河东煤田桑峨井田含煤地层沉积环境及煤层赋存特征研究

李永高，孙国忠

（1.中国煤炭地质总局 第一勘探局，河北 邯郸 056004；2.北京大地高科地质勘查有限公司，北京100040）

河东煤田位于黄河中游吕梁山西麓鄂尔多斯盆地东部边缘，为南北近走向，倾向西的隐伏煤田，整体呈南北长东西窄的条状展布[1]。地理位置上由南向北跨越运城、临汾、吕梁、忻州4 个地区，含煤面积约1.6 万km2，是我国重要的焦煤产地[2]，从北到南拥有4 个国家级煤炭规划矿区，包括晋北、晋中2 个国家级煤炭生产基地。

桑峨井田位于山西省西南部临汾市吉县境内，南起王家河—湾里一线，东北部止屯里林场—后圪台，东南部草坡滩—石窑店，西至毛家庄，东西长9.2~14.6 km，南北宽走向宽13.7~19.6 km，面积189.87 km2。含煤地层从下至上分别为石炭系中统本溪组、石炭系上统太原组以及二叠系下统山西组，含煤地层总厚度约142 m 左右，共含煤10 层，煤层总厚度11.3 m，含煤系数7.9%，其中主要可采煤层3 层，可采总厚5.5 m，可采含煤系数5%。

本文在以往研究成果基础上，结合本井田煤炭资源勘探成果，对煤系、含煤地层、主要可采煤层赋存特征进行分析研究，为煤炭资源的开发利用提供了依据。

1 地质概况

桑峨井田位于华北地台之鄂尔多斯断块东缘的晋西坳缘带南段关王庙北东向褶带的东部。晋西坳缘带（即河东煤田） 是我国著名炼焦用煤产地，其西与伊陕单斜区呈过渡关系，东隔离石断裂带与山西断块的吕梁块隆相邻，南以乡宁断挠带与临汾—运城新裂陷相望。关王庙北东向褶带位于鄂尔多斯盆地东缘晋西坳缘带（河东煤田） 的南段，带内地层总体向北西倾斜，最边部出露变质结晶基底，显示了边缘挠起带的特征。

井田位于鄂尔多斯断块东部，河东断褶带西带南段，受紫荆山断褶带的影响和控制，该区为地层走向为NE，向NW 倾斜的单斜构造，倾角一般为6°～15°，在此基础上发育与走向大致平行的短轴褶曲，断层不发育，未发现陷落柱及岩浆岩侵入，构造简单。区内主要有武庄向斜、武庄背斜及落差大于30 m 的断层1 条，小于30 m 的断层2 条。

该区属掩盖—半掩盖区，基岩仅沿沟谷出露。出露地层有上二叠统上石盒子组、石千峰组，三叠系下统刘家沟组、和尚沟组、二马营组，新生界地层覆盖在不同时代的地层之上。经钻孔揭露的本井田地层从下至上分别为奥陶系中统马家沟组、奥陶系中统峰峰组，石炭系中统本溪组、石炭系上统太原组，二叠系下统山西组、二叠系下统下石盒子组、二叠系上统上石盒子组、二叠系上统石千峰组，三叠系下统刘家沟组、三叠系下统和尚沟组以及第四系地层，主要含煤地层为山西组和太原组。

2 含煤地层赋存特征

2.1 山西组地层赋存特征

二叠系下统山西组为该井田主要含煤地层，为一套以河控三角洲上的平原环境为主的含煤沉积建造，本组地层厚度32.50 ~ 59.50 m，平均厚度45.21 m，由东向西呈增厚趋势（图1），与下伏太原组为连续沉积的接触关系。

