河南省葛店井田地質(zhì)特征及可采煤層對(duì)比研究

■張傳鳳　特格喜白爾

（江蘇煤炭地質(zhì)局　江蘇　南京　210046）

河南省葛店井田地質(zhì)特征及可采煤層對(duì)比研究

■張傳鳳特格喜白爾

（江蘇煤炭地質(zhì)局江蘇南京210046）

永夏煤田位于華北板塊內(nèi)區(qū)嵩箕構(gòu)造區(qū)永城斷隆，其總體構(gòu)造形態(tài)為一軸向NNE的復(fù)式褶皺，構(gòu)造線展布方向以NNE、NW向?yàn)橹?。?gòu)造線多呈雁行式、背斜、地壘、地塹構(gòu)造相間出現(xiàn)。葛店井田位于永夏煤田東南部永城斷隆的東南緣，總體構(gòu)造形態(tài)為一軸向近南北、向北傾伏的寬緩背斜-葛店背斜；地層走向以南北向?yàn)橹?，北北東向斷層為葛店礦區(qū)主導(dǎo)構(gòu)造。本文對(duì)井田地層、構(gòu)造及構(gòu)造規(guī)律進(jìn)行了詳細(xì)研究，進(jìn)而對(duì)可采煤層進(jìn)行詳細(xì)的對(duì)比研究，對(duì)以后的工作具有十分重要的參考價(jià)值。

河南省葛店井田地質(zhì)特征可采煤層對(duì)比研究

1　地層特征

本井田屬于華北地層區(qū)魯西分區(qū)徐州小區(qū)。區(qū)內(nèi)地層自老到新有：奧陶系中統(tǒng)馬家溝組、石炭系下統(tǒng)本溪組和上統(tǒng)太原組、二疊系下統(tǒng)山西組和下石盒子組及上統(tǒng)上石盒子組、古近系、新近系。其中太原組、山西組和上、下石盒子組為含煤地層，現(xiàn)分述如下：

1.1奧陶系中統(tǒng)馬家溝組（O2m）

本組為含煤地層沉積基底，為灰-淺灰色厚層狀石灰?guī)r與白云質(zhì)石灰?guī)r，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，泥質(zhì)成分含量較高，致密，裂隙發(fā)育，具縫合線，含少量頭足類化石。

1.2石炭系（C）

1.2.1本溪組（C1b）

自奧陶系頂界到標(biāo)志層（K1）頂，據(jù)區(qū)域資料，本組厚8-39.32m，上部為淺灰色含鋁質(zhì)泥巖，具鮞粒及黃體礦散晶，產(chǎn)植物化石，為本區(qū)主要標(biāo)志層之一（K1）；下部為暗紫紅色鐵質(zhì)泥巖，含砂質(zhì)，屬古風(fēng)化殼沉積。與下伏奧陶系為平行不整合接觸。

1.2.2太原組（C2t）

從本溪組頂至標(biāo)志層（K3）頂，主要巖性為石灰?guī)r、深灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖和薄煤層等組成，局部夾有細(xì)粒砂巖和炭質(zhì)泥巖。共含石灰?guī)r12層，夾薄煤7層，其中煤層多集中在本組中下部，均不可采。根據(jù)其巖性組合，本組可分為下部石灰?guī)r段、中部砂泥巖段和上部石灰?guī)r段。

本組底部石灰?guī)r層位穩(wěn)定，厚度大，含豐富的動(dòng)物化石，是太原組的主要標(biāo)志層（K2），厚度分別為12.56m和15.12m，平均為13.84m。頂部為深灰色石灰?guī)r，層位穩(wěn)定，含動(dòng)物化石，厚0.57-2.32m，平均1.30m。并為主要標(biāo)志層之一（K3），與下伏本溪組為整合接觸。

