准南煤田西山窑组主要煤层成煤原始物质堆积方式.pdf

收稿日期2005-12-12;修订日期2006-01-12 第一作者简介王正华1949-,男,新疆乌鲁木齐人,高级工程师,1976 年毕业于西安矿业学院地质系,从事煤田地质工作 史成龙译.煤层沉积学原理.西安矿业学院,1975 第24卷 第2期 Vol.24 No.2 新 疆 地 质 XINJIANG GEOLOGY 2006 年 6 月 Jun.2006 准南煤田西山窑组主要煤层准南煤田西山窑组主要煤层 成煤原始物质堆积方式成煤原始物质堆积方式 王正华,叶兰,韦波 新疆维吾尔自治区煤田地质局 156 队,新疆 乌鲁木齐 830009 摘 要成煤原始物质的堆积方式分为 2 大类型原地堆积腐植煤的原始物质聚集在泥炭沼泽中植物自身繁殖的 地方;异地堆积腐植煤的原始物质是从相邻地区或大陆更远的一些地段,经过搬运,聚集在淡水盆地、泻湖、三角 洲、湖泊之中.从煤与底板岩石的关系、煤物质的纯度、化石的完整程度等方面,分析了成煤物质的堆积条件,认为在 煤层形成过程中,原地堆积方式起主导作用. 关键词原始物质;接触类型;原地;异地;堆积方式 准南煤田位于天山北麓,准噶尔盆地南缘的坳陷 地带,西起乌苏,东至吉木萨尔,EW 长约 500 多 km,为 新疆主要聚煤盆地.含煤岩系称水西沟群J1-2sh,包括 八道湾组J1b三工河组J1s和西山窑组J2x.J1b和J2x 是准南煤田主要含煤段.位于煤田东部的乌鲁木齐矿 区是 J2x 的沉积中心和聚煤中心. J2x 地层在乌鲁木齐-阜康矿区内,总厚 760 多 m, 含煤 56 层,其中可采和局部可采煤层 46 层,煤层总厚 174 m 左右,仅 43 号和 45 号煤层组总厚就达 103 m, 占所有煤层总厚的 58.7,是本区最主要的巨厚煤层, 也是笔者研究论述的对象. 新疆煤田地质局 156 队从 19801994 年先后在 乌鲁木齐河白杨河、白杨河四工河一带连续勘 探施工 14 年,同时还在乌鲁木齐河以西的西山地区 从事过地质勘探工作.笔者试图将勘查区多年的工作 成果从理论上进行研究、总结,通过对该区 J2x 地层 43和 45煤组的分析研究,来论述准南煤田 J2x 地层 主要煤层成煤原始物质的堆积方式. 1 堆积方式的理论依据堆积方式的理论依据 一般认为形成腐植煤的原始物质堆积方式有 2 大类型原地堆积腐植煤的原始物质聚集在泥炭 沼泽中植物自身繁殖的地方.占据着海湾、泻湖、淡 水池、 湖泊以及河流的低洼沿岸泥炭沼泽中,包括 “微 异地成煤”,即在泥炭范围内短距离搬运后再堆积;异 地堆积腐植煤的原始物质是从相邻地区或大陆 更远的一些地段,经过搬运,聚集在淡水盆地、泻湖、 三角洲、湖泊之中.下面我们来讨论鉴定煤层堆积方 式的某些标志[1,2]. 1.1 煤层同底板岩石的关系 煤层底板中植物根部化石的存在,通常被看作是 原地聚煤方式的主要标志.这类岩石多半是粘土岩、 粉砂质粘土岩,少量为砂质沉积.一般说底板岩石几 乎没有层理,基本上为不均一的团粒状结构,在很多 情况下具有根化石或印痕,其中最有意义的是垂直层 面的化石. 煤层与底板的接触关系是很纷繁的,根据接触的 急剧程度,可分为4种类型图1Ⅰ与不存在底板 标志的岩石急剧接触砂岩、 石灰岩和有层理的泥岩、 图 1 煤层与底板关系图 Fig.1 Relation of coalbeds to footwall rocks 1.煤;2.