新疆阳霞矿区含煤地层特征及聚煤规律浅析.pdf

收稿日期2007-08-14;修订日期2007-09-28;作者 E-mailtaorui1962 第一作者简介陶瑞1962-,男,甘肃灵台人,高级工程师,1983 年毕业于西安矿业学院煤田地质勘探专业,从事煤田地质研究及管理工作 新疆煤田地质局 161 队.新疆轮台县阳霞矿区普查地质报告,1999 第26卷 第1期 Vol.26 No.1 新 疆 地 质 XINJIANG GEOLOGY 2008 年 3 月 Mar.2008 新疆阳霞矿区含煤地层特征及聚煤规律浅析新疆阳霞矿区含煤地层特征及聚煤规律浅析 陶瑞 1,徐宏顺2 1.新疆维吾尔自治区煤炭科学研究所,新疆 乌鲁木齐 830091; 2.新疆维吾尔自治区矿产资源资源量评审中心,新疆 乌鲁木齐 830000 摘 要阳霞矿区位于新疆塔里木盆地北缘含煤区东段,依据多年在该区域进行煤田地质勘探的资料,对区内地层构 造及含煤地层发育特征进行了阐述.根据含煤岩系组合特点,对其沉积古地理环境进行了初步确定和划分,对下侏罗 统塔里奇克组和中侏罗统克孜努尔组所含煤层中的聚煤沉积特征进行了粗浅的分析.另对煤层火烧带分布特点及自 燃现象进行了解释,以期对阳霞矿区今后的勘查有一定的指导作用. 关键词含煤地层;特征;聚煤规律 新疆轮台县阳霞矿区位于天山南麓山前中低山 带,属侵蚀切割地形,海拔高程 1 3602 328 m.该煤矿 是轮台县最主要的煤炭开采区,开采层位为下侏罗统 塔里奇克组 A 组煤、中侏罗统克孜努尔组下段 B 组 煤及上段 C 组煤.Ａ组煤为特低灰-低灰、中-高发热 量弱粘煤;B组煤为长焰煤;C组煤为不粘煤,为良好的 民用及动力用煤. 区内煤炭开采最早始于光绪年间,大规模采掘从 1980年以后展开.目前,煤炭年产量达70104 t.多数矿 井做过详查,但有大面积含煤区未进行地质勘查工作. 矿区煤层火烧带分布面积较广,在露头及浅部赋存的 A、B 及 C 煤组,基本均遭火烧,主要原因除了原煤固 有的凝胶化组分含量较高外,另外就是煤层露头带多 属裸露地貌之暴露性氧化环境,煤层容易发生自燃. 矿区中部塔克玛扎沟及东部阳霞河一带,除了靠近沟 谷底部有第四系覆盖未遭火烧以外,其它位于河流侵 蚀面以上的煤层均发生过自燃.在西部卫东沟钻孔中, 发现有高温水源分布,钻孔井口水温达到 37,分布层 位为C5号煤层顶板砂岩,距地面深度为150 m,水位标 高为1 430 m.此标高低于东部 2 km 之外的塔拉克河 床,而河床两侧的C煤组基本自燃,目前仍有活火区分 布.由于河水侧向补给岩层,受正在燃烧的火区影响 使得此层段水温增高,水流通过裂隙又补给了 2 km 以外的C5煤层顶板砂岩,钻孔水质类型经化验测试为 重碳酸质钙型水,与塔拉克河水属同一水质类型.中 部塔克玛扎沟里分布有民营的阳霞河煤矿,在1 530 m 标高段,开采 C7号煤层,井下温度高达 5660,而煤矿 区内均无活火区分布.根据对距离该矿东部 6 km 之 外的阳霞河两岸煤矿附近开展的地质调查情况来看, 由于此区段受阳霞河谷冲刷切割影响,其河谷两侧的 煤层长期裸露地表,导致目前仍有煤层燃烧,且尤以 C7号煤层在该区段燃烧最为严重,燃烧标高在1 530 m 左右.据此情况分析,是阳霞河谷 C7号煤层燃烧产生 的高温通过层间裂隙将热源传导至塔克玛扎沟阳霞 河煤矿同等标高 C7号煤层段所致. 1 地质概况地质概况 位于吐格尔明背斜东端的塔克玛扎背斜是本区 的主要构造,与之相伴的有次一级的短轴背向斜,F1 断裂横贯全区,对煤层破坏极大,而众多的平移断裂 对煤层破坏并不严重.按构造展布特点分析,应属中 生代侏罗纪早期发育形成的同沉积背斜构造[1]图 1. 