永隴礦區綠色煤炭資源開發潛力分析與評價

張 微，李 鵬，高 莎，葛勝偉

(陜西省一八六煤田地質有限公司，陜西 西安 710065)

0 引言

2018年，袁亮院士首次提出了“綠色煤炭資源”的概念[1]，綠色煤炭資源是指在當前先進技術條件下，資源稟賦條件適宜，能夠實現安全高效開采、生態環境友好，能被清潔高效利用，具有經濟競爭力的煤炭資源。我國煤炭資源總量豐富，達58 260億t，按照綠色煤炭資源綜合評價指標估算，目前已經勘探評價的綠色保有資源量達9 988.92億t，占全國保有總量的50%，占煤炭資源總量的16.7%。但綠色煤炭資源普、詳查勘探程度低，基礎儲量偏低，且集中分布于晉陜蒙(西)寧和北疆[2-5]。當前，綠色煤炭資源儲量并不清晰，成為制約我國煤炭資源清潔高效開發利用的重要因素[6-7]。

永隴礦區泛指永壽至隴縣一帶廣大區域，為黃隴煤炭基地的一部分，主要位于寶雞地區北部，咸陽地區西部，橫跨隴縣、千陽、鳳翔、麟游、永壽、彬州6個地區，整個永隴礦區東西長約125 km，南北寬約35 km，總面積3 160 km2。永隴礦區煤炭資源的開發始于明代，歷史悠久。老窯主要分布于娘娘廟(東風鎮)、戚家坡桃園溝、窯場溝、老虎溝等煤系出露或埋藏較淺的地段。東部城銘窯、北馬坊等地有小煤窯及小煤礦，開采歷史較早，小煤窯因各種原因無法生產而停采。區內現有生產礦井4個，即招賢煤礦、郭家河煤礦、崔木煤礦及平遙興發毛家山煤礦；已停產生產礦井為拜家河煤礦；已閉坑生產礦井為北馬坊煤礦和戚家坡煤礦；目前處于礦井建設有碾子溝煤礦、園子溝煤礦。

1 地質特征

1.1 地層

永隴礦區的地層區劃屬華北地層區、鄂爾多斯盆地分區，根據以往的地質填圖及鉆孔揭露顯示，地層由老到新依次為：三疊系中統紙坊組(T2z)、銅川組(T2t)、上統胡家村組(T3h)，侏羅系下統富縣組(J1f)、中統延安組(J2y)、直羅組(J2z)、安定組(J2a)，上統芬芳河組(J3f)，白堊系下統宜君組(K1y)、洛河組(K1l)、華池組(K1h)、羅漢洞組(K1lh)、涇川組(K1j)，古近系(E)，新近系(N)及第四系(Q)。

1.2 構造

區域構造：永隴礦區位于鄂爾多斯盆地西南邊緣，大地構造位置為華北地臺(Ⅰ)鄂爾多斯臺坳(Ⅱ)渭北隆起區(Ⅲ)，其西臨青龍山—云霧山褶斷帶，南臨渭河斷陷，北部與天環坳陷和陜北斜坡相接。總體構造形態呈向北緩傾斜，向南部微翹起的大型弧狀單斜，各時代地層出露由南向北依次變新。

永隴礦區西部與賀蘭六盤沉降帶毗鄰，西南與秦祁加里東褶皺帶接近，因此，除受地臺與賀蘭六盤沉降帶控制外，尚在一定程度上受秦祁地槽的影響，故造成礦區東西兩部分構造的明顯差異。根據“隴東南部重力布格異常圖”中重力曲線布格特征，以普社—范家寨一線將礦區分為東西兩部分。西部屬地臺邊緣沉降帶，受賀蘭六盤沉降帶和秦祁地槽影響強烈，斷裂褶皺均較發育，構造線方向呈NW—SE向展布；東部屬地臺邊緣撓褶帶，主要受地臺控制，故僅以褶皺為主，構造線方向呈NEE—近東西向。

