李永高,孫國忠
(1.中國煤炭地質(zhì)總局 第一勘探局,河北 邯鄲 056004;2.北京大地高科地質(zhì)勘查有限公司,北京100040)
河?xùn)|煤田位于黃河中游呂梁山西麓鄂爾多斯盆地東部邊緣,為南北近走向,傾向西的隱伏煤田,整體呈南北長東西窄的條狀展布[1]。地理位置上由南向北跨越運(yùn)城、臨汾、呂梁、忻州4 個(gè)地區(qū),含煤面積約1.6 萬km2,是我國重要的焦煤產(chǎn)地[2],從北到南擁有4 個(gè)國家級煤炭規(guī)劃礦區(qū),包括晉北、晉中2 個(gè)國家級煤炭生產(chǎn)基地。
桑峨井田位于山西省西南部臨汾市吉縣境內(nèi),南起王家河—灣里一線,東北部止屯里林場—后圪臺,東南部草坡灘—石窯店,西至毛家莊,東西長9.2~14.6 km,南北寬走向?qū)?3.7~19.6 km,面積189.87 km2。含煤地層從下至上分別為石炭系中統(tǒng)本溪組、石炭系上統(tǒng)太原組以及二疊系下統(tǒng)山西組,含煤地層總厚度約142 m 左右,共含煤10 層,煤層總厚度11.3 m,含煤系數(shù)7.9%,其中主要可采煤層3 層,可采總厚5.5 m,可采含煤系數(shù)5%。
本文在以往研究成果基礎(chǔ)上,結(jié)合本井田煤炭資源勘探成果,對煤系、含煤地層、主要可采煤層賦存特征進(jìn)行分析研究,為煤炭資源的開發(fā)利用提供了依據(jù)。
桑峨井田位于華北地臺之鄂爾多斯斷塊東緣的晉西坳緣帶南段關(guān)王廟北東向褶帶的東部。晉西坳緣帶(即河?xùn)|煤田) 是我國著名煉焦用煤產(chǎn)地,其西與伊陜單斜區(qū)呈過渡關(guān)系,東隔離石斷裂帶與山西斷塊的呂梁塊隆相鄰,南以鄉(xiāng)寧斷撓帶與臨汾—運(yùn)城新裂陷相望。關(guān)王廟北東向褶帶位于鄂爾多斯盆地東緣晉西坳緣帶(河?xùn)|煤田) 的南段,帶內(nèi)地層總體向北西傾斜,最邊部出露變質(zhì)結(jié)晶基底,顯示了邊緣撓起帶的特征。
井田位于鄂爾多斯斷塊東部,河?xùn)|斷褶帶西帶南段,受紫荊山斷褶帶的影響和控制,該區(qū)為地層走向?yàn)镹E,向NW 傾斜的單斜構(gòu)造,傾角一般為6°~15°,在此基礎(chǔ)上發(fā)育與走向大致平行的短軸褶曲,斷層不發(fā)育,未發(fā)現(xiàn)陷落柱及巖漿巖侵入,構(gòu)造簡單。區(qū)內(nèi)主要有武莊向斜、武莊背斜及落差大于30 m 的斷層1 條,小于30 m 的斷層2 條。
該區(qū)屬掩蓋—半掩蓋區(qū),基巖僅沿溝谷出露。出露地層有上二疊統(tǒng)上石盒子組、石千峰組,三疊系下統(tǒng)劉家溝組、和尚溝組、二馬營組,新生界地層覆蓋在不同時(shí)代的地層之上。經(jīng)鉆孔揭露的本井田地層從下至上分別為奧陶系中統(tǒng)馬家溝組、奧陶系中統(tǒng)峰峰組,石炭系中統(tǒng)本溪組、石炭系上統(tǒng)太原組,二疊系下統(tǒng)山西組、二疊系下統(tǒng)下石盒子組、二疊系上統(tǒng)上石盒子組、二疊系上統(tǒng)石千峰組,三疊系下統(tǒng)劉家溝組、三疊系下統(tǒng)和尚溝組以及第四系地層,主要含煤地層為山西組和太原組。
二疊系下統(tǒng)山西組為該井田主要含煤地層,為一套以河控三角洲上的平原環(huán)境為主的含煤沉積建造,本組地層厚度32.50 ~ 59.50 m,平均厚度45.21 m,由東向西呈增厚趨勢(圖1),與下伏太原組為連續(xù)沉積的接觸關(guān)系。
圖1 山西組厚度等值線圖Fig.1 Thickness contour of Shanxi Formation
