内蒙古宝日希勒煤矿褐煤有机地化特征与沉积环境分析
2021-07-29董振国李雁飞
刘 勇，董振国，李雁飞，赵 伟，刘 侃
(1.神华宝日希勒能源有限公司，内蒙古呼伦贝尔 021008； 2.神华地质勘查有限责任公司，北京 102211)
煤炭资源具有蕴藏量丰富、分布范围广、质优价廉的特点，是目前和未来相对长的一段时间之内人类世界使用的主要化石能源之一，我国内蒙古地区煤炭资源丰富，全区共查明煤炭资源量10 246×108t，居全国首位。2020全国原煤累计产量38.4×108t，其中内蒙古原煤产量10.01×108t，占全国的26.07%，为中国煤炭产量第二大省，内蒙古东部海拉尔盆地煤系地层发育，低煤阶煤层资源巨大，是煤炭勘探和开采的有利区。
煤岩的组成、性质和沉积环境对含煤岩系有机地化指标及生气潜力起决定性作用，煤岩的有机地化指标和元素特征是煤层气生成评价、煤炭资源深加工利用和沉积环境恢复的重要依据，沉积环境及成煤物质和某些元素富集密切相关，由于煤岩形成时，当时古气候、古盐度、氧化-还原作用的强度等的不同，不同环境中形成的各种类型有机质的类型和元素特征有明显差别，含煤岩系沉积环境对煤岩的显微组分组成、元素丰度影响显著，各种显微煤岩类型、元素丰度代表了一种特定的沉积环境特征。
国内外学者在利用元素特征恢复沉积岩形成的沉积环境和古气候环境等方面做了大量的研究工作。20世纪70年代，国外就有人开始尝试利用元素特征进行沉积环境的判别，80年代以来取得了较多成果，但主要集中于砂岩、泥(页)岩和硅质岩的判别上。国内利用元素特征判别沉积环境的研究开展较晚，1984年王开怡利用沉积岩中微量元素的含量组合,在概率图解中找出相区,以判别沉积环境；1986年J.M.Slansky等利用新南威尔士煤灰分的主量化学元素组合、比值辨别古沉积环境；1993年李俊花等在研究孤东油田馆上段岩样中的元素特征的基础上，提出了一种利用微量元素及其比值的变化分析沉积环境,划分微相类型及判断古盐度高低的方法；2001年彭立才等根据冷科1井泥岩的元素分析数据，认为元素的含量随沉积环境变化而有明显不同，主量元素Ca、K和Mg等在不整合面附近及泛滥平原泥岩中含量较高 ,湖相泥岩中含量低且变化小 ,沼泽相泥岩含量最低；2013年吴波等通过对金沙木孔煤矿煤层的常量元素分析,探讨了当时的古沉积环境；2015年李艳芳等对四川盆地五峰组—龙马溪组露头样品主、微量元素测试结果，分析了元素含量在剖面垂向上的变化规律及其与海盆古沉积环境的关系；2015年郑一丁等测试了鄂尔多斯盆地中南部Y1井张家滩页岩元素丰度,分析了其元素地球化学特征和页岩沉积环境的古气候、古水深、古盐度、古生产力、氧化还原特征；2018年王琳霖等通过对鄂尔多斯盆地东缘奥陶系马家沟组的岩石类型和原生沉积物的主、微量元素的分布特征进行分析,探讨了马家沟组元素地球化学分布与沉积环境之间的关系；2019年马小敏研究了黄县盆地古近系煤中的元素特征,并根据敏感元素的指示意义探讨了沉积环境；2019年马奂奂等对鄂尔多斯盆地东南部铜川延长组长7段砂岩、页岩样品进行元素地球化学分析，探讨延长组沉积时期古气候、氧化还原条件、古盐度等特征[1-14]。