1.3二疊系（P）

1.3.1山西組（P1sh）

自標(biāo)志層K3頂至標(biāo)志層K4底，主要由泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、細(xì)粒砂巖、中粒砂巖及煤層組成，局部含鋁質(zhì)泥巖和炭質(zhì)泥巖；含煤4層，其中本組中部的二2煤為本次主要研究對(duì)象。根據(jù)沉積環(huán)境特征，將其分為三段。

1.3.2下石盒子組（P1x）

本組僅保留在本區(qū)東緣、西緣和北部，保留厚度自西南向東北逐漸變厚。由灰-深灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、中-細(xì)粒砂巖和煤層組成，揭露最大厚度388.66m。和下伏山西組呈整合接觸。根據(jù)其巖性及含煤組合特征可劃分為三、四、五、六四個(gè)煤段。

（1）三煤段：巖性為淺灰-灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖、含鋁土質(zhì)泥巖及煤層，含少量植物碎片化石，中夾砂巖薄層。含煤8層，其中三2 3、三煤，為全區(qū)大部可采煤層。根據(jù)其巖性組合特征，自下而上分為四個(gè)巖性段。

（2）四煤段：由灰-深灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖和細(xì)-中粒砂巖、炭質(zhì)泥巖及煤層組成,局部為含綠色或紫色斑塊鋁質(zhì)泥巖和砂質(zhì)泥巖。含煤一層（四1煤），極不穩(wěn)定，局部相變?yōu)樘抠|(zhì)泥巖。底部的四煤底板砂巖（K5）為灰白-灰色中厚層狀中-細(xì)粒砂巖，局部相變?yōu)榉凵皫r，主要成分為石英、次為長石及巖屑，分選性和磨圓度均較差，具波狀層理，硅質(zhì)膠結(jié)。

（3）五煤段：主要由深灰、灰綠、淺灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖、灰色粉砂巖、細(xì)粒砂巖、中粒砂巖組成，具鋁質(zhì)泥巖，泥巖或砂質(zhì)泥巖局部為紫紅色或灰紫色。底部五煤底板砂巖（K6）為淺灰色中厚-厚層狀中、粗粒砂巖，成分以石英為主，次為長石及巖屑，分選及磨圓性均較差，具交錯(cuò)及波狀層理，硅質(zhì)膠結(jié)。

（4）六煤段：由灰色、灰綠色含紫紅色斑塊泥巖及砂質(zhì)泥巖，淺灰色鋁質(zhì)泥巖、粉砂巖、中-細(xì)粒砂巖組成。中、細(xì)粒砂巖主要成分為石英、長石及巖屑，具交錯(cuò)及波狀層理。

1.4上石盒子組（P2s）

巖性為灰-深灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖，灰色中粒砂巖。底部田家溝砂巖（K7）為灰綠色-淺灰色厚層狀粗粒石英砂巖，含灰黑色泥質(zhì)包體，具燧石巖屑，為上石盒子組和下石盒子組的分界標(biāo)志，與下伏下石盒子組呈整合接觸。

2　構(gòu)造特征

葛店井田位于永夏煤田東南部永城斷隆的東南緣，總體構(gòu)造形態(tài)為一軸向近南北、向北傾伏的寬緩背斜-葛店背斜；地層走向以南北向?yàn)橹?，傾角一般為0-10°，局部可達(dá)30°，北北東向斷層為葛店礦區(qū)主導(dǎo)構(gòu)造（圖1）。

圖1　葛店煤礦構(gòu)造示意圖

2.1背斜

葛店背斜：為一寬緩向北傾伏的背斜，位于葛店煤礦的東部，南自區(qū)外安徽省的王莊、河南省的葛店、大魏莊、小魏莊，北端終止于陳大莊，區(qū)內(nèi)延伸長度為5.3km。核部地層為山西組（P1sh），最高處位于1801孔和風(fēng)井附近，以致二2煤層頂板保留較薄，出現(xiàn)了大面積二2煤層的風(fēng)氧化帶。西翼保存較完整，地層為山西組（P1sh）和下石盒子組（P1x），傾角為6-10°局部30°；東翼被F1斷層破壞，地層為山西組（P1sh），傾角為8-15°,該背斜自北往南分別由12、14、16、18、20、22、24、26、28、30線剖面線嚴(yán)密控制。

