新疆準(zhǔn)東煤田東部礦區(qū)西山窯組煤層煤相分析

黃琴 莊慶

摘要：本文以煤巖學(xué)和煤學(xué)理論為基礎(chǔ)，地質(zhì)構(gòu)造和沉積環(huán)境為依據(jù)，同時(shí)結(jié)合上覆巖層或微觀的煤巖特征，把新疆準(zhǔn)東礦區(qū)的煤環(huán)境的森林沼澤作為研究的主要基礎(chǔ)，將其劃分為濕地和干燥的不同類(lèi)型進(jìn)行概述，為整個(gè)煤區(qū)煤層的煤變化規(guī)律提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：新疆準(zhǔn)東；煤田礦區(qū)；西山窯組；煤層煤相

1.引言

新疆準(zhǔn)東煤田東部礦區(qū)位于新疆準(zhǔn)噶爾盆地東部隆起地帶，位于沙帳斷褶帶以東，周?chē)謩e以克拉美麗山以及博格達(dá)山為界。該地區(qū)包括白礫灘煤礦勘查區(qū)以及將軍戈壁等地區(qū)，面積約為170平方千米，行政區(qū)隸屬于新疆昌吉自治州。

2.研究區(qū)地質(zhì)情況

2.1準(zhǔn)噶爾盆地構(gòu)造及演化

準(zhǔn)噶爾盆地被新疆塔里木板塊以及西伯利亞和哈薩克斯坦板塊所包圍，是一個(gè)不規(guī)則的三角形狀態(tài)，基底由前寒武紀(jì)結(jié)晶巖系以及古代褶皺構(gòu)成，是一個(gè)具有高級(jí)雙重結(jié)構(gòu)的大型含煤盆地。準(zhǔn)噶爾盆地從晚石炭世到后期的第四紀(jì)先后經(jīng)歷了以海西、燕山、喜馬拉雅等為主的多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，從而形成了多期構(gòu)造為主的盆地演化特征。在侏羅紀(jì)時(shí)期是典型的封閉式凹陷盆地，同時(shí)湖面的升降也受到氣候和構(gòu)造等控制因素的影響，這些條件形成了必要的成煤因素，同時(shí)發(fā)育多個(gè)局部的不整合，也經(jīng)歷了多期多旋回的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)疊加。

2.2準(zhǔn)噶爾盆地填充

在石炭紀(jì)末期的早海西運(yùn)動(dòng)是古大陸的拼合階段，在該時(shí)期整個(gè)陸地的界面下層是一套基底巖系，上石炭統(tǒng)和二疊系沉積，只在英西凹陷和石南凹陷沉積有厚度不大的下二疊統(tǒng)地層，而陸梁隆起西段受中央坳陷二疊紀(jì)的超覆沉積作用，也發(fā)育有一定厚度的地層。在此期間，基底巖石受差異性的斷裂作用影響，逐步形成石英灘凸起、英西凹陷等二級(jí)構(gòu)造單元。三疊紀(jì)中期到侏羅紀(jì)時(shí)期，陸梁隆起處于相對(duì)穩(wěn)定的沉積發(fā)育階段，發(fā)育了一套中生代地層，但厚度小于鄰區(qū)中央坳陷同時(shí)期沉積。在三疊紀(jì)早期到侏羅紀(jì)早期，陸梁隆起仍然保持持續(xù)沉降的特征，到了侏羅紀(jì)晚期，受燕山運(yùn)動(dòng)的影響開(kāi)始上升接受剝蝕，導(dǎo)致侏羅系地層的缺失。在白堊紀(jì)受燕山運(yùn)動(dòng)晚期的影響，這一古隆起又開(kāi)始沉降并接受沉積，發(fā)育一套厚層白堊紀(jì)沉積巖。在二疊紀(jì)至三疊紀(jì)早期，陸梁隆起處于總體處于隆升狀態(tài)，大部分地區(qū)缺失中。

