黔西织纳煤田上二叠统煤层发育特征与煤质分析

姜秉仁, 任海鹰

(1.贵州省煤田地质局一五九队，贵阳 550000；2.贵州省煤田地质局一七四队，贵阳 550000)



黔西织纳煤田上二叠统煤层发育特征与煤质分析

姜秉仁1, 任海鹰2

(1.贵州省煤田地质局一五九队，贵阳 550000；2.贵州省煤田地质局一七四队，贵阳 550000)

据织纳煤田煤炭地质资料、钻孔资料及前人研究资料的综合分析，论述了织纳煤田上二叠统煤层发育沉积环境及煤质特征，并在此基础上总结了煤层展布规律、硫分、灰分分布规律。结果显示：织纳煤田上二叠统煤层有机组分中镜质组含量，无机组分中硫化物含量均相对较高，反映了泥炭沼泽的覆水程度较深、水动力较弱的缺氧还原环境；煤层厚度分区大致呈北东-南西向带状分布，由北西向南东煤层厚度逐渐变薄；硫分呈不规则带状分布，由北西向南东硫分逐渐升高，以中高硫煤为主；灰分变化总趋势为西部地区的灰分高于东部，以低灰煤为主。

煤炭地质；煤层展布；煤质特征；织纳煤田；黔西

贵州省素来被称为“江南煤海”，2 000m以浅埋深煤炭资源量达2.42×1011t，其中织纳煤田与六盘水地区储量最为丰富[1-2]。贵州煤田地质局针对研究区织纳煤田进行了勘探与研究工作，织纳煤田蕴含着丰富的煤炭资源，储量可达3.50×1010t[3]，而针对上二叠统煤层发育与煤质特征缺少系统的分析。随着对贵州西部地区煤炭资源的大量开发利用，煤质对环境的影响日益被重视，依托黔西煤炭资源调查工作，结合前人的研究成果[4-7]对织纳煤田上二叠统煤层发育与煤质特征进行系统分析。

1 地质概况

1.1 区域地层

研究区隶属扬子地层区[8]，上二叠统划分为峨眉山玄武岩组、龙潭组和长兴组。地层区划上处于海陆过渡相区，为一套典型的海陆交互相碎屑岩夹碳酸盐岩含煤地层沉积，海相地层发育连续齐全，旋迴结构明显，动物和植物化石丰富。沉积物以碎屑岩为主，夹多层可作为标志层的稳定或较稳定的碳酸盐岩[9]。含煤岩系厚l90～44lm，由南西向北东，厚度逐渐变薄，含煤层数较多，各地区差别较大(图1)。与上覆下三叠统飞仙关组、下伏峨眉山玄武岩或茅口组(东部)均呈假整合接触[10]。

1.2 构造特征

晚二叠世本区位于扬子地块西缘黔北隆起上的三级构造单元—遵义断拱的西南部，相当于黔中隆起的西段[11-12]。构造基底为中元古界梵净山群和不整合其上的晚元古界板溪群浅变质岩系，鉴于基底刚性较大，故而研究区具有特殊的构造特征，以北东走向短轴式褶皱为主，褶皱宽缓且延伸距离短(图2)。西缘有少量北西向隔挡式褶皱发育，东缘尚有南北向隔槽式褶皱[9,13]。区内断裂也很发育，研究区北部， 有东西走向的马场断层和纳雍断层相伴而行，纳雍断裂以南地区，北东向走滑断层较发育。大规模断裂和相伴延生的褶皱构成“条块状”组合样式，常造成含煤地层及构造线错移；同时，北北东向、北东向的走向断层也较发育，常破坏背斜，展示出织纳煤田地质构造的基本格架[14-15]。

图1 贵州省构造单元划分及研究区位置Figure 1 Tectonic elements partitioning in Guizhou Province and study area situation

