湖北省云臺荒煤田煤系地層特征及控煤因素分析

胡尚軍, 姜志勇, 李江力, 郭寧寧, 江為民, 李志剛

(湖北省地質(zhì)調(diào)查院,湖北 武漢 430034)

湖北省云臺荒煤田煤系地層特征及控煤因素分析

胡尚軍, 姜志勇, 李江力, 郭寧寧, 江為民, 李志剛

(湖北省地質(zhì)調(diào)查院,湖北 武漢 430034)

云臺荒煤田的煤系地層——二疊系梁山組、龍?zhí)督M以陸源含煤碎屑巖沉積為主,淺—中等覆水,弱還原—弱氧化環(huán)境下的潮坪—泥炭沼澤亞相為主要成煤環(huán)境和聚煤區(qū),影響煤層厚度變化較大的原因主要有沉積環(huán)境、構(gòu)造和古氣候等因素。

煤系地層;控煤因素;云臺荒煤田

湖北省整體屬于貧煤省份,煤層厚度小,煤質(zhì)差,煤炭資源大多依賴外省。近年來,隨著經(jīng)濟發(fā)展對煤炭資源的需求不斷增加,加劇了供需矛盾,國家投入大量資金開展南方缺煤省份煤炭資源的調(diào)查和潛力評價工作,尋找新的接替資源。湖北云臺荒煤田位于鄂西長陽、巴東、秭歸三縣交界地帶,屬華南賦煤區(qū)川鄂湘邊賦煤帶,煤系地層為二疊系中統(tǒng)梁山組及上統(tǒng)龍?zhí)督M,二疊系梁山組、龍?zhí)督M也是華南地區(qū)主要賦煤巖系,通過深入研究煤系地層特征、煤層、煤質(zhì)特征,簡要分析控煤因素,可為今后的煤礦勘探和開采工作提供參考。

1 煤田地質(zhì)概況

云臺荒煤田大地構(gòu)造位置處于上揚子古陸塊,上揚子南部被動邊緣褶沖帶。出露地層主要為寒武系—三疊系(圖1),除泥盆系、石炭系有部分地層缺失外,地層總體較連續(xù)。二疊系中統(tǒng)梁山組及上統(tǒng)龍?zhí)督M為川鄂湘邊賦煤帶的主要含煤巖系,云臺荒煤田可采工業(yè)煤層主要賦存于梁山組,龍?zhí)督M僅在局部地段可采。

煤田主要受北東東向的云臺荒向斜控制,向斜核部由三疊系構(gòu)成,兩翼由寒武系—二疊系構(gòu)成,地層總體走向呈北東東—南西西向展布,傾角一般25°～30°。向斜兩翼發(fā)育次級褶皺,軸向多呈北東、北東東向展布,致使含煤巖系、煤層形態(tài)復(fù)雜。煤田內(nèi)斷裂主要有北東向、北北東向及北西向三組,其中以北東向規(guī)模較大,多具壓扭性。這些斷裂對含煤巖系及煤層造成切割破壞作用。

2 煤系地層特征

2.1 梁山組

梁山組(P2l)巖性以中—厚層狀細粒石英砂巖為主,其次為泥質(zhì)粉砂巖、炭質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)泥(頁)巖,中上部夾煤層。石英砂巖具斜層理構(gòu)造,炭質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)泥(頁)巖含植物、腕足類、雙殼類等化石。為海陸過渡相沉積。與下伏地層石炭紀黃龍組呈平行不整合接觸,與上覆地層棲霞組為整合接觸。代表性的典型剖面以麻沙礦區(qū)剖面[1]列述如下。

上覆地層:二疊系中統(tǒng)棲霞組(P2q)

深灰色瘤狀生物屑泥晶灰?guī)r夾鈣質(zhì)泥巖,含碗足類化石及生物碎屑。

----------整 合----------

梁山組(P2l)

