淺析大佛寺井田4#煤層分叉機理

摘 要：大佛寺井田位于黃隴侏羅紀煤田彬長礦區南部，含煤地層為侏羅系下統延安組，主采煤層為4煤。4煤在井田東北部結構單一，厚度較大，向西南、南方向分叉成4、4上、4上-2、4上-1煤層。4煤及其分叉煤層在井田內均屬于可采或局部可采煤層。其中4煤厚0～19.73m，平均厚度11.65m，全井田分布；4上煤厚0～7.02m，平均厚度2.88m，距下部4煤0.80～45.35m，平均17.05m；4上-1、4上-2煤為4上煤的分叉煤層。4上煤與4煤間距變化大，但規律性明顯，井田東部區域內兩者間距20～40m，中西部為2～10m，南部間距較大，向北逐漸變小，直至二者合并。礦井先期開采區位于井田東北部，煤層分叉對礦井生產布局影響不大，但隨著向南、向西不斷開拓，煤層分叉已對礦井的布置和開采造成了一定的影響。進一步研究煤層分叉機理可以更準確地掌握各可采煤層賦存特征，對指導礦井合理布置采掘工作面是十分必要的。

關鍵詞：大佛寺井田；煤層分叉；機理分析

1 含煤地層特征

中侏羅統延安組是本區內唯一含煤地層，厚度較大，一般13.36～106.95m。在井田中東部地區，延安組厚度最大，一般都大于80m，向西、向南逐漸變薄。根據沉積組合特征、物性特征及古生物特征，以4上煤之上的厚層河道砂巖為界，將該組劃分為上、下兩段。上段厚0～45.71m，一般厚20m左右，平面上呈現出井田邊緣薄，中北部較厚的規律，其中上部含煤三層，即1、2、3煤，各煤層連續性差且厚度小，均為不可采煤層。下段含煤4層，分別是4煤及其分叉煤層4上煤、4上-1煤、4上-2煤。

1.1 延安組下段地層特征

延安組下段地層厚0～100m，一般厚40～80m，厚度變化規律為東厚西薄，南厚北薄。其上部為灰色細～中粒砂巖、砂質泥巖為主，夾灰色、深灰色粉砂巖、泥巖、炭質泥巖和薄煤層。巖層構造主要為交錯層理、透鏡狀層理，脈狀層理、水平波狀紋理等。靠近4上煤頂板的深灰色泥巖中，富含植物化石及其碎片。在井田北緣為灰～深灰色泥巖，水平紋理發育。

中下部在井田北部為特厚煤層4煤，其余地段4煤分叉出4上煤、4上-1煤、4上-2煤，即下部為厚0.58～19.37m的4煤，頂部為4上煤、4上-2煤、4上-1煤。在4煤和4上煤之間發育一套以砂巖、粉砂巖、砂質泥巖為主的沉積組合，局部夾沼澤沉積泥巖、炭質泥巖或薄煤層。砂巖為灰白色，細～粗粒狀結構，分選中等，雜基含量高，顏色多為灰色或深灰色。厚度最大為43.55m，由東向西、由南向北變薄，至井田北部尖滅。沉積物粒度亦向西、向北變細。砂巖具大型交錯層理，細砂巖和粉砂巖具小型交錯層理，平行層理，透鏡狀層理、脈狀層理等。屢見碳化直立樹干，斜交或垂直層面的蟲孔發育。砂巖據先反后正的粒序特征，常見煤及泥質包體。底部發育一層深灰色泥巖，砂質泥巖，水平紋理、波狀紋理發育，厚0.39～9.16m，含大量植物葉片化石。

底部為4煤底板。為淺灰色、褐灰色鋁質泥巖，局部含粉砂，塊狀層理，含鮞狀菱鐵礦結核。靠近煤層顏色變深，并含有植物根系化石，厚0.40～14.12m。

1.2 煤層賦存特征

垂向上，延安組按沉積特點及含煤性分為上下兩段。上段含有3-1、3-2煤層，煤層平均厚度分別為0.48m、0.71m，3-1煤、3-2煤之間間距較小，平均為3.38m。他們與下段最頂層的4上-1煤間距較大，平均為20.01m。下段含煤4層，分別是4煤及其分叉煤層4上煤、4上-1煤、4上-2煤。除4上煤與4煤間距較大（平均17.05）外，其余三層間距都較小，平均間距在2.08～4.33之間。4上、4上-1、4上-2煤層厚度較小，平均厚度為1.22～2.88m，4煤為巨厚煤層，厚度為0.00～19.73m，平均值為11.65m。