2.2斷層

井田內(nèi)斷層較發(fā)育，共查明斷層44條，其中正斷層38條，逆斷層6條；落差大于100m的斷層5條，50-100m的4條，30-50m的4條，10-30m的8條，小于10m的23條；按其延伸方向可分為NNE、NNW和近東西向三組，各組斷層發(fā)育情況詳見下：

2.2.1NNE向斷層

本區(qū)NNE向斷層數(shù)量多達(dá)35條，其落差大，延伸距離長，為本區(qū)主要控煤構(gòu)造，主要斷層有：

（1）雙廟正斷層（F1）：為葛店煤礦的東部自然邊界，礦區(qū)內(nèi)由范廟西南經(jīng)葛店、大魏莊、張萬莊、梁莊西、蔣莊東向北延伸，橫穿本區(qū)南北，區(qū)內(nèi)走向長度為10km。以22線剖面為界分為南北兩段，南段走向?yàn)榻媳毕?，傾向90°，傾角70°，落差250m；北段走向?yàn)镹15°E，傾向?yàn)?05°，傾角60-70°，落差可增大到460m，該斷層控制嚴(yán)密。

（2）F1-1：位于本區(qū)北部，蔣莊村西。北段和葛店斷層（F1）相交，為其分支。走向?yàn)镹25°E，走向長度為1.5km，傾向?yàn)?05°，傾角60-70°，落差75m。主要控制依據(jù)：626孔和628孔之間煤層底板不連續(xù)；地震工程有嚴(yán)密控制。

（3）葛店逆斷層（F2）：位于葛店背斜東翼雙廟正斷層之東側(cè)，分叉為F2和F2-1。斷層南、北兩端分別交于雙廟斷層（F1），走向?yàn)镹10-15°E，走向長度為約1.5km，傾向280-285°，傾角35-45°，落差20-40m，該斷層控制嚴(yán)密。

（4）葛店正斷層（F4）為本礦的西部自然邊界，自李樓村南，經(jīng)李樓、張大莊東、程莊、張莊、劉藥店、三清廟西向北延伸。區(qū)內(nèi)走向長度大于10km。該斷層沿走向變化較大，以24線剖面為界分為南北兩段，南段走向?yàn)榻媳毕?，傾向?yàn)?70°，傾角70°，落差為580m，該斷層控制程度較差。

（5）F4-1：位于本區(qū)的西北部葛店斷層之東側(cè)，南部和葛店正斷層（F4）相交，為其分支，該斷層在程莊北由F4分岔，經(jīng)陳小莊、高莊、李家莊至前樓。區(qū)內(nèi)走向長度大于4.5km。走向?yàn)镹20-45°E，傾向?yàn)?90-315°，傾角70°，落差105-210m，該斷層控制程度較嚴(yán)密。

（6）F4-3：位于本區(qū)的中部葛店斷層之東側(cè)，程莊村西，斷層兩端分別和葛店正斷層（F4）相交，為其分支，走向長度為1.15km。斷層走向?yàn)榻黃N向，傾向?yàn)?70°，傾角為70°。該斷層控制嚴(yán)密，由16軌道下山巷道穿見，落差為150m。

（7）F16位于葛店背斜西翼，葛店正斷層的東側(cè)，北部被F4-1斷層所截。該斷層南起李樓，往北經(jīng)東楊莊、周莊、葛莊交于F4-1，走向長度為3.2km。斷層走向?yàn)镹10°E，傾向?yàn)?80°，傾角為70°，由南往北落差逐漸增大，為0-90m。該斷層南段控制較差，中北部控制嚴(yán)密。