图1 山西组厚度等值线图Fig.1 Thickness contour of Shanxi Formation

下部为以河控三角洲上的平原环境为主的沉积，由于沉积环境较稳定，沼泽化持续时间较长，对聚煤作用十分有利，形成了层位稳定，厚度较大的2 号、3 号煤层，但是沿着分流涧湾地带的水体较浅，水深变化较大，局部地段出现2 号煤层的分叉现象。岩性以中细粒砂岩、粉砂岩、泥岩为主，一般含煤2 ～3 层（2 号下、2 号、3 号煤层），其中2 号煤层为稳定的大部可采煤层，3 号煤层为较稳定的大部可采煤层。从K7 砂岩起至2 号煤层顶板砂岩，厚5.85 ～26.93 m，平均14.92 m。2 号煤顶板含有丰富的植物化石，主要有Sphenophyllum sp. Labatannuaria sinensis， Teniopteris multinervis，Emplectopteris sp.等。

上部为三角洲平原分流河道迁移而形成的分流间湾溢岸沉积。由于所形成的泥炭沼泽不断变迁，形成以发育不稳定的夹薄煤层（1 号上、1 号、2 号上煤层） 及以砂岩、粉砂岩、泥岩为主的沉积，该段从2 号煤顶板砂岩起至K8 砂岩底界，厚14.73 ～40.22 m，平均26.20 m。

2.2 太原组地层赋存特征

该组地层厚39.40 ～96.35 m，平均厚度66.17 m，含煤系数4.05%，由西向东呈增厚趋势（图2、图3），含煤5 ～7 层，煤层总厚0.75 ～5.91 m，平均2.68 m，9 号煤层为大部可采的较稳定煤层，为该区主要可采煤层，平均厚度1.43 m，可采含煤系数2.16%

图2 太原组厚度等值线图Fig.2 Contour map of Taiyuan Formation thickness

图3 太原组岩性特征、标志层及煤层编号示意Fig.3 Lithological characteristics,marker bed and coal seam numbering of Taiyuan Formation

太原组为该井田主要含煤地层之一，属于潮坪—碳酸盐台地沉积，据岩性组合及沉积环境可划分为3 段。下段属潮坪及泥炭沼泽间有局限台地沉积，底部为灰—灰白色细粒砂岩（K1） 与下伏本溪组连续沉积，主要岩性为灰—深灰色泥岩、砂质泥岩夹深灰色细粒砂岩薄层，该段厚度7.10（S901） ～36.05 m（S603），平均21.77 m，含煤2～3 层，其中9 号煤层为稳定的主要可采煤层之一，由于受局限台地的影响煤层厚度变化较大，顶板 含 植 物 化 石， 主 要 有 Neuropteris ovata，Pecopteris orientalis，Sphenophyllm sp.等。

中段属浅水碳酸盐台地潮坪沉积，从K2 石灰岩底板至K4灰岩底界，厚度11.46（S1301） ～25.72 m（S1104），平均17.21 m。岩性由石灰岩、泥岩、砂质泥岩、粉砂岩组成，含石灰岩3 层（K2、K3、K4） 薄煤2 层（6 号、7 号煤层），一般不可采。K2石灰岩厚度约7 m，深灰色—灰黑色厚层状含有燧石结核，产丰富的动物化石，主要有蜒类Triticites sp.Schwagerina sp.Quasifusulina sp.，腕足类 ： Chonetes sp.Dictyoclostus taiyuanfuensis，Choristites sp.等。

上段为砂坪—泥坪及泥炭坪沉积，从K4 灰岩至K7 砂岩，厚10.05（S1406） ～35.13 m（S1409），平均27.24 m，岩性为深灰色—灰黑色粉砂岩、砂质泥岩，夹薄层细砂岩及煤层1 ～2 层（5 号、6号煤层） 一般不可采，6 号煤层顶板含较丰富的植物化石。

3 主要可采煤层特征

该井田含煤地层为二叠系下统山西组，石炭系上统太原组及中统本溪组，含煤地层总厚约142 m，共含煤10 层，煤层总厚度约11.3 m，其中主要可采煤层3 层，分别为2 号煤层、3 号煤层及9号煤层。

