陕西省子长矿区晚三叠世5号煤层的煤岩煤质特征

周国庆姜尧发高 峰徐晓琴

(1.江苏建筑职业技术学院地质研究所,江苏省徐州市,221116; 2.江苏地质矿产设计研究院,江苏省徐州市,221006)

★煤炭科技·地质与勘探★

陕西省子长矿区晚三叠世5号煤层的煤岩煤质特征

周国庆1姜尧发1高 峰2徐晓琴2

(1.江苏建筑职业技术学院地质研究所,江苏省徐州市,221116; 2.江苏地质矿产设计研究院,江苏省徐州市,221006)

对采自陕西省子长县枣林永胜煤矿的晚三叠世5号煤层剖面进行了详细的煤岩学研究,报道了我国北方三叠纪陆相环境形成的煤层的煤岩、煤质特征。研究成果显示,永胜煤矿的晚三叠世5号煤层具有特低硫含量(St,d为0.10%～0.39%)、低或中灰分含量(Ad为7.22%～29.45%)、高挥发份产率(Vdaf为31.89%～45.36%)及变质程度低(Ro,ran为0.83%～0.89%)等特征;镜质组含量较高(41.8%～93.9%,无矿物基),惰质组含量次之(2.6%～52.5%),壳质组含量较低(3.5%～8.5%)。宏观煤岩类型和显微组分的垂向变化显示在煤层底部和煤层顶部的分层光泽较亮、镜质组含量高;而在煤层中部的分层光泽较暗、惰质组含量高,反映了聚煤早期和晚期阶段泥炭沼泽环境比较潮湿,而中期阶段变得干燥的演变特征。

晚三叠世煤层 煤岩煤质特征 陕西子长矿区 鄂尔多斯盆地

在多年煤田地质勘探过程中,地质工作者曾对瓦窑堡组含煤地层的沉积环境、层序地层、聚煤作用等进行过研究,取得一些成果。然而,对瓦窑堡组主要可采煤层(5号煤层)的煤岩特征研究比较薄弱,特别是煤层剖面详细煤岩学研究的成果颇少。本文对采自陕西省子长县枣林永胜煤矿的5号煤层剖面进行了详细研究,报道了我国北方陆相三叠纪煤层的煤岩、煤质特征。

1 地质背景

子长矿区位于陕西省延安市和榆林市境内,按5号煤层0.7 m以上厚度的分布范围计算,矿区(或煤田)总面积为2250 km2,资源总量达27.2亿t。子长县枣林永胜煤矿位于矿区中部瓦窑堡镇附近。

子长晚三叠世煤矿区位于鄂尔多斯盆地中部。从早二叠世开始,鄂尔多斯盆地由海陆交互相转为陆相沉积,至三叠纪形成了独立的沉积盆地,上三叠统延长群是典型的内陆湖泊沉积。延长群自下而上分胡家村组、永坪组和瓦窑堡组3个组。

瓦窑堡组共含煤7～15层,其中5号煤层厚度为0.7～2.9 m,平均1.8 m,全区可采,3号和4号煤层厚度小于1 m,局部可采,其他煤层不可采。

2 采样与分析

本次研究在陕西省子长县枣林永胜煤矿井下5号煤层采掘工作面采取一个完整的煤层剖面,共13个样品,包括煤层顶板、底板、2个夹矸和9个煤分层样。

所有样品的实验室分析测试都遵循现行国家标准进行。煤的工业分析遵循国家标准(GB/T212－2008煤的工业分析方法)进行。煤中全硫的测定遵循国家标准(GB/T214－2007煤中全硫的测定方法)进行。煤的显微组分鉴定统计遵循国家标准(GB/T15588－2001烟煤显微组分分类)进行。镜质组反射率测定遵循国家标准(GB/T6948－1998煤的镜质体反射率显微镜测定方法)进行。煤中矿物的鉴定采用光学显微镜观察和粉末X射线衍射(XRD)方法进行。

3 结果与讨论

3.1 煤化学和镜质组反射率

子长晚三叠世5号煤层剖面各个分层的工业分析、全硫分析和煤的镜质组反射率测定数据见表1。由表1可见,5号煤层9个煤分层的加权平均值,挥发分产率(Vdaf)为40.34%,镜质组随机反射率(Ro,ran)为0.87%,全硫含量(St,d)为0.28%,灰分(Ad)为15.49%。根据煤炭质量分级标准(GB/T15224.2－2004,GB/T15224.1－2010等),永胜煤矿的5号煤层为特低硫、低(中)灰、高挥发分烟煤。