碳质泥岩;3.含有底板标志的泥质、 粉砂质岩;4.根部化石;5.具有层理 的泥质、砂质岩石;6.砂岩;7.石灰岩;8.类型号 a、b、c、d类型代号 文章编号 1000-8845200602-157-04 中图分类号 P618.11 文献标识码 A 158 新 疆 地 质 2006 年 粉砂岩;Ⅱ混合急剧接触,底板岩石是以层状泥 岩或具有清晰界面的薄层碳质-泥质岩和煤层相隔;Ⅲ 具有底板性质的岩石与煤层直接接触,缺少任何 过渡物;Ⅳ逐渐接触,由煤、高灰煤、碳质泥岩到 具有底板性质的泥岩. 根据化石的存在及其分布特征,又可分为 4 种类 型图 1a.底板岩层与相邻煤层中的分层中,不存在 根化石;b.根化石只存在于底板岩石;c.根化石存在于 有煤层过渡层的底板岩石中;d.根化石存在于底板岩 石中和煤层过渡层中,占据煤层剖面的大部分. 上述分类互相结合就构成煤层与底板关系的大 量类型,归纳为 4 组 1 组 煤层与缺少根化石底板的接触型Ⅰa、Ⅱ a、Ⅲa、Ⅳa.Ⅰa、Ⅱa 反映异地堆集方式;Ⅲa、Ⅳa 类 型与原地微异地方式相符合. 2 组 煤层与含有根化石的岩石急剧接触类型 Ⅱb、Ⅲb.Ⅱb 类型比较复杂,在很大程度上说明异地 表现;Ⅲb 类型可看作原地或原地微异地方式. 3 组 煤层与含有根化石的底板逐渐接触类型 Ⅳc.Ⅳc类型明显地表现了原地堆积方式. 4 组 煤层与同底板逐渐接触类型,含根部化石 Ⅳd.Ⅳd 类型说明煤的层位,煤分层及整个煤层都是 在原地条件下生成的. 1.2 煤物质的纯度 总的来说,原地条件促进低灰煤的形成.对异地 条件来说,由于植物遗体与河流携带的泥沙混杂堆积, 因而就容易形成灰份较高的煤层. 1.3 植物化石的完整程度 大量保存完好的植物化石,通常被看作是原地埋 藏的标志;在异地条件下,植物遗体经过远距离搬运, 不容易形成完整化石. 1.4 煤的显微结构 煤岩学在很大程度上可以发现异地表现的痕迹, 如煤中个别薄夹层的一些显微组分的结构破碎混杂 或碎屑矿物等现象以及凝胶物质的掺杂性及其它一 些性质. 1.5 剖面中煤层的位置 煤层有规律地形成于含煤旋回的固定部位,一般 认为是原地条件的表现.如果煤层占据剖面中任何一 个位置,则表明是异地条件. 1.6 煤层的空间展布 作为煤层成因的突出特征是在大区域内同时形 成.从原地角度上讲,整个泥炭沼泽的广阔低地,既是 成煤植物的生长区,又是死亡堆积区,泥炭沼泽有多 大,煤层展布面积就有多大.这是原地堆积的证据. 2 乌鲁木齐阜康矿区乌鲁木齐阜康矿区 43、、45煤组煤组 及底板岩石特征及底板岩石特征 下面按照由西向东的顺序,将乌鲁木齐河以西的 西山矿区和乌鲁木齐河以东“乌鲁木齐河白杨河” 勘探区以及“白杨河四工河”勘探区 43、45煤 层及底板岩石特征详细描述如下 2.1 西山老君庙101团煤矿二水平石门煤层B643 及底板岩石描述 位于乌鲁木齐河以西的西山矿区,煤为黑色,油 脂光泽,上部以亮煤组分为主,块状,均一结构,半亮型; 中部以镜煤组份为主,贝壳状断口,光亮型,玻璃光泽、 性脆,具透镜状结构;下部以暗煤组份为主,硬度较上 部大,脆度较上部小,均一结构,半暗型;底部煤质差,暗 淡无光泽,与底板逐渐接触.直接底板为黑色、灰黑色 含碳泥岩,块状及团块状结构,无层理,含植物叶部化 石和根部化石. 2.2 27-01 号孔 43煤及底板岩石描述 位于米泉县铁厂沟镇,煤为黑色、沥青光泽,油脂 光泽,贝壳状断口,亮煤为主,性脆易碎,内生裂隙发育, 光亮型,具细条带状结构和透镜状结构;底部煤层灰 份高,污手,暗淡无光,与底板逐渐接触.