浅析老龙湾井田含煤地层特征

袁素伟

（山西省地质勘查局二一二地质队，山西长治046000）

浅析老龙湾井田含煤地层特征

袁素伟*

（山西省地质勘查局二一二地质队，山西长治046000）

沁水煤田位于山西省南部，是山西省最大的煤田，老龙湾井田位于该煤田的西南部边缘。井田内主要含煤地层为上古生界二叠系山西组及石炭系太原组，山西组为一套陆相含煤地层，其中下部发育该区主要的可采煤层3号煤层。太原组为一套海陆交互相含煤地层，其中下部发育本区内的另一主要可采煤层15号煤。在前人研究的基础上，结合“山西省沁水煤田老龙湾井田煤炭勘探项目”的勘查成果，利用沉积学、煤田地质学、岩相古地理等理论及方法，总结其含煤地质特征及控煤因素，重点剖析了井田内含煤地层的时间演化和空间分布规律及主要可采煤层厚度变化规律，研究了该区聚煤古地理环境及其对煤层厚度的控制，对山西组3号煤层厚度的变化规律及形成原因进行客观的分析，对该区煤层勘探开发具有一定的指导意义。

老龙湾井田；含煤地层；控煤因素

煤炭为山西省的主要矿产资源之一，其开采历史久远，多年来赋存条件好的区段多已被开发或待开发，相应的勘查深度在加大，难度也在加大，很多勘查区煤层的赋存形态更加复杂，煤层厚度变化大，稳定程度降低。老龙湾井田位于山西省沁水煤田的西南部边缘。晋城矿区内普遍稳定可采的3号煤层在该勘查区内厚度有较大的变化。本文主要想结合当前勘查成果，在综合分析、系统总结归纳前人研究成果的基础上，对本区含煤地层特征、地层含煤性及控煤因素等作进一步的分析、总结，为今后的勘查开发工作提供一些参考。

1　区域地质概述

老龙湾井田位于山西省沁水煤田晋城矿区的西南部边缘，太行断块沁水块坳的南端，该区地层由南向北依次出露有寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系和三叠系等地层，第四系松散沉积物分布广泛。井田内地表出露主要有二叠系上统上石盒子组二段、三段、石千峰组等地层。

老龙湾井田位于沁水块坳的南部，城后腰断层与瓦窑沟断层之间。井田地层总体呈向北倾的单斜构造，倾角为6°～15°；井田南部边缘分布有走向近东西的正断层，井田内未见岩浆岩，构造简单。

2　含煤地层特征

井田内主要含煤地层为二叠系下统山西组和石炭系上统太原组。

2.1山西组含煤地层特征

山西组在本区为陆相含煤地层，其主要岩性为砂岩、粉砂岩、泥岩及煤层。厚38.80～65.81m，平均52.32m，本组岩石组合以颜色深，含煤系数高为特征。

按岩性—岩相组合情况，大体上可划分为上、下2个沉积旋回，每个旋回下部为中—粗粒砂岩，向上粒度逐渐变细为粉砂岩、泥质粉砂岩及泥岩、炭质泥岩。泥岩、炭质泥岩为湖—沼相沉积，并夹含煤层。由于湖—沼相沉积的发育情况及成煤条件不同，煤层的发育状况及层次亦有不同。下部旋回湖—沼相沉积发育，成煤环境稳定，含煤性好，形成厚度大、分布广、层位稳定的3号煤层。上部旋回湖—沼相沉积不发育，其间常夹有薄层砂岩，表明成煤环境不稳定，故多形成厚度薄，分布不均匀，层位不稳定的薄煤层（1、2号煤）。1、2号煤层由于层位不稳定，连续性不好，不易对比，一般视其为含煤组。本组泥岩多为深灰色，含丰富的植物化石，其中包括：二叠系枝脉蕨、多叉枝脉蕨、尖头带羊齿、宽节羊齿、华北焦叶、三角织羊齿、星轮叶等。山西组沉积环境为三角洲平原—三角洲前缘。

山西组共含煤1～4层，煤层编号为1～4号，煤层总厚度为2.90m，含煤系数为5.54%。其中3号煤层为稳定可采煤层，厚0.85～5.64m，平均2.65m，含煤系数为5.06%，4号煤层为不稳定零星可采煤层，厚0～1.56m，平均0.12m，1、2号煤层为不稳定不可采煤层。

