大同煤田北部石炭-二疊紀含煤地層特征分析

辛成華

（大同煤礦集團公司 地質勘測處，山西 大同 037003）

大同煤田是我國著名的煤田之一（包括大同市、左云縣、右玉縣、懷仁、山陰縣等），大同煤田是雙紀煤田（侏羅紀煤系和石炭-二疊紀煤系）兩個煤系在多數區域重疊賦存，煤炭資源非常豐富[1]。隨著長時間的高強度大規模開采工作的進行，上部侏羅紀煤田772 km2，目前已經全部開發；下部石炭-二疊紀煤田1739 km2，正在大規模地開發。目前有礦井73座，2011年煤炭總量實現1.936 9億t。

同煤集團的石炭-二疊紀礦井包括：塔山、同忻、同發東周窯、馬道頭等，大多是特大型礦井，綜合機械化程度高，對煤層層位和賦存狀態的掌握程度要求越來越高。揭示大同煤田石炭-二疊紀紀煤層的變化規律、聚煤特征，以獲得準確的煤層層位信息，這對礦井安全高效生產非常重要[2]。

1 石炭-二疊紀含煤地層及含煤性

大同聚煤盆地的總體形態是軸向呈北東--南西的類橢圓形，面積約1827km2，主體構造是東南翼地層的傾角相對較陡，而西北部分是平緩的不對稱向斜。區域地層由老到新分別是：太古界集寧群，古生界寒武系，奧陶系下統，石炭系，二疊系；中生界的侏羅系和白堊系；新生界的第三系、第四系[3]。大同煤田北部區內石炭-二疊系含煤地層為石炭系上統太原組、二疊系下統山西組。

1）太原組含煤地層及含煤性（C3t）：該組厚33.2～138.25m，一般厚82.23m。由灰、灰白、灰黑色粉砂巖、砂質泥巖、泥巖、煤層等組成。該組是下煤系主要含煤地層，含2號、3號、4號、5號、6號、7號、8號、9號和10號煤層，該地層區內除1號煤層外，基本上均有分布、且較穩定；但是南厚北薄，至云崗十里河以北逐漸變薄尖滅。本層最底部有一層灰白色或灰黃色中粗粒砂巖，常含礫石，鈣質膠結、堅硬、定為標志層K2砂巖，又稱鵝毛口砂巖。本組與下伏本溪組地層整合接觸。太原組含煤層總厚0.11～51.13m，一般厚15～25m，平均厚18.84m，含煤系數達27%；其中3號、5號和8號煤層為主要可采煤層，賦存穩定；2號、4號、6號、7號、9號和10號煤層為局部可采或零星煤層。本區東南角和西南角有火成巖侵入本組，致使其5號、8號煤層發生變質，但影響甚微。整個大同盆地北部太原組從北向南煤層厚度呈增加趨勢。塔山井田的煤層厚度均大于20m，最厚處達40m以上。

2）山西組含煤地層及含煤性（P1s）：該組厚0～135 m，一般厚61.01m。由一套灰、深灰灰白砂巖、粉砂巖、砂質泥巖組成。僅最下部山4號煤層有工業價值；其他山1、山2、山3號煤層零星分布。本層最底部有一層灰白色含礫粗粒砂巖，厚4～15m，定作標志層K3砂巖（窯子頭砂巖），以此作為本組與太原組分界標志。本組地層分布范圍（較太原組地層）大為縮小，但厚度變化也是東南厚、西北薄。從東周窯至新高山一線以北逐漸變薄缺失。與下伏太原組地層整合接觸。山西組含煤4層，其中只有最下部的山4號煤層較為發育，在全區大部分地區可采，具有工業價值；其他山1、山2、山3號煤層在研究區內只是零星分布。山西組煤層總厚平均4.06 m，含煤系數為9%。在北部山西組含煤厚度大體上是從北向南有增加趨勢，在馬脊梁井田最厚，其厚度達6.65m；在東周窯井田中部、四臺井田、燕子山井田的局部，由于山西組缺失，因此也缺失煤層。