夹矸以灰黑色 泥岩为主,并含完整的植物枝、叶化石与根化石.底板 为深灰色泥岩夹碳质泥岩,无层理,含苏铁类植物化 石 Cycadales 和大量植物根化石,根须垂直于层面,化 石比较完整. 2.3 35-08 号孔 45煤层及底板岩石描述 位于米泉县铁厂沟以东,沙沟一带,煤为黑色,沥 青光泽,局部丝绢光泽,上部、中部以亮煤组份为主, 半亮型-半暗型,性脆,具内生裂隙,中条带状结构;下部 以暗煤组份为主,半暗型-暗淡型,具丝绢光泽,脆度小, 不易碎,均一结构,与底板逐渐接触.夹矸以碳质泥岩 为主,其次是黑灰色含碳泥岩,含大量完整植物化石 苏铁类.底板为深灰色泥岩,团块状结构,含植物根部 化石. 2.4 77-7 号孔 45煤层及底板岩石描述 位于阜康市三工河大平滩,煤为黑色,光亮型,沥 青光泽,局部为玻璃光泽.上部以亮煤组分为主,半亮 型、均一结构、块状构造、参差状断口;下部以镜煤 组分为主,亮煤组分次之,光亮型-半亮型,块状构造,具 条带结构,性脆易碎,内生裂隙发育;底部接近底板处 新疆 156 队.准南煤田白杨河四工河普查地质报告,1996 王正华等准南煤田西山窑组主要煤层成煤原始物质堆积方式 159 第 24 卷 第 2 期 煤质较差,暗淡无光,灰分较高. 主要煤层及底板岩石特征见表 1. 3 工作区煤层特征的综合分析工作区煤层特征的综合分析 3.1 煤层、底板岩石及接触关系 经鉴定,描述的煤层大多以亮煤组份为主,镜煤、 暗煤次之,底部煤质较差,接近底板处多为高灰煤与 碳质泥岩.底板与夹矸岩石大多数为深灰色、黑灰色 泥岩、 碳质泥岩,少数为深灰色粉砂岩,且无层理,含大 量植物枝、叶化石与根化石.煤层与底板岩石是通过 过渡层高灰煤或碳质泥岩及含碳泥岩逐渐接触的,属 于Ⅳc 类型图 1.上述特征反映了原地堆积方式. 3.2 植物化石的完整性 在底板岩石和夹矸岩石中含有大量完整植物化 石锥叶蕨属、枝脉蕨属、苏铁纲在煤层上部夹矸中 有时也可见到植物碎片化石,但在煤层下部夹矸和煤 层底板岩石中大多为完整化石,个别钻孔的煤层底板 岩石中还见有垂直于层面的根部化石.这说明成煤环 境为相对稳定的水动力条件,很少经历物质搬运过 程,所以保持了植物化石的完整性,这是原地堆积的 证据. 3.3 煤层在部面中的位置 43、45煤层底板岩石和夹矸岩石大多数是由 富含植物化石而且不具备层理的泥岩、碳质泥岩和 粉砂岩所组成.底板下部岩石则为粉砂岩与细砂岩. 从这些特征看来,煤层有规律地形成于含煤旋回的固 定部位泥炭沼泽相,而不是无规律地占据旋回剖 面中任何位置.这说明成煤物质在泥炭沼泽范围内堆 积,而未经历过长途搬运,这是“原地堆积”的特征. 3.4 煤层的空间展布 自西山地区到乌鲁木齐河以东及米泉、阜康等 表 1 43、、45煤层及底板岩石特征表 Table 1 The properties of No. 43 and 45 coalbeds and their footwall rocks 底板岩石特征及描述 夹矸岩石特征 见煤钻 孔号 钻孔位置 煤层特征及描述 过渡层 名称 岩石 名称 层理 岩性描述化石 岩石名称 层理 化石 灰分 / 老君庙 1 号井 石门 西山老君 庙 101 团 黑色,块状,油脂光泽玻璃 光泽.