陽關寨勘查區煤質特征及成煤環境

劉 靜

陽關寨勘查區煤質特征及成煤環境

劉 靜

（貴州省煤田地質局地質勘察研究院，貴陽 550081）

為了全面了解貴州威寧陽關寨勘查區主可采煤層的煤質指標，通過煤樣灰成分、硫分、鏡質組反射率等與成煤環境的關系進行研究。發現3、4、5煤以中高灰煤為主，3號煤層屬特低硫~中硫分煤，以特低硫煤為主，4號煤層屬特低硫~高硫分煤，5號煤層屬特低硫~高硫分煤，灰分從上至下似有降低的趨勢。硫分從上至下變化較大，總體上是“升高-降低-再升高-再降低”的趨勢。煤質特征反應成煤處于較穩定且受海水侵擾較小的濱海泥炭沼澤環境。

煤質特征；勘查區；成煤環境；陽關寨

陽關寨勘查區位于貴州省六盤水市西，威寧縣南東部，地理坐標東經104°31′40″～104°44′56″，北緯26°31′27″～26°40′00″，南北長8～10km，東西寬約7～12km，面積211.33km2。該區煤炭資源儲量大、品種全、質量優、開發條件好，已探明的煤炭資源/儲量207萬噸，遠景資源/儲量10.5億噸多[1]。該區宣威煤系形成于曲流河河道和河岸沉積以及曲流河洪泛盆地沉積兩種聚煤環境[2]，形成的煤層厚度較穩定-穩定，分布范圍較廣。目前主要是以宣威組3、4、5煤為主采煤層，有必要通過對勘查區各可采煤層煤的煤質特征分析，查明其變化規律，對該區煤炭資源的開發和合理利用有著重要意義。

1 地質概況

勘查區位于龍場向斜東翼、開坪向斜北翼以及格目底向斜西北段所包圍的區域，陽關寨背斜貫穿勘查區中部（圖1）?？辈閰^構造主要為NW向，有發育于東部和中部的格目底向斜、陽關寨背斜、開坪向斜以及共生的斷裂構造及褶曲[3]； SN向構造主要發育于西部，包含龍場向斜以及伴生的斷裂構造；中東部發育有NE-NEE向的斷裂構造。勘查區地層走向為NW-SE方向，陽關寨背斜NE翼地層傾向NE，傾角10°～20°；SW翼傾向SW，傾角10°～25°。區內地層出露較廣，從石炭系地層到第四系均有出露。由老至新有：石炭系上司組、擺佐組、黃龍組、馬坪組，二疊系梁山組、棲霞組、茅口組、峨眉山玄武巖組、宣威組，三疊系飛仙關組、永寧鎮組、關嶺組、須家河組，侏羅系自流井組，沙溪廟組及第四系。在勘查區的東北部地區，地層倒轉。區內含煤地層為二疊系上統宣威組，厚度277.48～360.44m，平均厚306.34m，含煤21-39層，一般30層左右，煤層總厚度18.34～26.69m，平均21.22m，含煤系數6.9%。含可采煤層7層（3、4、5、7、10、12、16號）。其中，全區可采煤層有3、4、5號，大部可采煤層有7、10、12、16號?？刹擅簩涌偤穸?.81～30.95m，平均10.69m，可采含煤系數3.5%?？刹擅簩尤糠植荚谛M上段。

圖1 勘查區構造綱要圖

2 煤質特征

2.1 煤巖特征

2.1.1 煤巖宏觀特征

該勘查區煤巖以亮煤為主，鏡煤、暗煤次之，條痕呈褐黑色，斷口參差狀、平坦狀斷口及貝殼狀；線理-細條帶狀結構為主，少量中-細條帶狀結構；煤芯以粉砂狀為主，其次為塊狀碎塊狀或破碎煤；煤裂隙見網狀及細脈狀方解石或鈣質薄膜充填。

2.1.2 顯微煤巖組分

勘查區可采煤層顯微有機組分含量平均占總量的80.67%，無機組分含量平均占總量的18.89%。有機有機組分中，鏡質組占有機組分的66.70%～90.49%，惰質組占22.00%～33.30%。無機組分中,粘土類占無機組分的2.68%～33.86%，氧化物類占3.11%～11.68%，硫化物類占0.17%～1.55%, 碳酸鹽類占0.87%～4.15%（表1）。根據勘查區煤有機組分的特點，表明成煤時期植物遺體凝膠化程度較高。鏡質組以基質鏡質體和均質鏡質體為主，少量結構鏡質體、碎屑鏡質體。惰質組以透鏡狀或不規則狀半絲質體為主，并且絲質體細胞結構遭受破壞嚴重，少量微粒體，偶見分泌體，真菌體，火焚絲質體。無機組分以粘土類為主，其次為氧化物類和碳酸鹽類，硫化物類較少。鏡質組和惰質組之和占有機組分的74.75%～85.69%，該區各可采煤層煤的顯微煤巖類型為微鏡惰煤。