總厚度25.61 m

8. 灰黑色粉砂質(zhì)泥巖,含星點狀、結(jié)核狀黃鐵礦。

厚1.66 m

7. 灰黑色中層狀含泥質(zhì)石英砂巖。

厚7.54 m

6. 炭質(zhì)泥巖夾煤線及煤條帶。

厚1.82 m

5. 煤層與炭質(zhì)泥巖互層。

厚2.31 m

4. 炭質(zhì)灰?guī)r。

厚0.34 m

3. 煤層。

厚4.47 m

2. 黑色粘土巖及灰黑色泥質(zhì)粉砂巖,夾砂巖小團塊,含星散狀、結(jié)核狀黃鐵礦。

厚0.46 m

1. 灰黑色厚層狀含泥質(zhì)石英砂巖,上部夾灰白色石英砂巖。

厚7.01 m

-- -- -- -- --平行不整合-- -- -- -- --

下伏地層:石炭系中統(tǒng)黃龍組(C2h)

淺灰色厚層狀含生物屑灰?guī)r。

梁山組在區(qū)內(nèi)普遍發(fā)育,厚度1.74～46.44 m,變化較大,總的特點是中段厚,東、西段薄,中段(麻沙坪一帶)厚度一般10～20 m,最厚達46.44 m,東、西段厚度一般5～7 m。

2.2 龍?zhí)督M

龍?zhí)督M(P3l)為一套含礫砂巖、砂巖、泥巖、粘土巖、炭質(zhì)泥巖夾煤層(線)的碎屑巖沉積,在煤田內(nèi)含煤三層,分別位于龍?zhí)督M的上(Ⅲ煤層,主煤層)、中(Ⅱ煤層)、下(Ⅰ煤層)部,其巖性特征以煤田東部的金竹園礦區(qū)剖面綜合列述。

上覆地層:二疊系上統(tǒng)下窯組(P3x)

灰色中—厚層狀含燧石條帶含生物屑灰?guī)r。

------------ 整 合 ------------

龍?zhí)督M(P3l)

總厚度7.63 m

12. 灰黑色薄層狀含燧石結(jié)核粘土巖。

厚1.20 m

11. 煤層(Ⅲ煤)。

厚0.40 m

10. 灰黃色粘土巖,含較多的植物化石碎片。

厚0.45 m

9. 黃褐色粉砂質(zhì)粘土巖,含黃鐵礦結(jié)核。

厚0.40 m

8. 灰黑色塊狀泥巖,含少量植物化石碎片。

厚1.40 m

7. 灰褐色粉砂質(zhì)粘土巖,具微波狀水平層理巖。

厚0.50 m

6. 黃褐色薄層狀中—細粒硬砂巖,具水平層理。

厚1.05 m

5. 黃褐色泥質(zhì)細粒硬砂巖夾黑褐色粉砂巖和煤線(Ⅱ煤)。

厚0.20 m

4. 黃褐色薄層狀中—細粒硬砂巖,含少量植物化石碎片。

厚0.45 m

3. 灰黑色鮞狀綠泥石粘土巖。

厚1.20 m

2. 暗綠色含礫粘土巖夾煤線(Ⅰ煤)。

厚0.30 m

1. 褐色粘土質(zhì)黃鐵礦層。

厚0.08 m

-- -- -- -- --平行不整合-- -- -- -- --

下伏地層:二疊系中統(tǒng)孤峰組(P2g)

灰黑色薄—中層狀硅質(zhì)巖夾炭質(zhì)頁巖。

云臺荒煤田龍?zhí)督M厚度一般3.4～6.1 m,最厚達26.35 m,最薄處0.4 m。煤田東部厚度略大,巖性也相對復(fù)雜,底界從黃鐵礦層或底礫巖開始,至頂界灰黑色含燧石結(jié)核粘土巖結(jié)束,與上覆下窯組含燧石條帶含生物屑灰?guī)r整合接觸,與下伏孤峰組硅質(zhì)巖、炭質(zhì)頁巖呈平行不整合接觸。在龍?zhí)督M厚度較小地段,則巖性簡單,一般以泥巖和粉砂質(zhì)泥巖為主,夾炭質(zhì)泥巖、煤線或極薄煤層。煤層頂?shù)装宓纳皫r、粘土巖中含植物化石。