多年来，针对不同构造沉积背景下的沉积岩元素及其组合特征，由元素含量和比值等参数作为沉积环境的元素地球化学标志，进而判断沉积岩形成的古地理环境等研究成果较多，而对陆相煤岩有机地化特征及成煤环境分析研究成果较少，未见以煤岩有机地化指标和元素组合特征为介入点分析该矿区成煤环境的报道。本文以宝日希勒二号露天煤矿补充勘探期间获取的大量钻孔煤心煤样的工业分析、元素分析、煤灰成分等分析化验资料为依据，利用有机地化指标、元素组合特征等多种方法恢复当时的古气候、古盐度、古水深、氧化还原等成煤环境，为查明研究区成煤环境和煤层赋存情况的提供依据，为研究区煤炭开采和煤层气勘探提供有利支持。
1 地质概况
海拉尔沉降区位于额尔古纳隆起带和大兴安岭隆起带之间，为海西褶皱基底上发育起来的中新生代断陷沉降区，区内的构造格局是新华夏系与区域性东西向构造的复合，新华夏系构造行迹较发育，包括呼山盆地、呼和诺尔盆地、红花尔基盆地等，盆地内油气和煤炭资源丰富。陈旗煤田位于海拉尔沉降区的中偏北部，为一断陷型向斜含煤盆地、走向近东西，南北两侧为F3、F4盆缘断裂控制，煤系基底为兴安岭群火山岩系(图1)。宝日希勒矿区位于陈旗煤田的东南部，矿区断裂不发育，构造简单，其宏观地貌显示为略有起伏的高平原；二号露天煤矿位于一个大的、极其宽缓的向斜构造中，其轴向西部为98°，向东逐渐转为75°,呈一向南稍微突出的弧形。从平面上看，向斜构造西部稍窄些，东部则宽缓，波幅宽约3 000m，起伏高差仅40m，两翼倾角一般均在2°以下，最大不超过5°[15]。
图1 研究区构造位置
宝日希勒矿区位于海拉尔河以北，莫勒格尔河东南，属于内蒙古呼伦贝尔市陈巴尔虎旗宝日希勒镇管辖，距海拉尔市25km。宝日希勒矿区煤炭地质储量7 661×104t(不包含备用采区),总面积约51.6km2，主要开采1、2、3号煤层，多为低阶褐煤，原煤平均发热量27.5MJ/kg，具有低灰、低硫、低磷等特点。煤层构造简单，倾角2°～3°，煤层最大可采厚度28m，最小可采厚度7.21m，平均厚度22.16m。煤层上覆剥离物薄，剥采比小，适合露天开采，2020年宝日希勒矿区产销原煤2 144×104t。
根据钻孔揭露资料，发育地层主要有第四系和白垩系下统大磨拐河组，大磨拐河组为主要含煤地层(表1)。
表1 区域地层简表
1)第四系(Q)。第四系十分发育，广泛分布于煤系地层之上。厚度为4.85～77.95m，平均31.13m。岩性主要由褐黄色黏土、砂质黏土、砂砾组成，少量的粉-中砂岩和粉红色砾石、腐殖土等组成。
2)大磨拐河组(K1d)。全区发育，以含煤系地层为特征，煤层赋存集中而且埋藏较浅，绝大多数属中厚煤层。煤层多集中于上部，煤层间夹砾岩、砂质砾岩；中上和中下部岩石粒度较细，中部和下部岩石粒度变粗。整个岩组厚约595～1 540m，按其岩性组合和含煤性，由下而上共分砂砾岩段、泥岩段、中部砂砾岩段、砂泥岩段和含煤段等五个岩性段[16]。
其中大磨拐河组含煤段：岩性以灰、灰白色砾岩、砂质砾岩、细砂岩和暗灰色粉砂岩、泥岩为主，含5个煤组，共计9层煤层，其中12(12+3)#、21#、31#煤层厚度大，较为稳定，是开采的主要煤层。地层厚度12.50～162.06m。
2 采样与化验测试
本次研究共采集钻孔煤心样105个，煤层矸石样12个，岩石力学样79组。各种样品的采取数量及质量符合规范、规程的要求。煤样去除了泥皮，杂物，岩样及时密封，及时包装送样，样品的质量比较高。
煤心煤样的采取原则，即见到可采煤层(褐煤1.50m，烟煤0.80m)均进行采样；每个样品的厚度不得大于3m，复煤层各煤分层单独采样，夹矸及炭质泥岩顶底板单独采样，夹矸厚度大于0.10m 时，只采0.10m。样品按规定要求分层描述，整理净化后，计算长度和重量采取率，填写送样说明书和煤样汇总表后，包好装箱发往测试单位。样品化验工作由黑龙江省煤田地质测试研究中心完成，各类样品的制样化验过程符合现行相关规范要求，化验结果真实可靠。
