趙家寨井田二煤層煤巖煤質(zhì)特征與沉積環(huán)境關系

摘 要 根據(jù)趙家寨井田二煤的煤巖和煤質(zhì)特征、井田內(nèi)鉆孔資料及化學元素遷移特點，分析二煤的煤煤質(zhì)特征與沉積環(huán)境之間的關系，分析表明，趙家寨井田二煤層具有低灰低硫特征，反映當時在泥炭沼澤環(huán)境中形成，沼澤水淺具有活動性，水面波動頻繁，造成了弱氧化交替的沉積環(huán)境。

關鍵詞 顯微組分 煤巖 煤質(zhì) 沉積環(huán)境 趙家寨井田

煤巖煤質(zhì)特征與沉積環(huán)境之間的關系，先前學者在不同方面已有論述：運用煤質(zhì)特征與形成環(huán)境的關系，分析了煤系剖面中煤質(zhì)特征的變化與古環(huán)境背景演化的關系。利用煤的物質(zhì)組成、惰鏡比、結(jié)構(gòu)保存指數(shù)對盆地的發(fā)育特征、沉降速率的變化進行研究，利用煤的揮發(fā)分產(chǎn)率和發(fā)熱量不同對巨厚煤層的煤體劃分對比。一定的成煤環(huán)境下可形成一定特征的煤巖和煤質(zhì)特征。雖然并不具有唯一指向性，但是對沉積環(huán)境的分析可以提供很好的支撐印證作用。本文運用煤巖學、沉積學和巖相古地理學和層序地層學領域的相關方法，分析得出趙家寨井田二煤層沉積環(huán)境與煤層的煤巖煤質(zhì)特征之間的關系，推測煤層的賦存規(guī)律，對煤炭資源的勘探和開采具有指導作用。

一、井田概況

趙家寨井田位于河南豫西新密煤田東部鄭州礦區(qū)，年產(chǎn)300萬噸的大型現(xiàn)代化礦井，井田面積50Km2，含煤地層為石炭系中統(tǒng)本溪組、上統(tǒng)太原組，二疊系下統(tǒng)山西組、下石盒子組和上統(tǒng)上石盒子組。其中山西組和太原組為主要含煤地層，二疊系下統(tǒng)山西組二1煤為主采煤層。本區(qū)二1 煤層埋藏深度一般為232～872.75m，平均383.16 m；賦存于山西組下部，上距砂鍋窯砂巖（Ss）42.59～93.88米，平均64.72米。下距L7 石灰?guī)r20.00～25.00米，平均22.28米，煤層厚度0～21.75 m，平均5.50 m，以厚煤層（>3.5 m）和中厚煤層（1.31～3.5 m）為主。

二、煤巖特征與沉積環(huán)境

（一）二1煤層的煤巖特征

通過煤層的顯微煤巖組分測試主要反映在物質(zhì)組成上，鏡質(zhì)組含量較高，占有機組分含量的94.8%，多為純凈的無結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體，微裂隙發(fā)育，呈揉皺、破碎特征。鏡煤最大反射率（€癿ax）平均為2.29%，PM和WY煤分別為2.20%和2.81%，絲質(zhì)組多為細胞遭強烈破壞的絲質(zhì)體，呈壓碎狀，個別可見木質(zhì)結(jié)構(gòu)保存較好。活性組分（活性組分=鏡質(zhì)組+半鏡質(zhì)組）較高，平均75%以上。

二1煤層中礦物質(zhì)均以粘土礦物為主，多呈侵染狀、團塊狀或微細層狀分布；黃鐵礦則呈團塊狀、球狀分布；碳酸鹽多呈裂隙充填物，少量為細脈狀；硫化物含量不高，氧化物類礦物含量甚微。

（二）煤巖特征與沉積環(huán)境的關系

煤的顯微組分特征和顯微煤巖類型是最重要的煤相識別標志，煤的顯微組成可以充分反映成煤植物群落、成煤氣候、成煤古地理以及泥炭聚集環(huán)境。在分析煤的沉積環(huán)境方面，煤顯微組分之間的相互組合關系是比單純的顯微組分更好的標志。二1煤層聚煤前屬潮坪環(huán)境，較平坦且呈緩坡狀向南東傾斜。隨著海水向南東撤退，井田二1泥炭層逐漸形成于潮坪基礎上的泥炭沼澤環(huán)境，聚煤后，地殼先快速沉降，本區(qū)淪為分流間灣環(huán)境，二1泥炭層得以保存，后緩慢上升，變遷為下三角洲平原，分流河道由北西向南東拓展。