图2 织纳小区构造格局Figure 2 Structural framework of Zhina subarea

1.3 沉积特征

研究区晚二叠世处于缓慢沉降的构造背景之下[16-17]，湿热的热带雨林气候有利于植物大量生长，这些条件在整个晚二叠世并未发生较大变化，因此煤层展布与煤质特征主要受沉积环境与海平面变化控制。织纳煤田晚二叠世煤系是一套海陆交互相陆源碎屑岩夹碳酸盐岩含煤沉积，海平面升降频繁，致使不同时期沉积相的分布不断变化，沉积相组合比较复杂，因而成煤环境多样[18]。笔者通过对研究区40余口钻井资料的系统研究，结合前人的研究成果[18]，在上二叠统中总结出三角洲、障壁砂坝-泻湖、碳酸盐台地三种成煤环境。三角洲是研究区上二叠统最重要的成煤环境，此环境下煤层常具有“厚度大、横向稳定、低硫、低灰”的特点，特别是三角洲平原区广泛发育泥炭沼泽，聚煤条件最佳，富煤带均分布在此环境内；障壁砂坝—泻湖相聚煤强度中等，仅次于三角洲相，煤层多形成于潮坪亚相，能够形成较厚煤层但横向不稳定，常呈较窄的条带状，并且煤层灰分、硫分较高，只在龙潭晚期总体海退条件下，障壁砂坝后泻湖沼泽化形成了厚度较大分布稳定的煤层；碳酸盐台地成煤作用最差，具有“煤层薄、高灰、高硫”的特点，不是主要成煤环境[19]。

2 煤层发育特征

2.1 煤岩特征

研究区上二叠统煤岩成分主要为亮煤、镜煤，普遍含量大于50%，夹有暗煤和丝炭条带，故而，宏观煤岩类型以光亮型及半亮型煤为主，半暗型及暗淡型煤次之。光亮型煤主要由光泽很强的亮煤和镜煤组成，有时也夹有暗煤和丝炭的透镜体或薄层。光亮型煤组成较为均一，中至细条带状结构，见水平层理，内生裂隙发育，裂隙中常充填有方解石，脆度较大，机械强度较小，容易破碎，常具贝壳状断口。镜下观察时凝胶化组分含量较高，在85%以上，因而黏结性较强。半亮型煤是研究区最常见的煤岩类型，主要煤岩组分为亮煤，有时含镜煤和暗煤，也可夹丝炭，平均光泽强度比光亮型煤稍弱。条带状结构明显，内生裂隙发育，常具有棱角状或阶梯状断口，性较脆，比较易碎。镜下观察时凝胶化组分含量一股在70%～80%。

显微组分分析表明镜质组含量34.7%～78.19%，平均为75.75%。镜质组中以无结构镜质体的基质镜质体最为常见；半镜质组含量较低，其含量变化通常在3.7%～10.9%，平均约6.7%[13]；惰质组含量变化与13.36%～65.3%，平均为26.25%，惰质组分主要是结构丝质体和结构半丝质体，此外还有粗粒丝质体；无机组分含量占7.2%～27.86%，平均为14.63%，以黏土矿物类和氧化物类为主，次为碳酸盐矿物、硫化物(表1)。

表1 显微煤岩成分及类型

各煤层有机组分中镜质组含量，无机组分中硫化物含量均相对较高，说明这些煤层是在陆表海环境下，覆水相对较深，水动力条件相对较弱，而多数煤层又是在“突发性”海侵发生后， 导致泥炭在缺氧的还原条件下，凝胶化作用进行得比较彻底而形成的[20-21]。