2 石炭-二疊紀含煤地層的巖石類型

1）礫巖。礫巖為灰白色巨厚層狀、厚層狀、中層狀礫巖，礫石主要成份為白色石英和黑色燧石，礫石直徑2～4 cm，分選、磨圓中等，礫石次棱狀到次圓狀，礫石呈疊瓦狀排列，深灰色泥巖和砂巖充填，剖面向上變細過渡為砂巖，與下伏巖層呈沖刷接觸，在山西組和太原組均有分布。

2）砂巖。按照結構特征分為粗砂巖、中砂巖、細砂巖；按照我國現行分類方法分為石英砂巖、長石質石英砂巖、巖屑質石英砂巖、長石巖屑質石英砂巖、長石砂巖、巖屑質長石砂巖、巖屑砂巖、長石質巖屑砂巖。大同煤田北部的砂巖類型主要有石英砂巖、巖屑石英砂巖、長石石英砂巖、長石巖屑砂巖。

3）粉砂巖。包括粉砂巖，泥質粉砂巖。顏色為灰白色、深灰色、灰黑色；其中穩定組分較多，成分較單純，常以石英為主；石英較少，多為鉀長石，此為酸性斜長石；巖屑極少或不存在，常含較多白云母；粘土基質含量一般相當多，向粘土巖過渡形成粉砂巖質粘土巖；磨圓度不高，分選較好；常具有水平層理和波狀層理。在山西組和太原組均有發育。

4）粘土巖。粘土巖在大同煤田北部石炭-二疊系有廣泛分布。該地區常見的有粉砂質泥巖、泥巖、碳質泥巖、高嶺質泥巖、高嶺巖。顏色為灰黑色、灰色、黑色、灰褐色；含植物碎屑化石，粉砂質結合，波狀層理，平坦裝斷口，性脆，易碎，易風化。

3 太原組和山西組沉積環境與聚煤規律

1）太原組沉積環境與聚煤規律。太原期是大同晚古生代含煤盆地最重要的聚煤期，太原組的巖石類型主要為含礫砂巖、砂巖、泥巖等，形成了太原組3號、5號、8號主要可采煤層，煤層總厚約30m左右，含煤系數30%以上。總體特征表現為北東薄而南西厚，在南部玉井、鵝毛口、馬道頭等地較厚，可達120～130m，最厚可達140 m；而在盆地的北東端厚度最薄，僅15～20 m。從太原組地層厚度和分布來看，太原期是大同晚古生代含煤盆地發育的最鼎盛時期，地層遍布全區，沉降中心位于同家梁-舊高山一線至南西部玉井一帶地區。

2）山西組沉積相展布與演化特征。山西組從K3砂巖底部到K4砂巖底部，平均厚度40～80 m，在鵝毛口、酸茨河等地較厚，達到100m以上，鵝毛口區達140m。新高山-云崗一帶以北為剝蝕區。山西組中上部賦存有山3號、山2號、山1號極不穩定薄煤層，由于河流作用加強，河流改道遷移頻繁，辮狀河道沉積發育，泥炭沼澤發育不穩定，因此上述煤層薄且零星分布。除山4號煤層外，大多不可采。

4 結束語

大同煤田石炭-二疊紀含煤地層沉積環境與聚煤特征的分析研究，是一項重要的基礎性工作。通過分析總結，可以提高對大同石炭-二疊紀煤田沉積環境與聚煤規律的認識，有助于提高對煤層賦存狀態和煤層層位的認識，為煤礦安全高效生產提供一定技術支持，也為煤田整體規劃和改擴建提供依據。

[1]楊含祿.大同煤田石炭-二疊紀含煤地層巖相古地理及聚煤環境[C].中國石炭-二疊紀含煤地層及地址學術會議論文集.北京：科學出版社.

[2]崔曉立.大同煤田石炭-二疊紀煤系沉積物源分析[J].山西大同大學學報（自然科學版）,2011,47（4）:55-58.

[3]周安朝.大同晚古生代含煤盆地地質學研究[M].北京：煤炭工業出版社，2010.