全亮型,亮煤为主 高灰煤 含碳 泥岩 无层理 黑灰色, 团块状 叶化石 泥岩 炭泥岩 无层理 枝、叶化石6.46 11-05 乌市芦草 沟西 黑色,块状,沥青光泽.亮煤、 半亮煤为主,底部暗煤为主 碳质 泥岩 泥岩 无层理 深灰色, 团块状 叶化石 根化石 碳泥岩 泥岩 无层理 枝、叶化石 根化石 8.28 19-25 米泉 红沟东 黑色,沥青光泽,贝壳状断口, 亮煤、镜煤为主 碳质 泥岩 泥岩 无层理 黑灰色, 团块状 根化石 碳质泥岩 无层理 枝、叶化石6.56 23-24 米泉 铁厂沟 黑色,块状,碎块状,亮煤为 主,沥青光泽玻璃光泽 碳质 泥岩 泥岩 无层理 黑灰色, 团块状 叶化石 根化石 泥岩 碳质泥岩 无层理 植物化石 9.07 27-01 米泉 铁厂沟 黑色,沥青光泽.上部亮煤为 主;下部暗煤为主 高灰煤碳质泥无层理 灰黑色, 裼黑色 枝叶化石 根化石 泥岩 无层理 根化石 10.78 27-08 米泉铁厂 沟东 黑色,块状,亮煤为主,暗煤次 之,底部质劣 高灰煤 碳质 泥岩 无层理 黑灰色, 团块状 叶化石 根化石 泥岩 细砂岩 水平层理 叶化石 12.91 69-15 阜康干沟 黑色,块状,粒状,片状,油脂 光泽玻璃光泽.全亮型. 含碳 泥岩 泥岩、 粉 砂岩 无层理 深灰色, 团块状 叶化石 粉砂岩 泥岩 无层理 叶化石 8.05 73-10 阜康三工 河西 黑色,块状,油脂光泽,半亮 型,亮煤为主 碳质 泥岩 碳质 泥岩 无层理 黑灰色, 团块状 根、叶化石 泥岩 粉砂岩 无层理 叶化石 7.38 77-5 阜康 三工河 黑色,块状,强沥青光泽,内生 裂隙发育,半亮型 碳质 泥岩 碳质 泥岩 无层理 黑色, 叶片状 叶化石 泥岩 无层理 根、叶化石4.79 328 西山 老君庙 黑色,块状,碎块状,玻璃光泽 油脂光泽.全亮型 含碳 泥岩 泥岩 无层理 黑灰色, 团块状 植物化石 泥岩 无层理 植物化石 4.85 15-27 芦草沟 黑色,块状,油脂光泽,亮煤为 主;底部暗煤为主 高灰煤泥岩 无层理 深灰色, 团粒状 根化石 泥岩 无层理 根化石 6.95 23-23 米泉 铁厂沟 黑色,沥青光泽,亮煤为主,底 部暗煤为主 碳质 泥岩 粉砂岩无层理 灰黑色, 块状,细腻 叶化石 碳质泥岩 无层理 根化石 11.71 27-08 米泉 铁厂沟 黑色,沥青光泽,亮煤为主,镜 煤次之,全亮型 高灰煤泥岩 无层理 深灰色, 团块状 根化石 碳质泥岩 无层理 叶化石 9.37 35-08 米泉 砂沟西 黑色沥青光泽、丝绢光泽, 亮煤,暗煤为主 碳质 泥岩 泥岩 无层理 深灰色, 团块状 根化石 碳质泥岩 无层理 根化石 7.2 69-15 阜康干沟 黑色,块状,全亮型.油脂光泽 沥青光泽 碳质 泥岩 碳质 泥岩 无层理 黑色,块状, 叶片状 叶化石 泥岩 无层理 叶化石 10.17 73-5 阜康三 工河西 黑色,块状,粒状,玻璃光泽, 半亮全亮型 碳质 泥岩 碳质 泥岩 不完全 层理 灰黑色, 团块状 根、茎化石粉砂岩 水平层理 枝、叶化石4.09 77-7 阜康 三工河 黑色,块状,碎块状,强沥青光 泽,内生裂隙发育 高灰煤 碳质 泥岩 无层理 灰黑色, 块状 根、茎化石泥岩 不完全层 理 叶化石 160 新 疆 地 质 2006 年 地,从所获得的资料来看 43、 45煤层相当稳定,这说 明该煤层分布于整个泥炭沼泽相.尽管煤层在走向和 倾向上有所变化,但这些变化都是渐变的,即使变为 煤线或碳质泥岩,煤层层位仍然存在.