沁水煤田榆林勘查區含煤地層特征及沉積環境分析

羅鵬波

（山西省地質勘查局二一二地質隊，山西長治046000）

沁水煤田襄垣縣榆林勘查區煤炭普查項目位于位于山西省長治市北西部的襄垣縣虒亭鎮蔡橋、夏店鎮李家嶺—屯留縣余吾鎮老馬背、均地莊村一帶，南接上蓮煤炭詳查區，東接石泉煤業、大平煤業。本文通過分析研究該區含煤地層特征，對成煤環境簡單論述，結合鄰區的煤層分布，簡單論述沁水塊坳東翼中段的含煤特點。

1 基本概況

沁水煤田襄垣縣榆林勘查區煤炭普查采用以鉆探為主要手段，配合物理測井、地質測量、采樣測試相結合的綜合勘查方法進行?？辈閰^位于沁水盆地的東翼中段，晉—獲褶斷帶和武鄉—陽城凹褶帶之間?？傮w形態為一走向北北東，傾向北西的單斜構造。南部局部地段由北北東折向南東東，傾向南。區內主要發育二組大體平行的接近南北向的寬緩的褶曲構造?？辈閰^內斷裂構造不發育，僅在南西部發育二條正斷層，無巖漿活動，構造屬簡單類型。出露地層主要為：二疊系上統上石盒子組三段、石千峰組、三疊系下統劉家溝組、和尚溝組、三疊系中統二馬營組以及第四系。主要含煤地層為石炭系上統太原組和二疊系下統山西組。

2 煤層賦存層位

含煤地層平均厚160.06m，共含煤15層，煤層總厚為平均厚12.91m，含煤系數為6.06%～10.46%，穩定可采煤層為1層3號煤，局部可采煤4層，總厚度為7.84%～11.88%，平均10.03m，含煤系數4.90%～7.42%，平均6.27%。

山西組共含3層煤，煤層平均厚度為7.31m，該組為陸相沉積，分3～4個沉積旋回，煤層多沉積于旋回的頂部。其中下部聚煤作用較好，沉積有穩定可采的3號煤層及極不穩定不可采的4號煤層和極不穩定且不可采的2號煤層。勘查區內3號煤層厚5.60～7.96m，平均6.90m，2號煤層厚度平均0.14m，4號煤層平均厚度0.27m，1號煤層在本次勘探各工程中均未見到。

太原組地層平均厚度為112.74m，勘查區內共含煤12層，煤層平均厚度為5.63m。地層沉積旋回韻律明顯，煤層多賦存于灰巖底部，為典型的海陸交互相含煤沉積。從含煤性分析，可歸為三個沉積階段，下段為海陸運動的開始，聚煤作用較好，沉積有穩定局部可采的15-1、15-2號煤層和較穩定但不可采的14號煤層。中段為海侵運動較頻繁區，灰巖層數多，煤層薄且不穩定。其中包括11、12、13號煤層，均屬較穩定但不可采之煤層。上段海侵運動相對減弱，陸地環境占主導地位，區域上沉積有較穩定大部可采的9號煤層，另有5號、6號、8號、10-1號、10-2號薄煤層，層位不穩定且不可采。

3 煤層的形態、厚度及規模

（1）3煤層。煤層最厚7.96m（ZK8-8），最薄5.60m（ZK4-6），平均厚度為6.90m（見表1）。含0～1層夾矸，可采系數為100%，厚度變異系數為14.05%，矸石層位穩定，主要分布于煤層中下部，煤層結構簡單。矸石成分為炭質泥巖和黑色泥巖，平均含矸率為28.33%。

（2）9煤層。位于太原組的中部，距3號煤層底板40.543～68.119m，平 均48.59m，下 距K4灰 巖 平 均19.23m，勘查區內所有的鉆探工程均有控制，煤層最厚1.65m（ZK8-8），最薄0.25m（ZK8-12測），平均厚1.01m（見表1），其可采系數為50%，厚度變異系數為59.94%，屬大部可采的較穩定煤層。9號煤層結構簡單，夾0～1層夾矸，矸石為黑色泥巖。

表1 榆林勘查區煤層特征一覽表

（3）15-1煤層。位于太原組的下部，煤層最厚1.83m（ZK4-2），最薄0.30m（ZK8-4），平均厚度1.21m（見表1），該煤層局部孔（ZK4-2）有分叉現象，其可采系數為50%，厚度變異系數為42.83%，屬大部可采的穩定煤層。煤層結構簡單，一般夾0～1層夾矸，矸石為泥巖或炭質泥巖。

（4）15-2煤層。煤層最厚1.48m（ZK4-10），最薄0.62m（ZK8-12），平均厚度1.01m（見表1），其可采系數為67%，厚度變異系數為31.84%，屬大部可采的穩定煤層；煤層結構簡單，一般含0～1層矸石，矸石為泥巖或炭質泥巖。