表1 顯微煤巖含量統計表

圖2 各煤層灰分、硫分分布圖

2.2 灰分、硫分平面上的變化規律

2.2.1 灰分

勘查區3號煤層灰分產率20.61%~37.69%，平均30.39%，屬中灰-中高灰煤，以中高灰煤為主。普查區中除606、702及903孔周圍分布中灰煤以外，其它區域主要為中高灰煤（圖2a）。4號煤層灰分產率23.44%～38.10%，平均31.40%，屬中灰-中高灰煤，以中高灰煤為主。普查區中除604、802孔周圍以及10-11勘探線之間以中灰煤為主以外，其它區域主要分布中高灰煤（圖2b）。5號煤層灰分產率15.61%~34.69%，平均27.58%，屬低灰-中高灰煤，以中高灰煤為主。中灰煤貫穿在整個普查區中間，804孔周圍也分布著中灰煤；低灰煤僅見于604及702孔周圍；其它區域主要為中高灰煤（圖2c）。

通過對各煤層的灰成分進行測定，均以SiO2（60.53％～62.76％）、Al2O3（14.61％～17.64％）為主，其次是Fe2O3，CaO，MgO，SO3及TiO2等（表2）。

表2 各煤層灰成分含量統計表

2.2.2 硫分

表3 各煤層硫分含量統計

勘查區3號煤層硫分含量0.16%～1.45%，平均0.51%，屬特低硫-中硫分煤，以特低硫煤為主。中硫煤主要分布在606、801、802和1003孔附近；低硫煤僅見于903及1103孔周圍；其他區域均分布著特低硫煤（圖2d）。4號煤層硫分含量0.15%～5.47%，平均0.98%，屬特低硫~高硫分煤，704孔出現硫分異常高點，為5.47，另一高硫點在903孔，為3.10；以802、902、903圍繞的區域以及504、605、606圍繞的區域主要分布中硫煤；普查區中部及中北部，以801、803、901、1003孔圍繞的區域，以及604和704圍繞的區域主要分布著低硫煤；其他區域以特低硫煤為主（圖2e）。5號煤層硫分含量0.16%～4.78%，平均0.73%，硫分變化較大，屬特低硫-高硫分煤，高硫異常點見于903孔；中硫煤僅在普查區西南部606及704孔周圍出現；低硫煤也僅在703、804、901及903周圍出現；其他區域以特低硫煤為主（圖2f）。井田內各煤層中硫的賦存狀態呈微粒狀，球粒狀，細粒狀分散分布。據統計，全井田共化驗各種形態硫試驗樣197件，其中原煤平均全硫（St,d）、硫化鐵硫（Sp,d）、硫酸鹽硫（Ss,d）、有機硫（So,d）含量分別為0.77%、0.61%、0.02%、0.14%；硫化鐵硫（Sp,d）、硫酸鹽硫（Ss,d）、有機硫（So,d）在全硫中的所占百分比分別為79.22%、2.60%、18.18%。表明原煤中的硫主要是以無機的硫化鐵硫的形態存在（表3）。

2.3 灰分-硫分垂向上變化的關系

原煤灰分、硫分在垂向上的變化關系（圖3，a灰分，b硫分）從圖看出，井田內各主要可采煤層原煤平均灰分從上至下似有降低的趨勢。上部的4號煤灰分最高，中部5號煤灰分最低，7號煤又較高，然后10號煤又降低，浮煤變化趨勢相當，但變化幅度不大。硫分從上至下變化較大，總體上是“升高-降低-再升高-再降低”的趨勢。7號煤硫分最高，16號煤硫分最低，3號煤硫分較低，4、5號煤硫分含量居中。

2.4 鏡質組反射率

勘查區可采煤層鏡質體最大反射率(Ro,max)為1.75～1.78(表1)，表明勘查區煤的變質程度較高。垂向上, 自上而下各煤層鏡質體最大反射率有逐漸增大的趨勢, 說明勘查區煤隨著煤層埋藏深度的加深, 變質程度加大, 屬于區域變質類型。

