沁水煤田榆林勘查区含煤地层特征及沉积环境分析

罗鹏波

（山西省地质勘查局二一二地质队，山西长治046000）

沁水煤田襄垣县榆林勘查区煤炭普查项目位于位于山西省长治市北西部的襄垣县虒亭镇蔡桥、夏店镇李家岭—屯留县余吾镇老马背、均地庄村一带，南接上莲煤炭详查区，东接石泉煤业、大平煤业。本文通过分析研究该区含煤地层特征，对成煤环境简单论述，结合邻区的煤层分布，简单论述沁水块坳东翼中段的含煤特点。

1 基本概况

沁水煤田襄垣县榆林勘查区煤炭普查采用以钻探为主要手段，配合物理测井、地质测量、采样测试相结合的综合勘查方法进行。勘查区位于沁水盆地的东翼中段，晋—获褶断带和武乡—阳城凹褶带之间。总体形态为一走向北北东，倾向北西的单斜构造。南部局部地段由北北东折向南东东，倾向南。区内主要发育二组大体平行的接近南北向的宽缓的褶曲构造。勘查区内断裂构造不发育，仅在南西部发育二条正断层，无岩浆活动，构造属简单类型。出露地层主要为：二叠系上统上石盒子组三段、石千峰组、三叠系下统刘家沟组、和尚沟组、三叠系中统二马营组以及第四系。主要含煤地层为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组。

2 煤层赋存层位

含煤地层平均厚160.06m，共含煤15层，煤层总厚为平均厚12.91m，含煤系数为6.06%～10.46%，稳定可采煤层为1层3号煤，局部可采煤4层，总厚度为7.84%～11.88%，平均10.03m，含煤系数4.90%～7.42%，平均6.27%。

山西组共含3层煤，煤层平均厚度为7.31m，该组为陆相沉积，分3～4个沉积旋回，煤层多沉积于旋回的顶部。其中下部聚煤作用较好，沉积有稳定可采的3号煤层及极不稳定不可采的4号煤层和极不稳定且不可采的2号煤层。勘查区内3号煤层厚5.60～7.96m，平均6.90m，2号煤层厚度平均0.14m，4号煤层平均厚度0.27m，1号煤层在本次勘探各工程中均未见到。

太原组地层平均厚度为112.74m，勘查区内共含煤12层，煤层平均厚度为5.63m。地层沉积旋回韵律明显，煤层多赋存于灰岩底部，为典型的海陆交互相含煤沉积。从含煤性分析，可归为三个沉积阶段，下段为海陆运动的开始，聚煤作用较好，沉积有稳定局部可采的15-1、15-2号煤层和较稳定但不可采的14号煤层。中段为海侵运动较频繁区，灰岩层数多，煤层薄且不稳定。其中包括11、12、13号煤层，均属较稳定但不可采之煤层。上段海侵运动相对减弱，陆地环境占主导地位，区域上沉积有较稳定大部可采的9号煤层，另有5号、6号、8号、10-1号、10-2号薄煤层，层位不稳定且不可采。

3 煤层的形态、厚度及规模

（1）3煤层。煤层最厚7.96m（ZK8-8），最薄5.60m（ZK4-6），平均厚度为6.90m（见表1）。含0～1层夹矸，可采系数为100%，厚度变异系数为14.05%，矸石层位稳定，主要分布于煤层中下部，煤层结构简单。矸石成分为炭质泥岩和黑色泥岩，平均含矸率为28.33%。

（2）9煤层。位于太原组的中部，距3号煤层底板40.543～68.119m，平 均48.59m，下 距K4灰 岩 平 均19.23m，勘查区内所有的钻探工程均有控制，煤层最厚1.65m（ZK8-8），最薄0.25m（ZK8-12测），平均厚1.01m（见表1），其可采系数为50%，厚度变异系数为59.94%，属大部可采的较稳定煤层。9号煤层结构简单，夹0～1层夹矸，矸石为黑色泥岩。

表1 榆林勘查区煤层特征一览表

（3）15-1煤层。位于太原组的下部，煤层最厚1.83m（ZK4-2），最薄0.30m（ZK8-4），平均厚度1.21m（见表1），该煤层局部孔（ZK4-2）有分叉现象，其可采系数为50%，厚度变异系数为42.83%，属大部可采的稳定煤层。煤层结构简单，一般夹0～1层夹矸，矸石为泥岩或炭质泥岩。

（4）15-2煤层。煤层最厚1.48m（ZK4-10），最薄0.62m（ZK8-12），平均厚度1.01m（见表1），其可采系数为67%，厚度变异系数为31.84%，属大部可采的稳定煤层；煤层结构简单，一般含0～1层矸石，矸石为泥岩或炭质泥岩。

