黑龍江綏濱煤田福興礦區城子河組煤質特征及成煤環境研究

張曉晴 李寶慶

摘 要：依據煤質測試結果，對城子河組14號煤的煤質特征進行了研究，結果表明14號煤以高鏡質組含量、高揮發分產率、低灰分產率、特低水分含量和特低硫分含量為特征；依據揮發分產率可劃分為高揮發分A煙煤。高的鏡質組含量歸因于成煤期盆地基底沉降速率相對較快，沼澤面長期處于地下水潛水面之下而具有相對還原的環境。灰成分參數和硫含量指示成煤環境為陸相環境，但沼澤環境具有較弱的還原環境。

關鍵詞：綏濱煤田；城子河組；煤質；灰成分

中圖分類號：TD163 文獻標識碼：A

Abstract： Based on the results of coal quality， the paper investigates coal quality of the No.14 coals of the Chengzihe Formation to indicate that the studied coals are characterized by high vitrinite content， high volatile yield， low ash yield， sepicial-low moisture content and low sulfur content. The coals are classified as high volatile A bituminous coals following the ASTM classification. The high vitrinite content in coals is ascribed to relative high subsidence rate of basin base， which makes peat have relatively high groundwater table. The ash compositional indices and sulsur content suggest a terrigenous coal-forming environment showing relatively low reducing condition.

Key words： Suibin coalfield； Chengzihe formation； coal quality； ash composition

煤質特征研究是確定煤的工業利用和評價開采利用過程中對環境影響的基礎性研究，是煤地質學研究領域的重要內容，而且在煤層形成機理及成煤環境方面得到了比較廣泛的應用。福興礦區作為一個新近勘探區，由于其豐富的煤炭資源而備受關注。本文基于對研究區煤樣的測試，分析了研究區煤的煤巖學、煤化學和煤灰成分特征，并對成煤環境進行了探討。

1 地質概況

福興礦區位于綏濱煤田的最北端，綏濱煤田是位于佳木斯地塊東北側的一個晚中生代陸相沉積為主的海陸交互型斷坳含煤盆地。區內發育地層主要包括中元古界黑龍江群、上古生界石炭—二疊系、中生界中侏羅統綏濱組、上侏羅統東榮組、下白堊統城子河組、穆棱組和新生界地層。

下白堊統城子河組是福興礦區主要的含煤地層，其可以進一步劃分為三個巖性段。上部為粉細砂巖段、中部為礫巖段和下部為含煤段。該組是一套以河流、湖泊—沼澤—泥炭沼澤相的含煤沉積。城子河組形成于下三角洲沖積平原環境，聚煤條件較為有利，形成了橫向廣泛連續的14號煤層。

2 樣品和方法

本次分析樣品采自綏濱煤田福興礦區6個鉆孔中，共采樣品10件，均為下白堊統城子河組14號煤層。樣品制備、測試均按照國家標準進行。

3 煤質特征

3.1 煤的巖石學特征

研究煤中顯微組分以鏡質組（66.3%～ 90.5%，平均為85.5%）為主體，含少量惰質組（2.2%～16.5%，平均為12.2%）。鏡質組以基質鏡質體和結構鏡質體為主，均值鏡質體和碎屑鏡質體次之，含少量團塊鏡質體。惰質組以半絲質體為主，含少量碎屑惰質體和微量絲質體、微粒體。顯微組分組成特征揭示，下白堊統城子河組成煤期盆地基底沉降速率較快，泥炭沼澤表面長期處于沼澤潛水面之下，具相對還原的低位泥炭沼澤特征，此與我國下白堊統和古近—新近系一些斷陷盆地中基底沉降速率較快形成的顯微組分組成特征較相近。

3.2 煤化學特征

根據綏濱煤田福興礦區城子河組14號煤層的工業分析、全硫和灰成分分析結果。研究區為為特低水分、低灰、高揮發分A煙煤（依據ASTM分類標準）。

研究煤的全硫含量介于0.08%～ 0.36%，均值為0.18%，為低硫煤（硫分含量低于1.0%為低硫煤），指示了一種陸相成煤環境。形態硫分析表明硫分主要以有機硫的形式存在，黃鐵礦硫和硫酸鹽硫含量很低。前人研究認為低硫煤中的硫主要來自于植物體，主要以有機硫的形式存在，此次研究與前人成果相一致。

3.3 煤灰成分與成煤環境

煤的灰分組成與煤中所含礦物質在種類、數量上皆具有一定的相關性，常以Ca、Mg、Al、Si、Fe和P等元素的氧化物表示，由于上述元素在泥炭沼澤中的沉淀或遷移受到水體氧化還原條件、酸堿度及鹽度等因素的影響，因此灰成分可在一定程度反映聚煤環境的特征。較多學者采用灰成分指數（Fe2O3+CaO+MgO）/（SiO2+Al2O3）、SiO2+Al2O3等作為聚煤環境判別參數。

表1顯示，煤灰成分主要由SiO2 和Al2O3組成，兩者之和約占72.16%～ 84.65%，均值為76.91%。葉道敏等指出Fe2O3+CaO+MgO大于75%為陸相泥炭沼澤。研究區煤樣的上述參數揭示為陸相泥炭沼澤環境。

趙師慶認為（Fe2O3+CaO+MgO）/（SiO2+Al2O3）比值介于0.03～0.22為較弱還原環境，比值介于0.23～1.23為較強還原環境。研究區樣品Fe2O3+CaO+MgO/SiO2+Al2O3比值大數低于0.22，揭示成煤沼澤為較弱的還原性沼澤。

為進一步研究煤灰成分作為聚煤環境判別的可行性，以煤灰成分中SiO2+Al2O3、CaO+MgO和Fe2O3+SO3三個組分的百分含量作為三個端元作三角端元圖解。三個灰成分端元百分含量實際反映了聚煤環境的不同介質條件，接近SiO2+Al2O3端元反映以粘土礦物為代表的陸源礦物類型，多與淡水介質注入有關；接近CaO+MgO端元反映煤中鈣鎂礦物含量較高，屬半潮濕氣候條件下的弱氧化-弱還原環境，且堿度相對較高，Ca2+、Mg2+等易于沉淀；接近Fe2O3+SO3端元表明煤中硫鐵礦含量較高，一般代表相對閉塞的局限沼澤環境。研究區煤樣的三端元組分揭示泥炭沼澤為相對開闊的、與淡水注入密切相關的弱還原沼澤。

結論

（1）研究區煤的顯微組分以鏡質組為主，惰性組次之，此歸因于成煤期盆地基底沉降速率相對較快，沼澤面長期處于地下水潛水面之下而具有相對還原的環境。

（2）研究煤以特低水分含量、特低硫分含量、低灰分產率和中高揮發分產率為特征；依據揮發分產率可劃分為高揮發分A煙煤。

（3）灰成分參數和硫含量指示成煤環境為陸相環境，但沼澤環境具有較弱的還原環境。

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