淺析王坡井田太原組含煤地層特征

劉志成

（山西省地質勘查局二一二地質隊，山西長治046000）

煤炭為山西省最主要的礦產資源，其開采歷史悠久，多年來3號煤層多已被開發，甚至資源已經枯竭，逐漸向埋藏較深的煤層延伸。隨著開采深度的增加，多數井田煤層厚度、賦存狀態、構造發育程度均發生較大變化。本文主要結合當前勘查成果，基于以往研究方法，通過綜合分析，簡要總結了太原組含煤地層沉積特征、地層含煤性及控煤因素。

1 區域地質概況

王坡井田位于沁水煤田晉城煤炭國家規劃礦區中東部，本井田地層分布自東向西由老至新，懸壺南—東大陽一線北西側出露奧陶系地層，由該線向北西依次出露石炭系、二疊系地層，三疊系地層主要出露于北部固縣一帶。井田內大部出露二疊系上統上石盒子組地層，中部、中南部廣泛分布二疊系上統石千峰組，第四系分布于山梁、河谷及其兩側階地。王坡井田位于沁水復式向斜坳陷南端，陽城西哄哄—晉城石盤東西向斷裂帶以北、沁水復式向斜盆地南緣東西—北東向斷裂帶及晉（城）—獲（鹿）褶斷帶之間。井田地層總體構造形態為一走向北北東，傾向北西，地層傾角一般3°～10°的單斜構造；井田發育有緩傾斜的向、背斜構造和走向北東東的正斷層，井田內未見巖漿巖，構造簡單。見圖1。

2 太原組含煤地層特征

太原組為一套海陸交互相含煤地層，巖性以石灰巖、砂巖、粉砂巖、粉砂質泥巖、泥巖、煤為主。地層厚63.96～122.32m，平均厚為82.92m。

太原組含灰巖標志層5～6層，均為海相灰巖，灰巖間巖性為砂巖、泥巖和煤，充分說明地殼多次發生振蕩活動，海進活動間歇期形成陸相和過渡相沉積，從而導致海陸交替變化，所以本組具有多旋回結構的特征，形成層厚不等的煤層。成煤好壞和煤層的穩定性等與沉積旋回的發育程度和成煤時期環境的穩定程度有關[1]。因此我們可以根據含煤地層的巖性特征和賦煤情況，劃分沉積旋回，從下至上依次劃分5個旋回。第Ⅰ沉積旋回發育好，厚約18m，沉積厚度大，以15號煤層為主，含煤性好（僅局部可見14號煤）；第Ⅱ沉積旋回發育好，厚約6m，沉積厚度較小，本旋回賦存厚度較小的13號煤層，本煤層層位穩定、分布普遍，但是不可采；第Ⅲ沉積旋回發育較好，賦存層位穩定、分布較普遍的11、12號煤層，本組煤層易于對比；第Ⅳ沉積旋回不發育，主要含8-1、8-2、9、10號煤層，僅局部見7號煤層，煤層均不穩定，不易對比，為復煤組；第Ⅴ沉積旋回不發育，含煤性差，以5號煤層為主，僅個別點含6號煤層，煤層不穩定，不易對比。本組灰巖、泥巖中普遍存在生物、植物化石，灰巖中以腕足類、腹足類、珊瑚類及蜓類等生物碎屑化石為主，泥巖中以尖蘆木、楔葉、卵脈羊齒、脈羊齒、節羊齒等植物化石為主。見圖2。

太原組含5、6、7、8-1、8-2、9、10、11、12、13、14、15號煤層，共計12層，煤層平均總厚為5.90m，含煤系數7.12%。其中15號煤層為全區可采的穩定煤層，厚2.33～5.48m，平均厚3.40m，含煤系數4.10%；9號煤層為極不穩定煤層，煤層厚度變化無規律，厚度較大的地段普遍含一層夾矸。其余煤層均為不可采煤層。

圖1 王坡井田構造綱要圖

圖2 太原組含煤地層沉積旋回及賦煤層位示意圖

3 太原組15號煤層賦存特征

井田內太原組穩定可采煤層為15號煤層。15號煤層位于太原組下部K2灰巖下，上距3號煤層底82.19～99.35m，平均87.31m，下距O2灰巖頂為2.25～25.76m，平均9.44m，煤層最厚5.48m，最薄2.33m，平均3.40m，可采性指數為1，厚度變異系數為23.42%。煤層穩定，屬全區可采的穩定煤層。