阳霞矿区出露地层以中新生界为主,在塔克玛扎背斜 轴部有少许元古界及海西期花岗岩侵入体出露.下侏 罗统塔里奇克组J1t和中侏罗统克孜努尔组J2k属 含煤地层.两含煤地层间发育下侏罗统阿合组J1a,为 一套河流相、 河流三角洲相为主体的粗颗粒岩性组合, 地层厚度 300480 ｍ,与下伏地层呈不整合接触. 2 含煤岩系发育特征含煤岩系发育特征 阳霞矿区 J1t 含 A 组煤,J2k 含 B 组煤和 C 组煤, 现依据其含煤建造特征对上述 2 个含煤岩系叙述如 下图 2. 下侏罗统塔里奇克组 为一套河流相、滨湖相、 河漫沼泽相及泥炭沼泽相组成的含煤建造,岩性为灰 文章编号1000-8845200801-058-04中图分类号 P618.11 文献标识码 A 陶瑞等新疆阳霞矿区含煤地层特征及聚煤规律浅析 59 第 26 卷 第 1 期 色粉砂岩、泥岩、黑色碳质泥岩,夹有灰白色的中粗 砂岩,含 A 煤组,煤层自下而上编号为 A1、A2、A3,煤 层平均厚 8.68 m,A2与 A3为可采层,可采厚度 8.28 m, 地层厚度 75100 m. 中侏罗统克孜努尔组 为一套河流相、河漫沼 泽相、冲积平原相、湖滨三角洲相及泥炭沼泽相组 成的含煤建造.根据其聚煤特征及岩相沉积环境组合, 可将该组分成上、下 2 段下段主要为一套河流相、 泥炭沼泽相含煤建造.岩性以灰白色-黄灰色粗砂岩、 灰绿色-黄绿色细粉砂岩、灰黑色泥岩、碳质泥岩及 煤层组成,含 B 组煤,含煤 10 层,可采 8 层,可采总厚 13.80 m,地层厚度 300400 m;上段岩性为灰绿色-黄 绿色粉砂岩、黑色碳质泥岩、灰白色石英砂岩、砂 砾岩互层,中夹煤层,本组段下部具一套巨厚层状黑 色碳质泥岩或含碳泥岩及砂质泥岩,厚度 4060 m,是 全区良好的标志层.在标志层以下含煤 4 层,自下而上 编号为C1C4,标志层以上含煤12层,自下而上编号为 新疆煤田地质局 161 队.新疆轮台县阳霞矿区普查地质报告,1999 图 1 区域地质图 Fig.1 Regional geology map 1.地质界线;2.背斜构造 Pt1古元古界;C1早石炭统;J1t下侏罗统塔里奇克组; J2k中侏罗统克孜努尔组;J3上侏罗统;K1下白垩统; E古近系; N新近系;Q3第四系上更新统 图 2 沉积岩性柱状图 Fig.2 sedimentary lithologic column 1.粗砂岩;2.中砂岩;3.细砂岩;4.粉砂岩;5.泥岩;6 碳质泥岩;7.煤层; 8.不整合接触线;9.整合接触线 60 新 疆 地 质 2008 年 C5C15,C 煤组共含煤 16 层,可采 78 层,可采总厚 17.85 m,以 C3、C7、C10为主要可采层,地层厚度 300700 m. 3 沉积古地理环境沉积古地理环境 阳霞矿区位于塔里木地台北缘天山褶皱带南 麓、库车坳陷之东部,属内陆山间盆地陆相碎屑岩含 煤建造.在早侏罗世塔里奇克组地层沉积以前,本区 长期处于上升状态下的岩浆岩型裸露地貌环境.至石 炭二叠纪,华力西中期的地壳运动对其元古界进行 了大幅度改造,有限的泥盆系、石炭系沉积层被剥蚀 殆尽,华力西晚期,受深大断裂构造带影响,此区段曾 发生火山熔岩侵入,并形成海西期黑云母花岗岩侵入 岩体.海西期后,本区段长期接受风化剥蚀,直到三叠 纪末期也未曾在元古界及海西期黑云母花岗岩侵入 岩体上分布有沉积地层. 早侏罗世早期,受整个盆地北缘库车坳陷区总体 下沉影响,在阳霞区段形成一个山间谷地,河流相沉 积物在该区段广泛发育.