3 结果与讨论
3.1 煤的物理性质和宏观煤岩类型
研究区内各煤层均呈黑褐色或黑色、暗淡或沥青光泽，多为层状、块状结构，少量片状、条带结构，偶尔可见清晰的年轮，断口多为参差状及阶梯状，外生裂隙发育，质较松软，真密度为1.50～1.57g/cm3，视密度为1.15～1.22 g/cm3。
各煤层以暗煤为主，次为丝炭，有时有亮煤及少量镜煤，呈细条带或透镜状夹于其中，宏观煤岩类型为暗淡型煤及半暗型煤。
3.2 煤岩的有机地化和元素特征
1)煤岩显微特征。研究区内煤层(含矿物基)有机显微组分含量为96.6%～98.1%，其中镜质组含量为31.7%～44%，惰质组分含量为50.6%～63.8%，稳定组分(壳质组)为1%～4.6%，煤层中的惰质组普遍高于镜质组，壳质组分含量甚少[17](表2)。
表2 煤层的显微组分和基本性质
无机组分以黏土矿物和碳酸盐矿物为主，少量的氧化物、硫化物。黏土类矿物含量为1.9%～3.4%，为黑色-棕色细粒状和细粒状聚集体；碳酸盐矿物含量为0.1%～0.6%，以菱铁矿类为主；氧化物及硫化物微量，氧化物一般为氧化硅，硫化物一般为黄铁矿。
2)干酪根元素分析。干酪根元素分析表明，煤主要由C、O、H元素组成，干酪根具有H低、O高、H/C原子比低的特点。各煤层H/C原子比值为0.06，O/C原子比值为0.25～0.27，根据低成熟度(R0<1%)条件下干酪根元素分类(表3)，干酪根类型为典型的腐殖型干酪根(Ⅲ型)。
表3 低成熟度(R0<1%)条件下干酪根元素分类
3)煤的变质程度。通过最大镜质体反射率Ro来判断有机质成熟度，以平均最大反射率0.5%～0.7%做为有机质成熟度划分标准。
经测定，采区内主要煤层镜质组最大反射率Ro在0.282%～0.335%，表明区内主要煤层均为零变质阶段，在垂向上，主要煤层镜质组最大反射率变化不大，有机质未成熟，可生成低成熟气。
主要煤层甲烷碳同位素δ13C1/‰ (PDB) 测定为-72.9，国际上一般认为δ13C1值小于-55‰属于生物成因气。因此，煤成气应以生物成因气和低成熟气为主。
4)煤灰成分。研究区各煤层煤灰成分测试结果相差不大，其成份主要以SiO2和Al2O3为主，其次Fe2O3和CaO，少量的MgO、TiO2、SO3。各煤层的w(SiO2)为44.52%～66.12%，w(Al2O3)为14.6%～24.68%，w(Fe2O3)为2.82%～11.89%，w(CaO)为6.04%～11.07%，其余各成分含量均较低(表4)。
表4 煤层的煤灰成分含量和比值
上述煤灰成分中碱性氧化物w(Fe2O3+CaO+MgO)总量为10.76%～21.50%，酸性氧化物w(SiO2+Al2O3)总量为69.20%～80.80%，灰分指数K为3.26～7.5。
3.3 煤岩沉积环境分析
由于煤岩的均质性和成煤的还原环境，较好地保留了沉积环境信息，比较适合开展地球化学物源追踪和气候、盐度、覆水条件等的分析，可作为古环境恢复的可靠对象。
3.3.1 物源分析
Al、Ti、Zr等氧化物在低温条件下溶解度较低，可作为稳定元素判别沉积岩中的物源来源。根据对各类沉积物来源的研究，来源于中性岩的沉积物Al2O3/TiO2为8～21，而来源于基性岩(长英质岩)的沉积物Al2O3/TiO2比值大于21。
