山西省沁水煤田交口勘查區含煤地層特征及成煤環境分析

羅鵬波

（山西省地質勘查局二一二地質隊，山西長治046000）

山西省沁水煤田沁源縣交口勘查區煤炭普查項目位于沁源縣交口鄉北—郭道鎮定陽一帶，西接沁源煤詳查區，東接連家溝普查區，勘查區面積217.97km2。本文通過分析該區含煤地層特征，對成煤環境進行論述，結合周邊煤層分布，論述了沁水塊坳西緣的含煤特點。

1 基本概況

山西省沁水煤田沁源縣交口勘查區煤炭普查項目采用以鉆探為主要手段，配合物理測井、地質測量、采樣測試相結合的綜合勘查方法，完成的主要工作量有：地質填圖230km2，施工鉆孔12個，鉆探進尺13682.69m，共估算6下、8、9、10、11號煤層煤炭資源量81004×104t?？辈閰^位于沁水塊坳西翼，總體形態為一走向南北，傾向東的單斜構造。區內構造主要表現大體平行的接近南北向的褶皺構造，未見斷層構造及陷落柱，無巖漿活動，構造屬簡單類型。出露地層主要為：二疊系上統上石盒子組三段、石千峰組、三疊系下統劉家溝組、和尚溝組、三疊系中統二馬營組以及第四系。主要含煤地層為石炭系上統太原組和二疊系下統山西組。

2 煤層賦存層位

勘查區內主要含煤地層為石炭系上統太原組和二疊系下統山西組，含煤地層總厚為135.18~164.14m，平均146.42m，共含煤17層，煤層總厚度平均值為7.69m，含全區可采煤層1層（11號），局部可采煤層4層。

山西組地層為上三角洲平原相沉積，分3~4個沉積旋回，煤層多沉積于旋回的頂部。山西組平均厚度38.72m，共含6層煤，均為不可采煤層，煤層總厚度平均值為1.79m，含煤系數為4.62%。底部以淺灰色的厚層狀中細粒巖屑石英砂巖（K7砂巖）與太原組整合接觸。由砂巖、砂質泥巖或泥巖、煤形成的三個旋回組成。砂巖一般為巖屑石英砂巖，常不穩定，呈似層狀或透鏡狀分布，交錯層理發育，泥巖中含豐富的植物化石。

太原組地層為典型的三角洲平原相與淺海碳酸鹽臺地相交互沉積，該組地層沉積旋回韻律明顯，煤層多賦存于灰巖底部，地層平均厚度為107.70m，共含煤11層，煤層總厚度平均值5.90m，含煤系數5.48%，太原組含4層局部可采的不穩定煤層，含1層全區可采的穩定煤層（11號）。由粗粒砂巖（局部含礫）、中粒砂巖、細粒砂巖、粉砂巖、砂質泥巖、泥巖、煤層（線）及含燧石灰巖等組成，幾種巖性呈交替出現的互層狀。下部灰巖穩定，是本組良好的標志層，往上穩定性漸差。下部煤層較上部煤層穩定。石灰巖下伏常發育有較穩定煤層。砂巖普遍發育，但中部砂巖發育好，厚度大且穩定、層理類型復雜；由于沉積時地殼周期性升降，海水時進時退，沉積環境交替頻繁，因而形成一套具有明顯韻律旋回的海陸交替相沉積。動、植物化石極為豐富。

3 煤層的形態、厚度及規模（見表1）

表1 煤層特征表

勘查區內主要可采煤層為太原組11號煤層，另太原組的6下、8、9、10號為不穩定煤層，局部可采煤層。

（1）6下號煤層。該煤層位于太原組上部，下距K4灰巖5.34~36.61m，平均18.47m，煤層最厚2.07m（ZK3-6），部分鉆孔未見煤，平均厚度0.59m，煤層結構簡單，一般含0~2層夾矸，一般為泥巖或炭質泥巖，煤層可采性指數1.0，厚度變異系數為371%，屬不穩定,局部可采煤層。

（2）8號煤層。該煤層位于太原組中部，位于K3灰巖下，煤層最厚1.05m（ZK3-2），最薄0.50m（ZK6-9），煤層結構簡單，無夾矸，煤層可采性指數0.5，厚度變異系數為20%，屬不穩定煤層，局部可采煤層。

（3）9號煤層。該煤層位于K2灰巖下，部分鉆孔灰巖下含少量泥巖，下距K1底砂巖11.59~34.19m，煤層最厚1.90m（ZK12-9），最薄0.69m（ZK9-10），平均厚度0.97m，煤層結構簡單，一般含0~1層夾矸，夾矸一般為泥巖或炭質泥巖，煤層可采性指數0.33，厚度變異系數為51%，屬不穩定煤層，局部可采煤層。

（4）10號煤層。該煤層位于太原組的下部，上距K2灰巖1.60~5.46m，一般2.62m。10號煤層最厚1.90m（ZK6-5），最薄0.55m（ZK3-2），煤層結構簡單，含0~1夾矸，煤層可采性指數0.5，厚度變異系數為46%，屬不穩定煤層，局部可采煤層。

（5）11號煤層。位于太原組的下部，上距太原組灰巖（K2）6.78~13.33m；11號煤層最厚2.70m（ZK3），最薄0.850m（ZK3-2），平均厚度為1.52m（見圖1），煤層結構簡單，一般含0~1層夾矸，煤層可采性指數1.0，厚度變異系數為35%，屬穩定煤層，全區可采煤層。