下部為以河控三角洲上的平原環(huán)境為主的沉積,由于沉積環(huán)境較穩(wěn)定,沼澤化持續(xù)時(shí)間較長,對聚煤作用十分有利,形成了層位穩(wěn)定,厚度較大的2 號、3 號煤層,但是沿著分流澗灣地帶的水體較淺,水深變化較大,局部地段出現(xiàn)2 號煤層的分叉現(xiàn)象。巖性以中細(xì)粒砂巖、粉砂巖、泥巖為主,一般含煤2 ~3 層(2 號下、2 號、3 號煤層),其中2 號煤層為穩(wěn)定的大部可采煤層,3 號煤層為較穩(wěn)定的大部可采煤層。從K7 砂巖起至2 號煤層頂板砂巖,厚5.85 ~26.93 m,平均14.92 m。2 號煤頂板含有豐富的植物化石,主要有Sphenophyllum sp. Labatannuaria sinensis, Teniopteris multinervis,Emplectopteris sp.等。
上部為三角洲平原分流河道遷移而形成的分流間灣溢岸沉積。由于所形成的泥炭沼澤不斷變遷,形成以發(fā)育不穩(wěn)定的夾薄煤層(1 號上、1 號、2 號上煤層) 及以砂巖、粉砂巖、泥巖為主的沉積,該段從2 號煤頂板砂巖起至K8 砂巖底界,厚14.73 ~40.22 m,平均26.20 m。
該組地層厚39.40 ~96.35 m,平均厚度66.17 m,含煤系數(shù)4.05%,由西向東呈增厚趨勢(圖2、圖3),含煤5 ~7 層,煤層總厚0.75 ~5.91 m,平均2.68 m,9 號煤層為大部可采的較穩(wěn)定煤層,為該區(qū)主要可采煤層,平均厚度1.43 m,可采含煤系數(shù)2.16%
圖2 太原組厚度等值線圖Fig.2 Contour map of Taiyuan Formation thickness
圖3 太原組巖性特征、標(biāo)志層及煤層編號示意Fig.3 Lithological characteristics,marker bed and coal seam numbering of Taiyuan Formation
太原組為該井田主要含煤地層之一,屬于潮坪—碳酸鹽臺地沉積,據(jù)巖性組合及沉積環(huán)境可劃分為3 段。下段屬潮坪及泥炭沼澤間有局限臺地沉積,底部為灰—灰白色細(xì)粒砂巖(K1) 與下伏本溪組連續(xù)沉積,主要巖性為灰—深灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖夾深灰色細(xì)粒砂巖薄層,該段厚度7.10(S901) ~36.05 m(S603),平均21.77 m,含煤2~3 層,其中9 號煤層為穩(wěn)定的主要可采煤層之一,由于受局限臺地的影響煤層厚度變化較大,頂板 含 植 物 化 石, 主 要 有 Neuropteris ovata,Pecopteris orientalis,Sphenophyllm sp.等。
中段屬淺水碳酸鹽臺地潮坪沉積,從K2 石灰?guī)r底板至K4灰?guī)r底界,厚度11.46(S1301) ~25.72 m(S1104),平均17.21 m。巖性由石灰?guī)r、泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖組成,含石灰?guī)r3 層(K2、K3、K4) 薄煤2 層(6 號、7 號煤層),一般不可采。K2石灰?guī)r厚度約7 m,深灰色—灰黑色厚層狀含有燧石結(jié)核,產(chǎn)豐富的動物化石,主要有蜒類Triticites sp.Schwagerina sp.Quasifusulina sp.,腕足類 : Chonetes sp.Dictyoclostus taiyuanfuensis,Choristites sp.等。
上段為砂坪—泥坪及泥炭坪沉積,從K4 灰?guī)r至K7 砂巖,厚10.05(S1406) ~35.13 m(S1409),平均27.24 m,巖性為深灰色—灰黑色粉砂巖、砂質(zhì)泥巖,夾薄層細(xì)砂巖及煤層1 ~2 層(5 號、6號煤層) 一般不可采,6 號煤層頂板含較豐富的植物化石。
該井田含煤地層為二疊系下統(tǒng)山西組,石炭系上統(tǒng)太原組及中統(tǒng)本溪組,含煤地層總厚約142 m,共含煤10 層,煤層總厚度約11.3 m,其中主要可采煤層3 層,分別為2 號煤層、3 號煤層及9號煤層。