平面上，煤層呈現出明顯的東、西不同的特征。井田東部煤層厚度大，含煤性好；西部煤層厚度小，含煤性差。厚煤區位于先期開采地段內，向西、西南逐漸變薄。煤系地層與煤層厚度有直接的相關關系，當煤系厚度在50～80m之間時，煤層發育，厚度大；當煤系厚度小于40m（近背斜區）、大于80m（近古河道區）時，煤層不甚發育。但各個煤層又呈現出不同的特點，1、2號煤層在井田內沒有出現，缺失；3-1煤、3-2煤都主要分布于井田的中部區域，分布面積也較小；4上-1煤層分布于井田南部，煤層穩定；4上-2煤層分布在井田的東部，范圍較小，但是煤層較穩定；4上煤幾乎在全井田內都有分布，僅井田西部、北部局部區域為無煤區，煤層分布較為穩定；4煤為主采煤層，全井田分布，在井田內煤層厚度呈由東北向西南逐漸變薄，煤層分布穩定。

2 煤層分叉機理分析

2.1 延安組下段沉積相分析

底部：為淺灰色、褐灰色鋁土質泥巖，局部含粉砂，全區分布穩定，塊狀層理，含鮞狀菱鐵礦結核，厚0.40～14.12m。其頂部含有植物根系化石。可見，該層為低洼地向淺水沼澤轉變的過渡相。

下部：全井田分布4煤層，煤層厚度大，平均厚11.65m。煤質單一，宏觀煤巖類型主要為暗淡型，煤巖組分以亮煤、暗煤為主，含少量鏡煤，絲炭含量比較富集。4煤為中灰分、低硫煤。煤層結構簡單，一般只含有1～2層夾矸，夾矸厚0.10～0.30m，以泥巖、炭質泥巖為主。煤層頂板泥巖中植物化石主要為錐葉～擬刺葵植物群，植物分異性好。為排水性較好的低位沼澤相沉積。

中部：井田D79、D78、D80等孔一線以北仍為4煤層，發育湖坪沼澤相沉積。其余地段4煤向東、南、西方向分叉出4上煤層。在4煤與4上煤之間地層巖性以砂巖、粉砂巖、砂質泥巖為主，局部夾有泥巖、炭質泥巖或薄煤層，厚度最大可達43.55m，由東向西、由南向北變薄，至井田北部D79、D77一線殲滅。沉積物粒度亦向西、向北變細。砂巖為灰白色，細～粗粒狀結構，分選中等，雜基含量高，顏色多為灰色或深灰色。砂巖具大型交錯層理，細砂巖和粉砂巖具小型交錯層理、平行層理、透鏡狀層理、脈狀層理等。屢見碳化直立樹干，斜交或垂直層面的蟲孔發育。砂巖具先反后正的粒序特征，常見煤及泥質包體。其底部發育一層深灰色泥巖，砂質泥巖，水平紋理、波狀紋理發育，厚0.39～9.16m，含大量植物葉片化石。

由于沼澤基底的不均勻沉降，使得除井田北部區域外的地區形成湖泊，而使泥炭沉積間斷。在湖泊形成早期階段，井田內砂巖發育地區為湖泊三角洲相，水平的頂積層局部發育有泥炭沉積或炭質泥巖沉積；底積層發育有泥巖、粉砂巖，具水平層理；前積層發育砂巖和粉砂巖，自下而上逐漸變粗。有時含有泥礫、泥炭碎塊、植物樹干等。沉積物來源為井田東南（為主）、西南部的河流決口扇沖積物。平面上，由井田東南部向中心部位逐漸發育為濱湖相砂巖與粉砂巖、淺湖相粉砂巖與泥巖。在湖泊后期，砂巖發育區主要接受決口扇沉積，沉積物粒度開始自下而上變粗，并發育大型交錯層理。