3.1 2 号煤层特征

位于山西组下部，上距2 号上煤层0.87 ～15.21 m，平均4.63 m。见煤点136 个，可采点132个，不可采点4 个，可采性指数0.97，煤厚变异系数31%。煤层厚度0.60 ～4.47 m，平均厚度2.62 m，总体上井田中部较厚，向东南、西部逐渐变薄，为薄—厚煤层，以中厚煤层为主（图4）。

图4 2 号煤厚度等值线图Fig.4 The thickness contour of No.2 coal

2 号煤层在井田西部及北部煤层厚度一般为3 m 左右，含夹矸1 ～2 层，东南部出现分叉现象，一般多分叉为2 ～3 个煤分层，仅上部分层可采，其余分层厚度一般为0.5 m 左右，各煤分层之间一般以含炭泥岩、炭质泥岩为主，厚度均大于煤分层厚度。

2 号煤层直接顶板多为深灰色—灰黑色粉砂岩、砂质泥岩，底板为黑灰色砂质泥岩。2 号煤层层位稳定，厚度有一定变化，总体上呈现中部较厚，西部、东南补逐渐变薄，结构简单—较简单，为全区可采的稳定煤层。

2 号煤层宏观煤岩类型以半光亮煤为主，镜质组平均含量为85.35%，惰质组平均为14.65%。原煤水分含量为0.17%～5.91%，平均0.90%；原煤灰分产率为4.96%～38.04%，平均15.01%，属于低灰煤；原煤全硫含量为0.11% ～2.93%，平均0.56%，属于低硫煤；原煤干燥基高位发热量（Qgr，d） 为20.49 ~ 35.30 MJ/kg，平 均30.47 MJ/kg，属高发热量煤。浮煤干燥无灰基挥发分为8.94%~17.97%，粘结性指数为0~64，胶质层厚度度0~9.0 mm，煤类属瘦煤、贫瘦煤、贫煤及无烟煤，以贫煤为主。

3.2 3 号煤层特征

3 号煤层位于山西组下部，上距2 号煤层0.35～2.40 m，平均1.08 m。见煤点130 个，可采点121 个，不可采点9 个，煤层厚度一般0.50 ～1.90 m，平均厚度1.04 m，以薄煤层为主（图5），标准差0.19，可采性指数0.92，煤厚变异系数18%。

图5 3 号煤厚度等值线图Fig.5 The thickness contour of No.3 coal

3 号煤顶板为泥岩、含炭质泥岩，底板为泥岩、粉砂岩。3 号煤层层位稳定，煤层厚度变化不大，井田东北部较厚，含夹矸0~1 层，煤层结构简单，属大部可采的稳定煤层。

3 号煤层宏观煤岩类型以半暗煤为主，镜质组平均含量为79.27%，惰质组平均为20.73%。原煤水分含量为0.22%~3.38%，平均0.83%；原煤灰分产率为6.57% ~ 35.61%，平均12.90%，属于低灰煤；原煤全硫含量为0.22% ~ 5.97%，平均1.68%，属于中硫煤；原煤干燥基高位发热量（Qgr，d） 为21.59% ~ 35.78 MJ/kg，平均30.71 MJ/kg，属于高发热量煤。浮煤干燥无灰基挥发分为8.37% ~ 20.58%，粘结性指数为0 ～65，胶质层厚度为0 ~23 mm，煤类属瘦煤、贫瘦煤、贫煤及无烟煤，以贫煤为主。

3.3 9 号煤层特征

9 号煤层位于石炭系上统太原组下段的上部，下距K1 砂岩（太原组底界砂岩） 地层厚度一般为2.06~35.44 m，平均19.62 m，上距3 号煤层的厚度一般为39.68 ~ 81.06 m，平均53.79 m。穿过钻孔125 个，见煤点124 个，可采点70 个，不可采点54 个，煤层厚度一般0.25~5.62 m，平均厚度1.43 m，为薄—厚煤层，以中厚煤层为主。标准差1.10，可采性指数0.56，煤厚变异系数77%，平面上西南部和东北部煤层厚度较厚，西北部煤层变薄为1.02 m 左右，中部及南部为不可采区域，西部9号煤层不含夹矸，东南部含夹矸2 层，结构简单。