位于山西組下部,上距2 號上煤層0.87 ~15.21 m,平均4.63 m。見煤點(diǎn)136 個(gè),可采點(diǎn)132個(gè),不可采點(diǎn)4 個(gè),可采性指數(shù)0.97,煤厚變異系數(shù)31%。煤層厚度0.60 ~4.47 m,平均厚度2.62 m,總體上井田中部較厚,向東南、西部逐漸變薄,為薄—厚煤層,以中厚煤層為主(圖4)。
圖4 2 號煤厚度等值線圖Fig.4 The thickness contour of No.2 coal
2 號煤層在井田西部及北部煤層厚度一般為3 m 左右,含夾矸1 ~2 層,東南部出現(xiàn)分叉現(xiàn)象,一般多分叉為2 ~3 個(gè)煤分層,僅上部分層可采,其余分層厚度一般為0.5 m 左右,各煤分層之間一般以含炭泥巖、炭質(zhì)泥巖為主,厚度均大于煤分層厚度。
2 號煤層直接頂板多為深灰色—灰黑色粉砂巖、砂質(zhì)泥巖,底板為黑灰色砂質(zhì)泥巖。2 號煤層層位穩(wěn)定,厚度有一定變化,總體上呈現(xiàn)中部較厚,西部、東南補(bǔ)逐漸變薄,結(jié)構(gòu)簡單—較簡單,為全區(qū)可采的穩(wěn)定煤層。
2 號煤層宏觀煤巖類型以半光亮煤為主,鏡質(zhì)組平均含量為85.35%,惰質(zhì)組平均為14.65%。原煤水分含量為0.17%~5.91%,平均0.90%;原煤灰分產(chǎn)率為4.96%~38.04%,平均15.01%,屬于低灰煤;原煤全硫含量為0.11% ~2.93%,平均0.56%,屬于低硫煤;原煤干燥基高位發(fā)熱量(Qgr,d) 為20.49 ~ 35.30 MJ/kg,平 均30.47 MJ/kg,屬高發(fā)熱量煤。浮煤干燥無灰基揮發(fā)分為8.94%~17.97%,粘結(jié)性指數(shù)為0~64,膠質(zhì)層厚度度0~9.0 mm,煤類屬瘦煤、貧瘦煤、貧煤及無煙煤,以貧煤為主。
3 號煤層位于山西組下部,上距2 號煤層0.35~2.40 m,平均1.08 m。見煤點(diǎn)130 個(gè),可采點(diǎn)121 個(gè),不可采點(diǎn)9 個(gè),煤層厚度一般0.50 ~1.90 m,平均厚度1.04 m,以薄煤層為主(圖5),標(biāo)準(zhǔn)差0.19,可采性指數(shù)0.92,煤厚變異系數(shù)18%。
圖5 3 號煤厚度等值線圖Fig.5 The thickness contour of No.3 coal
3 號煤頂板為泥巖、含炭質(zhì)泥巖,底板為泥巖、粉砂巖。3 號煤層層位穩(wěn)定,煤層厚度變化不大,井田東北部較厚,含夾矸0~1 層,煤層結(jié)構(gòu)簡單,屬大部可采的穩(wěn)定煤層。
3 號煤層宏觀煤巖類型以半暗煤為主,鏡質(zhì)組平均含量為79.27%,惰質(zhì)組平均為20.73%。原煤水分含量為0.22%~3.38%,平均0.83%;原煤灰分產(chǎn)率為6.57% ~ 35.61%,平均12.90%,屬于低灰煤;原煤全硫含量為0.22% ~ 5.97%,平均1.68%,屬于中硫煤;原煤干燥基高位發(fā)熱量(Qgr,d) 為21.59% ~ 35.78 MJ/kg,平均30.71 MJ/kg,屬于高發(fā)熱量煤。浮煤干燥無灰基揮發(fā)分為8.37% ~ 20.58%,粘結(jié)性指數(shù)為0 ~65,膠質(zhì)層厚度為0 ~23 mm,煤類屬瘦煤、貧瘦煤、貧煤及無煙煤,以貧煤為主。
9 號煤層位于石炭系上統(tǒng)太原組下段的上部,下距K1 砂巖(太原組底界砂巖) 地層厚度一般為2.06~35.44 m,平均19.62 m,上距3 號煤層的厚度一般為39.68 ~ 81.06 m,平均53.79 m。穿過鉆孔125 個(gè),見煤點(diǎn)124 個(gè),可采點(diǎn)70 個(gè),不可采點(diǎn)54 個(gè),煤層厚度一般0.25~5.62 m,平均厚度1.43 m,為薄—厚煤層,以中厚煤層為主。標(biāo)準(zhǔn)差1.10,可采性指數(shù)0.56,煤厚變異系數(shù)77%,平面上西南部和東北部煤層厚度較厚,西北部煤層變薄為1.02 m 左右,中部及南部為不可采區(qū)域,西部9號煤層不含夾矸,東南部含夾矸2 層,結(jié)構(gòu)簡單。