3 煤層特征

3.1 梁山組煤層特征

云臺荒煤田梁山組含煤一層,賦存于中上部,部分地段被1～2層炭質(zhì)泥巖、炭質(zhì)灰?guī)r夾矸將煤層分成2～3個分層,夾矸厚度均<0.5 m,煤層結(jié)構(gòu)較簡單。煤層的頂、底板巖性主要以炭質(zhì)泥巖、泥巖為主。煤層由于局部不可采,呈大小不等的透鏡狀斷續(xù)產(chǎn)出,總體上均為不穩(wěn)定型,主要分布在八字嶺、蔡家溝、麻沙以及田家坪—涼風(fēng)臺一帶。工業(yè)煤層呈似層狀、透鏡狀產(chǎn)出,單個透鏡狀煤體可采段長數(shù)十米—數(shù)百米[2],平均厚度0.5～1.5 m,向兩端變薄甚至尖滅。似層狀煤層主要分布在中部的麻沙礦區(qū),煤層基本連續(xù),延長1 100～4 500 m,厚度一般0.5～2 m,最厚達11.29 m。煤層厚度變化總的趨勢是中部厚(圖2),東、西段薄,中部麻沙礦區(qū)為含煤性好的地區(qū),可采煤層平均厚度3.42 m,向東、西厚度大多為0.3～0.8 m,與梁山組地層厚度成正相關(guān)關(guān)系。

3.2 龍?zhí)督M煤層特征

云臺荒煤田龍?zhí)督M中有三個含煤層位,自下而上分為Ⅰ煤層、Ⅱ煤層、Ⅲ煤層。其中位于龍?zhí)督M中、下部的Ⅰ、Ⅱ煤層僅個別工程可見,厚度一般0.1 m左右,只有煤田東部的獅關(guān)洞一帶Ⅱ煤層厚度達0.5～1 m。Ⅲ煤層在煤田一般均可見及,厚0～2.46 m,一般<0.3 m。煤層頂?shù)装寮皧A矸均為灰色粘土巖,局部地段夾矸將煤層分成2～4個分層,凡以單一煤層出現(xiàn)地段,往往形成工業(yè)煤體。煤田東部獅關(guān)洞—楊林橋鎮(zhèn)一帶為含煤較好地段,可采煤層呈透鏡狀,長度760～3 800 m,厚度0.5～2.60 m。煤田南西部峰子巖—八字嶺一帶,煤層厚0.2～0.9 m,局部地段含煤性略好。除上述地段外,龍?zhí)督M含煤性差,不含可采煤層?？傮w來看,由煤田北東邊緣往西南,煤層結(jié)構(gòu)具有由簡單到復(fù)雜、然后尖滅的現(xiàn)象。

4 煤質(zhì)特征

4.1 梁山組煤質(zhì)特征

梁山組煤層的煤巖類型以半亮煤為主,半暗煤、暗煤次之,光亮煤少。礦物成分以粘土礦物為主,次為黃鐵礦、石英、方解石等。顯微組分以凝膠化、半鏡質(zhì)組為主,絲炭化—半絲炭化組次之。以條帶狀構(gòu)造為主,內(nèi)生裂隙較發(fā)育,貝殼狀、棱角狀斷口,似金屬或玻璃光澤。顯微煤巖類型為中等—強礦化亮煤質(zhì)煤類,少數(shù)屬暗煤質(zhì)亮煤。

根據(jù)煤化分析結(jié)果顯示,原煤發(fā)熱量為12.51～30.76 MJ/kg,灰分為9.66%～57.14%,一般在30%左右,揮發(fā)分0.68%～28.92%,硫含量2.19% ～11.57%,一般為5%～7%。屬中—高灰分高硫無煙煤。