表1 5号煤层剖面各分层的工业分析、全硫分析和煤的镜质组反射率数据

3.2 宏观煤岩类型

根据国家标准(GB/T12937－2008)和各分层的相对光泽强度,在5号煤层中分出4种宏观煤岩类型,即光亮煤、半亮煤、半暗煤和暗淡煤。在垂向上宏观煤岩类型呈规律性变化,煤层底部第2分层(与表1编号对应,下同)和顶部第12分层为光亮煤,煤层下部第3分层和上部第11分层为半亮煤,煤层中部的第5分层和第7分层为暗淡煤,第4分层和第6分层为半暗煤。宏观煤岩类型垂向分布特征显示,5号煤层成煤初期的沼泽环境具有覆水程度较高、凝胶化作用较强的特征;而随着泥炭层堆积厚度加大、沼泽不断突起,水位相对下降,致使表层泥炭暴露在空气中遭受氧化;成煤晚期由于湖泊水位上升,成煤泥炭沼泽又向覆水变深、凝胶化作用变强的环境转变。

3.3 煤的显微组分

3.3.1 显微组分含量

应用显微组分分类国家标准(GB/T15588－2001烟煤显微组分分类)和国际煤岩学委员会1994年显微组分分类、命名系统(ICCP,1998, 2001)对子长矿区枣林永胜煤矿5号煤层中各个煤分层进行了显微组分鉴定和定量统计,见表2。

表2 子长5号煤层的显微组分含量(无矿物基)%

由表2可见,子长晚三叠世5号煤层9个煤分层加权平均值,镜质组含量为70.25%,壳质组含量为6.08%,惰质组含量为23.67%。在镜质组中,以基质镜质体的含量最高(47.06%),均质镜质体次之(12.37%),结构镜质体(7.79%)和团块镜质体(2.40%)含量较低。惰质组主要由半丝质体(15.80%)、惰屑体(3.70%)和粗粒体(2.99%)组成,含少量丝质体和菌类体等。壳质组主要由孢子体(5.48%)、角质体(0.44%)和树脂体(0.16%)组成。

子长晚三叠世5号煤层中不同宏观煤岩类型的显微组分含量差别较大。光亮煤分层中镜质组含量为90.68%～93.88%,惰质组含量为2.58%～3.39%,壳质组含量为3.52%～5.93%;半亮煤分层中镜质组含量为63.56%～88.33%,惰质组含量为3.50%～29.04%,壳质组含量为7.39%～8.52%;半暗煤分层中镜质组含量为55.58%～79.54%,惰质组含量为15.91%～38.06%,壳质组含量为4.54%～6.34%;暗淡煤分层中镜质组含量为41.82%～53.14%,惰质组含量为42.40%～52.52%,壳质组含量为4.48%～5.66%。

3.3.2 显微组分特征

子长晚三叠世5号煤层中的镜质组主要由结构镜质体、均质镜质体、基质镜质体、团块镜质体和碎屑镜质体组成,子长矿区5号煤层的显微组分见图2。结构镜质体显示较好的植物细胞结构,见图2(a);均质镜质体显示灰色、均匀、条带状,是测定反射率的理想组分,见图2(b),基质镜质体形如胶结物,粘结着其它各种显微组分,见图2 (c)、(d)、(f)、(h);团块镜质体呈不规则圆形,单独散布或成群出现,见图2(b)。

图2 子长矿区5号煤层的显微组分

子长晚三叠世5号煤层中的惰质组主要由丝质体、半丝质体、粗粒体、微粒体、菌类体和碎屑惰质体组成。丝质体,亮黄色或黄白色,保存较好的植物细胞腔孔结构,见图2(e);半丝质体为黄色、白色至灰白色,植物细胞结构保存不好,在同一个煤粒上有时显示不均匀的反射色,见图2 (d)、(f);粗粒体为不规则形状,黄白色,不显示植物细胞结构,见图2(c)、(d);菌类体,黄白色为不规则圆形,周边致密,内部显示多孔状构造;碎屑惰质体为黄白色,不规则碎屑状,粒径大都小于30μm,见图2(h)、(g)。

子长晚三叠世5号煤层中的壳质组主要由孢子体、角质体和树脂体组成。孢子体,深灰色至灰黑色,主要是扁环状的小孢子体,见图2(b),含有少量大孢子体,见图2(g);角质体,长条状,深灰色至灰黑色,厚壁角质体和薄壁角质体都有分布;树脂体,灰黑色,不规则圆形。

3.3.3 显微组分垂向变化

如表2所示,子长晚三叠世5号煤层的宏观煤岩类型和显微组分含量在垂向上变化明显,从煤层底部至中部,煤的光泽由亮变暗,从中部至煤层顶部,煤的光泽由暗变亮,这反映成煤泥炭沼泽环境在初期比较潮湿,向中期逐渐转变为干燥环境,然后向晚期再向潮湿环境转变之演变过程。在成煤早期和晚期形成的煤分层中,由于覆水较深而使植物残体遭受强烈的凝胶化作用,形成了较多的镜煤条带,显微组分中均质镜质体含量较高;而在成煤中期,随着泥炭堆积厚度变大,表层泥炭或突起暴露在空气中使植物残体遭受一定程度氧化,形成了较多的半丝质体、粗粒体和惰屑体等惰质组显微组分。基质镜质体和孢子体二种显微组分不但在各个煤分层中都有较高的含量,而且从煤层底部至顶部各个煤分层中含量接近。结构镜质体和团块镜质体主要分布在煤层上部。煤层下部的ZC－4分层中,碎屑镜质体和碎屑含量较高。

