河東煤田桑峨井田含煤地層沉積環境及煤層賦存特征研究

李永高，孫國忠

（1.中國煤炭地質總局 第一勘探局，河北 邯鄲 056004；2.北京大地高科地質勘查有限公司，北京100040）

河東煤田位于黃河中游呂梁山西麓鄂爾多斯盆地東部邊緣，為南北近走向，傾向西的隱伏煤田，整體呈南北長東西窄的條狀展布[1]。地理位置上由南向北跨越運城、臨汾、呂梁、忻州4 個地區，含煤面積約1.6 萬km2，是我國重要的焦煤產地[2]，從北到南擁有4 個國家級煤炭規劃礦區，包括晉北、晉中2 個國家級煤炭生產基地。

桑峨井田位于山西省西南部臨汾市吉縣境內，南起王家河—灣里一線，東北部止屯里林場—后圪臺，東南部草坡灘—石窯店，西至毛家莊，東西長9.2~14.6 km，南北寬走向寬13.7~19.6 km，面積189.87 km2。含煤地層從下至上分別為石炭系中統本溪組、石炭系上統太原組以及二疊系下統山西組，含煤地層總厚度約142 m 左右，共含煤10 層，煤層總厚度11.3 m，含煤系數7.9%，其中主要可采煤層3 層，可采總厚5.5 m，可采含煤系數5%。

本文在以往研究成果基礎上，結合本井田煤炭資源勘探成果，對煤系、含煤地層、主要可采煤層賦存特征進行分析研究，為煤炭資源的開發利用提供了依據。

1 地質概況

桑峨井田位于華北地臺之鄂爾多斯斷塊東緣的晉西坳緣帶南段關王廟北東向褶帶的東部。晉西坳緣帶（即河東煤田） 是我國著名煉焦用煤產地，其西與伊陜單斜區呈過渡關系，東隔離石斷裂帶與山西斷塊的呂梁塊隆相鄰，南以鄉寧斷撓帶與臨汾—運城新裂陷相望。關王廟北東向褶帶位于鄂爾多斯盆地東緣晉西坳緣帶（河東煤田） 的南段，帶內地層總體向北西傾斜，最邊部出露變質結晶基底，顯示了邊緣撓起帶的特征。

井田位于鄂爾多斯斷塊東部，河東斷褶帶西帶南段，受紫荊山斷褶帶的影響和控制，該區為地層走向為NE，向NW 傾斜的單斜構造，傾角一般為6°～15°，在此基礎上發育與走向大致平行的短軸褶曲，斷層不發育，未發現陷落柱及巖漿巖侵入，構造簡單。區內主要有武莊向斜、武莊背斜及落差大于30 m 的斷層1 條，小于30 m 的斷層2 條。

該區屬掩蓋—半掩蓋區，基巖僅沿溝谷出露。出露地層有上二疊統上石盒子組、石千峰組，三疊系下統劉家溝組、和尚溝組、二馬營組，新生界地層覆蓋在不同時代的地層之上。經鉆孔揭露的本井田地層從下至上分別為奧陶系中統馬家溝組、奧陶系中統峰峰組，石炭系中統本溪組、石炭系上統太原組，二疊系下統山西組、二疊系下統下石盒子組、二疊系上統上石盒子組、二疊系上統石千峰組，三疊系下統劉家溝組、三疊系下統和尚溝組以及第四系地層，主要含煤地層為山西組和太原組。

2 含煤地層賦存特征

2.1 山西組地層賦存特征

二疊系下統山西組為該井田主要含煤地層，為一套以河控三角洲上的平原環境為主的含煤沉積建造，本組地層厚度32.50 ~ 59.50 m，平均厚度45.21 m，由東向西呈增厚趨勢（圖1），與下伏太原組為連續沉積的接觸關系。

