新疆哈尔交矿区海陆交互相赋煤特征分析

葛栋锋 李 斌

（新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第九地质大队，新疆 乌鲁木齐 830000）

新疆煤炭资源90%以上的聚煤作用都发生在早一中侏罗世陆相沉积环境，哈尔交煤矿区位于阿尔泰缺煤地区，是新疆少有的二叠系海陆交互相沉积环境成煤的典型矿床，相比，煤炭资源分布较好，勘查程度较高，但研究程度较低，通过对其赋煤特征的研究[1-6]，有利于指导新疆二叠纪煤矿勘查工作，缓解阿尔泰等缺煤地区供需紧张问题。

1 研究区概况

研究区位于新疆北部托斯特盆地南缘，吉木乃县东南60 km 处，面积约60 km2，煤炭资源量54 967万t。含煤地层为早二叠系卡拉岗组第三岩性段，含可采煤层4层，属较稳定煤层，煤类是以无烟煤为主，少量贫煤，煤化程度高，可以做民用煤和合成氨的原料。

1.1 成矿地质背景

研究区构造区划位于北天山～准噶尔构造区（Ⅰ）、北准噶尔构造带（Ⅰ1）和布克赛尔华力西期后形成的山间坳陷（Ⅰ11-2）萨吾尔复向斜内。其北侧为斋桑泊～布伦托海大断裂，南侧为萨吾尔大断裂，中南部为卡森库梅尔断层，以上断裂构造控制了萨吾尔复向斜以及含煤地层的分布。

1.2 含煤岩系

研究区地表大部分为新生界第四系覆盖，局部出露二叠系下统卡拉岗组（图1）。含煤地层即为二叠系下统卡拉岗组，由一套火山喷发和正常沉积相间的岩系组成，自下而上可划分四个岩性段（图2）。第一岩性段：为一套火山碎屑沉积岩夹中酸性火山岩及火山碎屑岩，呈爆发～喷溢～沉积相，控制地层厚约260 m。第二岩性段：为一套中酸性火山岩，为爆发～喷溢相，控制地层厚约40 m。第三岩性段（含煤段）：为一套火山碎屑沉积及河湖、沼泽相沉积，为海陆交互相沉积地层，地层平均厚约400 m。第四岩性段：为一套中酸性火山岩，为爆发—喷溢相，地层厚度变化较大，在1～180 m 之间。卡拉岗组自下而上经历了正常沉积间弱喷发、喷溢期（第一岩性段），火山活动喷发、喷溢期（第二岩性段），正常沉积为主的微弱火山活动期（第三岩性段 ），强火山活动喷溢喷发期（第四岩性段）。含煤的第三岩性段是在两次强大火山活动间的相对宁静期的产物。

图1 研究区地质简图

图2 哈尔交矿区含煤岩系柱状图

1.3 构造特征

如图3 所示，矿床总体构造形态为一向北倾斜的单斜，地层走向105°，倾向25°，岩层倾角在15°～25°，具有由浅到深变缓、西到东部稍缓趋势。矿区西侧和东南侧有华力西晚期的钠长斑岩、钾长花岗斑岩侵入体，侵蚀了含煤地层，造成地层及煤层的缺失和变薄。

图3 勘探线剖面及岩性段图

2 煤层特征

2.1 煤层对比

如图3 所示，研究区整体上煤层具有垂直层序对比的明显条件，上下两套火山岩是煤层和煤层组合确定性标志。二维地震煤层反射波追踪对比方法，确认了对应5 号煤层波和2 号煤层波，为煤层对比提供了两条对比基线（图4）。

图4 煤层标准反射波在时间剖面上显示

5 号煤层位于含煤段的上部，在垂向上是一独立的煤层组合，与其下的2 号、3 号、4 号煤层组合的间距较大，是主要标志层，在测井物性各参数曲线异常均很明显。二维地震反射波全区发育，波形较为稳定，连续性较好，是研究区煤层的主要反射波。4 号、3 号、2 号煤组位于含煤段的下部，在垂向上构成煤层组合。这3 层煤在垂向上关系密切，尤其是在浅部均呈平行状态，从层间距看优于中深部的煤层。2 号煤层是最下部一层可采煤层，为薄—厚煤层，与其上的4 号、3 号煤层组合平行出现，间距相对较大，二维地震反射波大部分地区发育。波形为一个相对强的相位，是控制本区煤层的辅助反射波。综合对比分析，5 号、4 号、2 号煤层对比可靠，3 号煤层对比基本可靠。

