河南省永夏煤炭礦區煤層賦存格局及其影響因素初探

申扎根

(河南省有色金屬地質勘查總院， 河南 鄭州 450052)

永夏煤炭礦區位于河南省最東部，因其行政隸屬永城市、夏邑縣而得名，礦區總面積1366km2，屬華北晚古生代聚煤區，含煤地層分四組七個煤段，即石炭系上統太原組(一煤段)、二疊系下統山西組(二煤段)與下石盒子組(自下而上為三、四、五煤段)、二疊系上統上石盒子組(自下而上為六、七煤段)。含煤地層總厚1205m，含煤15～27層，其中可采煤層9層，煤層總厚8.86m，含煤系數1.15%，主要可采煤層集中在山西組和下石盒子組地層中，山西組含煤1～4層，煤層總厚3.30m，含煤系數3.3%；下石盒子組含煤3～7層，煤層總厚4.42m，含煤系數4.42%。上石炭統太原組與上二疊統上石盒子組僅含薄煤層及煤線，含煤性較差。主要含煤地層煤層發育情況見表1。

該區含煤類型為華北地臺型含煤沉積，全掩蓋型。煤層分布于永城背斜兩翼及其北傾伏端，主要可采煤層二2煤層埋深162～1232m，底板標高-130～-1200m。全區累計查明煤炭資源量22.7億t，天然焦4.7億t。本區煤層分布與古地理、沉積體系和沉積環境、后期褶皺構造、巖漿侵入等影響因素有關。

本文通過對影響永夏煤炭礦區煤層賦存規律及其影響因素的分析，歸納綜合本區煤層分布規律，以期為今后本區的找煤工作、礦區規劃、資源儲量利用、煤層賦存規律研究以及煤炭地質勘查工作提供幫助。

表1 主要含煤地層煤層發育情況一覽表

1 區域構造特征與古地理格局

本區區域構造位于華北臺塊東南山東臺背斜徐蚌凹折帶中，秦嶺～昆侖緯向構造帶東段北支的南側。和華北地臺區一樣，本區經過多次構造運動，于燕山期形成了現在的構造格局。

區內構造以斷裂為主，褶皺為次，在早期形成的東西向構造基礎上迭加了后期北東向構造。伴隨有巖漿活動，煤系地層的展布形態嚴格受上述兩組構造的控制。

永城復背斜為區內的一級構造，是永城礦區的主要控煤構造，軸向近南北，軸部為寒武—奧陶系地層及巖漿巖，長60km，寬40km。兩翼地層走向和軸向基本一致，發育石炭二疊系含煤地層，地層傾角10～20°，東陡西緩，并發育了一系列的近南北向和北北東向次級褶曲。

斷裂構造有北北東向、東西向和北西向三組，以北北東向高角度正斷層為主，是影響礦區煤層賦存形態的主體斷層。由于斷層作用，礦區平面上多表現為地壘地塹、剖面上多為階梯狀下降的狹長斷塊的構造型式，本區斷裂褶皺構造見圖1。

礦區處于華北晚古生代巨型坳陷盆地的南帶，在晚古生代，大地構造相對穩定，在盆地基底持續緩慢下降的同時，接受了來自河流搬運來的碎屑物質的補償沉積。陸源碎屑物質來自東北部的膠遼古陸，沉積基底為中奧陶統馬家溝組。晚石炭統的海侵使本溪組假整合于中奧陶統之上，其后開始了晚古生代的含煤地層連續沉積。

2 沉積環境對煤層賦存影響

本區晚古生代沉積直接受控于海平面的升降及海進海退的頻度。晚石炭世總體表現為海侵事件，期間有較小的進退振蕩；從晚石炭世末期一直到晚二疊世，沉積環境總體表現為海退事件，期間也有較小的振蕩，但影響微弱。

晚石炭世本區表現為陸表海碳酸鹽臺地沉積和堡島沉積交替出現。因此，本區在中奧陶統灰巖基底之上發育了一套包括本溪組、太原組和山西組下段在內的陸表海碳酸鹽～碎屑濱岸沉積地層。

自早二疊世早期本區逐漸演化為三角洲沉積，一直延續到中二疊世晚期，形成了包括山西組上段、下石盒子組和上石盒子組在內的一套以泥巖、砂巖與煤層沉積為主的三角洲沉積體系地層。

晚古生代的沉積環境特點，決定了區內石炭二疊系煤系地層的分布規律，太原組由于海水頻繁進退，形成了薄煤層與多層灰巖交互沉積；山西組形成穩定的厚煤層與砂、泥巖沉積；上下石盒子組多形成局部可采的薄煤層與泥巖、砂質泥巖。

2.1 二煤組沉積環境與煤層分布

二煤組賦存于山西組，二2煤為主可采煤層。為陸源碎屑、瀉湖沉積逐漸演化為以河流作用為主并受潮汐作用影響的三角洲沉積，煤層主要發育于三角洲平原泛濫盆地和三角洲前緣分流間灣上形成的泥炭沼澤盆地環境中，為海退潮坪沉積物形成的濱海平原沼澤化聚煤作用產物，成煤前的沉積環境對二2煤層的聚積和分布起著控制作用，潮坪發育的泥炭沼澤成煤煤層發育較好，厚度大而穩定，分布范圍廣，硫分、灰分低；而在瀉湖基礎上發育的泥炭坪成煤相對較差，煤層厚度明顯變小。