9 號煤頂板為K2深灰色石灰?guī)r,底板為灰黑色泥巖、含鋁質(zhì)泥巖。9 號煤層層位穩(wěn)定,厚度變化比較大,含夾矸1 ~2 層,可采區(qū)主要分布在井田東部及西部(圖6),煤層結(jié)構(gòu)較簡單,屬大部可采的較穩(wěn)定煤層。
圖6 9 號煤厚度等值線圖Fig.6 The thickness contour of No.9 coal
9 號煤層宏觀煤巖類型以半光亮煤為主,鏡質(zhì)組平均含量為77.38%,惰質(zhì)組平均為22.62%。原煤水分含量為0.23%~2.43%,平均0.70%;原煤灰分產(chǎn)率為8.36%~39.54%,平均16.32%,屬于低灰煤;原煤全硫含量為0.49% ~5.99%,平均2.87%,屬于中高硫煤;原煤干燥基高位發(fā)熱量(Qgr,d)為19.50% ~ 35.07 MJ/kg,平均29.19 MJ/kg,屬于高發(fā)熱量煤。浮煤干燥無灰基揮發(fā)分為9.01%~18.55%,粘結(jié)性指數(shù)為0~11,膠質(zhì)層厚度為0~17.0 mm,煤類屬貧瘦煤、貧煤及無煙煤,以貧煤為主。
該區(qū)沉積環(huán)境可以分為2 個(gè)主要階段,第一階段為晚古生代早期至中期,主要是海相環(huán)境。當(dāng)時(shí),該區(qū)域處于一個(gè)廣闊的淺海盆地中,海水深度較淺,水體穩(wěn)定,沉積物以碳酸鹽巖為主,同時(shí)也有一定量的泥巖和砂巖。由于該地區(qū)處于板塊活動帶,地殼運(yùn)動頻繁,海平面變化劇烈,因此沉積物的組成和性質(zhì)隨時(shí)間和空間的變化而發(fā)生了明顯的變化。
第二階段為晚古生代晚期至新生代,主要是陸相環(huán)境。當(dāng)時(shí),該地區(qū)經(jīng)歷了多次復(fù)雜的構(gòu)造變形,形成了一系列山脈和高原,陸地面積擴(kuò)大,海水逐漸退去,陸相沉積物逐漸成為主要類型。沉積物主要為砂巖、泥巖和煤系沉積物,其中煤系沉積物較為發(fā)育。
山西組為該井田主要含煤地層,為一套以河控三角洲上的平原環(huán)境為主的含煤沉積,下部為以河控三角洲上的平原環(huán)境為主的沉積,由于沉積環(huán)境穩(wěn)定,沼澤化持續(xù)時(shí)間較長,對聚煤作用十分有利,形成層位穩(wěn)定、厚度較大的2 號、3 號煤層,但沿著分流澗灣地帶水體較淺水深變化較大,局部地段出現(xiàn)2 號煤層分叉現(xiàn)象。巖性以砂巖、粉砂巖、泥巖為主。上部為三角洲平原分流河道遷移而形成的分流間灣溢岸沉積。由于所形成的泥炭沼澤不斷變遷,形成發(fā)育不穩(wěn)定的薄煤層。
該井田太原組為本區(qū)主要含煤地層,屬潮坪—碳酸鹽臺地沉積,根據(jù)其巖性組合特征及沉積環(huán)境特征可劃分為3 段。下段屬潮坪及泥炭沼澤間有局限臺地沉積。中段屬淺水碳酸鹽臺地—潮坪沉積,上段為砂坪—泥坪及泥炭坪沉積,本期形成的主要可采煤層為9 號煤層。
河?xùn)|煤田桑峨井田含煤地層為山西組和太原組,山西組主要可采煤層為2 號、3 號煤層,太原組主要可采煤層為9 號煤層,煤層賦存穩(wěn)定,結(jié)構(gòu)簡單。該區(qū)主要煤類為低硫、低灰、發(fā)熱量高的優(yōu)質(zhì)貧煤,煤質(zhì)較好,經(jīng)洗煤后精煤可作為高爐噴粉煤和優(yōu)質(zhì)動力煤,具有較高的開采價(jià)值,可為當(dāng)?shù)丶爸苓厖^(qū)域經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供動力,并產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。