礦區構造特點：礦區自南而北的次一級構造表現為一組背、向斜相間排列的褶曲構造。構造線方向自西而東由北西向轉為北東向，與盆地邊緣方向—致。

礦區東部以褶皺構造為主，背斜多為似箱狀背斜，軸部又發育有次一級小背斜。向斜多為似屜狀向斜，內部亦伴生有次級短軸背斜。背斜褶曲兩翼產狀多具有北陡南緩的特點。褶皺樞紐雖有起伏，但總的看來，是逐漸向西傾伏。比如太峪背斜，東端軸部出露地層為三疊系，向西為洛河組，至折靈溝樞紐又抬起，軸部出露安定組。基本吻合三疊系、侏羅系與白堊系3個構造層的構造上下疊置關系，只是褶曲幅度自下而上逐次減小而已，說明印支期褶曲奠定了構造基本輪廓，燕山期構造具有繼承性。

礦區西部，褶皺構造緊密，且呈現向北西方向收斂，向東南方向撒開的特點。白堊系地層常因層間滑動擠壓形成一系列波狀起伏和明顯的小背向斜褶曲構造。斷裂構造較發育，南北向斷層、北東東向斷層切割了北西向斷層，共同組成了新生代坳陷(隴縣—千陽坳陷)的控制構造線，這些斷層均為基底斷裂。它們是蓋層沉積分布和蓋層構造形成的控制因素。斷裂之間都分布著同向的中、新生代坳陷，內部發育了次一級寬緩狀褶曲和中、小型斷裂以及更低級伴生構造。在不同斷裂帶之間，具有不同特色的侏羅系建造沉積。如芬芳河組僅分布在草碧—關山正斷北側；直羅組又以厚達500 m以上分布在水溝—千陽正斷層和草碧—關山正斷層之間。

在礦區西部，白堊系與侏羅系分屬兩個構造層，因而其構造特征有所不同。侏羅系構造形成于燕山期，表現為似箱狀褶曲；白堊系構造形成于喜山期，表現為寬緩狀褶曲。侏羅系與煤系基底三疊系構造基本—致，即向斜帶內沉積厚，背斜帶沉積薄或缺失。白堊系構造是在侏羅系沉積剝蝕基礎上發育起來的，與三疊系基底構造差異性明顯，常超覆于侏羅系各地層或三疊系之上，因而構造趨于簡單化。

三疊紀以來，各期構造運動發展，雖以振蕩運動為主。但與盆地本部對比，礦區具有較大的活動性與明顯的差異性。中生代及其以后的構造活動性遠較盆地強烈，構造分異作用顯著，隆起與坳陷的幅度也較大，因此中、新生代沉積的地層也比較全，比較厚；中生代以前，隆起持續的時間較長，沉積缺失與后期剝蝕均較劇烈，因此缺失地層也較多。尤其是礦區西部，受早期燕山運動影響較大，三疊系、侏羅系發生褶皺、斷裂發育，與上覆白堊系呈角度不整合接觸，因而給煤田普查與勘探造成了極大的困難。

1.3 含煤地層

延安組為永隴礦區含煤地層。早期為泥炭沼澤相含煤碎屑巖沉積、中期為河床—漫灘相夾泥炭沼澤相含煤碎屑巖沉積，晚期為河床—漫灘相碎屑沉積。巖性為灰、灰白、深灰色泥巖、砂質泥巖、粉細砂巖與灰白色中粗粒砂巖互層，構成多個沉積旋回。自下到上分為三段，第一段、第二段夾炭質泥巖含可采煤層，厚度0～366.52 m(見于礦區西部的隴縣勘查區)。上覆直羅組有沉積間斷，頂部有顯著的古風化剝蝕面，部分地段缺失上段地層，呈平行不整合接觸；與下伏銅川組或富縣組呈平行不整合接觸。

2 煤層及煤質

2.1 可采煤層

2#煤層位于延安組第二段，見煤層厚度0.15～15.86 m，平均3.11 m，一般為中厚煤層，個別地段為巨厚煤層，局部地段分岔為2～4個分煤層，最厚可達12.80 m(園子溝2-1煤)。含煤可采面積可達228 km2，全區局部可采。大部分見煤點不含夾矸，一般含1～2層夾矸，最多含9層夾矸(位于崔木煤礦內)。因此，2煤層屬簡單-中等結構煤層，為較穩定煤層。