4.2 龍?zhí)督M煤質(zhì)特征

龍?zhí)督M煤層的煤巖類型為光亮煤、半亮煤,部分為半暗煤和暗煤,成因類型屬腐殖煤類。顯微組分主要以凝膠化組為主,其次為半絲炭化組。煤中礦物以粘土礦物為主,次為黃鐵礦,方解石及石英少量。以均一狀和條帶狀結(jié)構(gòu)為主,內(nèi)生裂隙發(fā)育,眼球狀、貝殼狀及不規(guī)則狀斷口,金屬—玻璃光澤。顯微煤巖類型主要為混合亮煤、弱礦化半絲炭暗亮煤。

根據(jù)各礦區(qū)資料,龍?zhí)督M煤層原煤發(fā)熱量為12.56～18.60 MJ/kg,灰分為41.33%～58.12%,揮發(fā)分13%～22%,硫含量3%～9%,固定碳50%±,焦渣呈粉狀。屬高灰分高硫無煙煤,可作為動力用煤和民用煤。

5 控煤因素分析

5.1 構(gòu)造控煤作用

云臺荒煤田屬揚子板塊建始—長陽沉積蓋層臺褶帶構(gòu)造區(qū),在晉寧運動形成的結(jié)晶基底基礎(chǔ)上,歷經(jīng)揚子地塊蓋層發(fā)展和多期構(gòu)造改造的過程,構(gòu)造運動按其作用特點和相互關(guān)系,大致可劃分為加里東—海西期、印支期和燕山—喜山期三大階段。

加里東—海西期構(gòu)造活動以伸展作用為主,形成克拉通盆地及小規(guī)模的板塊內(nèi)裂陷盆地,接受了巨厚的海相沉積,間隔小規(guī)模的升隆侵蝕或剝蝕夷平作用。這一階段形成了區(qū)內(nèi)含煤地層的沉積基底,控制了聚煤盆地的形成、總體展布和含煤沉積的變化。

印支期受到藏滇、印支陸塊北推,華北陸塊南沖和來自東南向古太平洋板塊的強烈擠壓,區(qū)內(nèi)侏羅紀以前的地層發(fā)生大規(guī)模的褶皺變形,形成了一系列北西西—東西向構(gòu)造形跡。煤系地層及煤層由于塑性變形發(fā)生明顯的厚度變化,在褶皺轉(zhuǎn)折端頂端變厚、翼部變薄。

燕山期構(gòu)造活動十分強烈,形成了大量的北北東和北北西向脆性斷裂,斷裂構(gòu)造破壞了含煤地層的連續(xù)性,而褶皺構(gòu)造則表現(xiàn)為疊加改造早期東西向褶皺的特點,使含煤巖系、煤層的形態(tài)變得復(fù)雜化。

5.2 沉積環(huán)境控煤作用

中二疊世梁山期,湖北南有江南隆起(江南古陸),北有武當(dāng)隆起(秦淮古陸),在兩個大型隆起帶之間,為一橫貫全省的近東西向大型波狀坳陷盆地——湖北坳陷。該坳陷處于陸表海環(huán)境,接受了海陸交互相的含煤巖系沉積,為一大型波狀坳陷型聚煤盆地[3],其間有一系列方向不同、規(guī)模不等的次級隆起帶、坳陷帶和同沉積斷裂。經(jīng)歷中二疊世棲霞期和茅口期的海侵及之后的海退,至晚二疊世龍?zhí)镀?湖北繼承了“兩隆夾一坳”的構(gòu)造格局,湖北坳陷中沉積了龍?zhí)睹合怠?/p>

云臺荒煤田二疊系梁山組、龍?zhí)督M以陸源含煤碎屑巖沉積為主要特點,沉積相單元主要為潮坪相和瀉湖相[4],潮坪相可進一步劃分為砂坪亞相、砂泥坪亞相、沼澤亞相,沼澤亞相為主要成煤環(huán)境和聚煤區(qū),砂泥坪亞相成煤環(huán)境差,砂坪亞相沉積環(huán)境動力較強,成煤環(huán)境極差,基本不含煤。