煤层的空间展 布和泥炭沼泽相的展布是相适应的,这也是“原地堆 积”的标志. 3.5 煤物质的纯度 从煤岩特征来看,煤岩组份以亮煤、镜煤为主.煤 岩类型以光亮型、 半亮型为主.光泽大多为沥青光泽、 油脂光泽及玻璃光泽.煤层灰份原煤大多低于 10,43煤层灰份Ad平均为 8.55;45煤层灰分 Ad平均为 9.43.这说明煤的原始物质在泥岩沼泽 中植物自身繁殖的地方堆积而未经历异地搬运,从而 形成低灰分的纯净煤.这也是“原地堆积”的特征. 4 结论结论 在煤层形成过程中,原地堆积方式起主导作用, 但也不排除“微异地作用”,即为在泥炭沼泽范围内 的搬运和堆积作用也属原地成煤范畴.以本区煤层 为例,从表中的煤层特征来看,大部分煤层与煤分层 的底板是由无层理、含植物根化石的泥岩、碳泥岩构 成,并且都有过渡层存在,煤岩组分以亮煤、镜煤为主; 煤岩类型多为光亮型和半亮型,并且灰分低于 10为低 灰煤.这些无疑是“原地条件”的标志,但也有少数煤分 层的底板是具水平层理的细砂岩、粉砂岩构成且灰分 略高,这表明了原地条件下的“微异地作用”. 参 考 文 献 [1] 韩德馨,杨起.中国煤田地质学[M].北京煤炭工业出版社,1980. [2] K B 米罗诺夫.煤田地质工作者手册[M].北京地质出版社,1986. COAL ATION AT A MAJOR COALBED IN XISHANYAO GROUP OF THE HUAINAN COAL FIELD WANG Zhen-hua, YE Lan, WEI Bo No. 156 Team of Xinjiang Coal Geological Bureau, Urumqi, Xinjiang, 830009,China Abstract There are two types of coal ation a local land accumulation in which the original substance of rotten plant material congregates in a peat bog where plants are growing; b distant land accumulation in which the original substance, which is from nearby areas or somewhere distant, of rotten plant coal congregates in a fresh water basin, lagoon, delta or lake through movements. Coal ation conditions are interpreted through the study of the relationship between coal and footwall rocks and the quality of coal and fossil integrity. The conclusion is that local land accumulation is the dominant process in coalbed ation. Key words Original substance; contact type; local land; distant land; accumulation mode.