圖1 山西組厚度等值線圖Fig.1 Thickness contour of Shanxi Formation

下部為以河控三角洲上的平原環境為主的沉積，由于沉積環境較穩定，沼澤化持續時間較長，對聚煤作用十分有利，形成了層位穩定，厚度較大的2 號、3 號煤層，但是沿著分流澗灣地帶的水體較淺，水深變化較大，局部地段出現2 號煤層的分叉現象。巖性以中細粒砂巖、粉砂巖、泥巖為主，一般含煤2 ～3 層（2 號下、2 號、3 號煤層），其中2 號煤層為穩定的大部可采煤層，3 號煤層為較穩定的大部可采煤層。從K7 砂巖起至2 號煤層頂板砂巖，厚5.85 ～26.93 m，平均14.92 m。2 號煤頂板含有豐富的植物化石，主要有Sphenophyllum sp. Labatannuaria sinensis， Teniopteris multinervis，Emplectopteris sp.等。

上部為三角洲平原分流河道遷移而形成的分流間灣溢岸沉積。由于所形成的泥炭沼澤不斷變遷，形成以發育不穩定的夾薄煤層（1 號上、1 號、2 號上煤層） 及以砂巖、粉砂巖、泥巖為主的沉積，該段從2 號煤頂板砂巖起至K8 砂巖底界，厚14.73 ～40.22 m，平均26.20 m。

2.2 太原組地層賦存特征

該組地層厚39.40 ～96.35 m，平均厚度66.17 m，含煤系數4.05%，由西向東呈增厚趨勢（圖2、圖3），含煤5 ～7 層，煤層總厚0.75 ～5.91 m，平均2.68 m，9 號煤層為大部可采的較穩定煤層，為該區主要可采煤層，平均厚度1.43 m，可采含煤系數2.16%

圖2 太原組厚度等值線圖Fig.2 Contour map of Taiyuan Formation thickness

圖3 太原組巖性特征、標志層及煤層編號示意Fig.3 Lithological characteristics,marker bed and coal seam numbering of Taiyuan Formation

太原組為該井田主要含煤地層之一，屬于潮坪—碳酸鹽臺地沉積，據巖性組合及沉積環境可劃分為3 段。下段屬潮坪及泥炭沼澤間有局限臺地沉積，底部為灰—灰白色細粒砂巖（K1） 與下伏本溪組連續沉積，主要巖性為灰—深灰色泥巖、砂質泥巖夾深灰色細粒砂巖薄層，該段厚度7.10（S901） ～36.05 m（S603），平均21.77 m，含煤2～3 層，其中9 號煤層為穩定的主要可采煤層之一，由于受局限臺地的影響煤層厚度變化較大，頂板 含 植 物 化 石， 主 要 有 Neuropteris ovata，Pecopteris orientalis，Sphenophyllm sp.等。

中段屬淺水碳酸鹽臺地潮坪沉積，從K2 石灰巖底板至K4灰巖底界，厚度11.46（S1301） ～25.72 m（S1104），平均17.21 m。巖性由石灰巖、泥巖、砂質泥巖、粉砂巖組成，含石灰巖3 層（K2、K3、K4） 薄煤2 層（6 號、7 號煤層），一般不可采。K2石灰巖厚度約7 m，深灰色—灰黑色厚層狀含有燧石結核，產豐富的動物化石，主要有蜒類Triticites sp.Schwagerina sp.Quasifusulina sp.，腕足類 ： Chonetes sp.Dictyoclostus taiyuanfuensis，Choristites sp.等。

上段為砂坪—泥坪及泥炭坪沉積，從K4 灰巖至K7 砂巖，厚10.05（S1406） ～35.13 m（S1409），平均27.24 m，巖性為深灰色—灰黑色粉砂巖、砂質泥巖，夾薄層細砂巖及煤層1 ～2 層（5 號、6號煤層） 一般不可采，6 號煤層頂板含較豐富的植物化石。

3 主要可采煤層特征

該井田含煤地層為二疊系下統山西組，石炭系上統太原組及中統本溪組，含煤地層總厚約142 m，共含煤10 層，煤層總厚度約11.3 m，其中主要可采煤層3 層，分別為2 號煤層、3 號煤層及9號煤層。