三、煤質(zhì)特征與沉積環(huán)境分析

（一）二1煤的煤質(zhì)特征

二1煤層煤質(zhì)優(yōu)良，工業(yè)分析結(jié)果為：水分0.94%，灰分14.56%，揮發(fā)分產(chǎn)率14.56%，全硫0.43%，表現(xiàn)出低灰低硫的特點。元素分析結(jié)果為：碳含量89.92%，氫含量3.99%，氧硫總含量4.47%，氮含量1.62%，氫碳原子比0.541，表現(xiàn)出富碳貧氫、貧氮的特點。

煤質(zhì)工業(yè)分析顯示：二1煤層具有低灰、特低硫、低磷和高發(fā)熱量等優(yōu)質(zhì)煤的特點。灰分低，表明二1煤沉積時的泥炭沼澤環(huán)境相對封閉；硫分低，表明二1煤層不受海水影響，表現(xiàn)出陸相成煤的主要特點。煤中硫分高低不僅與成煤物質(zhì)和沉積環(huán)境有關，也與沼澤的覆水程度有關。本井田泥炭沼澤形成時期，沼澤覆水淺且具有活動性，水面波動頻繁，造成了弱氧化交替的沉積環(huán)境。三角洲被廢棄后發(fā)生泥炭沼澤化，泥炭聚集使湖灣覆水逐漸變淺，水流較為活動且成弱酸性，不利于硫化物的形成，導致本煤層中硫含量不高。

不同種類的灰成分95%源于煤中相應的礦物質(zhì)的燃燒作用，灰分與煤中所含礦物質(zhì)種類和數(shù)量上都具有一定的相關性。可以根據(jù)各類灰成分的產(chǎn)率來推測煤中所含礦物質(zhì)的含量及類型；再根據(jù)這些礦物質(zhì)的形成與聚煤環(huán)境之間的成因聯(lián)系，確定聚煤時期的沉積環(huán)境。

趙家寨井田二1煤層灰成分的分析結(jié)果表明，本煤層的灰分以SiO2、Al2O3為主，CaO、 Fe2O3為輔，并含有少量的TiO2、 MgO、 SO3、 K2O和Na2O。灰成分指數(shù)為0.21。

一般情況下，受海水影響的煤，F(xiàn)e2O3、CaO和MgO含量較高，其含量大于20%，其灰分指數(shù)大于等于0.23；而陸相煤層中SiO2和Al2O3含量高，其含量為75%～90%，其灰分指數(shù)小于等于0.22。本井田測試分析結(jié)果與陸相成煤的環(huán)境特點符合，與2012年胡斌等學者研究本區(qū)沉積環(huán)境屬潟湖—潮坪粉砂巖、泥巖相區(qū)，以粉砂巖、泥巖和煤為主，夾薄層砂巖的沉積環(huán)境是一致

四、結(jié)論

通過二1煤的煤巖煤質(zhì)特征與沉積環(huán)境的關系分析，得出如下結(jié)論：（1）從煤巖學角度對新密煤田趙家寨井田二1煤的煤巖組分進行分析，二1煤變質(zhì)程度較高，可以用于懸浮床氣化用煤和動力用煤。（2）運用煤的顯微組分，顯微煤巖類型之間的相互組合關系，探討二1煤的煤巖特征與沉積環(huán)境之間的關系，分析表明，二1煤層形成于潮坪環(huán)境，經(jīng)后期的構(gòu)造運動改造作用明顯。（3）煤質(zhì)分析結(jié)果表明，二1煤的灰分、硫分都比較低，反映二1煤在泥炭沼澤形成時期，形成于相對封閉的環(huán)境中，沼澤覆水淺且具活動性，水面波動頻繁，造成了弱氧化交替的沉積微環(huán)境。

參考文獻：

[1]莊新國.聊城礦區(qū)煤質(zhì)特征與形成環(huán)境[J].煤田地質(zhì)與勘探，1992，20（4）：6-9.

[2]莊新國，王生維.撫順、梅河口盆地分析中煤巖煤質(zhì)參數(shù)的應用[J].煤田地質(zhì)與勘探，1993，21（6）：1-5.

（作者單位：鄭州工業(yè)貿(mào)易學校）