伊宁矿区ZKJ502钻孔早侏罗世煤层煤岩煤质特征

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 徐州 221116；2.江苏地质矿产设计研究院，江苏 徐州 221006）

伊宁矿区ZKJ502钻孔早侏罗世煤层煤岩煤质特征

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 徐州 221116；2.江苏地质矿产设计研究院，江苏 徐州 221006）

以伊宁矿区ZKJ502钻孔内早侏罗世10个煤层为研究对象，采用煤岩学和煤化学分析方法，对煤岩特征、煤质特征及聚煤环境进行研究。结果表明，早侏罗世八道湾组9个煤层、三工河组1个煤层均为低灰-特低灰、低硫-特低硫、高挥发分、高发热量煤（Ad=2.65%～15.27%，平均7.59%；St，d=0.19%～0.99%，平均0.5%；Qgr，d=26.405～31.15 MJ/kg，平均29.35 MJ/kg；Vdaf=31.35%～46.95%，平均39.26%）；镜质组随机反射率Ro，ran=0.41%～0.53%，平均0.49%；跨次烟煤与烟煤界线；各煤层（27号煤层除外）煤岩组成显示惰质组含量较高、镜质组含量较低特征；煤层中（特别是22、26和29号煤层）大量半丝质体、粗粒体和碎屑惰质体的存在，反映聚煤时期气候干燥、成煤泥炭沼泽地下水位较低、成煤原始质料经历过较强的氧化分解作用。

伊宁矿区；早侏罗世煤层；煤岩煤质特征

伊宁煤田煤炭资源储量大于3×1011t［1］，煤层多，煤质好，煤炭开发利用前景广阔。前人曾在伊宁矿区或伊犁盆地开展含煤地层、沉积环境、地质构造、层序地层与聚煤规律等研究［2-6］，及煤岩煤质特征研究［7-11］。目前煤岩煤质文献多为归纳分析显微组分（镜质组、惰质组和壳质组）含量特征，缺乏显微组分定量分析数据。以煤层组（数层煤合称一套煤层）为分析对象，缺乏独立煤层煤岩煤质资料。为系统地阐述该区独立煤层煤岩煤质特征，本文对伊宁矿区北区西部界梁子ZKJ502钻孔中10个煤层进行煤化学和煤岩学分析研究，报道最新资料。

1 地质背景和含煤地层

伊宁矿区位于新疆伊宁市伊宁县、霍城县和察布查尔县境内，东西长110 km，南北宽10～40 km，矿区总面积约1 600 km2。构造上，伊宁矿区位于天山褶皱带西部，主要为一系列NWW、近EW向并列展布的复式向斜构造（称伊宁向斜或伊宁盆地）。盆地中部NWW向的晚古生界隆起将伊宁盆地分成南北2个坳陷，即盆地南缘达拉地坳陷和北缘伊宁坳陷［3-4］。伊宁矿区分布于盆地北缘伊宁坳陷中，区域内地层主要有上石炭统、二叠系、三叠系、侏罗系、古近系、新近系和第四系。伊宁矿区含煤地层主要为早侏罗世早期八道湾组、早侏罗世晚期三工河组、中侏罗世早期西山窑组，含煤31层［2］。八道湾组由砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩、碳质泥岩及煤组成，厚229～355 m，含煤14层（煤层编号18～31）。三工河组由砂岩、粉砂岩、泥岩、碳质泥岩和煤组成，厚150～200 m，含煤5层（煤层编号13～17）。西山窑组由砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩、碳质泥岩和煤组成，厚182～313 m，含煤12层（煤层编号1～12）。