1#～4#煤的Al2O3/TiO2比值分布范围为20.84～48.14(图1a)，煤中矿物的物源主要为基性岩(长英质岩)，在沉积过程中未经历沉积物的物质循环过程，且成分稳定。
研究区位于大兴安岭和额尔古纳隆起带之间，煤样物源特征较为集中，均呈现大陆边缘基性岩(长英质岩)物源特征。
Al2O3/SiO2比值可作为碎屑沉积物成熟度的指标,其比值越大,代表成熟度低，反映离物源区近。研究区煤岩Al2O3/SiO2比值为0.22～0.55，平均0.36,成熟度较低,代表离物源区较近。
3.3.2 岩石化学风化作用
在地质历史时期，物源区的岩石会经历化学风化、淋失和长距离的搬运。由于岩石中元素活泼性不同，K、Na、Ca、Mg等元素较活泼，易淋滤流失，而Al、Ti、Zr等元素比较稳定，为不易迁出元素，大多会保存在风化残留物中。据此，人们根据沉积岩中常见的稳定氧化物(Al2O3)和不稳定的氧化物(CaO+Na2O+K2O)的分布，提出以化学风化指数(Chemical Alternation Index，CIA)做为判别物源区化学风化强度的判别指标，CIA值能很好地反映物源区化学风化的情况，CIA值代表长石在风化作用过程中向黏土矿物转化的程度，与风化作用强度成正比，CIA值越大，风化强度越大[18]，其计算公式如下：
(1)
CIA=60～80指示中等风化作用强度。因此，研究区煤岩化学风化指数为59.15～74.52，平均值为65.42，表征物源区经历中等强度的风化作用(图2b)。
a不同煤组Al2O3/TiO2分布 b不同煤组化学风化指数(CIA)
3.3.3 古气候、古盐度、古水深和氧化还原指标
(1)古气候
在温暖潮湿气候环境下，水体通常富Al、Si贫K、Na、Ca，SiO2、MgO、CaO等，其元素组合对古气候的变化敏感，研究认为岩石SiO2和(Al2O3+K2O+Na2O)含量可判断古气候条件，CaO/(MgO×Al2O3)、MgO/CaO等比值可以反映古气温的高低，高值对应干热气候，低值指示潮湿气候[20]。
根据样品SiO2和(Al2O3+K2O+Na2O)含量相关关系模板，判断煤岩沉积时期为潮湿—半干旱的古气候(图3a)。
图3 不同煤组的古气候、古盐度指标分析
各煤层CaO/(MgO×Al2O3)和MgO/CaO比值低，且范围小，CaO/(MgO×Al2O3)值为0.2～0.52，平均0.37；MgO/CaO值为0.13～0.21，平均0.18(图3b-c)，据此判断煤组沉积期主要为温暖潮湿气候。各煤层在垂向上相对稳定，所以煤组沉积期气候条件比较稳定。
磷Pd元素：也是反映古气候变化的敏感元素，磷是植物生长发育必须的大量元素，在蒸发量大的干旱炎热气候下，植物容易大量死亡并沉积成岩，造成地层Pd元素丰度较高，显然，岩层中Pd元素高指示干旱炎热气候条件，Pd元素低含量指示温暖潮湿条件。
各煤层Pd元素含量低且变化不大为0.014%～0.047%, 煤组沉积期为比较潮湿的气候条件。
(2)古盐度
沉积岩中Mg、Al、Fe等元素对环境变迁较为敏感，实验发现，镁为亲水性元素，铝为亲陆性元素，其元素含量与古盐度相关[19]，可通过建立公式m=100×MgO/Al2O3判别海陆相沉积环境，通常m<1时为淡水环境，1
K、Na、Ca元素离子比较活跃，在水体迁移过程中，容易被伊利石黏土吸附沉积下来，在碱性环境中，K、Na、Ca含量与水体介质盐度成正比关系。水体盐度越高，K、Na、Cao离子就越容易被黏土吸附而沉淀下来，因此，根据K2O+Na2O含量，就可以大体判断古盐度；研究表明CaO/(CaO+Fe2O3)比值为对古盐度反映的敏感指标，可通过建立公式n=CaO/(CaO+Fe2O3)判别古盐度:n<0.2时为低盐度，0.2