上部：井田北部為4煤層，井田大部發育4上煤層及其分叉4上-1煤層，另一分叉煤層4上-2只分布在井田東部區域。4上、4上-2、4上-1煤層之間分布有平均厚度為2.08～4.33m的砂泥巖沉積物。砂巖以細粒砂巖為主，發育為水平層理。分析可得：4上煤分布區為較為穩定的沼澤相，煤層分叉區域為沼澤相與泛濫盆地沉積相互層。這是由于決口扇沖積物的堆積，抵消了沉積基底的沉降，使得湖泊變得小而淺，當再次發生洪水泛濫時，很容易淤淺沼澤化，發展成為比較廣的泥炭沼澤。這樣反復從而使4上煤分叉分布。

2.2 聚煤作用分析

延安組沉積時，鄂爾多斯盆地受燕山構造運動第I幕作用，整體表現為不均衡抬升，由于作用強度不大，使得盆地邊緣斷裂體系并沒有造成明顯的構造和沉積分異。說明該階段仍處于相對穩定的坳陷階段，這為本區聚煤作用創造了一個穩定的構造背景。

4煤形成早期的沉積環境為岸后沼澤。這種沉積環境下的聚煤作用受古地形的影響，同時也受基底沉降速率與泥炭堆積速率的控制。由4煤厚度等值線圖可以看出，在煤層較厚區域出現小范圍的較薄煤層，這說明薄煤區域沉積基底較周圍高，在4煤層沉積早期沒有形成泥炭或者被氧化。其余地區發育有利于泥炭堆積的沼澤。在4煤沉積中后期，除井田南部、西部因位于沼澤邊界而堆積較薄泥炭外，其它區域基底沉降與泥炭堆積速率相當，都堆積有中厚～厚層的泥炭。

在4煤形成末期，井田由岸后沼澤發育成湖泊，但是井田內不同區域沉降幅度不同。井田北部相對上升，發育湖泊三角洲沉積；南部區域下降幅度較大，發育濱淺湖、深湖相沉積。此時，井田發育湖泊三角洲聚煤體系。

4上煤就是在這種沉積體系中形成的。湖泊三角洲朵葉體規模大，緩坡三角洲平原上的泥炭沼澤長期穩定發育，構成大面積富煤區，湖灣和分流間灣聚煤作用較弱，這就構成了4上煤在橫向上的厚度變化。湖泊由井田北部向南部逐漸變深，沉積淺湖相砂泥巖、深湖相泥巖等。湖泊南部受河流決口扇的影響，也在不斷的填埋淤淺。最終湖泊被填平，全區重新發育成沼澤環境，在全區范圍內形成4上煤層。

由于河道及堤岸垂向加積生長而高出地面，洪水期出現決堤和越岸片流，溢岸沉積發育，洼地周邊古高地阻隔漫洪侵入的作用消失，河岸沉積物直接影響聚煤洼地，影響大小取決于沼澤距河道遠近。此階段聚煤沼澤經歷多次收縮和擴張，致使4煤層上部出現分叉、尖滅，從而形成復雜的煤層結構。

3 結束語

本文主要從沉積構造環境角度分析了煤層分叉的機理，從本區含煤地層巖層特征分析，該區域煤層沉積主要受洼地基底構造活動和洼地兩側古河流的影響。煤層的分布規律是：（1）井田東北部煤層厚，各煤層在該區域合并；西南部煤層薄，下部為4煤，厚度較大，上部為4煤的分叉煤層，煤層都較薄，至南部邊緣消失或尖滅。（2）井田北部煤層結構簡單，向南逐漸分叉成4、4上、4上-2、4上-1煤層，南部煤層結構復雜，向南部邊界煤層逐漸消失或尖滅。（3）井田含煤巖系屬沼澤～湖泊相沉積，兼有決口扇前緣（河間湖泊）、決口扇、泛濫盆地等沉積環境。（4）4煤的分叉不但受到沉積環境的影響，同時還受到沉積古構造、古河流的控制。

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作者簡介：武謀達（1985-），男，山西鄉寧人，畢業于西安科技大學地質工程專業，現主要從事礦井地質、防治水等工作。