4 可采煤层物理性质、煤岩特征、顶底板工程地质及煤质

3煤为黑色，半亮型煤，层状，具镜、亮煤条带，含0～1层泥岩或炭质泥岩夹石。条带状结构，层状构造。阶梯状断口，条痕为灰黑色。3号煤层镜质组最大反射率3.20%，相当于无烟煤阶段。顶板为砂质泥岩、泥岩；底板为砂质泥岩、泥岩，据岩石物理力学试验结果均属软弱岩石，完整性差—中等，岩石质量中等。3号煤为低—中灰、特低硫、低磷分、特高热值之无烟煤及贫煤。

15-1、15-2号煤为黑色，条痕为灰黑色，具似金属光泽，阶梯状断口，条带状结构，层状构造，内生裂隙较发育，裂隙中多为石膏、黄铁矿充填，含星点状、结核状黄铁矿。宏观煤岩组分以亮煤为主，镜煤或呈条带夹于亮煤之间或与亮煤呈互层状，含少量的暗煤，镜煤结构均一，性脆易碎；暗煤光泽暗淡，比重、硬度均较大，具韧性；亮煤呈条带状分布。直接顶板一般为泥岩或粉砂质泥岩，底板为泥岩、粉砂质泥岩或细砂岩。属软弱—半坚硬岩石，完整性差—中等，岩石质量中等—良。15-1煤为中灰、特低磷、特低硫—中高硫，以中高硫为主，中热值—高热值之无烟煤及贫煤。15-2号煤为中灰—高灰、低磷、低硫—中高硫，以中硫为主，低热值—中热值之无烟煤及贫煤。

勘查区内3、9、15-1、15-2号煤层宏观煤岩类型均为半亮型煤，显微煤岩类型均为微镜惰煤，镜质组最大反射率相当于无烟煤阶段，均无泥化现象。煤质为低—中高灰、特低—中高硫、低挥发分、中等固定碳、中高发热量贫煤。

5 成煤环境探讨

在海西期晚石炭世开始，本区随着华北地台缓慢下沉，而伴生晚石炭世海侵从东北向西南方向推进，对积存在古侵蚀面上的古风化壳进行溶蚀和改造，形成分布比较广泛的泻湖相铁铝岩沉积组合；早二叠世（太原期—山西期）华北地台已总体处于陆表海及其滨岸环境，由于地块的不均衡活动及震荡运动，导致海水多次反复进退，形成了一套海陆交互相的含煤沉积组合，并发育了4～5个比较完整的三角洲沉积旋回，海退后的三角洲平原是最有利于形成泥炭沼泽环境，本区早二叠世的主要煤层则形成于此时，相对稳定的滨岸环境形成了良好的聚煤成煤条件。

本区在早太原期泻湖基础上，因波浪和潮汐作用形成一系列障壁岛，把广阔的陆表海分割成众多泻湖，因海退影响，适宜的条件下，逐渐成为良好的沼泽聚煤成煤环境，又因多次海进海退，直至最终较大的海进形成K2灰岩，完成一次沉积旋回，形成了层位稳定大部可采的煤层为太原组15-1、15-2号煤层；中太原期由于又因多次较大海进海退，完成二次沉积旋回，形成层位较稳定大部可采的煤层为太原组9号煤层和K3、K4灰岩；晚太原期又因多次海进海退，又完成二次完整的沉积旋回，形成不可采的透镜状5、6号煤层，直至泛滥盆地的出现，结束了太原期的沉积组合。

在进入山西期后本区处于相对较浅的上三角洲平原地段，接受了古特提斯大陆河水，在多次海进海退的影响下，在本区又形成了3～4次的沉积旋回，形成了层位稳定全区可采煤层为山西组3号煤层和1、2、4号不稳定煤层。

6 结论

勘查区位于沁水块坳东翼中段，晋获褶断带和武乡—阳城凹褶带之间。平面上通过勘查区地理位置及周边煤层特征对比，可反映出本区15-2、15-1号煤层成煤环境位于三角洲前缘泥炭沼泽相，成煤环境好，形成稳定可采煤层；9号煤层沉积环境位于三角洲前缘河口沙坝淤积而成的环境，太原组反映出本区由早太原期至晚太原期成煤环境越好的特征，现实表现为由老至新15-2、15-1号煤层全部可采，层状结构；9号煤层不稳定局部可采，似层状结构，再向上的煤层均不可采，透镜体范围变小，但煤层变多，剖面结构较复杂。

山西组成煤环境三角洲平原相沉积、三角洲前缘、沼泽，3号煤层的成煤环境主要是沼泽。