貴州紅磚煤礦煤質(zhì)特征及成煤沉積環(huán)境

榮 偉

（貴州省煤田地質(zhì)局一四二隊）

紅磚煤礦位于貴州省黔西縣城東南約17 km處，行政區(qū)劃屬黔西縣谷里鎮(zhèn)。井田位于格老寨背斜南東翼及谷里向斜南端之間，總體為軸向北東向的向斜構(gòu)造。南東翼地層較緩，地層傾角5°～15°，北西翼地層傾角變化較大，地層傾角8°～50°。井田內(nèi)含煤地層為晚二疊世龍?zhí)督M，為海陸交互相碎屑巖夾碳酸鹽巖含煤沉積地層，厚173～237m。可采煤層有5 層（1、4、6、9、15 煤層），總厚度平均為11m，含煤系數(shù)為9.1%。井田內(nèi)煤屬中灰、中高硫、特低揮發(fā)分、中高發(fā)熱量無煙煤。

前人對煤中煤質(zhì)特征研究發(fā)現(xiàn)，煤質(zhì)特征包含的地球化學信息對解析該區(qū)域聚煤的沉積環(huán)境有著積極的意義［1］。通過紅磚煤礦勘探工作取得煤質(zhì)特征數(shù)據(jù)，分析評價該區(qū)域成煤的沉積環(huán)境。

1 煤巖特征與成煤環(huán)境分析

由表1 可知，紅磚煤礦內(nèi)各煤層鏡質(zhì)組反射率為2.89%～3.18%，煤化程度均為高煤級煤，表明各煤層變質(zhì)程度接近，煤種為單一的3號無煙煤。宏觀煤巖類型主要以半亮型煤為主，微觀煤巖類型均為微鏡惰煤。各煤層有機總量為78.18%～80.06%，鏡質(zhì)組為76.04%～81.81%，變化不明顯，各煤層生烴潛力可能較為接近。

單純煤巖顯微組分在煤層沉積成因上是良好標志，其組分之間的相互組合關系在煤相沉積環(huán)境判定上也有良好指向［2-3］。其中，鏡惰比（V/I）值可以揭示泥炭沼澤的環(huán)境，值越高，表示沼澤覆水越深，氧化環(huán)境越偏向還原環(huán)境，反之則相反。同時，黏土礦物與石英含量可反映沼澤水體的流通情況［4］。

井田內(nèi)煤的顯微組分均以鏡質(zhì)組為主，含量平均值為82.85%；惰質(zhì)組次之，平均值為17.15%；殼質(zhì)組最少，可以忽略（表1）。無機組分以黏土類礦物（平均值為14.66%）居多，硫化物類、氧化硅類和碳酸鹽類含量較少。鏡惰比V/I 在3.17～7.55，平均值為5.19。表明該區(qū)泥炭沼澤處于流通的、還原的、深覆水環(huán)境，有利于泥炭堆積。據(jù)程偉等［1］對貴州畢節(jié)地區(qū)晚二疊世的研究，勘探區(qū)位于潮控三角洲沉積與瀉湖—潮坪沉積過渡區(qū)域。結(jié)合煤巖組分分析，勘探區(qū)域沉積環(huán)境接近瀉湖—潮坪體系。

注：表中數(shù)據(jù)為平均值。

2 煤質(zhì)特征與成煤環(huán)境分析

2.1 硫分的成煤環(huán)境分析

井田內(nèi)層煤的原煤全硫（St，d）硫分為1.06%～4.87%，平均值為2.16%（表2）。根據(jù)煤炭質(zhì)量評級標準，4、9 煤層屬于中硫煤層，1、6、15 煤層屬于中高硫煤層。從平均值來看，原煤St，d平均值在縱向上趨勢為先減小后增加。煤中硫含量的高低與成煤物質(zhì)、沉積環(huán)境及沼澤的覆水程度有關。同時，不同煤層硫分含量在縱向上的變化趨勢是不同地質(zhì)歷史時期煤層受海水活動影響的結(jié)果［5］，該區(qū)域成煤龍?zhí)督M時期又主要經(jīng)歷2個大的海退與海進旋回，且煤中高硫分往往是海水侵入成煤場所造成的結(jié)果［6］。區(qū)內(nèi)1、4、15煤層硫分偏高，表明其受海水的影響強烈，而6、9 煤層則明顯偏弱。另外根據(jù)區(qū)內(nèi)含煤地層的巖性分布，1、4、15 煤層上部含有多段灰?guī)r，表明煤層形成時海水活動強烈，也映證硫分偏高；而6、9 煤層上部多發(fā)育粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖等，表明海水活動相對較弱。根據(jù)地層灰?guī)r標志推測，1、4 煤層形成于海水活動強烈時期，然后海水活動減緩，從6 煤層過渡到9煤層，最后15煤層活動又加強。因此，該區(qū)泥炭沼澤形成時期，受海水進退影響，造成了區(qū)內(nèi)煤中硫的含量先減小后增加。