3.4 煤中的矿物

子长晚三叠世5号煤层中的矿物主要是粘土矿物,其次是石英,含少量方解石,很少量的黄铁矿只出现在煤层最底部的分层中。镜下观察,煤中的粘土矿物大都呈细分散状,见图2(b),碳酸盐矿物主要是方解石和菱铁矿,见图2(h)。根据低温灰XRD分析的衍射图鉴定,子长晚三叠世5号煤层中的粘土矿物主要是高岭石,其次为伊利石,少量绿泥石。另外还含很少量的磷铝锶石、锐钛矿、金红石等矿物。ZC－4、ZC－6和ZC－7三个煤分层中的菱铁矿多呈球粒状、放射状或集合体状分布在均质镜质体或基质镜质体之中,反映聚煤中期阶段成煤泥炭沼泽水体的地球化学特征是弱还原或弱氧化条件。煤层最底部分层中存在少量黄铁矿,反映成煤之初沼泽水体的强还原特征。

4 结论

(1)子长矿区晚三叠世5号煤层具有特低硫含量、低(中)灰分含量、高挥发分产率和低变质程度的煤质特征,是优质的高挥发分烟煤。

(2)子长矿区晚三叠世5号煤层(9个煤分层)显微组分平均含量,镜质组为70.2%,惰质组为23.7%,壳质组为6.1%,具有镜质组含量高,惰质组和壳质组含量低的特征。

(3)煤层最下部和最上部的煤分层光泽最亮,镜质组含量最高(大于90%),反映5号煤层在成煤早期和晚期阶段,泥炭沼泽具有较高地下水水位并发生较强的凝胶化作用。而煤层中部煤分层光泽较暗,惰质组含量较高,如暗淡煤类型分层中惰质组含量高达40%～50%,反映成煤中期阶段随着泥炭层堆积变厚,泥炭沼泽的地下水水位有所降低,表层泥炭或多或少遭受过氧化作用。

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[2] 田野,李智学,邵龙义等.鄂尔多斯盆地上三叠统瓦窑堡组层序地层及聚煤特征研究[J].中国煤炭地质,2011(8)

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(责任编辑 张毅玲)

国家鼓励社会资本建设清洁高效煤电项目

国务院发布《关于创新重点领域投融资机制鼓励社会投资的指导意见》(以下简称《指导意见》),提出鼓励社会资本建设清洁高效煤电项目。

《指导意见》提出,鼓励社会资本投资能源设施领域。鼓励社会资本投资建设风光电、生物质能等清洁能源项目和背压式热电联产机组,进入清洁高效煤电项目建设、燃煤电厂节能减排升级改造领域。鼓励社会资本参与煤炭储运建设运营。鼓励社会资本参与铁路运煤干线和煤炭储配体系建设。

《指导意见》指出,我国将理顺能源价格机制。落实页岩气、煤层气等非常规天然气价格市场化政策。按照合理成本加合理利润的原则,适时调整煤层气发电、余热余压发电上网标杆电价。完善可再生能源发电价格政策,研究建立流域梯级效益补偿机制,适时调整完善燃煤发电机组环保电价政策。

我国将改革完善交通投融资机制,向地方政府和社会资本放开资源开发性铁路和支线铁路的所有权、经营权。按照构建现代企业制度的要求,保障投资者权益,推进内蒙古西部至华中、长春至西巴彦花铁路等引进民间资本的示范项目实施。

The features of petrology and quality of coal in Late Triassic No.5 coal in Zichang mining area in Shaanxi Province

Zhou Guoqing1,Jiang Yaofa1,Gao Feng2,Xu Xiaoqin2
(1.Institute of Geology,Jiangsu Jianzhu Institute,Xuzhou,Jiangsu 221116,China; 2.Jiangsu Design and Research Institute of Geology for Mineral Resources,Xuzhou,Jiangsu 221006,China)

This paper studies in detail the coal petrology in section samples from the late Triassic No.5 coal seam in Zaolin Yongsheng Mine in Zichang County,and reports the petrological, mineralogical features of the coal seam formed in late Triassic continental environment in Northern China.The results show that the No.5 coal seam has a low sulfur content(St,d,0.10%to 0.39%),a low-middle ash content(Ad,7.22%to 29.45%),a high volatile yield(Vdaf,31.89% to 45.36%),and a low metamorphic grade(Ro,ran,0.83%to 0.89%);the proportion of total vitrinite(41.8%to 93.9%;mineral-free basis)is higher than that of total inertinite(2.6%to 52.5%)and that of total exinite(3.5%to 8.5%).Macroscopic type and vertical variation in the microscopic components of the coal seam show that the vitrinite contents are more in the bottom and top portion of the coal seam and the inertinite is abundant in the middle part,which indicates that the peat swamp environment was damper in the early and late stages of the coal accumulating period and drier in the intermediate stage.

Triassic coal seam,features of petrology and quality of coal,Zichang mining area,Ordos basin

P618

A

周国庆(1968－),男,山东曲阜人,副教授,从事煤炭地质、工程地质研究。