黃隴侏羅紀煤田永隴礦區含煤特性及控煤因素分析

王 博

（1.中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西 西安 710054；2.西安科技大學，陜西 西安 710054）

含煤盆地構造演化及聚煤特征等研究成果，是我國煤炭資源勘查的重要手段之一[1-4]。永隴礦區位于黃隴侏羅紀煤田西部，包含郭家河井田、園子溝井田、丈八井田、老爺嶺井田及招賢井田等8 個井田（勘查區）。由于永隴礦區目前尚未大面積開發，以下筆者以礦區前期開展的地質預查資料為基礎，開展了研究區含煤特性、沉積環境及控煤因素研究，以期為礦區后續的煤炭資源開發利用提供科學依據。

1 研究區地質概況

永隴礦區位于陜西省黃隴侏羅紀煤田西南翼邊緣，屬于華北地層區鄂爾多斯地層分區隴縣－永壽小區，如圖1 所示。該礦區地質構造簡單，總的形態為一北西向緩傾的單斜構造，含煤范圍內無斷層發育[5-6]。研究區屬掩蓋式含煤區，含煤地層為中侏羅統延安組（J2y），沉積基底為中三疊統銅川組（T2t），下伏下侏羅統富縣組（J1f），上覆依次有中侏羅統直羅組（J2z）、安定組（J2a），上侏羅統芬芳河組（J3f），下白堊統宜君組（K1y）、洛河組（K1l）、環河組（K1h），上新統保德組（N2b）、更新統（Qp）和全新統（Qh），如圖2。

圖1 研究區構造位置圖

圖2 永隴礦區地層綜合柱狀圖

2 研究區含煤特性

侏羅系中統延安組為本區的含煤地層，根據鉆孔揭露及地質填圖資料，地層厚度1.40～133.03 m，平均53.42 m。自上而下可劃分3 個巖性段，區內第一、第二段分別賦存3 煤與2 煤，煤層有不同程度的分岔，含煤層數最多可達20 余層，其中2、3煤是本區可采煤層，其余均為不可采煤層。延安組見煤點煤層總厚度為0.20～16.90 m，平均6.03 m。延安組含煤系數為0.18%～38.97%，平均12.95%，見表1。區內含煤性具有明顯的垂向分段性，延安組第三段、第二段、第一段含煤系數自下而上含煤性變差，煤層厚度、可采厚度及含煤系數均逐漸減小，可采煤層發育于延安組中部，區內延安組第三段分布局限且不含煤。

表1 延安組煤層厚度與含煤系數一覽表

3 沉積環境演化及聚煤作用

研究區延安組的沉積環境具備了陸相沉積的地層特點，依據巖性、巖相、旋回結構及含煤特征，將延安組沉積劃分為三個亞期。

3.1 第一亞期（J2y1）

印支運動之后，礦區古氣候較為潮濕及溫暖，在這種環境下植被開始快速生長。由于三疊系基底高差較大，富縣組的沉積未能完全覆蓋地形差異，延安組第一段的沉積繼續發揮填平補齊作用，形成了研究區內河流湖泊沼澤體系背景下發育的局部淺湖泥炭沼澤相成煤環境[7-8]，形成了以深灰色、灰黑色泥巖及砂質泥巖、灰白色粉砂巖、黑色炭質泥巖和煤層的巖性組合，如圖3 所示。水平和波狀紋理極其發育，富含大量植物莖葉化石及其碎片，如圖4 所示。在低洼地帶沉積較厚，而在古地形相對較高古隆起地段沉積厚度較薄或缺失沉積。

圖3 延安組第一段（J2y1）巖性柱狀圖

圖4 延安組典型植物化石

礦區具有典型的小規模湖盆沉積模式，泥炭層的沉積主要受到兩方面因素的影響，一是大氣降水補給量對沉積厚度控制明顯，二是基底的起伏導致有機質的沉積速度不均衡，均影響著煤層本身沉積特征。

其中，礦區的局部凹陷地帶的有機質物源補給充足充裕，與基底的沉降速度保持均衡，因此，延安第一段沉積了厚～特厚的3 煤。但是在局部時段沉降速度加快，沉降速度大于補給速度，有機物源補充不足，泥炭沼澤沉積發生中斷，并以泥巖或者粉砂質泥巖沉積取代，使3煤展現分叉的特征。同期，在上述沉積凹陷外圍雖然不同程度發育河流沉積作用，有植物生長，但由于地勢較高，地處高位，多暴露堆積而被氧化難以成煤，僅在短暫的水位上升，水體深度能夠滿足植物生長條件下沉積了薄煤層或炭質泥巖，多見炭化植物碎屑，多夾雜在河流砂體中。

