大同煤田北部石炭-二叠纪含煤地层特征分析

2013-04-08辛成华

山西煤炭 2013年3期

辛成华

（大同煤矿集团公司地质勘测处，山西大同 037003）

大同煤田是我国著名的煤田之一（包括大同市、左云县、右玉县、怀仁、山阴县等），大同煤田是双纪煤田（侏罗纪煤系和石炭-二叠纪煤系）两个煤系在多数区域重叠赋存，煤炭资源非常丰富[1]。随着长时间的高强度大规模开采工作的进行，上部侏罗纪煤田772 km2，目前已经全部开发；下部石炭-二叠纪煤田1739 km2，正在大规模地开发。目前有矿井73座，2011年煤炭总量实现1.936 9亿t。

同煤集团的石炭-二叠纪矿井包括：塔山、同忻、同发东周窑、马道头等，大多是特大型矿井，综合机械化程度高，对煤层层位和赋存状态的掌握程度要求越来越高。揭示大同煤田石炭-二叠纪纪煤层的变化规律、聚煤特征，以获得准确的煤层层位信息，这对矿井安全高效生产非常重要[2]。

1 石炭-二叠纪含煤地层及含煤性

大同聚煤盆地的总体形态是轴向呈北东--南西的类椭圆形，面积约1827km2，主体构造是东南翼地层的倾角相对较陡，而西北部分是平缓的不对称向斜。区域地层由老到新分别是：太古界集宁群，古生界寒武系，奥陶系下统，石炭系，二叠系；中生界的侏罗系和白垩系；新生界的第三系、第四系[3]。大同煤田北部区内石炭-二叠系含煤地层为石炭系上统太原组、二叠系下统山西组。

1）太原组含煤地层及含煤性（C3t）：该组厚33.2～138.25m，一般厚82.23m。由灰、灰白、灰黑色粉砂岩、砂质泥岩、泥岩、煤层等组成。该组是下煤系主要含煤地层，含2号、3号、4号、5号、6号、7号、8号、9号和10号煤层，该地层区内除1号煤层外，基本上均有分布、且较稳定；但是南厚北薄，至云岗十里河以北逐渐变薄尖灭。本层最底部有一层灰白色或灰黄色中粗粒砂岩，常含砾石，钙质胶结、坚硬、定为标志层K2砂岩，又称鹅毛口砂岩。本组与下伏本溪组地层整合接触。太原组含煤层总厚0.11～51.13m，一般厚15～25m，平均厚18.84m，含煤系数达27%；其中3号、5号和8号煤层为主要可采煤层，赋存稳定；2号、4号、6号、7号、9号和10号煤层为局部可采或零星煤层。本区东南角和西南角有火成岩侵入本组，致使其5号、8号煤层发生变质，但影响甚微。整个大同盆地北部太原组从北向南煤层厚度呈增加趋势。塔山井田的煤层厚度均大于20m，最厚处达40m以上。

2）山西组含煤地层及含煤性（P1s）：该组厚0～135 m，一般厚61.01m。由一套灰、深灰灰白砂岩、粉砂岩、砂质泥岩组成。仅最下部山4号煤层有工业价值；其他山1、山2、山3号煤层零星分布。本层最底部有一层灰白色含砾粗粒砂岩，厚4～15m，定作标志层K3砂岩（窑子头砂岩），以此作为本组与太原组分界标志。本组地层分布范围（较太原组地层）大为缩小，但厚度变化也是东南厚、西北薄。从东周窑至新高山一线以北逐渐变薄缺失。与下伏太原组地层整合接触。山西组含煤4层，其中只有最下部的山4号煤层较为发育，在全区大部分地区可采，具有工业价值；其他山1、山2、山3号煤层在研究区内只是零星分布。山西组煤层总厚平均4.06 m，含煤系数为9%。在北部山西组含煤厚度大体上是从北向南有增加趋势，在马脊梁井田最厚，其厚度达6.65m；在东周窑井田中部、四台井田、燕子山井田的局部，由于山西组缺失，因此也缺失煤层。

2 石炭-二叠纪含煤地层的岩石类型

1）砾岩。砾岩为灰白色巨厚层状、厚层状、中层状砾岩，砾石主要成份为白色石英和黑色燧石，砾石直径2～4 cm，分选、磨圆中等，砾石次棱状到次圆状，砾石呈叠瓦状排列，深灰色泥岩和砂岩充填，剖面向上变细过渡为砂岩，与下伏岩层呈冲刷接触，在山西组和太原组均有分布。

2）砂岩。按照结构特征分为粗砂岩、中砂岩、细砂岩；按照我国现行分类方法分为石英砂岩、长石质石英砂岩、岩屑质石英砂岩、长石岩屑质石英砂岩、长石砂岩、岩屑质长石砂岩、岩屑砂岩、长石质岩屑砂岩。大同煤田北部的砂岩类型主要有石英砂岩、岩屑石英砂岩、长石石英砂岩、长石岩屑砂岩。

3）粉砂岩。包括粉砂岩，泥质粉砂岩。颜色为灰白色、深灰色、灰黑色；其中稳定组分较多，成分较单纯，常以石英为主；石英较少，多为钾长石，此为酸性斜长石；岩屑极少或不存在，常含较多白云母；粘土基质含量一般相当多，向粘土岩过渡形成粉砂岩质粘土岩；磨圆度不高，分选较好；常具有水平层理和波状层理。在山西组和太原组均有发育。

4）粘土岩。粘土岩在大同煤田北部石炭-二叠系有广泛分布。该地区常见的有粉砂质泥岩、泥岩、碳质泥岩、高岭质泥岩、高岭岩。颜色为灰黑色、灰色、黑色、灰褐色；含植物碎屑化石，粉砂质结合，波状层理，平坦装断口，性脆，易碎，易风化。

3 太原组和山西组沉积环境与聚煤规律

1）太原组沉积环境与聚煤规律。太原期是大同晚古生代含煤盆地最重要的聚煤期，太原组的岩石类型主要为含砾砂岩、砂岩、泥岩等，形成了太原组3号、5号、8号主要可采煤层，煤层总厚约30m左右，含煤系数30%以上。总体特征表现为北东薄而南西厚，在南部玉井、鹅毛口、马道头等地较厚，可达120～130m，最厚可达140 m；而在盆地的北东端厚度最薄，仅15～20 m。从太原组地层厚度和分布来看，太原期是大同晚古生代含煤盆地发育的最鼎盛时期，地层遍布全区，沉降中心位于同家梁-旧高山一线至南西部玉井一带地区。

2）山西组沉积相展布与演化特征。山西组从K3砂岩底部到K4砂岩底部，平均厚度40～80 m，在鹅毛口、酸茨河等地较厚，达到100m以上，鹅毛口区达140m。新高山-云岗一带以北为剥蚀区。山西组中上部赋存有山3号、山2号、山1号极不稳定薄煤层，由于河流作用加强，河流改道迁移频繁，辫状河道沉积发育，泥炭沼泽发育不稳定，因此上述煤层薄且零星分布。除山4号煤层外，大多不可采。