圖3 灰分、硫分垂向關系變化圖

3 煤質特征與成煤環境的關系

煤巖煤質受到原始沉積環境影響很大。前人研究發現本勘查區宣威組的沉積特征和垂直層序可劃分為兩種沉積環境：煤系底界-16號煤層底界的曲流河河道及河岸沉積環境（下段）；16-號煤層底界—煤系頂界的曲流河洪泛盆地沉積環境（上段），如圖4所示。本次研究對象為上段，即曲流河洪泛盆地沉積環境，從沉積特征及垂直層序圖來看，沉積物具有向上變細的二元結構，且由多個沉積旋回組成，下部為河道細砂巖沉積，上部為天然堤、決口扇細粒沉積，底部沉積中礫石少，偶有泥礫或泥質粉砂礫，且礫徑小，小于1cm。發育平行層理，脈狀層理。向上過渡為以粉砂巖、泥質巖為主的天然堤沉積，具脈狀層理、波狀層理。常見植物化石碎片。洪水期間，常有決口扇和分流河道形成，決口扇粒度近端較粗，以細砂巖、粉砂巖為主，具平行層理、脈狀層理。泥炭沼澤發育于決口扇和天然堤上。其延伸方向大致平行于同期河道砂體，沿此方向煤層厚度較穩定，向兩側接近河道，越岸決口扇沉積則急劇分叉或尖滅[4-6]。區內沒有海水的侵入，煤層硫分低，灰分高?？辈閰^3、4、5號煤都屬于這種沉積環境成因，煤層連續性好，穩定，厚度變化小，全區可采，多屬簡單結構煤層；這種類型煤層灰分產率較高、硫分較低，氫含量較高，鏡質組含量較高，反應成煤環境處于較穩定且受海水侵擾較小的濱海泥炭沼澤范圍內。

4 結論

1） 本區各主采煤層鏡質組最大發射率（Ro,max）值為1.59～1.93，大致呈現出隨著煤層深度的增加最大反射率值有增加的趨勢，說明煤的變質程度在逐漸增強，屬于變質程度較高的焦煤，由于各可采煤層煤的變質程度高, 灰分高、硫分低、發熱量均較高, 燃燒性能良好, 煉焦用煤和氣化用煤的主要原材料。

圖4 宣威組垂直層序圖

2）本區各主采煤層煤的顯微有機組分中鏡質組大于惰質組, 二者占75%左右。煤的無機組分占25%左右,并以粘土礦物為主。中-中高灰分、特低-中硫分?；曳謴纳现料滤朴薪档偷内厔?。硫分從上至下變化較大，總體上是“升高-降低-再升高-再降低”的趨勢。

3）研究區煤層灰分產率較高、硫分較低，氫含量較高，鏡質組含量較高，反應成煤環境處于較穩定且受海水侵擾的濱海泥炭沼澤范圍內。與研究區曲流河洪泛盆地的沉積環境相匹配。

[1] 袁月琴，張盛澤. 貴州省六枝新華煤礦區上二疊統含煤巖系及煤質特征[J]．貴州地質，2007，24(2) : 110-113．

[2] 熊煒，黃文，聶波，等.陽關寨整裝勘查區含煤地層沉積環境及聚煤特征研究[J]. 煤炭工程，2016,48（4）:100-103.

[3] 陳康，黃文，唐顯貴，等. 貴州威寧陽關寨勘查區構造分析[J]. 煤炭工程，2016，48（10）:96-102.

[4] 陳家良，邵震杰，秦勇．能源地質學[M]．徐州：中國礦業大學出版社，2004．

[5] 黃文．貴州省威寧縣煤炭溝煤礦煤炭資源儲量核實及勘探報告[R]．貴陽:貴州省煤田地質局地質勘察研究院，2011.

[6] 聶波．貴州省威寧縣陽關寨背斜煤炭整裝勘查報告[R]．貴陽：貴州省煤田地質局地質勘察研究院，2014．

Coal Quality and Coal-forming Environment in the Yangguanzhai Exploration Area, Weining, Guizhou

LIU Jing

(Institute of Geological Exploration, Guizhou Bureau of Coal Geology, Guiyang 550081)

This paper deals with coal quality indices such as ash content, sulfur content, vitrinite reflectance of minable seams and their relation with coal-forming environment in the Yangguanzhai Exploration Area, Weining, Guizhou. The study indicates that seams 3, 4, 5 are characterized by high ash content, seam 3 by low sulfur content, seam 4 by very low and high sulfur content, seam 5 by very low sulfur and high sulfur content. The ash content increases ascendingly and sulfur content varies largely. Coal quality change suggests that the coal formation took place in a seamarsh environment.

coal quality; coal-forming environment; Yangguanzhai exploration area; Weining, Guizhou

P618.11

A

1006-0995（2017）03-0400-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2017.03.011

2017-01-15

貴州省第二批整裝勘查項目( ZZKC2013－07)

劉靜（1984-），女，湖北孝感人，工程師，煤田地質、煤質分析