淺析老龍灣井田含煤地層特征

袁素偉

（山西省地質勘查局二一二地質隊，山西長治046000）

淺析老龍灣井田含煤地層特征

袁素偉*

（山西省地質勘查局二一二地質隊，山西長治046000）

沁水煤田位于山西省南部，是山西省最大的煤田，老龍灣井田位于該煤田的西南部邊緣。井田內主要含煤地層為上古生界二疊系山西組及石炭系太原組，山西組為一套陸相含煤地層，其中下部發育該區主要的可采煤層3號煤層。太原組為一套海陸交互相含煤地層，其中下部發育本區內的另一主要可采煤層15號煤。在前人研究的基礎上，結合“山西省沁水煤田老龍灣井田煤炭勘探項目”的勘查成果，利用沉積學、煤田地質學、巖相古地理等理論及方法，總結其含煤地質特征及控煤因素，重點剖析了井田內含煤地層的時間演化和空間分布規律及主要可采煤層厚度變化規律，研究了該區聚煤古地理環境及其對煤層厚度的控制，對山西組3號煤層厚度的變化規律及形成原因進行客觀的分析，對該區煤層勘探開發具有一定的指導意義。

老龍灣井田；含煤地層；控煤因素

煤炭為山西省的主要礦產資源之一，其開采歷史久遠，多年來賦存條件好的區段多已被開發或待開發，相應的勘查深度在加大，難度也在加大，很多勘查區煤層的賦存形態更加復雜，煤層厚度變化大，穩定程度降低。老龍灣井田位于山西省沁水煤田的西南部邊緣。晉城礦區內普遍穩定可采的3號煤層在該勘查區內厚度有較大的變化。本文主要想結合當前勘查成果，在綜合分析、系統總結歸納前人研究成果的基礎上，對本區含煤地層特征、地層含煤性及控煤因素等作進一步的分析、總結，為今后的勘查開發工作提供一些參考。

1　區域地質概述

老龍灣井田位于山西省沁水煤田晉城礦區的西南部邊緣，太行斷塊沁水塊坳的南端，該區地層由南向北依次出露有寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系和三疊系等地層，第四系松散沉積物分布廣泛。井田內地表出露主要有二疊系上統上石盒子組二段、三段、石千峰組等地層。

老龍灣井田位于沁水塊坳的南部，城后腰斷層與瓦窯溝斷層之間。井田地層總體呈向北傾的單斜構造，傾角為6°～15°；井田南部邊緣分布有走向近東西的正斷層，井田內未見巖漿巖，構造簡單。

2　含煤地層特征

井田內主要含煤地層為二疊系下統山西組和石炭系上統太原組。

2.1山西組含煤地層特征

山西組在本區為陸相含煤地層，其主要巖性為砂巖、粉砂巖、泥巖及煤層。厚38.80～65.81m，平均52.32m，本組巖石組合以顏色深，含煤系數高為特征。

按巖性—巖相組合情況，大體上可劃分為上、下2個沉積旋回，每個旋回下部為中—粗粒砂巖，向上粒度逐漸變細為粉砂巖、泥質粉砂巖及泥巖、炭質泥巖。泥巖、炭質泥巖為湖—沼相沉積，并夾含煤層。由于湖—沼相沉積的發育情況及成煤條件不同，煤層的發育狀況及層次亦有不同。下部旋回湖—沼相沉積發育，成煤環境穩定，含煤性好，形成厚度大、分布廣、層位穩定的3號煤層。上部旋回湖—沼相沉積不發育，其間常夾有薄層砂巖，表明成煤環境不穩定，故多形成厚度薄，分布不均勻，層位不穩定的薄煤層（1、2號煤）。1、2號煤層由于層位不穩定，連續性不好，不易對比，一般視其為含煤組。本組泥巖多為深灰色，含豐富的植物化石，其中包括：二疊系枝脈蕨、多叉枝脈蕨、尖頭帶羊齒、寬節羊齒、華北焦葉、三角織羊齒、星輪葉等。山西組沉積環境為三角洲平原—三角洲前緣。

山西組共含煤1～4層，煤層編號為1～4號，煤層總厚度為2.90m，含煤系數為5.54%。其中3號煤層為穩定可采煤層，厚0.85～5.64m，平均2.65m，含煤系數為5.06%，4號煤層為不穩定零星可采煤層，厚0～1.56m，平均0.12m，1、2號煤層為不穩定不可采煤層。