2.2太原组含煤地层特征

太原组为一套海陆交互相含煤地层，其主要岩性为石灰岩、砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩、煤层等。厚67.68～103.52m，平均80.41m。

含海相灰岩5～6层，代表了5～6次规模不同的海进活动。灰岩之间为砂岩、泥岩和煤沉积，代表海进活动间歇期的陆相和过渡相沉积。这种海陆交替变化的地层是在地壳多次发生振荡活动下形成的，所以具有多旋回结构的特征，煤层主要形成在每一次海进程序中陆相向海相过渡时期。成煤好坏和煤层的稳定性等与沉积旋回的发育程度和成煤时期环境的稳定程度有关。根据太原组含煤地层岩性组合特征及赋煤情况，可划分为5个沉积旋回，每个旋回中均有煤层赋存。第Ⅰ沉积旋回发育好，厚度大（厚约20m），含煤性好，主要赋存15号煤层；第Ⅱ沉积旋回发育好，但沉积厚度小（厚约8m），主要赋存13号煤层，本煤层层位稳定，分布也较普遍，唯厚度小，是不可采的薄煤层；第Ⅲ沉积旋回发育较好，含11、12号煤层，煤层层位稳定，分布也较普遍，易于对比；第Ⅳ沉积旋回不发育，主要含9、10号煤层，仅个别点含7、8号煤层，煤层不稳定，不易对比，为复煤组；第Ⅴ沉积旋回不发育，含煤性差，主要含6号煤层，仅个别点含5号煤层，煤层不稳定，不易对比。本组灰岩中普遍含有生物化石碎屑，其含量为10%～20%，主要为腕足类、腹足类、珊瑚类及蜓类等，泥岩中含大量的植物化石，其中包括有：尖芦木、楔叶、卵脉羊齿、脉羊齿、节羊齿等。

太原组共含煤8～10层，煤层编号为5～15号，煤层总厚度为3.82m，含煤系数为4.75%，其中15号煤层为稳定可采煤层，厚1.85～3.41m，平均2.53m，含煤系数为3.15%；9号煤层为不稳定偶尔达可采厚度的不可采煤层，其余煤层为不稳定或极不稳定不可采煤层。

3　主要可采煤层特征

井田内稳定可采煤层为3号和15号煤层。

3.1山西组3号煤层赋存特征

3号煤层位于山西组下部，上距下石盒子组底K8砂岩15.6～45.4m，平均32.6m，下距山西组底K7砂岩底2.2～26.0m，平均14.7m，煤层厚0.85～5.64m，平均2.65m，煤层层位稳定。研究区3号煤层厚度具有东部厚西部薄的特征（见图1）。煤层直接顶板为粉砂质泥岩、泥岩，局部为细粒砂岩，老顶为中、细砂岩，底板为泥岩或粉砂质泥岩。煤层结构简单，一般含夹矸0～1层，厚度多在0.10～0.30m之间，矸石成分为泥岩或炭质泥岩。

图1　山西组3号煤层厚度等值线图

3.2太原组15号煤层赋存特征

15号煤层位于太原组下部K2灰岩下，上距3号煤层底67.20～107.84m，平均85.80m，下距O2灰岩顶5.47～25.3m，平均12.80m，煤层厚1.85～3.41m，平均2.53m，煤层稳定。煤层直接顶板为K2石灰岩，底板为泥岩或含黄铁矿泥岩、铝土质泥岩，局部为粉砂质泥岩，有时可见薄层炭质泥岩伪底。煤层结构简单，一般含0～1层夹矸，局部含2～3层夹矸，厚0.02～0.40m，但大多在0.10～0.25m之间，夹矸成分为泥岩或炭质泥岩。夹矸多位于煤层的中下部。

4　山西组沉积相特征及古地理

4.1沉积相特征

据前人对研究区含煤岩系的研究，提出该区含煤岩系是在三角洲及障壁泻湖沉积体系中形成的［1］。山西组的主要岩性为砂岩、粉砂岩、泥岩、煤层（线），其底部K7砂岩为分流河道下切充填形成的下切谷沉积，沉积物粒度一般较粗，主要为中粗粒砂岩及细砂岩，发育块状层理和大型楔状交错层理，常含泥砾及树杆化石，底部有冲刷面，其上为中细砂砂岩、粉砂岩、泥岩，代表了下三角洲平原沉积。研究区内K7砂岩体的厚度与3号煤厚度之间有一定的负相关（见图2）。