（8）F19位于葛店背斜的東翼，雙廟正斷層（F1）的西側(cè)，在葛店北由F1分岔，往北經(jīng)過大魏莊、張樓至陳大莊村東南。走向長度為2.65km。斷層走向?yàn)镹15°E，傾向?yàn)?05°，傾角為65°，落差兩端小、中部大，為65m。該斷層控制較嚴(yán)密：南端由18皮帶巷控制；1801孔和Y258孔之間煤層底板不連續(xù)；14補(bǔ)1孔與Y268孔之間煤層底板不連續(xù)；24081工作面對(duì)該斷層有控制。

（9）F201位于礦區(qū)的北翼中部，南起任莊東，往北經(jīng)過陳大莊、高莊東止于7-1孔附近，走向長度為1.5km。斷層走向?yàn)镹17°E，傾向?yàn)?07°，傾角為65°，落差中部大，為75m，向兩端逐漸尖滅。該斷層控制嚴(yán)密：Y299孔和Y298孔之間煤層底板不連續(xù)；8-1孔于孔深374.80m揭露該斷層，斷層上盤為三煤段，下盤為二2煤底板，落差為75m；該斷層由地震工作控制。

2.2.2NNW向和近E-W向斷層

這兩組斷層主要分布在礦區(qū)北部，表現(xiàn)為數(shù)量少和規(guī)模小，對(duì)煤層破壞程度較小。

3　地質(zhì)構(gòu)造規(guī)律研究

3.1構(gòu)造發(fā)育程度

本礦分為南、北兩個(gè)采區(qū)，南部采區(qū)面積為2.94km2，發(fā)現(xiàn)斷層18條，斷層密度為6.12條/km2；北采區(qū)面積為2.42km2，發(fā)現(xiàn)斷層16條，斷層密度為6.61條/km2。綜合全區(qū)構(gòu)造發(fā)育情況，礦井構(gòu)造復(fù)雜程度為中等偏復(fù)雜，即二類。

3.2背斜和主要斷層的關(guān)系

本區(qū)構(gòu)造主要斷層發(fā)育在葛店背斜的兩翼，主要斷層的延伸方向和背斜軸方向一致，其中雙廟斷層（F1）切割了葛店背斜的東翼。葛店背斜和及其兩翼的走向斷層為同期形成的，均為晚燕山期四川運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物，其形成機(jī)理為：葛店背斜的形成于近東西向的擠壓用力場(chǎng)，在背斜形成過程時(shí)，背斜兩翼產(chǎn)生剪切應(yīng)力，為斷層創(chuàng)造了客觀條件。井田內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)新生代復(fù)活構(gòu)造。

3.3主要斷層和小斷層的關(guān)系

從小斷層的發(fā)育情況看，分為NNE和NNW向兩組，前者和主要構(gòu)造平行，為同期形成的次生或派生構(gòu)造；后者多受到主要構(gòu)造的限制，其形成時(shí)間稍后。另外，區(qū)內(nèi)北部在生產(chǎn)掘進(jìn)中揭露4條北西向逆斷層，四條逆斷層呈同一走向展布于主干斷層F1及F4的轉(zhuǎn)折部位，斷距3-10米，于區(qū)域構(gòu)造形態(tài)及形成機(jī)制不協(xié)調(diào)，應(yīng)為局部構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)所致。其展布范圍也有一定局限性。由鉆探及地震控制的斷層16條，斷距最小者7米，最大者580米。經(jīng)鉆探確定，后被巷道所穿見的斷層5條，斷距30米-90米。余者小型斷層均為在巷道掘進(jìn)過程中穿見，斷距多在10米以下，唯F4-3落差較大，為150米；故在煤層開采中不應(yīng)忽視勘探工程尚無法嚴(yán)密控制的小型斷層的存在及對(duì)煤層開采的影響。

