的影響。區(qū)內(nèi)黃龍組巖性主要為青灰色厚層—塊狀含生物屑灰?guī)r,見少量燧石結(jié)核,底部局部可見厚層狀粗晶灰?guī)r,頂部與梁山組接觸面為起伏不平的古巖溶剝蝕面。區(qū)內(nèi)黃龍組分布廣泛,但由于后期剝蝕作用影響，造成黃龍組厚度變化較大,進(jìn)而在后期沉積過程中引起梁山組沉積厚度的變化,直接對煤層的形成起到控制作用[5-7]。

煤系、煤層厚度的變化與黃龍組灰?guī)r殘存厚度存在著直接關(guān)系(圖4)。從隆起區(qū)到凹陷區(qū),巖溶作用越來越強烈,巖溶谷的規(guī)模越來越大,在云臺荒煤田麻沙帶,巖溶谷長寬可達(dá)幾百米?；装枷輩^(qū)煤系沉積厚度較大,含煤性也好;隆起區(qū)煤系沉積厚度較小,含煤性也差[7-11]。

圖4 云臺荒煤田上石炭統(tǒng)古剝蝕面起伏情況與梁山組的沉積關(guān)系圖[5]

古沉積基底的起伏與煤層含煤性有顯著關(guān)系(圖5),是煤層局部變化的重要因素?；灼鸱斐擅簩有》秶鷥?nèi)含煤性有顯著差別,如在富煤帶內(nèi),由于基底黃龍組灰?guī)r剝蝕程度不一,局部地段基底起伏較大,造成煤層變薄甚至尖滅。

3.3 巖相古地理特征

研究區(qū)內(nèi)梁山組以陸緣含煤碎屑巖沉積為主,其沉積相為潮坪相和瀉湖相,主要成煤環(huán)境和聚煤區(qū)為潮坪相沼澤亞相(圖6)。根據(jù)梁山組巖性組合特征,把梁山組分為四段。底部以灰白色略帶肉紅色中—厚層狀細(xì)粒石英砂巖為主,層間夾少量粉砂巖,石英砂巖具平行層理和波狀層理,見少量交錯層理,與黃龍組接觸界線略微可見沖刷痕跡,石英砂巖中含有少量黃鐵礦,沉積環(huán)境為砂坪亞相,沉積動力較強,成煤環(huán)境極差,基本不含煤。下部為中—厚層狀粉砂巖夾少量細(xì)砂巖、泥巖,局部可見少量煤層或煤線,粉砂巖、細(xì)砂巖主要為平行層理和交錯層理,為砂泥坪亞相,成煤環(huán)境較好。中部以粉砂質(zhì)泥巖夾粉砂質(zhì)頁巖、炭質(zhì)頁巖為主,可見泥巖、頁巖中夾有少量煤層或煤線,為鋁土質(zhì)砂泥坪亞相。上部以灰黑色炭質(zhì)頁巖、炭質(zhì)泥巖夾煤層為主,具有平行層理和小型交錯層理,含植物和腕足、腹足類化石,為泥炭沼澤亞相,成煤環(huán)境極好,為主要的產(chǎn)煤相區(qū)[14-15]。

圖5 鄂西地區(qū)中二疊世梁山煤系沉積期古構(gòu)造簡圖[12]

圖6 鄂西地區(qū)中二疊世梁山期巖相古地理圖[13]

4 結(jié)論

通過對云臺荒煤田地質(zhì)構(gòu)造和含煤地層特征的分析,認(rèn)為含煤地層梁山組受五龍山背斜南翼和云臺荒向斜兩翼的控制,呈近東西向、北東向展布。在區(qū)域構(gòu)造演化過程中,不同期次構(gòu)造活動對煤層的形成起到不同的控制作用。古基底沉積構(gòu)造的剝蝕、沉降與起伏引起梁山組在區(qū)內(nèi)呈現(xiàn)出厚度差異性,直接影響煤層厚度和結(jié)構(gòu)的變化。巖相古地理特征顯示，潮坪—泥炭沼澤亞相為煤的形成提供了最佳環(huán)境。