研究区K2O+Na2O值变化较大为1.37～2.54，平均值1.98 (图3d)，m值为1.34～5.48，平均值3.17；n值为0.36～0.76，平均值0.59，反映湖水蒸发量较大，古盐度较高，整体上属半咸水环境(图3e-f)，从1#～4#煤层盐度呈震荡变化，可能3#～4#煤层沉积时期比1#～2#煤层水体介质盐度更高一些。
(3)古水深
由于各元素的活泼性不同，元素在水中的迁移距离不同，元素的分散和富集与水体深度(离岸距离)有一定相关性，湖盆的水体深度变化对部分元素富集、植物堆积和成煤、聚煤起主要控制作用。
1)自生矿物。含铁自生矿物的形成过程与沉积环境和水深有直接关系，沉积物中赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿、黄铁矿出现，代表着由氧化到还原环境的转变，对应水深依次为0～1m、1～3m、3～15m、大于15m。含铁矿物的差异主要显现在岩石颜色上，尤以黏土岩的颜色判断水深最为直接。各煤组无机组分中碳酸盐矿物含量0.1%～0.6%，以菱铁矿类为主；硫化物微量，一般为黄铁矿，泥岩颜色以灰、深灰色为主，根据上述特点判断煤岩沉积时期的古水深为3～15m。
2)Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)比值。不同成煤环境下形成的煤岩Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)比值不同：大陆边缘近岸湖沼成煤环境下为0.6～0.9，滨浅湖成煤环境中该比值为0.4～0.6，而深湖盆地环境中该比值小于0.4；研究区内煤组Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)值为0.66～0.89，指示近岸湖沼沉积类型特征(图4a)，以上分析表明，研究区煤岩沉积期位于受陆源碎屑影响的大陆边缘湖沼盆地沉积环境。
图4 不同煤组的古水深指标分析
3)Mn/Ti比值。泥岩中的Mn/Ti比值可作为环境分析的定性标志，Ti易溶解，在水体迁移距离短，一般在近岸附近沉积；与此相反，Mn化学稳定性较好，迁移距离长，因而可在深湖沉积，因此元素Mn、Ti的含量变化可以用来反映沉积物在水盆中搬运的相对距离和水深。而Mn/Ti比值可作为离岸距离的标志，其值常随离岸距离的增加而增大，一般距离大陆较近的滨浅湖相泥岩中，其Mn/Ti比值较低，一般小于0.5，而远离大陆的深湖相泥岩中比值较高[21]。
研究区煤组MnO2含量和MnO2/TiO2比值分别平均为0.21%和0.57，据此可以推断古水体较浅，但离岸有一定的距离，更偏向于滨浅湖相沉积环境(图4b)。
(4)氧化还原指标分析
煤岩中显微组分、灰分元素等蕴含着丰富的地球化学信息。一般来说，在地壳沉降迅速地区、潮湿还原环境容易形成具有结构的煤，富含镜质组；在地壳沉降缓慢的稳定地区，氧化环境下形成无结构的煤，惰质组含量高；灰分的物质来源主要有成煤植物自身所含的无机元素、随成煤植物混入泥炭沼泽的物源杂质及与煤伴生的矿物质等，灰分含量与水动力强度等密切相关，水动力较强则带入泥炭沼泽中的物源杂质增多，灰分增高，反之则反[22]。