3.西山窯組的含煤巖系特征

該地區(qū)地層在新生界第三紀(jì)，巖性巖相特征為氧化條件下的河湖沉積而成，整個(gè)特征呈褐紅色或紅黃色的粉砂巖土質(zhì)，同時(shí)伴有粘土質(zhì)的砂巖和粘土巖。在侏羅紀(jì)時(shí)期的巖石沉積為雜色，河湖沉積對(duì)應(yīng)的紅色為泥沙粉質(zhì)。下亞群以綠色為主，主要為泥巖，含硅化木，河流相沉積為灰白色或淺灰色，粉砂質(zhì)泥巖以及泥質(zhì)粉砂巖和煤層較多。以湖相為主的灰黃色或黃綠色泥質(zhì)粉砂巖以及細(xì)砂巖也非常普遍，河湖沉積相為灰綠色灰白色泥質(zhì)粉砂巖產(chǎn)生煤線及煤層，對(duì)應(yīng)河流沉積相所產(chǎn)生的湖泊三角洲沉積為灰褐色和黃綠色的砂巖，細(xì)砂粉質(zhì)炎以及煤線。干旱條件下的盆地沉積為紫紅色，同時(shí)泥巖分布不均勻，在古生界中，湖相的沉積為單一性的黃綠色或姜黃色，其中代表性的是細(xì)砂巖和粉質(zhì)巖，也存在互相夾雜的泥巖及煤線，湖相沉積為土黃色的泥灰?guī)r，典型的陸地相沉積則為橘紅色和黃色為主，也伴有紫紅色的泥巖，或礫巖在下沉積灰色的砂巖。陸地沉降為灰綠色和紫沙巖屑砂巖，河泥巖石主要代表下段的砂巖中含有大量的硅質(zhì)和鈣質(zhì)，在石炭系過(guò)程中海向的雜色砂巖以泥質(zhì)粉砂巖以及粉砂巖夾酸性熔巖為代表。在海陸的交匯過(guò)程中，大量的鈣質(zhì)砂巖以及生物砂巖夾雜著泥灰?guī)r，砂巖粉砂巖的形成，上亞組以酸性火山巖為主夾雜碎屑沉積，下亞組以機(jī)械為主，夾雜一些火山凝灰的薄層，各巖相特征都充分的展現(xiàn)出整合或不整合，以及超覆不整合或平行不整合等關(guān)系。

4.樣品采集與研究

對(duì)應(yīng)的煤芯煤樣都是采集于白礫灘礦區(qū)，煤巖樣品采集有29件，對(duì)應(yīng)A1煤層的樣品有8個(gè)，B1煤層中樣品含有5個(gè)，C1對(duì)應(yīng)的煤層中樣品有8個(gè)，D1煤層中樣品則有8個(gè)（如圖1）。

5.宏觀煤巖特征

新疆白礫灘礦區(qū)的鉆孔煤層總厚度在60米左右，在對(duì)應(yīng)樣品的采集并針對(duì)肉眼觀察出的詳細(xì)情況進(jìn)行煤巖種類(lèi)的簡(jiǎn)要?jiǎng)澐帧?/p>

下層的A1段每層約為13.25m，整體的宏觀煤巖類(lèi)型主要以暗淡以及半暗型的煤為主，另外有少量的半亮型。該對(duì)應(yīng)煤層的光澤強(qiáng)度明顯展現(xiàn)出由暗到亮再到暗的回旋型；另外各個(gè)煤層之間的結(jié)構(gòu)主要以條帶狀結(jié)構(gòu)及線理狀結(jié)構(gòu)為主。B1煤層總厚7.23m，整個(gè)煤層的宏觀煤巖類(lèi)型主要以暗淡半暗煤為主，并且含有少量的半亮型。整體光澤從煤層下向上逐漸由暗到亮呈現(xiàn)出明顯的變化。所有的煤層結(jié)構(gòu)可見(jiàn)非常多的條帶狀或少量的對(duì)應(yīng)線理狀結(jié)構(gòu)。C1煤層厚18.92m，對(duì)應(yīng)宏觀煤巖類(lèi)型則為暗淡和半暗交替結(jié)構(gòu)，另外煤層整體底部以及頂部則為暗淡煤，主要的煤層結(jié)構(gòu)則主要為規(guī)律的線理狀結(jié)構(gòu)，上段D1煤層15.39m，整體的宏觀煤巖類(lèi)型以暗淡煤以及半暗煤、半亮煤相互交替，同時(shí)煤層的底部以及頂部則主要為暗淡煤；主要為線理狀結(jié)構(gòu)。對(duì)應(yīng)的煤層煤巖類(lèi)型分布以暗淡煤占45.4%，半暗煤占36.7%，同時(shí)半亮煤占17.9%（見(jiàn)表1）。

6.成煤環(huán)境

6.1煤相劃分參數(shù)

煤相的微組分含量是劃分煤層各項(xiàng)的主要依據(jù)也是煤層形成的主要標(biāo)志。本文采用顯微組分定量的方式對(duì)該地區(qū)的煤相進(jìn)行成因參數(shù)的分析。

6.2煤相類(lèi)型及特征

經(jīng)過(guò)成因參數(shù)的定量分析和系統(tǒng)定量計(jì)算，各煤層的樣品TPI值以及對(duì)應(yīng)的VI值都普遍大于1，說(shuō)明木本的親源性組分含量在整個(gè)區(qū)域占有非常大的優(yōu)勢(shì)。成煤的原始物質(zhì)來(lái)源是森林泥潭型沼澤的木本植物，根據(jù)該地區(qū)地下水的影響以及相關(guān)指數(shù)的變化參數(shù)分析，可以將森林沼澤按照富水的程度進(jìn)行劃分，分為干燥性和濕地型兩種。

