南屯井田煤系地层的成因及含煤特征.pdf

地质与测量 南屯井田煤系地层的成因及含煤特征 臧金旺,张广君,安俭俭 兖矿集团 南屯煤矿,山东 邹城273515 [摘 要] 通过对南屯井田上石炭统太原组及下二叠统山西组煤系地层的成因、沉积环境及含 煤特征的分析,总结了南屯煤矿含煤地层旋回结构划分和海陆交互相沉积的机理,对于了解煤系地层 的沉积结构及含煤特征具有重要的参考价值。 [关键词] 煤系地层;含煤特征;沉积机理 [中图分类号] TD16311 [文献标识码] B [文章编号] 100626225 2007 0120027202 ation Cautions of Coal Stratum and ItsOccurrence Characteristics in Nantun M ine Field [收稿日期] 2006 - 11 - 21 [作者简介]臧金旺1972 - ,男,山东诸城人,工程师,从事矿井掘进管理工作。 南屯井田属于兖州煤田的一部分,兖州煤田地 处鲁西南块陷的东缘,位于山东所处的华北板块的 东南缘,在山东地层中属华北地层大区V之晋 冀鲁地层区 V 4的东南隅鲁西地层分区 V 10 4 , 是与扬子板块相接的特殊大地构造部位。兖州煤田 为石炭 ～ 二叠系全隐蔽型煤田,是由兖州向斜保存 下来的煤田。其煤岩系为一轴向北东向东倾斜的不 完整不对称向斜构造。煤层倾角平缓,一般3～ 10,大者在20左右。总体特征为分布面积较广, 连成一大片,岩层及其岩性横向变化小,比较稳 定,煤层结构较简单,属华北型含煤建造,海陆交 互相沉积。海陆交互相含煤岩系的旋回划分,通常 以海退相作为起点,煤层则位于旋回的中部,这样 就把煤层与其形成前后的沉积物联系起来,有利于 一个旋回中对煤层形成过程进行研究。P1普鲁浮 斯特提出旋回的结构是由于地壳的不均匀沉降运动 引起的理论,他认为沉降运动是间断发生的,与稳 定阶段交替出现。一般来讲,旋回海退部分的相组 合较复杂,岩性较粗,厚度较大,过度相十分发 育;旋回海浸部分的相组合较简单,以细碎屑岩和 石灰岩为主,富含动物和植物化石,厚度较稳定。 南屯井田总体呈单斜构造。井田内含煤地层自 下而上依次为上石炭统太原组 C 2 t 、下二叠统山 西组 P 1S ,其厚度、岩性及变化规律如下。 1 上石炭统太原组 C 2 t 上石炭世早期形成浅海 ～ 滨海环境后,至上石 炭世末期,由于地壳频繁振荡,形成上石炭统太原 组一整套海陆交互相含煤地层。据其含煤程度和旋 回厚度、岩性分为4个层段 1太原组底部至第16上层煤层段 平均厚 2810m,本段是继中石炭世后期宁静的滨海环境下 的沉积物。主要由深灰至黑色泥岩、铝质泥岩、粉 砂岩组成,上部夹水平层理的薄层细砂岩。共含煤 5层 18 中, 18上,17,16下,16上 , 其中第17, 16上煤层大部稳定可采, 18上层煤局部可采。一般 在煤层沉积后发生海进而沉积了泥岩或灰岩,成为 煤层顶板。 本段岩层和煤层中含大量的黄铁矿结核,指示 该段沉积为滨海泻湖和沼泽相的强还原环境,这与 本段岩性含大量的有机质而颜色深所指示的还原环 境一致。受水下三角洲砂岩厚度控制,第18上至 16上煤层间距由西向东加大。第17层煤顶板为第 十一层灰岩。煤层顶板为泥岩、粉砂岩时,富含植 物茎叶化石,各煤层底板铝质泥岩中含根化石。 2第十下层灰岩至第14层煤层段 平均厚 48150m,由3个完整的旋回组成 ① 第16上层煤沉积后发生海侵,沉积了稳定 的厚层十下灰岩,为16上层煤直接顶板,平均厚 5121m,为全区的标志层,富含海百合、腕足类、 纺锤蜓等化石。 ② 其上为滨海泻湖相泥岩,沙洲、沙坝和滨海 波浪带的砂岩、粉砂岩、粉细砂岩互层或由砂岩、 铝质泥岩和煤层依次沉积。其中含有薄层的第 15下, 15上, 14层煤和第九、十上层灰岩;砂岩多 呈深灰色,具波状层理、交错层理和透镜状层理, 72 第12卷 第1期总第74期 2007年2月 煤 矿 开 采 CoalMining Technology Vo1112 No11 SeriesNo1 74 February 2007 是潮汐三角洲相的沉积,厚度变化较大,成煤条件 差,煤层薄且不稳定,只有第15上层煤局部可采, 在井田西北部变为0145～2198m厚的腐泥煤、腐 泥岩或炭质页岩、油页岩,油页岩含油率5159 ～45153 ,平均17123 ,含硫高达3167～ 91425 ,平均7166。 ③ 在15上层煤之上沉积了第九层灰岩,厚度 薄,具条带状、波状层理,沉积稳定,偶尔相变为 泥质岩,可做为辅助标志层。 3第八层灰岩至第三层灰岩底层段 厚 61133m。下部由成层很薄的深灰色砂岩、粉砂岩、 铝质泥岩和薄煤层第12上、12中、12下层煤组 成;中部由灰至暗灰色粉砂岩、泥岩、薄层砂岩组 成,夹第10层薄煤层 10 上、10中、10下 ; 上部 以灰色粉砂岩为主,间夹薄层砂岩和砂岩与粉砂岩 互层,含不可采的第8层煤。第五层灰岩位于该段 中部,富含纺锤虫残体,是标志层之一。 本层段厚度大、分层薄,含煤层多而薄,均不 可采,是地壳频繁振荡而且振荡幅度小环境下的产 物,不利于成煤。在第9勘探线附近,第五层灰岩 至第八层灰岩之间的一层厚达30余米的河流相灰 绿色砂砾岩、中 ～ 粗砂岩,呈南北向狭长条带状分 布,取代了第10层煤及第10层煤至第12中层煤间 地层。 4第三层灰岩至太原组顶界 厚32137m。 本段是在较稳定的浅海环境下开始沉积的,形成浅 海相的第三层灰岩,厚5145m,灰白色、灰色,质 纯层厚,富含纺锤虫和腕足类、海百合茎化石,是 全区重要标志层。本段自下而上可分为4个小的沉 积旋回 ① 第1个是自三灰至第6层煤,地壳由浅海逐 渐上升沉积了灰黑色泥岩、灰色粉砂岩与细砂岩互 层,然后沉积了滨海相的第6层煤; ② 第2个小旋回是自第6层煤至5层煤, 6层 煤沉积后,发生小规模的海进,沉积了灰黑色泥 岩,为第6层煤的顶板,其上为浅水的粉砂岩和滨 海中砂岩、滨海沼泽相的铝质泥岩及第5层煤; ③ 第3个小旋回自第5层煤顶板的第2层灰岩 至第4层煤,由粉砂岩、细砂岩和泥质岩组成。 ④ 第4个旋回自第4层煤顶板海相泥岩渐变为 含海相化石的粉砂岩。 本段特点是沉积环境比较稳定,以深水泥岩为 主,自下而上逐渐变粗,含黄铁矿结核相对减少, 而出现较多的菱铁质结核,其下部发育较稳定的第 6层煤,为局部可采煤层。 2 下二叠统山西组 P IS 平均厚77194m,是本区最主要的含煤层段。 由厚层砂岩、粉砂岩与细砂岩互层、薄层粉砂岩和 浅灰色铝质泥岩组成。灰黑至深灰色泥岩和粉砂岩 显著减少。 继晚石炭世之后,地壳整体缓慢上升,自太原 组顶界的泥岩连续沉积了粉砂岩和厚为12m左右 的粉细砂岩互层,在该层底部见到腕足类化石。其 上为第3煤层。第3煤层在兖州煤田分叉合并明 显,兖州煤田地壳存在较大振荡致使3煤分叉合 并,兴隆矿、鲍店矿都有8m以上厚煤层,南屯、 东滩分叉为3上和3下煤。在南屯煤矿由于东西部 地层沉积速度不同,存在小振荡, 3上煤层又有分 叉合并现象。在南屯煤矿自第3下层煤至3上A层煤 全厚约40m, 3下与3上煤层间距为0118～15166m, 层间为滨海相粉砂岩和具有交错层理、水平或缓波 状层理的水下三角洲或滨湖相中 ～ 细砂岩。两层煤 间夹层厚度呈厚薄相间排列,长轴方向为北东 ～ 西 南向。3上A层煤自丁85到丁126一线向东与3上层 煤分叉,其间由浅灰色铝质泥岩、粉砂岩和三角洲 相长石砂岩组成,分叉间距由西向东逐渐增大。第 3上A层煤位于一套较厚的粉砂岩和铝质泥岩底部, 常受上覆河床相砂岩冲刷,致使该煤层不稳定。煤 层顶板附近富含的植物化石有栉羊齿、楔羊齿、疏 脉科达、鳞木、大羽羊齿等。 3 结束语 综上所述,兖州煤田南屯井田煤系地层沉积环 境相对简单,旋回结构较清晰,岩性在纵向剖面中 比较稳定,容易对比,对于了解和学习煤系地层的 沉积结构及含煤特征具有重要的参考价值。 [责任编辑邹正立] 上接19页 [1]康红普,林 健,张冰川 1小孔径预应力锚索加固困难巷道 的研究与实践[J ]1岩石力学与工程学报, 2003 3 3872 3901 [2]赵庆彪,马念杰 1煤巷小孔径预应力锚索的工程特性分析 [J ]1煤炭科学技术, 2004 11 92111 [3 ]徐前卫,尤春安,朱合华 1预应力锚索的三维数值模拟及其 锚固机理分析[J ]1地下空间与工程学报, 2005 4 2142 2221 [4 ]Itasca Consulting Group Inc1FLAC3D Version 210 usersmanu2 al [M ]1USA Itasca Consulting Group Inc1, 19971 [责任编辑邹正立] 82 总第74期煤 矿 开 采2007年第1期