5.3 古氣候的控煤作用

煤田的含煤地層梁山組、龍?zhí)督M中均含有豐富的裸子植物化石[5],是亞熱帶—暖溫帶氣候的反應(yīng),說明當(dāng)時區(qū)域氣溫適宜,潮濕多雨,植物繁茂,為煤層的形成提供了物質(zhì)條件。

6 結(jié)語

(1) 云臺荒煤田含煤地層為二疊系中統(tǒng)梁山組和上統(tǒng)龍?zhí)督M,可采工業(yè)煤層主要賦存于梁山組,龍?zhí)督M僅在局部地段有可采煤層。

(2) 梁山組中上部含煤一層,煤層結(jié)構(gòu)簡單,中部相對較厚,東、西段薄,與梁山組厚度成正相關(guān)關(guān)系;龍?zhí)督M含煤性差,局部可見三層煤,但煤層厚度小,結(jié)構(gòu)變化大。

(3) 二疊系梁山組、龍?zhí)督M為陸源含煤碎屑巖沉積,潮坪—泥炭沼澤亞相為煤的形成提供了最佳的環(huán)境。溫暖潮濕的氣候利于植物生長,為煤層的形成提供了物質(zhì)條件。

(4) 在區(qū)域構(gòu)造演化過程中,不同期次構(gòu)造活動對煤層的形成均起到了不同的控制作用。沉積基底古構(gòu)造控制了聚煤盆地的形成、總體展布和含煤沉積的變化,成煤期后的構(gòu)造對煤層起著破壞和改造作用。

[1] 徐立中,張漢金,余正清,等.湖北省煤炭資源潛力評價報告[R].武漢:湖北省地質(zhì)礦產(chǎn)勘察開發(fā)局,2011.

[2] 何澤洲,金光富.湖北省長陽—巴東—秭歸一帶二疊系煤礦地質(zhì)報告[R].宜昌:湖北省宜昌地質(zhì)勘探大隊,1978.

[3] 徐立中,胡起生,張文勝,等.湖北省中、晚二疊世煤系沉積期地質(zhì)構(gòu)造特征及其控煤作用 [J].中國煤炭地質(zhì),2011,23(8):60-62.

[4] 徐立中,胡起生,顏代蓉.湖北省主要煤系成煤環(huán)境及找煤方向淺析[J].中國煤炭地質(zhì),2009,21(12):46-50.

[5] 王仁農(nóng),李桂春.中國含煤盆地的聚煤規(guī)律[J].地質(zhì)評論,1995,41(6):487-497.

(責(zé)任編輯：于繼紅)

Analysis of Characterisitcs of Coal Measure Strata and Coal-controlling Factors ofYuntaihuang Coalfield

HU Shangjun, JIANG Zhiyong, LI Jiangli, GUO Ningning, JIANG Weimin, LI Zhigang

(HubeiGeologicalSurvey,Wuhan,Hubei430034)

Continental margin containing coal clastic sedimentary rocks shallow-medium water covered are dominant in the Permian Liangshan formation and Longtan formation.Tidal flat-peat swamp subfacies under the condition of weak reduction and weak oxidation are the main coal forming environment and coal accumulation areas.The main reasons for the change of the thickness of coal seam are sedimentary environment,tectonic and paleo climate and so on.

coal measure strata; coal-controlling factors; Yuntaihuang coalfield

2015-11-23;改回日期:2016-03-03

中國地質(zhì)調(diào)查局南方缺煤省份煤炭資源潛力評價——湖北省建始—松滋地區(qū)煤炭資源調(diào)查評價(12120113074400)。

胡尚軍(1974-),男,工程師,資源勘查專業(yè),從事地質(zhì)礦產(chǎn)勘查工作。E-mail:623049349@qq.com

P618.11

A

1671-1211(2016)04-0585-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.04.008

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160707.1528.038.html 數(shù)字出版日期:2016-07-07 15:28