1)镜惰比。镜惰比 (V/I)是良好的成煤环境判断指标。镜惰比(V/I)能直观地反映成煤沼泽覆水，一般覆水深、处于还原环境的泥炭沼泽，V/I 值高，反之，则V/I 值低。研究认为1/4 硫分中的无机硫与成煤环境密切相关，一般还原环境下硫在煤中主要以黄铁矿、菱铁矿等形式存在；煤中硫分含量可以很好地反映不同地质历史时期形成的泥炭沼泽还原性的强弱程度，还原性弱的泥炭沼泽相对形成低硫煤[24]。研究区煤层煤中硫分含量较低，无机硫含量为0.02%～0.12%，以硫铁矿Sp,d为主，具陆相成煤环境特征，煤中硫以菱铁矿为主，少量黄铁矿，为还原环境成煤的标志；煤中灰分和硫分呈较好的相关关系(图5b)，煤中的硫含量随着总体水进而增高，垂向上煤层自下而上全硫含量有增大的趋势，说明煤层形成过程总体为水进覆水程度逐渐加深，泥炭沼泽的还原性也随之变强。 2)煤的灰分指数K。煤岩中灰分元素等蕴含着丰富的地球化学信息。灰分的物质主要来源于成煤植物自身所含的无机元素、随成煤植物混入泥炭沼泽的物源杂质及与煤伴生的矿物质等，灰分含量与水动力强度等密切相关，水动力较强则带入泥炭沼泽中的物源杂质增多，灰分增高。 煤灰成分是由硅、铝、铁等多种元素的氧化物与盐类组成。煤灰中酸性氧化物(SiO2+Al2O3)占优势时，成煤环境属于弱还原性；煤灰中碱性氧化物(Fe2O3+CaO +MgO)占优势时，成煤环境属于强还原性。煤的碱性氧化物越高，还原性越强；煤的酸性氧化物越高，还原性越弱[25]。研究区煤灰成分中酸性氧化物综合平均值为69.2%～80.72%，则反映成煤环境属弱还原性(图5c)。 图5 不同煤组的氧化还原指标分析 灰分指数K=∑酸性氧化物/∑碱性氧化物，灰分指数K与泥炭沼泽的还原性密切相关，一般来说泥炭沼泽还原性越强，K值越小，而泥炭沼泽的还原性则与覆水程度有关，在水进过程中的泥炭沼泽还原性强。 灰分指数K较高，平均为5.07，且由4#煤到1#煤，K值逐渐降低，表明由4#到1#煤覆水程度增强，早期4#煤沉积时环境处于弱还原环境的湖滨三角洲进积建设阶段，而后湖水侵入，到晚期1#煤沉积时演变为还原程度较强的浅湖亚相成煤环境。 从灰分指数K值垂向变化来看反映的还原程度变化趋势与V/I、灰分和硫分等反映的还原程度变化趋势基本一致。 3.3.4 沉积环境恢复 早白垩世以来，海拉尔沉降区构造经历了快速沉降、稳定沉降和萎缩阶段，沉降区充填序列依次是巨厚的灰、灰白或黑灰色砾岩、砂质砾岩、粉—粗砂岩、泥岩、炭质泥岩和褐煤，沉积环境经历着以辫状河三角洲为主—湖泊相为主—河流、湖沼相为主的演化。 研究表明，植物生长、泥炭堆积和保存需要一定覆水条件和强的还原环境，大磨拐河组上部含煤段成煤期，盆地处于稳定的沉降阶段，沉积环境多为湖沼相，具备大规模的泥炭堆积、保存、演化成煤的有利条件，此时古气候温暖潮湿，大量植被发育，湖盆的沉降速率与泥炭的堆积速率基本保持平衡，根据煤层的发育情况、煤质、元素组合等特征，可以对湖盆沉积模式进行恢复[26](表5)。 表5 研究区的湖盆沉积模式 根据研究区四个可采煤层和顶底板地层岩性，自下而上可分为四个旋回： 第一旋回含4#煤，泥炭沼泽的覆水较浅，含盐度较高，水体呈弱还原环境，水动力较强，沉积了颗粒较粗的碎屑，沉积物向上变粗(4煤顶板岩性为粉砂岩、泥岩、细砂岩及砂砾岩，底板为粉砂岩、泥岩)，代表水体逐渐变浅，为一套退积型湖滨三角洲—滨浅湖体体系，有机质补给缓慢，形成了厚度3.36m的4#煤。 