2 采样与分析

本次研究在伊宁矿区北区西部界梁子整合区ZKJ502号钻孔采集10个煤层的16个煤心煤样，煤层编号分别是13煤、18煤、21煤、22煤、23煤、24煤、26煤、27煤、28煤、29煤。其中13煤属三工河组，18～29煤属八道湾组，西山窑组不含可采煤层（图1）。煤心煤样的采取据原煤炭部1987年颁布的《煤炭资源勘探煤样采取规程》进行，用于煤岩分析的混合煤样由煤心煤样缩制而成。所有样品的实验室分析测试遵循现行国家标准。煤的工业分析遵循国家标准（GB/T212-2008煤的工业分析方法）。煤中全硫测定遵循国家标准（GB/T214-2007煤中全硫的测定方法）。煤的显微组分和矿物鉴定统计遵循国家标准（GB/T15588-2001烟煤显微组分分类）。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）。煤质分析在江苏地质矿产设计研究院进行，煤岩鉴定和镜质组反射率测定在中国矿业大学（北京）煤炭资源与安全开采国家重点实验室进行。

图1 伊宁矿区界梁子勘探区ZKJ502钻孔柱状Fig.1 Histogram of drill hole ZKJ502 in Jieliangzi exploration area of Yining orefield

3 结果与讨论

3.1 煤化学和镜质组反射率

表1列出了伊宁矿区北区西部界梁子整合区ZKJ502钻孔各煤层（或煤分层）原煤的工业分析、全硫分析、元素分析、发热量和煤的镜质组反射率部分测定数据。由表1可见，伊宁矿区ZKJ502钻孔侏罗纪各煤层煤质指标为：空气干燥煤样水分（Mad）平均值5.49%（变化范围3.76%～7.75%）；干燥基灰分（Ad）平均值7.59%（变化范围2.65%～15.27%）；干燥基全硫分（St，d）平均值0.50%（变化范围0.19%～0.99%）；干燥无灰基挥发分产率（Vdaf）平均值39.26%（变化范围31.35%～46.95%）；干燥无灰基氢含量（Hdaf）平均值4.80%（变化范围4.3%～5.07%）；干燥基高位发热量（Qgr，d，MJ/kg）平均值29.35 MJ/kg（变化范围26.40～31.15 MJ/kg）；镜质组随机反射率（Ro，ran）平均值0.49%（变化范围0.41%～0.53%）。在厚煤层剖面上，灰分和全硫含量存在明显差别。21号煤层，上部灰分高（9.51%）、下部灰分低（4.47%），上部硫分低（0.72%）、下部硫分高（0.82%）。22号煤层，中部灰分低（2.65%），上部（7.56%）和下部（6.99%）灰分高。全硫含量中部低（0.21%）、上部（0.76%）和下部（0.58%）高。26号煤层，上部分层灰分低（6.96%）、下部灰分高（15.27%），上部硫分高（0.47%）、下部硫分低（0.25%）。27号煤层，上部分层灰分低（7.28%）、下部灰分高（9.46%），上部硫分低（0.29%）、下部硫分高（0.32%）。28号煤层，上部灰分高（5.82%）、下部灰分低（3.25%），上部硫分高（0.37%）、下部硫分低（0.31%）。

3.2 煤的显微组成

3.2.1 显微组分含量

应用显微组分分类国家标准（GB/T 15588-2001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）对伊宁矿区ZKJ502钻孔侏罗纪各煤层进行显微组分鉴定和定量统计（表2）。由表2可见，伊宁矿区ZKJ502钻孔侏罗纪煤层显微组分平均含量差别很大。镜质组含量大于50%的煤层有21、23、27、28号煤层，其中27号煤层镜质组平均含量最高（74.54%）。镜质组含量小于50%的煤层有13、18、22、24、26和29号煤层，其中18和29号煤层镜质组含量极低（分别为19.91%和17.21%）。第13、18、22和29号煤层中惰质组含量大于60%，18和29号煤层惰质组含量极高（分别为77.25%和78.60%）。各煤层中壳质组含量较低，为2.84%～8.64%，无机矿物含量很低，为0.89%～3.85%。

表1 伊宁矿区ZKJ502钻孔各煤层的煤质分析和镜质组反射率测定数据Table 1 Coal analysis and vitrinite reflectance measurement data of coal seam in drill hole ZKJ502 of Yining orefield

表2 伊宁煤田ZKJ502钻孔各煤层显微组分含量（无矿物基）Table 2 Maceral content of coal seam in drill hole ZKJ502 of Yining orefield单位：%