随着河流谷地面积的不段扩 大及温暖潮湿气候条件的影响,大量裸子、苏铁等植 物群在河漫沼泽环境中生长发育,伴随着赋水面积的 逐渐扩大,其原先狭窄水浅的山间谷地逐步转化成山 间湖盆环境,浅部湖滨地带更是植物发育生长的良好 场所,所以在早侏罗世塔里奇克组时期,连续沉积了 3 个泥炭层,其中 A1泥炭层属早期山间谷地型河流沼 泽沉积,泥炭层发育面积小且厚度较薄.A2、 A3泥炭层 发育时期,其沉积古地理类型已演化成山间湖盆型沉 积环境,沉积厚度相对较大.早侏罗世塔里奇克组晚 期,受大地构造运动影响,山间湖盆处于上升状态,使 沉积环境重新恢复到河流相古地理类型.在早侏罗世 阿合组时期,由于河流的冲刷侵蚀,整个阳霞区段发 育沉积了大量河流型沉积物,岩性组合以巨厚的粗砂 岩、中砂岩为主.早侏罗世阿合组晚期及中侏罗世早 期,处于上升运动的阳霞区段又重新处于不间断下沉 环境,原本河流纵横的古地理环境由于汇水面积的不 断扩大,形成内陆山间河流谷地沼泽沉积古地理环境. 在河漫滩处又发育生长了大量裸子、枝脉蕨等植物, 为此区段形成泥炭层提供了丰富的原始成煤物质.由 于地壳运动频繁,造成其古地理环境不断变化,在该 时期未能形成较厚的泥炭层沉积,使 B 煤组虽含煤层 数较多,但其单层厚度较小.中侏罗世克孜努尔组中 后期受地质构造运动的影响,原先以山间盆地为主的 新疆煤田地质局 161 队.新疆轮台县阳霞矿区普查地质报告,1999 古地理环境,随着赋水面积的进一步扩大,又逐步形 成了山间湖盆,在山间湖盆滨岸沼泽带和浅水地带, 大量发育各类植物,为后期形成泥炭层提供了丰富的 原始成煤物质.至此,在中侏罗世克孜努尔组后期,共 连续沉积了 16 层泥炭,形成 C 煤组.此期间,由于湖盆 下沉速度过快,泥炭堆积速度与地壳下沉速度又长期 处于不均衡状态,遭水体淹没后,旋即被湖滨相砂体 覆盖,所以未能形成巨厚的泥炭层.至中侏罗世七克 台组,由于湖盆下沉速度快,许多山间湖盆滨岸带逐 渐发育成为深水湖相环境,其沉积颗粒也以还原环境 下的鲜绿色泥质粉砂岩和泥灰岩透镜体为主.至中侏 罗世末期和晚侏罗世中、晚期,原本呈下沉状态的山 间湖盆受燕山中期运动的影响,整个阳霞矿区处于上 升状态,湖水面积迅速缩小,构成以山间湖盆滨岸三 角洲相及河流相为主体的沉积古地理环境.由于气候 干燥炎热,氧化环境下的沉积物颗粒遍布全区,岩性 以紫红色、暗红色中粗砂岩为主.至晚侏罗世末期燕 山运动主褶皱幕开始,阳霞沉积区在接受上升和水平 挤压运动作用下,形成以塔克玛扎背斜为主体的褶皱 构造,次一级褶曲和水平位移断裂遍布全区. 燕山运动主褶皱幕结束后,在古近新近系期间 整个阳霞沉积区以接受山麓相的冲洪积物为主,岩性 颗粒也以砂砾岩、砂岩及干旱环境下的石膏层沉积 物为主.至古近新近系末期,喜马拉雅运动产生大 量的褶曲断裂及后期地壳运动的变化,使阳霞沉积区 进一步形成沟谷纵横、山峦起伏的中低山区.至第四 系时期,受地形条件的影响,冲洪积物仅在沟谷和河 流阶地一带发育. 4 聚煤规律和煤质特征聚煤规律和煤质特征 阳霞矿区含煤岩系共发育有 3 个含煤组,按照沉 积顺序,由下而上分别为 A煤组、B煤组及 C煤组.现 依据各煤组分布特点就其聚煤规律和煤质特征分析 如下A①煤组,发育于早侏罗世塔里奇克组中上部. 受早期沉积环境影响,仅含有 3 个煤层,最大单层厚度 5.99 m,其中含可采层 2 层,分别为 A2、 A3.煤质特征以 低灰、 低硫、 特低磷、 高发热量弱粘结煤为主;②B煤组, 发育于中侏罗统克孜努尔组下部,受沉积时期构造运 动的影响,虽然含煤数较多,但未能形成较厚煤层,这 与中侏罗世克孜努尔组下段振荡型沉积环境有直接 关系.