第二旋回含3#煤，由于沉降速度加快，水体变深，水体盐度中等，水体呈还原环境，形成了近岸的泥炭沼泽相成煤环境，该旋回的上部，沉积了颗粒极细小的碎屑，出现了3#煤层顶底板为巨厚层的泥岩(煤层顶板岩性为粉砂岩、泥岩、细砂岩及砂砾岩，底板为粉砂岩、泥岩)，煤层厚度基本稳定，水动力减弱，有机质补给中等，从而形成6.77m的3#煤层。 而第3旋回含2#煤，由于沉降速度加快，水体变深，水体盐度减小，此时由于古气候温暖较潮湿，有利于植被繁衍，成煤植物供应充足，水体呈还原环境，有利于泥炭保存。该旋回沉积了颗粒细小的碎屑(煤层顶板岩性为粉砂岩、泥岩、炭质泥岩、细砂岩；底板岩性为粉砂岩、泥岩)；全区大部可采，属较稳定煤层，形成16.59m的2#煤。 而第4旋回含1#煤，由于泥盆沉降速率与补给速度基本平衡，有机质大量补充，演变为中等营养的泥炭沼泽堆积，此时水体水体变深，呈还原环境，水体盐度较低，有利于成煤，该旋回沉积了颗粒细小的碎屑(煤层顶板岩性为粉砂岩、泥岩、炭质泥岩、细砂岩；底板岩性为粉砂岩、泥岩)；沉积了厚度较大26.93m的1#煤，全区煤层大部可采，属稳定煤层。 随着地势抬升，泥炭沼泽范围急剧缩小甚至消失，成煤进入大磨拐河组后期，此时古气候变得干燥少雨，植被明显减少，随着粗碎屑物的快速堆积，成煤期正式结束。 本文系统地采集了研究区煤岩样品进行地球化学特征及沉积环境分析，得到以下6点认识。 1)各煤层有机组分以镜质组和惰质组为主，各煤层元素分析具有H低、O高、H/C原子比低的特点，干酪根类型为典型的腐殖型干酪根，Ro为0.282%～0.335%，煤变质程度低，可生成低成熟气。 2)煤岩的Al2O3、TiO2的含量与陆源物质有关，各煤层Al2O3/TiO2比值较高，平均为54.06，表明煤样物源特征较为集中，均来自大陆边缘基性岩(长英质岩)物源，且离物源较近；煤岩化学风化指数为59.15～74.52，平均值为65.42，表明物源区经历中等强度的风化作用。 3)各煤组m、n平均值较高，分别为3.17、0.59，CaO/(MgO×Al2O3)、MgO/CaO平均值较低，分别为0.37、0.18，反映为温暖潮湿—半干旱气候特征，湖水蒸发量较大，古盐度较高，整体上属半咸水环境。 4)各煤组无机组分中碳酸盐矿物以菱铁矿类为主，硫化物微量，一般为黄铁矿，泥岩颜色以灰、深灰色为主，判断水深3～15m。 各煤组Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)、MnO2/TiO2比值较高，分别为0.77、0.57，据此推测为近岸湖沼沉积类型特征，但古水体较浅，更偏向于滨浅湖相沉积环境； 自下而上，陆源元素Σ( Al2O3+TiO2) 含量逐渐降低，古水深指标MnO2/TiO2比值逐渐增加，表明煤岩沉积过程中离岸渐远、陆源供给逐步减少、水体持续加深。 5)各煤层煤灰成分以SiO2和Al2O3为主，其次为Fe2O3和CaO，少量的MgO、TiO2、SO3等；煤灰成分中酸性氧化物Σ(SiO2+Al2O3)平均值高达69.2%～80.72%，则反映成煤环境属弱还原性。 古氧相地球化学指标V/I值较低、平均为0.63，无机硫(主要为硫铁矿)含量较低为0.02%～0.12%，煤灰成分K值较高、平均为5.07，表明1#～4#煤组沉积于弱还原性环境，泥炭沼泽处于较潮湿—弱覆水环境，凝胶化作用中等。 6)中生代以来，受构造演化及古地理环境制约，研究区煤层多发育並保存在断陷盆地中，聚煤古地貌为山间湖盆型，煤层多发育于古气候相对潮湿的上部含煤段。
4 结论