1.鐵山錐葉蕨 2.布里亞錐葉蕨

由此可以推斷，礦區是在地殼沉積的運動作用下，以湖泊沼澤為主的沉積環境中，形成了厚～較厚的3 煤。

3.2 第二亞期（J2y2）

在第一亞期沉積完成之后，礦區基底形態趨向平緩。同時，由于大氣降水減少，沉積環境由湖泊沼澤轉為河流泥炭沼澤，溫暖濕潤的環境下植被依然繁盛茂密，有機質物源補給充足，礦區的2 煤在有利地帶沉積，如圖5。

圖5 延安組第二段（J2y2）巖性柱狀圖

由于泥炭沼澤受到大氣降水補給和河流周期性補給均較顯著，水位變化大。在泥炭堆積沉積過程中，當沉降過快大于有機質堆積速度時，泥炭沉積發生暫時中斷，且沉降導致地形形成凹陷；當沉降速度等于有機質堆積速度時，有機質又快速補給，演變為中高位泥炭沼澤堆積。低、中位沼澤的轉換造成了2 煤層分岔現象，且單層煤層厚度變薄，由于水動力作用的加強，對煤層的穩定發育帶來了負面作用。正由于該時期植物碎屑供給充足且連續，在研究區內湖坪河流發育地段，水體深度適宜的部分沉積分布相對連續的2 煤層。

3.3 第三亞期（J2y3）

到了延安組第三段，由于地勢已抬升，泥炭沼澤范圍急劇縮小甚至消失，區域上煤層層數減少，煤層厚度變小。且環境條件發生改變，降雨減少，溫暖潮濕的氣候轉變為寒冷干燥的環境，有機質物源大量減少，已不具備成煤條件，從此進入長期無煤層沉積的地質歷史。加之后期又受到大范圍剝蝕和中侏羅世直羅期的沖刷，垂向上表現為延安組與直羅組底部含礫粗砂巖或細礫巖接觸，使地層保存殘缺不全。

4 控煤因素分析

影響本區含煤性因素主要為成煤期古地貌（構造）和古沉積環境因素。

4.1 古地貌（構造）控煤因素

成煤期前，受印支期構造運動的影響是明顯的。在三疊紀末期，區內地殼處于抬升期，使三疊系巖性遭受剝蝕，在其表面上形成了一層厚度不等的殘積物，同時又形成了一系列規模不等的隆起和凹陷。在進入侏羅紀時，地殼開始回返，首先在低洼處接受了富縣組“填平補齊”的沉積作用，而在隆起區則缺失了富縣組和延安組，并對侏羅系構造層的發育和賦存形態具有一定的控制作用。侏羅系安定組、直落組及延安組的沉積形態均與其沉積基底三疊系頂界面的起伏具有較強的繼承關系，表現為同沉積背（向）斜。

大量事實證明，基底古地貌（構造）形態是控制煤層聚積的前提，凹陷區煤層沉積厚，隆起區煤層沉積薄或無沉積，規律性明顯。古地貌（構造）形態在一定程度控制了區內延安組3 煤的沉積厚度和賦存范圍，并對2 煤層的展布規模有著重要影響。在基底隆起區含煤地層厚度變薄或缺失，無煤層沉積；在凹陷處含煤地層沉積時間較長，較厚，當沉降與補給基本平衡時，3 煤發育也較好。

4.2 古環境控煤因素

古環境對聚煤控制主要表現為煤層賦存形態，是導致煤層層數、厚度、分岔和沉積缺失的主要原因。由于研究區具有典型的獨立小規模盆地沉積模式，成煤作用受到大氣降水補給量的控制明顯。

隆起區無條件成煤，而在較深的凹陷低洼處盡管含煤地層沉積厚度較大，受到水體深淺的變化影響，導致煤層層數和厚度均變化較大，甚至缺失煤層沉積。其中，當大氣降水量充沛時，各類水源補給量大，導致洼地水體深度較大就會終結正常的成煤作用，并代之為泥砂巖類，從而導致煤層出現分岔現象；當水位下降到適合植被發育，新的成煤作用又重新開始，并反復作用變化，直至整個成煤階段結束。正是由于低、中、高位泥炭沼澤環境的反復演化，造成了區內2、3 煤沉積，連續分布，同時也造成其分岔現象普遍。

5 結論

（1）延安組為區內含煤地層，按層序可劃分為三段。3 煤賦存于延安組第一段，2 煤賦存于延安組第二段，第三段不含煤。延安組煤層總厚度為0.20～16.90 m，平均6.03 m，含煤系數為0.18%～38.97%，平均12.95%。延安組第三段、第二段、第一段含煤系數自下而上含煤性變差

（2）區內含煤地層的沉積厚度和分布規模受基底古地貌（構造）控制，2、3 煤是以古地貌控煤和古環境控煤因素共同作用的結果。