2.2太原組含煤地層特征

太原組為一套海陸交互相含煤地層，其主要巖性為石灰巖、砂巖、粉砂巖、粉砂質泥巖、泥巖、煤層等。厚67.68～103.52m，平均80.41m。

含海相灰巖5～6層，代表了5～6次規模不同的海進活動。灰巖之間為砂巖、泥巖和煤沉積，代表海進活動間歇期的陸相和過渡相沉積。這種海陸交替變化的地層是在地殼多次發生振蕩活動下形成的，所以具有多旋回結構的特征，煤層主要形成在每一次海進程序中陸相向海相過渡時期。成煤好壞和煤層的穩定性等與沉積旋回的發育程度和成煤時期環境的穩定程度有關。根據太原組含煤地層巖性組合特征及賦煤情況，可劃分為5個沉積旋回，每個旋回中均有煤層賦存。第Ⅰ沉積旋回發育好，厚度大（厚約20m），含煤性好，主要賦存15號煤層；第Ⅱ沉積旋回發育好，但沉積厚度小（厚約8m），主要賦存13號煤層，本煤層層位穩定，分布也較普遍，唯厚度小，是不可采的薄煤層；第Ⅲ沉積旋回發育較好，含11、12號煤層，煤層層位穩定，分布也較普遍，易于對比；第Ⅳ沉積旋回不發育，主要含9、10號煤層，僅個別點含7、8號煤層，煤層不穩定，不易對比，為復煤組；第Ⅴ沉積旋回不發育，含煤性差，主要含6號煤層，僅個別點含5號煤層，煤層不穩定，不易對比。本組灰巖中普遍含有生物化石碎屑，其含量為10%～20%，主要為腕足類、腹足類、珊瑚類及蜓類等，泥巖中含大量的植物化石，其中包括有：尖蘆木、楔葉、卵脈羊齒、脈羊齒、節羊齒等。

太原組共含煤8～10層，煤層編號為5～15號，煤層總厚度為3.82m，含煤系數為4.75%，其中15號煤層為穩定可采煤層，厚1.85～3.41m，平均2.53m，含煤系數為3.15%；9號煤層為不穩定偶爾達可采厚度的不可采煤層，其余煤層為不穩定或極不穩定不可采煤層。

3　主要可采煤層特征

井田內穩定可采煤層為3號和15號煤層。

3.1山西組3號煤層賦存特征

3號煤層位于山西組下部，上距下石盒子組底K8砂巖15.6～45.4m，平均32.6m，下距山西組底K7砂巖底2.2～26.0m，平均14.7m，煤層厚0.85～5.64m，平均2.65m，煤層層位穩定。研究區3號煤層厚度具有東部厚西部薄的特征（見圖1）。煤層直接頂板為粉砂質泥巖、泥巖，局部為細粒砂巖，老頂為中、細砂巖，底板為泥巖或粉砂質泥巖。煤層結構簡單，一般含夾矸0～1層，厚度多在0.10～0.30m之間，矸石成分為泥巖或炭質泥巖。

圖1　山西組3號煤層厚度等值線圖

3.2太原組15號煤層賦存特征

15號煤層位于太原組下部K2灰巖下，上距3號煤層底67.20～107.84m，平均85.80m，下距O2灰巖頂5.47～25.3m，平均12.80m，煤層厚1.85～3.41m，平均2.53m，煤層穩定。煤層直接頂板為K2石灰巖，底板為泥巖或含黃鐵礦泥巖、鋁土質泥巖，局部為粉砂質泥巖，有時可見薄層炭質泥巖偽底。煤層結構簡單，一般含0～1層夾矸，局部含2～3層夾矸，厚0.02～0.40m，但大多在0.10～0.25m之間，夾矸成分為泥巖或炭質泥巖。夾矸多位于煤層的中下部。

4　山西組沉積相特征及古地理

4.1沉積相特征

據前人對研究區含煤巖系的研究，提出該區含煤巖系是在三角洲及障壁瀉湖沉積體系中形成的［1］。山西組的主要巖性為砂巖、粉砂巖、泥巖、煤層（線），其底部K7砂巖為分流河道下切充填形成的下切谷沉積，沉積物粒度一般較粗，主要為中粗粒砂巖及細砂巖，發育塊狀層理和大型楔狀交錯層理，常含泥礫及樹桿化石，底部有沖刷面，其上為中細砂砂巖、粉砂巖、泥巖，代表了下三角洲平原沉積。研究區內K7砂巖體的厚度與3號煤厚度之間有一定的負相關（見圖2）。