3.2.2 显微组分特征

伊宁侏罗纪煤层中镜质组主要由基质镜质体组成，下部煤层（27、28号煤层）中含较多均质镜质体、结构镜质体和团块镜质体，上部煤层（13、18号煤层）中含较多碎屑镜质体。基质镜质体呈灰色，形如“胶结物”包裹着其它各显微组分。结构镜质体呈灰色，植物细胞结构保存较差，细胞腔多变形，趋于闭合。均质镜质体呈灰色、均匀条带状，内生裂隙发育。团块镜质体呈灰色、不规则圆形。碎屑镜质体呈灰色，粒径小于10 μm，常与碎屑惰质体共生。

惰质组主要由半丝质体、粗粒体和碎屑惰质体组成，含少量丝质体、菌类体及微粒体。丝质体呈亮黄-黄白色，保存有较好的植物细胞结构。挤压破碎后的丝质体显示“星状”结构，纵向切面丝质体显示细密的管胞腔。半丝质体呈黄白-亮白色，植物细胞结构保存较差。伊宁侏罗纪煤层中常见灰白-浅灰色半丝质体，反射色不均匀。粗粒体呈不规则状，黄白-灰白色，不显示植物细胞结构。菌类体呈黄白色，不规则圆形，周边致密，内部显示多孔状构造。碎屑惰质体呈黄白色，不规则碎屑状，粒径多小于30 μm。

壳质组主要由孢子体组成，含少量角质体。孢子体呈深灰至灰黑色，主要为扁环状、线条状的小孢子体及花粉体。角质体呈深灰至灰黑色，长条状，内缘有锯齿。

3.3 讨论

3.3.1 煤类划分和煤质特征

伊宁矿区ZKJ502钻孔侏罗纪煤层（除18煤外）原煤的干燥基高位发热量（Qgr，d）均大于26 MJ/kg，各煤层（除13煤、18煤、22煤中间分层外）原煤的干燥无灰基挥发分产率（Vdaf）大于37%，各煤层（除24煤外）氢含量（Hdaf）小于5%，各煤层粘结指数（G）小于5。据我国煤炭分类标准（GB/T 5751-2009），定为烟煤（主要为长焰煤，少量不黏煤）。据煤炭质量分级（灰分GB/T 15224.1-2010；硫分GB/T 15224.2-2010；发热量GB/T 15224.3-2010）标准，伊宁矿区侏罗纪煤层主要为低灰、低硫的高发热量煤。煤层或煤分层多具特低灰、特低硫、高挥发分特征。剖面上，三工河组13号煤层和八道湾组上部的18、21和22号煤层为低硫煤，八道湾组下部的23、24、26、27、28和29号煤层为特低硫煤。

3.3.2 显微组分含量特征

伊宁矿区ZKJ502钻孔侏罗纪煤层具惰质组含量高、镜质组含量相对较低的煤岩组成特征。镜质组平均含量45.5%，惰质组平均含量49.5%，壳质组平均含量5%，与全区160多个钻孔煤岩鉴定数据统计结果（21-23煤：惰质组平均含量57.50%，镜质组平均含量41.96%；27-29煤：惰质组平均含量53.44%，镜质组平均含量45.91%）一致［11］。煤层中（特别在22、26和29号煤层中）大量半丝质体、粗粒体和碎屑惰质体的存在，反映聚煤时期气候干燥、成煤泥炭沼泽地下水位较低、成煤经历了较强的氧化分解作用。

3.3.3 显微组分含量垂向变化与聚煤环境分析

21号煤层镜质组含量，上部分层为29.8%，下部为80%；惰质组含量，上部分层为65.8%，下部为17.2%。反映成煤早期凝胶化作用较强，成煤晚期氧化作用较强。

22号煤层镜质组含量，上部分层为66.7%，中部为8.6%，下部为26.1%；惰质组含量，上部分层为28.5%，中部为84.2%，下部为71.9%。反映从成煤沼泽发育到泥炭堆积，中期氧化作用较强，成煤晚期凝胶化作用最强。