（1）干燥森林沼澤相（DFS）。干燥的森林沼澤具有非常低的GI和GWI值，該地區(qū)主要以暗淡型和半暗淡型的煤層為主，其對(duì)應(yīng)地區(qū)所反映的為無(wú)沼澤環(huán)境，所以屬于木本植物為主的干燥性森林沼澤。該地區(qū)的覆水較淺，泥炭層經(jīng)常暴露在空氣中，所以具有非常高的惰性組分含量和非常低的灰分含量，該煤層可以相當(dāng)于分流河道成煤環(huán)境。

（2）濕地森林沼澤相1（WFSI）。該地區(qū)的GI和V/I值都非常高，成煤對(duì)應(yīng)沼澤環(huán)境，屬于中等覆水程度，所以對(duì)應(yīng)的木本植物為濕地或水流通暢的森林沼澤環(huán)境。該地區(qū)同干燥的森林沼澤相比，其富水程度較高，泥潭沼澤表面也處于水面以下或水面附近，同時(shí)長(zhǎng)期能夠受到機(jī)械破碎或化學(xué)降解的作用，所以大量的鏡質(zhì)組分經(jīng)常呈現(xiàn)出保存差或無(wú)結(jié)構(gòu)狀態(tài)，該地區(qū)相當(dāng)于上三角洲的平原環(huán)境。

（3）濕地森林沼澤相2（WFS2）。該地區(qū)的TPI值最高代表的成煤沼澤環(huán)境是覆水程度非常深或水流不暢的潮濕環(huán)境，以木本植物為主的泥潭性沼澤。該地區(qū)對(duì)應(yīng)的木本植物所生存的環(huán)境為森林泥潭，同時(shí)泥潭堆積的速度較快，在演化過(guò)程中增加了煤成分中的鏡質(zhì)組分含量，對(duì)應(yīng)的植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)保存完好，相當(dāng)于下三角洲平原地帶的環(huán)境。

6.3煤相垂直演化

上述的三種煤相在垂直變化上的演化特征，在常年的環(huán)境條件成績(jī)下存在著非常明顯的變化規(guī)律。煤沼澤的類(lèi)型，一般為下部濕地向上部干燥的過(guò)渡結(jié)構(gòu)，以木本植物為主的森林泥潭向演化為以木本植物為主的干燥型沼澤，覆水的覆蓋程度也逐漸由深變淺。對(duì)應(yīng)的腹水程度影響著每層的灰分，灰分也呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)。湖擴(kuò)地區(qū)區(qū)域形成的沒(méi)類(lèi)型為暗淡型，有極少量的半亮型煤炭，成煤的沼澤類(lèi)型以干燥型和濕地型為主，含有大量的碳絲。湖擴(kuò)地區(qū)的環(huán)境自下而上地呈現(xiàn)演化趨勢(shì)，對(duì)應(yīng)的隨著湖平面不斷震蕩的上升，泥潭沼澤中相對(duì)具有非常高的地下水位，因?yàn)榻?jīng)常會(huì)受到洪水的影響使形成的煤產(chǎn)生較高的灰分，隨著地下水位的提高，結(jié)構(gòu)保存和凝膠化程度也逐漸增高，另外泥炭沼澤發(fā)育的后期凸起的程度會(huì)高于地下水面程度，避免氧化。這就增加了其中煤的惰性組分含量。從而更有利于演化為相對(duì)干燥的泥炭型沼澤。不斷上升的湖平面將會(huì)使得泥潭的總體保持在濕地沼澤的成煤環(huán)境氛圍中，形成早期可能為森林濕地型或覆水沼澤，后期則會(huì)因?yàn)楹矫娴南陆刀饾u呈現(xiàn)凸起趨勢(shì)，增加惰性組分含量的同時(shí)降低凝膠化程度。干燥型沼澤比例的逐漸增加，表明該地區(qū)成煤氣候逐漸有濕潤(rùn)轉(zhuǎn)向干燥化。

7.結(jié)語(yǔ)

新疆該煤層地區(qū)的宏觀煤層類(lèi)型主要以暗淡型為主，其次則多為辦暗型或半亮型，其對(duì)應(yīng)為發(fā)育條帶狀以及線理狀結(jié)構(gòu)。同時(shí)煤層的有機(jī)組分以惰性含量為主要成分，殼質(zhì)的組合含量較少。該研究地區(qū)為三種煤相類(lèi)型，干燥性，濕地沼澤1型和濕地森林沼澤2型。對(duì)應(yīng)的單層煤沼澤類(lèi)型，下部以覆水森林沼澤向上過(guò)渡為干燥性，以木本植物為主的森林泥炭沼澤環(huán)境逐漸有潮濕變?yōu)楦稍铮菜某潭确秶仓饾u由深變淺。

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