9 号煤顶板为K2深灰色石灰岩，底板为灰黑色泥岩、含铝质泥岩。9 号煤层层位稳定，厚度变化比较大，含夹矸1 ～2 层，可采区主要分布在井田东部及西部（图6），煤层结构较简单，属大部可采的较稳定煤层。

图6 9 号煤厚度等值线图Fig.6 The thickness contour of No.9 coal

9 号煤层宏观煤岩类型以半光亮煤为主，镜质组平均含量为77.38%，惰质组平均为22.62%。原煤水分含量为0.23%～2.43%，平均0.70%；原煤灰分产率为8.36%～39.54%，平均16.32%，属于低灰煤；原煤全硫含量为0.49% ～5.99%，平均2.87%，属于中高硫煤；原煤干燥基高位发热量(Qgr,d)为19.50% ~ 35.07 MJ/kg，平均29.19 MJ/kg，属于高发热量煤。浮煤干燥无灰基挥发分为9.01%~18.55%，粘结性指数为0~11，胶质层厚度为0~17.0 mm，煤类属贫瘦煤、贫煤及无烟煤，以贫煤为主。

4 沉积环境

该区沉积环境可以分为2 个主要阶段，第一阶段为晚古生代早期至中期，主要是海相环境。当时，该区域处于一个广阔的浅海盆地中，海水深度较浅，水体稳定，沉积物以碳酸盐岩为主，同时也有一定量的泥岩和砂岩。由于该地区处于板块活动带，地壳运动频繁，海平面变化剧烈，因此沉积物的组成和性质随时间和空间的变化而发生了明显的变化。

第二阶段为晚古生代晚期至新生代，主要是陆相环境。当时，该地区经历了多次复杂的构造变形，形成了一系列山脉和高原，陆地面积扩大，海水逐渐退去，陆相沉积物逐渐成为主要类型。沉积物主要为砂岩、泥岩和煤系沉积物，其中煤系沉积物较为发育。

4.1 山西组沉积环境

山西组为该井田主要含煤地层，为一套以河控三角洲上的平原环境为主的含煤沉积，下部为以河控三角洲上的平原环境为主的沉积，由于沉积环境稳定，沼泽化持续时间较长，对聚煤作用十分有利，形成层位稳定、厚度较大的2 号、3 号煤层，但沿着分流涧湾地带水体较浅水深变化较大，局部地段出现2 号煤层分叉现象。岩性以砂岩、粉砂岩、泥岩为主。上部为三角洲平原分流河道迁移而形成的分流间湾溢岸沉积。由于所形成的泥炭沼泽不断变迁，形成发育不稳定的薄煤层。

4.2 太原组沉积环境

该井田太原组为本区主要含煤地层，属潮坪—碳酸盐台地沉积，根据其岩性组合特征及沉积环境特征可划分为3 段。下段属潮坪及泥炭沼泽间有局限台地沉积。中段属浅水碳酸盐台地—潮坪沉积，上段为砂坪—泥坪及泥炭坪沉积，本期形成的主要可采煤层为9 号煤层。

5 结 语

河东煤田桑峨井田含煤地层为山西组和太原组，山西组主要可采煤层为2 号、3 号煤层，太原组主要可采煤层为9 号煤层，煤层赋存稳定，结构简单。该区主要煤类为低硫、低灰、发热量高的优质贫煤，煤质较好，经洗煤后精煤可作为高炉喷粉煤和优质动力煤，具有较高的开采价值，可为当地及周边区域经济建设提供动力，并产生良好的经济效益。