2.2 煤层特征

织纳煤田龙潭组含煤岩系形成于陆表海背景之下，晚二叠世时，泥炭沼泽往往是在三角洲、潮坪环境或障壁泻湖环境的基础上发育而成的。晚二叠世由于海平面的高频率变化，因而在海平面相对下降期间潮坪带逐渐沼泽化或泻湖逐渐淤浅潮坪沼泽化，最终形成煤层[22]。通过研究区内40余口钻井含煤性统计可以看出研究区煤层厚度分区大致呈北东—南西向带状分布，由北西向南东煤层厚度逐渐变薄(图3)。煤层总厚度大于30m的富煤带分布于八步—板桥—中寨—三塘—新华一线以西，该区含煤30～80余层，且多为30～60层，煤层总厚30～47.75m，其中可采煤层5～26层，为9～20层，可采总厚度14.40～24.92m，平均18.6m，可采系数3.6%～7.6%；此线以西至铁石-流长-牛场-上坪坝-普定一线，煤层厚度在10～30m，为聚煤区，同时还包括研究区东北部化作、龙场治昆地区，该区含煤10～64层，且多为10～40层，含煤总厚10～29.88m，含煤系数为5%～10%，其中可采煤层4～16层，4～9层，可采厚度5.37～23.31m，可采系数2%～5%；铁石-流长-牛场-上坪坝-普定一线以西至井田边界煤层厚度小于10m，为贫煤区，含煤0～15层，含煤总厚度小于10m，含煤系数在5%一下，可采厚度小于5m，可采系数小于2%。煤层厚度大于40m的富煤中心有三处：中岭-阳长-比德一带、化乐-新场一带以及以支塘一带。

图3 织纳煤田上二叠统煤层厚度等值线图Figure 3 Isogram of upper Permian coal thicknesses in Zhina coalfield

3 煤质特征

表征煤质的指标相对较多，如硫分(St,d)、灰分(Ad)、挥发份(Vdaf)、镜质体反射率(Rmax，%)、发热量(Qgr,ad)、煤的可选性等等，但在这些指标中与沉积环境密切相关主要为煤的硫分和灰分[23]。因此，笔者在论文中对煤岩、煤质分析时选取煤岩组分、硫分和灰分作为主要研究对象。目前普遍认为，硫分与沉积环境和海平面变化的关系够比较密切，形成于海陆交互相含煤岩系中的煤层的硫分较高。灰分则与泥炭沼泽的矿物质补给有关，主要受沉积环境的影响，形成于近源地带的煤层的灰分较高。

3.1 硫分

3.1.1 硫分的横向分布

织纳煤田上二叠统煤层硫分呈不规则带状分布，总体变化趋势是：由北西向南东，即由陆相到海相硫分逐渐升高(图4)。纳雍西北部，以老凹坝-纳雍-新房一线为界，原煤全硫含量小于1.5%，属低-中硫煤，其中猪厂、沙包、以支塘等地硫分小于1%，属低煤区；龙场、治昆、化作等地原煤硫分含量小于0.5%，为特低硫煤区；低-中硫煤区以东至八步-水东-比德一线原煤硫分在1.5%～2%，属中硫煤区；再往东至官寨-织金-三塘-新场一线，硫分含量继续增大至2%～3%，为中高硫煤区，此线以东及东南大部分地区，原煤硫分普遍在3%以上，为高硫煤。

图4 上二叠统硫分等值线Figure 4 Isogram of upper Permian coal sulfur contents

3.1.2 硫分的垂向分布

图5 煤层硫分含量垂向变化Figure 5 Coal sulfur content vertical variation

研究区不同时段形成的煤层硫分含量差别较大，垂向上以龙潭组上段中上部煤层和长兴组的煤层含硫量较高(图5)，达3%～5%，部分可达6%，属高硫煤；龙潭组上段的下部煤层含硫量较低，通常在3%以下，尤以织金一带的17号煤层为低—特低硫煤[13]。以三坝地区为例，2号煤形成于长兴期海侵过程中碳酸盐潮坪，其直接顶板为K2灰岩，由于受海水的影响，其全硫含量高达5.78%。而当顶板为陆相沉积时，硫分含量较低，如M6、M27，全硫含量小于1.5%。硫分的垂向变化不仅在各个煤层之间变化较大，而且在煤层内部不同部位也是不均一的。这与成煤时的古地理环境和海水进退有密切的联系。同样与煤层顶板性质关系密切，若其直接顶板即为海相沉积(灰岩)，其硫分含量必然较高；在垂向上距海相层越远，其受海水的影响也就越小，相应的硫分含量相对就较低。如三坝地区M6-3，其顶板为陆相沉积原煤硫分含量较低，为1.32%，而其上的M6-2由于受K3下的影响相对较大，其硫分含量有所升高，为2.13%。海进时段形成的煤层顶板为海相沉积时，其硫分含量较高；而在海退时段顶板为陆相沉积。这一规律在三角洲发育地区表现比较明显，如纳雍地区龙潭组下段总体为海进环境，主要煤层的硫分平均值较高；龙潭组上段总体为海退过程，主要煤层硫分值偏高。