26号煤层镜质组含量，上部分层为80.8%，下部为12%；惰质组含量，上部分层为14.3%，下部为75.7%。反映成煤早期氧化分解作用强烈，成煤晚期凝胶化作用变强。

27号煤层镜质组含量，上部分层为64.5%，下部为84.6%；惰质组含量，上部分层为31.3%，下部为11.9%。反映成煤泥炭沼泽地下水位长期稳定。

28号煤层镜质组含量，上部分层为44.2%，下部为63.6%；惰质组含量，上部分层为52.7%，下部为33.1%。反映成煤早期凝胶化作用较强，成煤晚期氧化作用增强。

4 结论

（1）伊宁矿区ZKJ502钻孔侏罗纪煤层主要是低灰、低硫、高发热量烟煤（长焰煤、不黏煤）。煤层或煤分层多具特低灰、特低硫、高挥发分、高发热量煤质特征。剖面上，三工河组煤层和八道湾组上部煤层为低硫煤，八道湾组下部煤层为特低硫煤。

（2）伊宁矿区ZKJ502钻孔侏罗纪煤层具惰质组含量高、镜质组含量相对较低的煤岩组成特征。镜质组平均含量45.5%，惰质组平均含量49.5%，壳质组平均含量5%。煤层中大量半丝质体、粗粒体和碎屑惰质体的存在，反映聚煤时期气候干燥、成煤泥炭沼泽地下水位较低、成煤原始质料经历较强的氧化分解作用。

（3）显微组分含量垂向变化特征显示，聚煤环境（沼泽地下水位、气候、氧化条件）演化有2种形式：一是聚煤早期沼泽覆水较深、形成较多的镜质组分，聚煤晚期覆水变浅、形成较多的惰质组分；二是聚煤早期沼泽覆水较浅、形成大量惰质组分，聚煤晚期覆水变深、形成较多镜质组分。

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Petrology and Coal Quality of Early Jurassic Coals in theExploratory Hole ZKJ502 in Yining Mining Area，Xinjiang，China

Zhou Guoqing1，Jiang Yaofa1，Gao Feng2，Xu Xiaoqin2
（1.Jiangsu Institute of Architectural Technology，Geological Survey，Xuzhou，Jiangsu 221116，China；2.Jiangsu Design Institute of Geology for Mineral Resources，Xuzhou，Jiangsu 221006，China）

Based on the theories and methods of coal petrology and coal chemistry analysis，investigates the characteristics of the petrology，coal quality and coal-accumulating process of Early Jurassic coal seams in the exploratory hole ZKJ502 in Yining mining area，Xinjiang，China.The results show that Early Jurassic bituminous（or sub bituminous）coals in Yining mining area are characterized by low or ultra low ash content（Ad=2.65%～15.27%；7.59%on average），low or ultra low sulfur content（St，d=0.19%～0.99%；0.50%on average），higher volatile（Vdaf=31.35%～46.95%；39.26% on average）and higher calorific value（Qgr，d=26.40～31.15MJ/kg，29.35MJ/kg on average）.The random reflectance of vitrinite of Yining coals is 0.41%～0.53%；0.49%on average.In petrographic constituent，Early Jurassic coals in Yining mining area is composed of inertinite，vitrinite and exinite.In the 10 coal seams（16 samples），the proportion of total inertinite（14.3%～84.2%；49.5%on average；mineral-free basis）is higher than that of total vitrinite（12%～84.6%；45.5%on average）and that of total exinite（2.1%～12.3%；5%on average）.There are a lot of semifusinite，macrinite and inertodetrinite in coal seams，especially in No.22，26 and 29 coal seams，indicating that the groundwater table in peat swamp was very low during coal-forming process，having a dry climate and the coal-forming materials suffered strongly oxygenolysis.

Early Jurassic coal；petrology and coal quality；Yining mining area；Xinjiang

1000-8845（2015）02-284-05

P18.11

A

2014-05-29；

2014-06-26；作者E-mail：13952185110@139.com

周国庆（1968-），男，山东曲阜人，副教授，1992年毕业于南京大学构造地质学专业，从事煤炭地质、工程地质工作