图2　山西组K7砂岩体厚度与3号煤层厚度关系图

4.2古地理环境

依据详查阶段钻孔统计研究区内山西组厚度38.75～62.83m，平均48.97m，其中最厚处位于研究区的南部。砂岩和砾岩厚度7.24～32.59m，平均19.19m，砂砾岩最大厚度出现在研究区南部；砂砾岩百分比含量为15.82%～57.29%，平均42.14%，最大砂砾岩百分比出现在研究区区的中南部；砂泥比为0.19～1.34，平均0.79。研究区内山西组各岩类厚度及百分比情况见表1，砂泥比等值线见图3。

早二叠世为山西省南部三角洲环境，研究区内K7砂岩体沉积于西部河流冲积平原、东部三角洲平为主体的沉积体系中，结合该区3号煤层厚度变化特征分析，该区内在砂体厚度较大处煤层较薄，在砂体厚度较小或不发育处煤层发育良好，充分说明了河流冲积平原及上、下三角洲平原过渡带成煤的特点。

表1　老龙湾井田山西组各岩类厚度及百分比

图3　山西组砂泥岩比等值线图

4.3成煤模式

早二叠世早期，由于古陆的进一步抬升，海水进一步向南退去，致使本区发育了河流冲积平原—上三角洲平原—下三角洲平原的一套沉积组合，并在此基础上形成了山西组下部稳定可采煤层（3号煤）的堆积，且煤层厚度与下伏砂体呈错位关系。

5　太原组沉积相特征及古地理

5.1沉积相特征

太原组的主要岩性为石灰岩、砂岩、粉砂质泥岩、泥岩及煤层。该组石灰岩较发育，有K2、K3、K4、K5、K6等几层，石灰岩中含有腕足类、类等动物化石。并见有交错层理，属于滨外碳酸盐陆棚相；灰黑色泥岩、粉砂岩及砂岩中含有菱铁质鲕粒和结核，具有水平层理和透镜状层理，属于泻湖相，太原组中的中细粒砂岩分选性中等—好，垂向上变粗的逆粒序，常见有大型交错层理，属于障壁砂坝相，此外，太原组顶部见有处上变粗的三角洲前缘河口坝砂岩，具有冲刷面及板状、楔状交错层理的分流河道砂岩。太原组的旋回结构为泥炭沼泽相向上演化为滨外碳酸盐陆棚相、障壁砂坝相、泻湖相及三角洲相，构成了若干个完整的次级海进—海退沉积序列。

5.2古地理环境及成煤模式

晚石炭世早期，由于基底经历了中石炭世的填平补齐作用，本期大范围内表现为覆水较浅的的古地理景观。地台边缘古陆缓慢间歇性的升降运动，造成了2次三角洲的进积，并伴随着2次规模较大，方向不同的海浸，形成了本区15号全区稳定可采煤层的堆积。煤层灰分低硫分高，层位稳定、厚度中等，为泻湖—潮坪成煤。

6　结论

研究区内主要煤系地层为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组，主要含煤地层中山西组的3号煤及太原组的15号煤可采；煤系地层假整合于奥陶纪石灰岩之上。华北地区石炭纪和二叠纪煤系是在构造环境相对较稳定的地质条件下形成，整个板块以整体缓慢沉降为特征，为本区聚煤作用创造了一个稳定的构造背景，从而使本区发育多层可采煤层，其中15号煤和3号煤层厚度较大，分布相对比较稳定。

沉积环境为控制煤层发育程度的另一主要因素，从古地理格局可知，研究区内太原组煤层主要形成在泻湖—潮坪环境，聚煤作用较有利，所以煤层厚度相对稳定。山西组煤层主要形成在河流冲积平原及上、下三角洲平原环境，在砂体（K7砂岩）厚度较大处煤层较薄，在砂体厚度较小或不发育处煤层发育良好。

［1］程保洲.山西省晚古生代含煤地层沉积环境及聚煤规律［M］.山西科学技术出版社，1992.

［2］刘宝珺.沉积岩石学［M］.北京：地质出版社，1980.

［3］邵龙义，等.晋东南沁水盆地石炭二叠纪含煤岩系古地理及聚煤作用研究［R］.2006.

［4］韩德馨，杨起.中国煤田地质学［M］.1980.

P61

A

1004-5716（2016）07-0132-04

2016-03-26

2016-03-30

袁素伟（1971-），男（汉族），山西高平人，工程师，现从事地质矿产勘查技术服务及技术管理工作。