圖2　山西組K7砂巖體厚度與3號煤層厚度關系圖

4.2古地理環境

依據詳查階段鉆孔統計研究區內山西組厚度38.75～62.83m，平均48.97m，其中最厚處位于研究區的南部。砂巖和礫巖厚度7.24～32.59m，平均19.19m，砂礫巖最大厚度出現在研究區南部；砂礫巖百分比含量為15.82%～57.29%，平均42.14%，最大砂礫巖百分比出現在研究區區的中南部；砂泥比為0.19～1.34，平均0.79。研究區內山西組各巖類厚度及百分比情況見表1，砂泥比等值線見圖3。

早二疊世為山西省南部三角洲環境，研究區內K7砂巖體沉積于西部河流沖積平原、東部三角洲平為主體的沉積體系中，結合該區3號煤層厚度變化特征分析，該區內在砂體厚度較大處煤層較薄，在砂體厚度較小或不發育處煤層發育良好，充分說明了河流沖積平原及上、下三角洲平原過渡帶成煤的特點。

表1　老龍灣井田山西組各巖類厚度及百分比

圖3　山西組砂泥巖比等值線圖

4.3成煤模式

早二疊世早期，由于古陸的進一步抬升，海水進一步向南退去，致使本區發育了河流沖積平原—上三角洲平原—下三角洲平原的一套沉積組合，并在此基礎上形成了山西組下部穩定可采煤層（3號煤）的堆積，且煤層厚度與下伏砂體呈錯位關系。

5　太原組沉積相特征及古地理

5.1沉積相特征

太原組的主要巖性為石灰巖、砂巖、粉砂質泥巖、泥巖及煤層。該組石灰巖較發育，有K2、K3、K4、K5、K6等幾層，石灰巖中含有腕足類、類等動物化石。并見有交錯層理，屬于濱外碳酸鹽陸棚相；灰黑色泥巖、粉砂巖及砂巖中含有菱鐵質鮞粒和結核，具有水平層理和透鏡狀層理，屬于瀉湖相，太原組中的中細粒砂巖分選性中等—好，垂向上變粗的逆粒序，常見有大型交錯層理，屬于障壁砂壩相，此外，太原組頂部見有處上變粗的三角洲前緣河口壩砂巖，具有沖刷面及板狀、楔狀交錯層理的分流河道砂巖。太原組的旋回結構為泥炭沼澤相向上演化為濱外碳酸鹽陸棚相、障壁砂壩相、瀉湖相及三角洲相，構成了若干個完整的次級海進—海退沉積序列。

5.2古地理環境及成煤模式

晚石炭世早期，由于基底經歷了中石炭世的填平補齊作用，本期大范圍內表現為覆水較淺的的古地理景觀。地臺邊緣古陸緩慢間歇性的升降運動，造成了2次三角洲的進積，并伴隨著2次規模較大，方向不同的海浸，形成了本區15號全區穩定可采煤層的堆積。煤層灰分低硫分高，層位穩定、厚度中等，為瀉湖—潮坪成煤。

6　結論

研究區內主要煤系地層為石炭系上統太原組和二疊系下統山西組，主要含煤地層中山西組的3號煤及太原組的15號煤可采；煤系地層假整合于奧陶紀石灰巖之上。華北地區石炭紀和二疊紀煤系是在構造環境相對較穩定的地質條件下形成，整個板塊以整體緩慢沉降為特征，為本區聚煤作用創造了一個穩定的構造背景，從而使本區發育多層可采煤層，其中15號煤和3號煤層厚度較大，分布相對比較穩定。

沉積環境為控制煤層發育程度的另一主要因素，從古地理格局可知，研究區內太原組煤層主要形成在瀉湖—潮坪環境，聚煤作用較有利，所以煤層厚度相對穩定。山西組煤層主要形成在河流沖積平原及上、下三角洲平原環境，在砂體（K7砂巖）厚度較大處煤層較薄，在砂體厚度較小或不發育處煤層發育良好。

［1］程保洲.山西省晚古生代含煤地層沉積環境及聚煤規律［M］.山西科學技術出版社，1992.

［2］劉寶珺.沉積巖石學［M］.北京：地質出版社，1980.

［3］邵龍義，等.晉東南沁水盆地石炭二疊紀含煤巖系古地理及聚煤作用研究［R］.2006.

［4］韓德馨，楊起.中國煤田地質學［M］.1980.

P61

A

1004-5716（2016）07-0132-04

2016-03-26

2016-03-30

袁素偉（1971-），男（漢族），山西高平人，工程師，現從事地質礦產勘查技術服務及技術管理工作。