虽然时有泥炭沼泽相环境出现,但是泥炭堆积 的速度与湖盆下沉速度未能达到一个相对持续的平 衡期,造成该时段虽然煤层数较多,但厚度并不太大.B 陶瑞等新疆阳霞矿区含煤地层特征及聚煤规律浅析 61 第 26 卷 第 1 期 煤组共计含煤 10 层,但最大单层厚度仅为 3.85 m,且 分布极不均匀,只有两层达到全区可采状态[1].B 煤组 属低灰、低硫之长焰煤种;C③煤组,发育于中侏罗统 克孜努尔组上部,是阳霞矿区含煤性最好,发育最广 泛的一个煤层组带.该含煤组中厚煤层数较多,且分 布相对稳定,说明沉积时泥炭堆积的速度与湖盆下沉 速度能够达到一个相对持续的平衡期.C 煤组共计含 煤16层,可采层78层,最大单层厚度5.90 m,3.5 m以 上的可采煤层 45 层.C 煤组属特低-中灰、 低熔灰分、 特低硫、中等-高发热量之不粘煤种. 从上述 A、B、C 三个煤组显示的煤层聚积规律 和煤质特征来看,A 煤组变质程度略高于 B、C 煤组, 表现为弱粘煤,而 B、 C煤组仅为长焰煤和不粘煤.但在 B、C煤组煤岩鉴定成果中,靠近塔克玛扎背斜轴附近 沉积的 B、C 煤组中的煤层镜质组最大反射率高达 1.16,属于Ⅳ级变质阶段,然而实际煤种经化验测试其 指标显示仍然确定为长焰煤和不粘煤.此结果说明早 期成煤物质中的炭化组分由于是靠近古生界背斜核 部,局部受岩浆热作用影响形成火焚丝质体,并构成 典型细胞结构,造成煤岩组分中显示高变质异常. 5 结束语结束语 通过野外工作及室内研究认为,之所以煤层燃烧 普遍,除了原煤固有的凝胶化组分含量较高及煤层自 新疆煤田地质局 161 队.新疆轮台县阳霞矿区普查地质报告,1999 燃倾向属易自燃原因之外,是因为其煤层露头带多属 暴露性氧化环境,致使煤层自燃.在被第四系覆盖或 位于河流侵蚀基准面以下的煤层基本未发生自燃.西 部卫东沟穿过煤层的钻孔有高温水源,是因为塔拉克 河床两侧的 C 煤组有活火区分布,由于河流水侧向补 给岩层,受正在燃烧的火区影响,使此层段水温增高, 水流通过裂隙补给了 2 km以外的煤层顶板砂岩.中部 塔克玛扎沟阳霞河煤矿出现的井下高温,是 6 kｍ以 外阳霞河谷煤层燃烧产生的高温通过层间裂隙将热 源传导至塔克玛扎沟阳霞河煤矿所致. 根据含煤岩系组合特点,认为在早侏罗世塔里奇 克组时期,受整个盆地北缘库车坳陷总体下沉影响, 其沉积古地理类型已演化成山间湖盆型沉积环境,发 育形成Ａ煤组.早侏罗世阿合组晚期及中侏罗世早期, 由于地壳运动造成其古地理环境不断的变化,在该时 期未能形成较厚的泥炭层沉积,使 B 煤组虽含煤层数 较多,但其单层厚度较小.中侏罗世克孜努尔组中后 期,在以山间盆地为主的古地理环境中,共连续沉积 了 16 层泥炭,形成 C 煤组,但此期间由于泥炭堆积速 度与地壳下沉速度未能处以一种相对均衡状态,所以 也未能形成巨厚的泥炭层.从上述 A、B、C 三个煤组 显示的煤层聚积规律和煤质特征来看,A 煤组变质程 度略高于 B、C 煤组,表现为弱粘煤,而 B、C 煤组仅 为长焰煤和不粘煤. PRELIMINARY DISCUSSION ON COAL-ACCUMULATION REGULARITY AND THE DEVELOPING CHARACTERISTICS OF COAL-ROCK-MEASURES IN YANGXIA MINING AREA TAO Rui1,XU Hong-shun2 1.Xinjiang Coal Research Institute,Urumqi,Xinjing,830091,China;2.Mineral ResourceCharacteristics;Coal-accumulation regularity;Preliminary discussion