3#煤層位于延安組第一段，見煤層厚度0.18～34.20 m，平均7.40 m，一般為厚煤層，個別地段為巨厚煤層，局部地段分岔為2～4個分煤層，最厚可達12.74 m(園子溝3-1煤)。含煤可采面積可達340 km2，全區大部可采。一般含1～4層夾矸，最多含14層夾矸(位于麟游東部勘查區內)。因此，3#煤層屬較簡單-中等結構煤層，為較穩定煤層。

2.2 煤質

宏觀煤巖類型：2#煤層以半暗型煤為主，次為亮煤，夾鏡煤條帶或透鏡體，3#煤層上部以半暗型煤為主，夾暗淡型及半亮型煤，下部以半亮型煤為主，夾半暗型煤。

工業分析見表1。

表1 煤層工業分析主要指標

煤層原煤空氣干燥基水分(Mad)平均值為6.11%～9.82%之間，一般值為6%～7%。各煤層浮煤水分一般值在5.0%～6.0%之間；煤質以不粘煤31號(BN31)為主，長焰煤41號(CY41)次之。屬低灰、中高-高揮發分、特低硫-低硫、低磷-中磷、中等軟化溫度灰、中高發熱量煤，是良好的綠色環保型動力用煤。

3 聚煤規律及控煤因素分析

3.1 盆地聚煤特征

鄂爾多斯盆地的第一世代是印支運動之后，燕山運動Ⅰ幕之前形成的早侏羅世晚期和中侏羅世早期含煤沉積，即富縣組和延安組。該世代的盆地主要被沖積體系、湖泊體系的沉積物充填。沉積環境配置表明，盆地的西緣和北緣部分地區發育小型濕地扇，沉積物以礫巖和砂礫巖為主；內陸淡水湖泊沉積體系主要分布于洛河、葫蘆河附近，以及大理河與無定河之間。沉積物以泥巖為主，砂巖含量很低，一般不含煤。在上述沖積扇與湖泊體系沉積之間，廣泛發育由天然堤限定的河道和岸后泛濫盆地為代表的河流沉積體系，形成環繞湖泊的三角洲沉積。

形成于第一世代盆地的構造條件比較穩定，加之泛濫平原、廢棄三角洲、阻礙差異壓實的大量決口扇砂體的存在以及適宜的古氣候和古植被條件，導致了泥炭沼澤堆積的廣泛發育。沉積體系分析表明，河流(主要是曲流河)和湖泊三角洲沉積體系是最為主要的含煤沉積體系，前者的成煤環境是天然堤限定的岸后泛濫盆地，后者主要是廢棄的三角洲朵體。湖盆水體深，非成煤環境，形成無煤區。由于燕山運動第Ⅰ幕在盆地范圍內的構造變動十分微弱，第二世代盆地的基本構造面貌和范圍沒有發生根本性改變，只是古氣候條件發生變化，使得聚煤作用消失，從而結束了聚煤盆地的演化史。

延安組為主要含煤層位，所含煤層以厚度大、煤質優良而著稱。該組共發育5個煤組，每個煤組由1～7個煤層組成。由于不同地域的古構造和古地理等方面的差異，導致沉積環境和泥炭沼澤特點的重大差異，使得不同地區的煤層層數和厚度分布各不相同。但總體上講，主要可采煤層是向盆緣分叉、向湖盆中心變薄尖滅的。

永隴礦區主要可采煤層發育于含煤巖系下部偏底部，基底古地理隆凹相間，煤層發育在基底起伏的低洼地帶，填平補齊呈豆莢狀，形成了厚此薄彼的沉積響應，故煤層穩定性和連續性較差。影響煤層賦存最重要的因素是在直羅組與延安組之間有沉積間斷，造成延安組上段大部被剝蝕，僅保留了中、下含煤段及2#、3#煤組，并在古背斜的軸部出現了局部剝蝕無煤區。