3.1 2 號煤層特征

位于山西組下部，上距2 號上煤層0.87 ～15.21 m，平均4.63 m。見煤點136 個，可采點132個，不可采點4 個，可采性指數0.97，煤厚變異系數31%。煤層厚度0.60 ～4.47 m，平均厚度2.62 m，總體上井田中部較厚，向東南、西部逐漸變薄，為薄—厚煤層，以中厚煤層為主（圖4）。

圖4 2 號煤厚度等值線圖Fig.4 The thickness contour of No.2 coal

2 號煤層在井田西部及北部煤層厚度一般為3 m 左右，含夾矸1 ～2 層，東南部出現分叉現象，一般多分叉為2 ～3 個煤分層，僅上部分層可采，其余分層厚度一般為0.5 m 左右，各煤分層之間一般以含炭泥巖、炭質泥巖為主，厚度均大于煤分層厚度。

2 號煤層直接頂板多為深灰色—灰黑色粉砂巖、砂質泥巖，底板為黑灰色砂質泥巖。2 號煤層層位穩定，厚度有一定變化，總體上呈現中部較厚，西部、東南補逐漸變薄，結構簡單—較簡單，為全區可采的穩定煤層。

2 號煤層宏觀煤巖類型以半光亮煤為主，鏡質組平均含量為85.35%，惰質組平均為14.65%。原煤水分含量為0.17%～5.91%，平均0.90%；原煤灰分產率為4.96%～38.04%，平均15.01%，屬于低灰煤；原煤全硫含量為0.11% ～2.93%，平均0.56%，屬于低硫煤；原煤干燥基高位發熱量（Qgr，d） 為20.49 ~ 35.30 MJ/kg，平 均30.47 MJ/kg，屬高發熱量煤。浮煤干燥無灰基揮發分為8.94%~17.97%，粘結性指數為0~64，膠質層厚度度0~9.0 mm，煤類屬瘦煤、貧瘦煤、貧煤及無煙煤，以貧煤為主。

3.2 3 號煤層特征

3 號煤層位于山西組下部，上距2 號煤層0.35～2.40 m，平均1.08 m。見煤點130 個，可采點121 個，不可采點9 個，煤層厚度一般0.50 ～1.90 m，平均厚度1.04 m，以薄煤層為主（圖5），標準差0.19，可采性指數0.92，煤厚變異系數18%。

圖5 3 號煤厚度等值線圖Fig.5 The thickness contour of No.3 coal

3 號煤頂板為泥巖、含炭質泥巖，底板為泥巖、粉砂巖。3 號煤層層位穩定，煤層厚度變化不大，井田東北部較厚，含夾矸0~1 層，煤層結構簡單，屬大部可采的穩定煤層。

3 號煤層宏觀煤巖類型以半暗煤為主，鏡質組平均含量為79.27%，惰質組平均為20.73%。原煤水分含量為0.22%~3.38%，平均0.83%；原煤灰分產率為6.57% ~ 35.61%，平均12.90%，屬于低灰煤；原煤全硫含量為0.22% ~ 5.97%，平均1.68%，屬于中硫煤；原煤干燥基高位發熱量（Qgr，d） 為21.59% ~ 35.78 MJ/kg，平均30.71 MJ/kg，屬于高發熱量煤。浮煤干燥無灰基揮發分為8.37% ~ 20.58%，粘結性指數為0 ～65，膠質層厚度為0 ~23 mm，煤類屬瘦煤、貧瘦煤、貧煤及無煙煤，以貧煤為主。

3.3 9 號煤層特征

9 號煤層位于石炭系上統太原組下段的上部，下距K1 砂巖（太原組底界砂巖） 地層厚度一般為2.06~35.44 m，平均19.62 m，上距3 號煤層的厚度一般為39.68 ~ 81.06 m，平均53.79 m。穿過鉆孔125 個，見煤點124 個，可采點70 個，不可采點54 個，煤層厚度一般0.25~5.62 m，平均厚度1.43 m，為薄—厚煤層，以中厚煤層為主。標準差1.10，可采性指數0.56，煤厚變異系數77%，平面上西南部和東北部煤層厚度較厚，西北部煤層變薄為1.02 m 左右，中部及南部為不可采區域，西部9號煤層不含夾矸，東南部含夾矸2 層，結構簡單。