煤層直接頂板為K2石灰巖，有時可見薄層炭質泥巖偽頂，底板為泥巖或鋁土質泥巖，局部為粉砂質泥巖，有時可見薄層炭質泥巖偽底。煤層結構簡單，一般含0～2層夾矸，厚0.05～0.35m，夾矸成分為泥巖或炭質泥巖。夾矸多位于煤層的中、下部。

4 太原組沉積相特征及古地理

4.1 沉積相特征

在太原期，沁水盆地北部發育下三角洲平原相，中部和南部為瀉湖相，東南部主要為濱外碳酸鹽巖陸棚相，在晉城一帶為障壁砂壩相分布區，富煤地帶多與砂巖富集帶相吻合，似于北部下三角洲平原和南部障壁砂壩地區[2]。地殼運動具有持續性、周期性等特點，太原組地層沉積是緊接本溪組海進開始，經歷高潮，最終海退的環境演化過程中形成的，構成了若干個完整的次級海進—海退沉積序列，在不同階段形成了不同巖性組合特征的沉積地層。

王坡井田太原組巖性以含生物碎屑灰巖、砂巖、粉砂質泥巖、泥巖及煤層（線）為主，呈互層狀產出。石灰巖（K2、K3、K4、K5、K6等灰巖）屬于濱外碳酸鹽陸棚相，識別主要標志是含大量腕足類、蜓類等動物化石，局部可見交錯層理；石灰巖間可見灰黑色泥巖、粉砂巖及砂巖交替出現，局部含有鋁土質、菱鐵質鮞粒和黃鐵礦結核，具有水平層理，局部呈透鏡狀產出，屬于瀉湖相；太原組中的中細粒砂巖磨圓程度呈亞圓形—圓形、分選性中等—好，垂向上為逆粒序，粒度向下逐漸變細，交錯層理均為低角度產出，以此確定應屬于障壁砂壩相。另外，靠近太原組頂部，可見向上逐漸變粗的三角洲前緣河口壩砂巖。

據此確定太原組的旋回結構以及演化模式，從泥炭沼澤相開始向上逐漸演化為濱外碳酸鹽陸棚相、障壁砂壩相、瀉湖相及三角洲相。

4.2 古地理環境及聚煤模式

沁水煤田在構造背景上屬于華北地臺中帶。由于中石炭世的填平補齊作用，晚石炭世早期大范圍內表現為海陸交互相覆水較淺的的古地理景觀，主要發育障壁—瀉湖及濱外碳酸鹽巖陸棚沉積體系。聚煤模式與沉積體系密切相關。太原組中出現的障壁島，也可以稱之為障壁砂島或砂壩，是平行或近平行于海岸并高出海面的狹長形砂體，因其對廣海海水的隔擋作用而成為瀉湖的屏障[3]。瀉湖水體流動受限，水動力條件以潮汐為主，水能量變小。瀉湖周圍的寬緩地帶，多形成潮坪沉積。因為地形平緩、潮汐水位升降的幅度較小，所以在平面上多形成廣闊的潮間帶。位于潮坪的潮上部分稱為潮上坪，其分布范圍更加廣泛，在氣候濕潤和植被繁盛的條件下，可發育泥炭沼澤，從而形成良好的聚煤環境，進而形成了全區穩定可采的15號煤層的堆積，煤層具有層位穩定、厚度中等、低灰、高硫等特點。本區聚煤模式為島湖—潮坪聚煤環境模式。參考王保玉等人研究成果（2015年，《山西沁水盆地東南部上石炭統—下二疊統太原組聚煤環境》）繪制區內島湖—潮坪聚煤環境模式圖。如圖3所示。

圖3 島湖—潮坪聚煤環境模式圖

5 結論

通過剖析井田內太原組含煤地層的時間演化和空間分布等沉積特征，研究太原組聚煤古地理環境及聚煤模式，取得以下幾點認識：

（1）穩定的構造背景是前提。石炭系整個板塊沉降緩慢、構造環境相對較穩定，為15號煤形成創造了一個穩定的構造背景。

（2）良好的聚煤環境是保證。島湖—潮坪聚煤環境模式，為聚煤提供了廣闊而又適宜的環境條件，所以15號煤層具有分布廣、層位穩定、層厚適中等特點。

[1] 袁素偉.淺析老龍灣井田含煤地層特征[J].西部探礦工程，2016（7）:133-135.

[2] 邵龍義,肖正輝,何志平,等.晉東南沁水箍地石炭二疊紀含煤巖系古地理及聚煤作用研究[J].古地理學報,2006，8（1）:43-52.

[3] 王保玉,胡斌,白建平,等.山西沁水盆地東南部上石炭統—下二疊統太原組聚煤環境[J].古地理學報,2015，17（5）:677-688.