4　可采煤層

本區(qū)主要可采煤層分布在二疊系下統(tǒng)山西組（二煤段）及下石盒子組（三煤段）地層中，其中山西組含煤四層，自下而上分別為二1煤、二2煤、二3煤、二4煤，煤層總厚度為3.12米。山西組地層含煤系數(shù)為2.9%。二2煤為本區(qū)主采煤層，二2煤厚度0-3.40米,平均2.08米,采區(qū)資料統(tǒng)計(jì),該煤厚度2.20-3.0米，平均2.64米。二2煤在全區(qū)厚度穩(wěn)定，在礦區(qū)中部出現(xiàn)了較大面積的不可采薄煤帶，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。下石盒子組地層中含煤五層，自下而上分別為三1煤、三煤、三煤、三4煤、三5煤，煤層總厚度為6.72米。下石盒子組含煤系數(shù)為1.73%。其中三煤和三煤為區(qū)內(nèi)大部可采煤層，三煤厚0-3.56米，平均1.45米，三煤厚0-2.84米，平均厚0.97米。三煤及三煤煤層結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，多數(shù)見煤點(diǎn)具夾矸。三煤為礦區(qū)內(nèi)大部可采煤層，可采范圍分布在礦區(qū)中北部。三煤為局部可采煤層，可采區(qū)主要分布在礦區(qū)北中部。

5　可采煤層對(duì)比研究

5.1對(duì)比方法與依據(jù)

本次主要利用標(biāo)志層、層間距、煤巖層組合特征、化石組合特征、沉積旋回分析和煤質(zhì)特征等方法進(jìn)行煤與巖層的對(duì)比：

5.1.1標(biāo)志層

利用的標(biāo)志層主要有K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7等七個(gè)，各標(biāo)志層的層位穩(wěn)定，是劃分地層單位及確認(rèn)煤層層位的主要依據(jù)。

5.1.2層間距

區(qū)內(nèi)各主要標(biāo)志層、可采煤層層間距較為穩(wěn)定，因此，利用煤、巖層層間距進(jìn)行對(duì)比工作是本次利用的主要方法之一。

5.1.3巖性巖相組合特征

本區(qū)含煤地層巖性巖相組合特征明顯，是煤巖層對(duì)比的有效方法之一。三煤段為一套近海湖濱環(huán)境的含煤地層，自下而上可分為六個(gè)沉積旋回，相對(duì)應(yīng)的為六個(gè)煤層，形成煤層最集中的層段，有別于其它組段；三煤、三煤多位于相應(yīng)旋回的上部。各旋回巖性均有差異，在橫向上有可比性。

一煤組為一套淺海-濱海相的沉積特征，表現(xiàn)為多個(gè)“石灰?guī)r-碎屑巖-煤層（炭質(zhì)泥巖）”的巖性組合特征，明顯區(qū)別于其它組段。石灰?guī)r的層數(shù)、層位、厚度均較穩(wěn)定，有利于各巖性段的劃分。

5.1.4化石組合特征

本區(qū)化石豐富，標(biāo)準(zhǔn)化石及其組合特征具有很強(qiáng)的排它性，是巖層對(duì)比的重要工具。

5.1.5煤質(zhì)特征

本區(qū)主要可采煤層二2、三、三煤在煤質(zhì)上有著較明顯的差異：原煤灰份產(chǎn)率自下往上逐步增高，二2煤為低-中灰煤，三煤為中灰煤、三煤為中-富灰煤；宏觀煤巖類型二2、三煤為半亮-光亮型煤，三則為半暗型煤。

5.2煤層對(duì)比結(jié)果評(píng)價(jià)

在實(shí)際對(duì)比過程中，針對(duì)每個(gè)煤段的不同特點(diǎn)采用一種或幾種方法進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比效果明顯，煤的組段對(duì)比可靠；含煤地層、可采煤層對(duì)比清楚、可靠。

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P62[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-9-75-3

張傳鳳（1975～），男，地質(zhì)高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榈V產(chǎn)普查與勘探。