4 可采煤層物理性質、煤巖特征、頂底板工程地質及煤質

6下號煤為黑色，亮—暗煤，塊狀，金屬光澤，條帶狀結構，階梯狀斷口，條痕為灰黑色，宏觀煤巖類型為半亮型煤，顯微煤巖類型為微鏡惰煤。頂板為砂質泥巖、泥巖；底板為砂質泥巖、泥巖，據巖石物理力學試驗結果均屬軟弱巖石，完整性差—中等，巖石質量中等。煤質為低灰、低硫、低揮發分、中高固定碳、高發熱量貧煤。

8號煤為黑色，亮—暗煤，塊狀，金屬光澤，條帶狀結構，階梯狀斷口，條痕為灰黑色。宏觀煤巖類型為半亮型煤，顯微煤巖類型為微鏡惰煤，鏡質組最大反射率相當于貧煤階段，為中煤級煤Ⅶ，無泥化現象。直接頂板為灰巖(K3)屬半堅硬巖石，底板砂質泥巖、泥巖屬軟弱巖石，砂巖屬半堅硬巖石，完整性差—中等，巖石質量中等—良。煤質為低灰、中高硫、低揮發分、中高固定碳、高發熱量貧煤。

10號煤為黑色，暗—亮煤，塊狀，瀝青光澤,條帶狀結構，階梯狀斷口，條痕為灰黑色。煤層含0~1層泥巖或炭質泥巖夾矸。宏觀煤巖類型為半亮型煤，顯微煤巖類型為微鏡惰煤，鏡質組最大反射率相當于貧煤階段，為中煤級煤Ⅶ，無泥化現象。頂板砂質泥巖、泥巖屬軟弱—半堅硬巖石，底板砂質泥巖、泥巖屬軟弱—半堅硬巖石，完整性差，巖石質量中等。煤質為低灰、中高硫、低揮發分、中高固定碳、高發熱量貧煤。

11號煤為黑色，金屬光澤,條帶狀結構，塊狀構造，參差狀斷口，條痕為灰黑色，硬度較小，宏觀煤巖類型為半亮型煤，顯微煤巖類型為微鏡惰煤，鏡質組最大反射率相當于貧煤階段，為中煤級煤Ⅶ—高煤級煤Ⅰ，無泥化現象。頂板砂質泥巖屬半堅硬巖石，泥巖、砂巖屬軟弱—半堅硬巖石，底板砂質泥巖、泥巖屬軟弱—半堅硬巖石，砂巖屬半堅硬巖石，完整性差—破碎，巖石質量中等—良。煤質為中高灰、中高硫、低揮發分、中等固定碳、中高發熱量貧煤。

勘查區內6下、8、9、10、11號煤層宏觀煤巖類型均為半亮型煤，顯微煤巖類型均為微鏡惰煤，鏡質組最大反射率相當于貧煤階段，為中煤級煤Ⅶ，均無泥化現象。煤質為中高灰、中高硫、低揮發分、中等固定碳、中高發熱量貧煤。

5 成煤環境探討

在海西運動之前的海水南注，使得山西遭受了自北向南的海侵。長期的侵蝕、剝蝕，古風化剝蝕面早已準平原化，聚集了大量的鐵鋁物質，海侵的到來使山西迅速成為濱岸瀉湖—潮坪環境，大量鐵鋁物質帶入海中，沉積于低凹的瀉湖中，形成山西式鐵礦—黃鐵礦和鋁土礦。中石炭世晚期，出現過四次碳酸鹽臺坪環境，沉積了四層灰巖。到晚石炭晚期，海水進一步向南退縮，三角洲平原是海退后出現的最有利形成泥炭沼澤的環境，形成了良好的聚煤成煤條件，石炭系上部的煤層主要形成于這樣的環境。（太原期—山西期）華北地臺已總體處于陸表海及其濱岸環境，由于地塊的不均衡活動及震蕩運動，導致海水多次反復進退，形成了一套海陸交互相的含煤沉積組合，并發育了4~5個比較完整的三角洲沉積旋回。

本區在早太原期瀉湖基礎上，因波浪和潮汐作用形成一系列障壁島，把廣闊的陸表海分割成眾多瀉湖，因海退影響，適宜的條件下，逐漸成為良好的沼澤聚煤成煤環境，又因多次海進海退，在碳酸鹽臺坪環境中形成K2灰巖，完成一次沉積旋回，形成了穩定全區可采的11號煤層和不穩定可采的9號、10號煤層，以及不穩定的透鏡狀的12號煤層；中太原期由于又因多次較大海進海退，完成二次沉積旋回，形成不穩定可采的似層狀8號煤層和不可采的透鏡狀7號煤層和K3、K4灰巖；晚太原期又因多次海進海退，又完成二次完整的沉積旋回，形成不穩定可采的透鏡狀6下號煤層和不可采的透鏡狀5、6號煤層，其它階段主要沉積潮間砂坪相、臺坪相的砂頁巖層。

在山西期后期勘查區處于相對較淺的三角州平原，接受了古特提斯大陸河水，在多次海侵海退的影響下，形成了3~4次的沉積旋回，形成了1、2、3、4號不穩定煤層。

6 結論

勘查區位于沁水塊坳西翼邊緣部位，平面上通過勘查區地理位置及周邊煤層特征對比，可反映出本區成煤環境位于三角洲平原部位，相對于連家溝普查區位于濱岸部位，相對于沁源詳查區可能位于環古特提斯海邊緣的障壁島部位，聚煤成煤條件相對較差；時間看反映出本區由早太原期至山西期成煤環境越差的特征，現實表現為由老至新11號煤層全部可采，層狀結構；8號、9號、10號煤層局部可采，似層狀結構，6下號煤層局部可采，透鏡狀結構，再向上的煤層均不可采，透鏡體范圍變小，但煤層變多，剖面結構復雜。