4 可采煤層物理性質、煤巖特征、頂底板工程地質及煤質

3煤為黑色，半亮型煤，層狀，具鏡、亮煤條帶，含0～1層泥巖或炭質泥巖夾石。條帶狀結構，層狀構造。階梯狀斷口，條痕為灰黑色。3號煤層鏡質組最大反射率3.20%，相當于無煙煤階段。頂板為砂質泥巖、泥巖；底板為砂質泥巖、泥巖，據巖石物理力學試驗結果均屬軟弱巖石，完整性差—中等，巖石質量中等。3號煤為低—中灰、特低硫、低磷分、特高熱值之無煙煤及貧煤。

15-1、15-2號煤為黑色，條痕為灰黑色，具似金屬光澤，階梯狀斷口，條帶狀結構，層狀構造，內生裂隙較發育，裂隙中多為石膏、黃鐵礦充填，含星點狀、結核狀黃鐵礦。宏觀煤巖組分以亮煤為主，鏡煤或呈條帶夾于亮煤之間或與亮煤呈互層狀，含少量的暗煤，鏡煤結構均一，性脆易碎；暗煤光澤暗淡，比重、硬度均較大，具韌性；亮煤呈條帶狀分布。直接頂板一般為泥巖或粉砂質泥巖，底板為泥巖、粉砂質泥巖或細砂巖。屬軟弱—半堅硬巖石，完整性差—中等，巖石質量中等—良。15-1煤為中灰、特低磷、特低硫—中高硫，以中高硫為主，中熱值—高熱值之無煙煤及貧煤。15-2號煤為中灰—高灰、低磷、低硫—中高硫，以中硫為主，低熱值—中熱值之無煙煤及貧煤。

勘查區內3、9、15-1、15-2號煤層宏觀煤巖類型均為半亮型煤，顯微煤巖類型均為微鏡惰煤，鏡質組最大反射率相當于無煙煤階段，均無泥化現象。煤質為低—中高灰、特低—中高硫、低揮發分、中等固定碳、中高發熱量貧煤。

5 成煤環境探討

在海西期晚石炭世開始，本區隨著華北地臺緩慢下沉，而伴生晚石炭世海侵從東北向西南方向推進，對積存在古侵蝕面上的古風化殼進行溶蝕和改造，形成分布比較廣泛的瀉湖相鐵鋁巖沉積組合；早二疊世（太原期—山西期）華北地臺已總體處于陸表海及其濱岸環境，由于地塊的不均衡活動及震蕩運動，導致海水多次反復進退，形成了一套海陸交互相的含煤沉積組合，并發育了4～5個比較完整的三角洲沉積旋回，海退后的三角洲平原是最有利于形成泥炭沼澤環境，本區早二疊世的主要煤層則形成于此時，相對穩定的濱岸環境形成了良好的聚煤成煤條件。

本區在早太原期瀉湖基礎上，因波浪和潮汐作用形成一系列障壁島，把廣闊的陸表海分割成眾多瀉湖，因海退影響，適宜的條件下，逐漸成為良好的沼澤聚煤成煤環境，又因多次海進海退，直至最終較大的海進形成K2灰巖，完成一次沉積旋回，形成了層位穩定大部可采的煤層為太原組15-1、15-2號煤層；中太原期由于又因多次較大海進海退，完成二次沉積旋回，形成層位較穩定大部可采的煤層為太原組9號煤層和K3、K4灰巖；晚太原期又因多次海進海退，又完成二次完整的沉積旋回，形成不可采的透鏡狀5、6號煤層，直至泛濫盆地的出現，結束了太原期的沉積組合。

在進入山西期后本區處于相對較淺的上三角洲平原地段，接受了古特提斯大陸河水，在多次海進海退的影響下，在本區又形成了3～4次的沉積旋回，形成了層位穩定全區可采煤層為山西組3號煤層和1、2、4號不穩定煤層。

6 結論

勘查區位于沁水塊坳東翼中段，晉獲褶斷帶和武鄉—陽城凹褶帶之間。平面上通過勘查區地理位置及周邊煤層特征對比，可反映出本區15-2、15-1號煤層成煤環境位于三角洲前緣泥炭沼澤相，成煤環境好，形成穩定可采煤層；9號煤層沉積環境位于三角洲前緣河口沙壩淤積而成的環境，太原組反映出本區由早太原期至晚太原期成煤環境越好的特征，現實表現為由老至新15-2、15-1號煤層全部可采，層狀結構；9號煤層不穩定局部可采，似層狀結構，再向上的煤層均不可采，透鏡體范圍變小，但煤層變多，剖面結構較復雜。

山西組成煤環境三角洲平原相沉積、三角洲前緣、沼澤，3號煤層的成煤環境主要是沼澤。