各煤層煤中的形態(tài)硫以黃鐵礦硫（Sp，d）為主，占比80%。據(jù)程偉等對貴州畢節(jié)地區(qū)煤中形態(tài)硫組成的研究表明，形成于淺水溻湖一潮坪體系的中高硫煤中黃鐵礦硫占全硫的50%～80%［1］。綜合以上分析，該區(qū)煤層硫分組成表明區(qū)內(nèi)煤層成煤沉積為瀉湖—潮坪體系沉積。

注：表中數(shù)據(jù)橫線上方為最小值～最大值，橫線下方為平均值（取樣點數(shù)）。

2.2 灰分的成煤環(huán)境分析

根據(jù)《煤炭質(zhì)量分級第1 部分：灰分》（GB/T15224.1-2010）的規(guī)定，該區(qū)以中灰煤為主，從平均值來看，原煤灰分平均值在縱向上趨勢為先減小后增加，與硫分平均值的縱向變化趨于一致。一般來說，灰分大小受古地理環(huán)境影響，如地勢起伏、河流分布、潮汐作用、陸源物質(zhì)供給。區(qū)內(nèi)煤層夾矸一般為泥巖、粉砂巖、無粗碎屑巖，說明泥炭堆積期未曾遭受河流沖刷及溢岸作用，因此潮汐作用造成的沼澤水位變化是灰分變化的原因。結(jié)合該區(qū)域成煤龍?zhí)督M時期經(jīng)歷2個大的海退與海進旋回，區(qū)內(nèi)各煤層灰分變化受海水進退以及潮汐影響，產(chǎn)生先減小后增加的變化。

2.3 煤灰的組成變化規(guī)律與成煤環(huán)境分析

煤的灰分與煤中所含礦物質(zhì)具有一定的相關性，灰分組成參數(shù)能夠較好地反映聚煤時期的古鹽度、氧化還原條件、古氣候、水動力條件等環(huán)境信息［7-8］。該礦物通常以氧化物的形式來存在，因此利用SO3∶Fe203、CaO∶MgO、CaO∶Fe203及（Fe203+CaO+MgO）∶（SiO2+A12O3）等灰分指標來反映泥炭聚集時的介質(zhì)條件［7］。各煤層煤灰組分和古環(huán)境、古氣候的對比見表3。

注：表中數(shù)據(jù)橫線上方為最小值～最大值，橫線下方為平均值（取樣點數(shù)）。

一般而言，SO3∶Fe203、CaO∶MgO、CaO∶Fe203的比值分別反映氧化還原條件、成煤氣候條件、沉積水介質(zhì)鹽度條件［8］。據(jù)葉代敏等研究認為，灰成分指數(shù)K≥2.3，則煤層成煤環(huán)境為受海水影響的泥炭沼澤，反之，則為陸相泥炭沼澤［9］。各煤層灰成分指數(shù)再次表明煤灰組成特征屬于沼澤環(huán)境。

根據(jù)區(qū)內(nèi)主要煤層的煤巖、硫分、灰分等煤質(zhì)特征，并結(jié)合區(qū)域內(nèi)沉積環(huán)境地質(zhì)背景，認為1、4、15煤層形成于受海水影響程度較大、古氣候環(huán)境潮濕的瀉湖相泥炭沼澤環(huán)境，而6、9煤則形成于受海水影響程度較小、古氣候環(huán)境為潮濕的潮坪相泥炭沼澤環(huán)境。

3 結(jié) 論

（1）紅磚煤礦勘查區(qū)煤的顯微煤巖組分均以鏡質(zhì)組為主，黏土類礦物平均為14.66%，鏡惰比平均值為5.19%，泥炭沼澤處于流通的深覆水流還原環(huán)境，成煤沉積環(huán)境屬于瀉湖—潮坪體系。

（2）紅磚煤礦勘查區(qū)煤的硫分較高，為中高硫煤，各煤層受海水的影響，表現(xiàn)出海陸相交互成煤的特點，成煤沉積環(huán)境屬于瀉湖—潮坪體系。

（3）紅磚煤礦勘查區(qū)煤的煤灰分以中灰煤為主，受海水進退以及潮汐影響產(chǎn)生先減小后增加的變化，灰分組分則顯示其特征屬于沼澤環(huán)境。

（4）紅磚煤礦勘查區(qū)的區(qū)內(nèi)煤中煤巖、硫分、灰分特征組分參數(shù)在縱向上變化趨勢一致，可反映龍?zhí)督M時期成煤沉積環(huán)境變化。

（6）1、4、15 煤層形成于受海水影響程度較大、古氣候環(huán)境潮濕的瀉湖相泥炭沼澤環(huán)境，而6、9煤則形成于受海水影響程度較小、古氣候環(huán)境為潮濕的潮坪相泥炭沼澤環(huán)境。