2.2 煤层分布特征

含煤地层为二叠系下统卡拉岗组第三岩性段，可采煤层4 层，平均全层总厚12.94 m，第三岩性段地层厚约400 m，地层含可采系数3.24%。煤层分布以5 号煤层在全区分布，4、3、2 号煤层多赋存于矿区中南部（图3），研究区整体聚煤中心位于矿床西部为赋存特征（图5）。

图5 5 号煤层厚度等值线图

如表1，5 号煤层可采面积42.07 km2，可采厚0.70～14.75 m，平均3.35 m，为全区可采的较稳定煤层，总体具浅部分叉变薄、深部合并增厚的特征。煤层结构简单，夹矸均厚0.27 m，含矸率9.3%。4号煤层可采面积21.02 km2，可采厚0.91～13.95 m，平均2.83 m，为大部可采的较稳定煤层，呈串珠状分布。煤层向深部呈逐渐增厚的趋势，结构简单～较简单，夹矸均厚0.17 m，含矸率6.4%。3 号煤层可采面积11.65 km2，可采厚0.74～12.57 m，平均2.26 m，为大部可采的较稳定煤层，呈现由南向北增厚-变薄-再增厚-再变薄的特征，结构简单～较简单，夹矸均厚0.25 m，含矸率11.6%。2 号煤层可采面积17.39 km2，可采厚0.85～9.57，平均2.49 m，为大部可采的较稳定煤层，呈现东厚西薄，浅部厚向深部变薄及尖灭的变化特征。煤层结构简单～较简单，平均厚0.27 m，含矸率10.4%。

表1 研究区可采煤层特征表

3 煤质特征

煤整体呈黑色，局部呈钢灰色，大部为沥青光泽，局部为金刚光泽，少数为丝绢光泽，质硬的特征。平均视相对密度值为1.76 g/cm3。煤的显微组分组成有机质含量占80%，无机质含量占20%。主要煤层的原煤碳元素平均87.89%，水分平均1.77%，灰分平均产率38.36%，全硫平均0.43%，高位发热量平均20.24 MJ/kg，浮煤挥发分平均10.33%，为高固定碳煤、特低水分、中高灰、特低硫、中低发热量-高发热量、低挥发分煤。粘结指数为0，属无粘结煤，煤层焦油产率均＜7%，属含油煤。煤类主要为无烟煤，少量贫煤，有个别贫瘦煤点，煤化程度高，可以做民用煤和合成氨的原料。

4 沉积环境

石炭纪末期，大洋封闭，进入陆相火山活动的环境，二叠世经历了多次火山喷发旋回，含煤岩组—卡拉岗组第三岩性段时期，是一个时间相对较长的宁静期，开始了海陆交互河湖相、泥炭沼泽相沉积期，沉积物以火山岩夹正常碎屑岩层为主，岩性主要是碳质泥岩，煤层夹于凝灰岩中。各煤层煤的显微组分镜惰比2.21～3.92，且具有比值上大下小特征，表明成煤时上部煤层沼泽相水体较深，泥炭在深水缺氧的环境下主要发生凝胶化作用。下部煤层镜惰比值较小，沼泽相水体较浅，泥炭易于暴露氧化，主要发生了丝炭化作用。另外沉凝灰岩内含大量的银杏叶等植物化石和淡蛤和鱼的化石，表明研究区当时是一个火山洼地形成的淡水湖泊。

5 结论

（1）哈尔交矿区煤层赋存于二叠系下统卡拉岗组第三岩性段，沉积环境为火山活动间的相对宁静期的海陆交互河湖相，沉积物以火山岩夹正常碎屑岩层为主，岩性主要是碳质泥岩，煤层呈层状、透镜状、串珠状夹于凝灰岩中。

（2）煤化程度高，煤类是以无烟煤为主，少量贫煤，总体为特低水分、中高灰、特低硫、低磷、中低发热量-高发热量，可以做民用煤或合成氨的原料等，资源禀赋较好，具有较大的开发利用价值。