3.1.3 煤中形态硫

织纳煤田上二叠统可采煤层硫分以硫化物硫为主，其次为有机硫，硫酸盐硫。煤中有机硫来自多种形式的含硫有机物，成煤后有可能转化为复杂煤分子结构的一部分有机硫为；硫酸盐硫主要来自石膏(CaSO4·2H2O)和绿矾(FeSO4·7H2O)[13,24]。据资料[13]统计，织金地区硫化物硫占全硫总量的89%，硫酸盐硫为0.03%；纳雍地区硫化物硫占71.4%，有机硫为0.03%，硫酸盐硫为0.25%。因此可以认为有机硫和硫酸盐硫对全硫含量影响不大，在这里不做重点讨论。

3.2 灰分

研究区灰分在横向上的变化不如硫分明显，总趋势为西部地区的灰分高于东部；中东部的织金、牛场、猫场、龙场一带，灰分比其它地区更低，小于18%[13]。灰分在纵向上的变化与硫分相似，即龙潭组下段、上段的14号煤层和长兴组煤层的灰分较高，龙潭组上段下部灰分含量较低。灰分随硫分含量的增高而增高，反之亦然。在同一地区、同一煤层或不同煤层，结构复杂的煤层比单一煤层的灰分高，如14号煤即是；厚度大、稳定的煤层灰分较低，如6、16号。总之，全煤田煤层以中灰煤为主，灰分值在20%左右(西部阳长、比德地区高些)。

4 结论

(1)织纳煤田上二叠统煤系是一套海陆交互相陆源碎屑岩夹碳酸盐岩含煤沉积，煤层有机组分中镜质组含量，无机组分中硫化物含量均相对较高，反映了泥炭沼泽的覆水程度较深、水动力较弱的缺氧还原环境。

(2)煤层厚度分区大致呈北东—南西向带状分布，由北西向南东煤层厚度逐渐变薄，其中煤层厚度大于40m的富煤中心有三处：中岭-阳长-比德一带、化乐-新场一带以及以支塘一带。

(3)织纳煤田上二叠统煤层硫分呈不规则带状分布，变化总趋势为北西向南东硫分逐渐升高，中、低、高硫煤均有发育；灰分变化总趋势为西部地区的灰分高于东部，中东部的织金、牛场、猫场、龙场一带，灰分比其它地区更低，小于18%。

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Upper Permian Coal Seam Development Features and Coal Quality Analysis in Zhina Coalfield, Western Guizhou

Jiang Bingren1, Ren Haiying2

(1.No.159 Exploration Team, Guizhou Bureau of Coal Geological Exploration, Guiyang 550000; 2.No.174 Exploration Team, Guizhou Bureau of Coal Geological Exploration, Guiyang 550000).

Based on integrated analysis of coal geological information, drilling data and previous research information in the Zhina coalfield expounded Upper Permian Series coal seam development sedimentary environment and coal quality features. On the above basis summarized coal seam extending, sulfur content and ash content distribution patterns. The result has shown that vitrinite content in organic component, sulfide content in inorganic component are all relatively high in upper Permian coals in the area. Those have reflected deeper covering water on peat bog and weaker hydrodynamic anoxic and reducing environment. Coal thickness belts have presented NE-SW zonal distribution, gradually thinning from NW to SE. Sulfur contents present irregular zonal distribution, gradually increasing from NW to SE, mainly medium to high sulfur coals. General trend of ash content variation presents in western part higher than in eastern part, mainly low ash coals.

coal geology; coal seam extension; coal quality features; Zhina coalfield; western Guizhou

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.05.02

1674-1803(2017)05-0007-06

姜秉仁(1982—)，男，湖南绥宁人，工程师；学历：本科；研究方向：煤田地质、地球化学。

2017-02-14

文献标识码：A

责任编辑：宋博辇