二煤組特殊的沉積環境決定了二2煤層的分布特點，二2煤賦存于山西組中部，煤層厚2.95m，可采厚度2.67m，全區可采。由于形成環境為廣闊平坦潮坪環境，故其厚度大，分布穩定，結構簡單，煤質好。其硫分1.14%，原煤干燥基灰分15.15%，具有低硫低灰的煤質特點。

2.2 三煤組沉積環境與煤層分布

三煤組為一套厚的三角洲體系，在三角洲平原分流河道之間的低洼地帶形成泥炭沼澤，并發生聚煤作用，但由于分流河道的頻繁改道或遷移，經常造成聚煤作用中斷或沖刷已形成的泥炭層，多形成煤層橫向上不連續并呈透鏡狀的局部可采的薄煤層的特點。

因此三煤組各煤層具有厚度變化較大、局部可采、層位不穩定、分布面積小、硫分低、灰分高的特點。

圖1 永夏礦區構造綱要略圖

三煤組各煤層為局部可采煤層，煤層厚度1.22m；可采厚度1.20m，小于二2煤，煤層不穩定，結構簡單，無夾矸或含1～2層夾矸。頂、底板多為泥巖和砂質泥巖。這是由于煤層形成于廢棄三角洲平原上，砂泥物質來源豐富，植物生長受到不同程度的破壞，使得煤層厚度不穩定，灰分較高，沉缺及不可采點較多，并且由于沉降基底不平和植物殘體來源不足造成的差異使煤層分布變化較大。

三2煤硫分1.26%，和二煤相差不大；三2煤灰分24.36%；三3煤灰分21.92%，三4煤灰分24.91%；三5煤灰分26.74%，其灰分高于二煤組，這與三煤組特有的三角洲沉積體系及沉積環境相一致。

3 構造對煤層賦存影響

煤層形成后，印支期的隆拗構造作用較強烈，褶皺寬緩，形成了一系列近東西向的坳陷和隆起。隆起區煤層變淺或遭受剝蝕，坳陷區煤層得以保存或變深；燕山運動晚期至喜山運動早期的斷陷作用，形成了北東向的斷陷和斷隆相間排列的格局，形成的北東向的斷層是劃分井田的主要邊界斷層，由于北東向斷層切割使永城復背斜軸部明顯抬期，進而使煤系地層遭受剝蝕破壞，在斷陷和斷隆之間保存了具有較大經濟價值的井田和含煤區；喜山運動晚期，本區發生沉陷作用，形成了較厚的上覆新生代松散沉積物，平均厚度321m。

后期構造對煤層厚度也略有影響，主要表現于在靠近斷層附近，由于斷層的牽引和擠壓作用使煤層發生塑性流變，在極小范圍內煤厚有變薄和增厚現象。另外，由于區內縱橫交錯的高角度正斷層切割煤層，使煤層經常有斷失現象。

4 巖漿活動對煤層賦存影響

永夏煤田巖漿活動比較頻繁，以中生代燕山期巖漿活動最為強烈，對主要可采煤層的破壞和煤的變質作用影響較大。侵入地層下自奧陶系上至二疊系上統之間均有，侵入于二疊系下統的山西組和下石盒子組的巖漿巖較為發育。

巖漿巖種類較多，有輝長巖、輝綠巖、橄欖輝長巖、石英閃長巖、角閃閃長巖、閃長玢巖、煌斑巖、花崗斑巖等，多屬淺成或超淺成巖。

區內巖漿巖體分布廣泛，除東部新莊、葛店兩井田外均有巖漿巖侵入。

巖漿巖的分布主要與褶皺和斷裂構造有關，較大的巖體基本分布于北東向或近東西向的背斜軸部，然后沿構造薄弱部位或背斜兩翼軟巖(煤)層呈巖脈、巖墻侵入，或順層侵入而呈巖床(席)狀，并侵入多個礦區、井田的煤系地層中，其空間展布受構造控制。巖漿巖在煤層或煤層頂、底板附近侵入時，吞蝕煤層、使煤層變質為天然焦或焦巖混合物。

5 結語

該區在晚古生代以來，海洋面積逐漸縮小，陸地面積逐漸擴大，隨著古地理環境的變遷，潮濕氣候和大型陸表海坳陷盆地出現，海陸交替的濱海平原成為聚煤的有利場所，其沉積環境經歷了瀉湖、碳酸鹽臺地、潮坪、三角洲的變化，形成了本區各個煤組的特有的煤層分布特征，臺地型泥炭沼澤沉積環境形成了厚而穩定的二2煤層。由于后期構造的疊加、改造以及巖漿巖的侵入作用，使煤層分布發生變化，局部形成天然焦。本區煤層受區域構造、古地理環境、褶皺斷層以及巖漿侵入等因素影響，上述因素的疊加作用最終決定了目前的煤層分布格局。

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