3.2 控煤因素分析

古地貌控煤因素分析：三疊系中統銅川組頂面古地貌形態是控制煤層聚積的前提，凹陷區煤層沉積厚，隆起區煤層沉積薄或無沉積，規律性明顯。3#煤層(組)沉積主要受古地貌(構造)控制。但由于沉降速度的差異，也影響著煤層本身厚度及特征。

古環境控煤因素分析：古環境對聚煤控制主要表現為煤體形態，如2#煤層(組)主要在覆水不深的河漫沼澤體系下沉積，同時受到古河道作用，一方面給泥炭沼澤帶進泥砂，另一方面又將植物碎屑帶進來，使煤層沉積較厚、且多含夾矸。

綜上所述，3#煤層(組)是以古地貌控煤因素為主，2#煤層(組)是以古地貌和古環境控煤因素共同作用的結果。

3.3 煤層沉積規律

永隴礦區屬間河道洼地聚煤環境，煤層沉積主要受洼地基底構造活動和洼地古河流的影響。煤層沉積的主要規律是：①煤層厚度從聚煤洼地中心向邊部逐漸變薄或尖滅；②煤層從聚煤洼地中心向邊緣分叉或結構漸復雜；③煤層埋藏深度從東往西逐漸加深。

4 資源潛力預測

4.1 空白區塊資源預測

永隴礦區西部李家河勘查區以南、戚家坡煤礦外圍勘查區以東北的空白區和原千陽北部空白區，根據以往施工的鉆孔和地震資料，煤層埋藏較深，目前的開采水平，開發難度大。

永隴礦區東部崔木煤礦以東空白區，據以往資料顯示，東部是古隆起區，拜家河一帶有含煤地層延安組出露，碾子溝煤層埋藏較淺，充分說明東部是古隆起地貌，不具備大面積煤層沉積條件，不排除局部小范圍煤層沉積，今后可布置少量鉆孔進行驗證。針對永隴礦區礦權周邊的空白區，為了煤層的連續性，根據以往勘查資料，通過對空白區的可采煤層尖滅線、最低可采邊界線趨勢分析和推斷，對這部分的空白區進行了資源儲量預測(圖1、圖2)。

圖1 2#煤資源儲量賦存范圍示意圖

圖2 3#煤資源儲量賦存范圍示意圖

4.2 空白區塊資源預測結果

通過對永隴礦區資源量的統計和預測，永隴礦區內賦存豐富的煤炭資源約52億t。永隴礦區空白區潛在資源量約3億t，其中，西部空白區煤炭潛在資源量約1億t，中部空白區潛在資源量約1億t，東部空白區煤炭潛力資源量約為1億t。永隴礦區內埋深在1 000～1 200 m范圍內資源量約為2億t。

5 結語

結合區域地質，歸納永隴礦區地質構造，區內構造相對簡單，地層產狀較為平緩，傾角4°～10°，構造面貌呈向北緩傾斜的單斜形態。2#煤層、3#煤層為中厚-巨厚煤層，3#煤層屬全區大部可采煤層，2#煤層為局部可采煤層。2#煤層屬結構簡單-中等煤層，3#煤層屬結構較簡單-中等煤層。2#、3#煤屬低灰、中高-高揮發分、特低硫-低硫、低磷-中磷、中等軟化溫度灰、中高發熱量，礦區內煤層以不粘煤31號(BN31)為主，長焰煤41號(CY41)次之，是環保型動力用煤。

根據區域沉積環境演化規律及聚煤特征、控煤因素分析研究，結合二維地震勘探資料成果分析認為，永隴礦區在已有礦權外，還賦存有豐富的綠色煤炭資源，仍具有勘探及開發潛力。鑒于礦區煤層厚度及分布變化較復雜，建議進一步對預測的埋藏深度小于1 000 m的潛力區域進行地質勘查，詳細查明資源賦存特征，為永隴礦區開發規劃提供可靠的地質依據。

致謝：

論文在撰寫過程中得到我院李亮工程師、楊宏科正高級工程師的支持和幫助，在此深表感謝！