9 號煤頂板為K2深灰色石灰巖，底板為灰黑色泥巖、含鋁質泥巖。9 號煤層層位穩定，厚度變化比較大，含夾矸1 ～2 層，可采區主要分布在井田東部及西部（圖6），煤層結構較簡單，屬大部可采的較穩定煤層。

圖6 9 號煤厚度等值線圖Fig.6 The thickness contour of No.9 coal

9 號煤層宏觀煤巖類型以半光亮煤為主，鏡質組平均含量為77.38%，惰質組平均為22.62%。原煤水分含量為0.23%～2.43%，平均0.70%；原煤灰分產率為8.36%～39.54%，平均16.32%，屬于低灰煤；原煤全硫含量為0.49% ～5.99%，平均2.87%，屬于中高硫煤；原煤干燥基高位發熱量(Qgr,d)為19.50% ~ 35.07 MJ/kg，平均29.19 MJ/kg，屬于高發熱量煤。浮煤干燥無灰基揮發分為9.01%~18.55%，粘結性指數為0~11，膠質層厚度為0~17.0 mm，煤類屬貧瘦煤、貧煤及無煙煤，以貧煤為主。

4 沉積環境

該區沉積環境可以分為2 個主要階段，第一階段為晚古生代早期至中期，主要是海相環境。當時，該區域處于一個廣闊的淺海盆地中，海水深度較淺，水體穩定，沉積物以碳酸鹽巖為主，同時也有一定量的泥巖和砂巖。由于該地區處于板塊活動帶，地殼運動頻繁，海平面變化劇烈，因此沉積物的組成和性質隨時間和空間的變化而發生了明顯的變化。

第二階段為晚古生代晚期至新生代，主要是陸相環境。當時，該地區經歷了多次復雜的構造變形，形成了一系列山脈和高原，陸地面積擴大，海水逐漸退去，陸相沉積物逐漸成為主要類型。沉積物主要為砂巖、泥巖和煤系沉積物，其中煤系沉積物較為發育。

4.1 山西組沉積環境

山西組為該井田主要含煤地層，為一套以河控三角洲上的平原環境為主的含煤沉積，下部為以河控三角洲上的平原環境為主的沉積，由于沉積環境穩定，沼澤化持續時間較長，對聚煤作用十分有利，形成層位穩定、厚度較大的2 號、3 號煤層，但沿著分流澗灣地帶水體較淺水深變化較大，局部地段出現2 號煤層分叉現象。巖性以砂巖、粉砂巖、泥巖為主。上部為三角洲平原分流河道遷移而形成的分流間灣溢岸沉積。由于所形成的泥炭沼澤不斷變遷，形成發育不穩定的薄煤層。

4.2 太原組沉積環境

該井田太原組為本區主要含煤地層，屬潮坪—碳酸鹽臺地沉積，根據其巖性組合特征及沉積環境特征可劃分為3 段。下段屬潮坪及泥炭沼澤間有局限臺地沉積。中段屬淺水碳酸鹽臺地—潮坪沉積，上段為砂坪—泥坪及泥炭坪沉積，本期形成的主要可采煤層為9 號煤層。

5 結 語

河東煤田桑峨井田含煤地層為山西組和太原組，山西組主要可采煤層為2 號、3 號煤層，太原組主要可采煤層為9 號煤層，煤層賦存穩定，結構簡單。該區主要煤類為低硫、低灰、發熱量高的優質貧煤，煤質較好，經洗煤后精煤可作為高爐噴粉煤和優質動力煤，具有較高的開采價值，可為當地及周邊區域經濟建設提供動力，并產生良好的經濟效益。