黑龙江绥滨煤田福兴矿区城子河组煤质特征及成煤环境研究

张晓晴 李宝庆

摘 要：依据煤质测试结果，对城子河组14号煤的煤质特征进行了研究，结果表明14号煤以高镜质组含量、高挥发分产率、低灰分产率、特低水分含量和特低硫分含量为特征；依据挥发分产率可划分为高挥发分A烟煤。高的镜质组含量归因于成煤期盆地基底沉降速率相对较快，沼泽面长期处于地下水潜水面之下而具有相对还原的环境。灰成分参数和硫含量指示成煤环境为陆相环境，但沼泽环境具有较弱的还原环境。

关键词：绥滨煤田；城子河组；煤质；灰成分

中图分类号：TD163 文献标识码：A

Abstract： Based on the results of coal quality， the paper investigates coal quality of the No.14 coals of the Chengzihe Formation to indicate that the studied coals are characterized by high vitrinite content， high volatile yield， low ash yield， sepicial-low moisture content and low sulfur content. The coals are classified as high volatile A bituminous coals following the ASTM classification. The high vitrinite content in coals is ascribed to relative high subsidence rate of basin base， which makes peat have relatively high groundwater table. The ash compositional indices and sulsur content suggest a terrigenous coal-forming environment showing relatively low reducing condition.

Key words： Suibin coalfield； Chengzihe formation； coal quality； ash composition

煤质特征研究是确定煤的工业利用和评价开采利用过程中对环境影响的基础性研究，是煤地质学研究领域的重要内容，而且在煤层形成机理及成煤环境方面得到了比较广泛的应用。福兴矿区作为一个新近勘探区，由于其丰富的煤炭资源而备受关注。本文基于对研究区煤样的测试，分析了研究区煤的煤岩学、煤化学和煤灰成分特征，并对成煤环境进行了探讨。

1 地质概况

福兴矿区位于绥滨煤田的最北端，绥滨煤田是位于佳木斯地块东北侧的一个晚中生代陆相沉积为主的海陆交互型断坳含煤盆地。区内发育地层主要包括中元古界黑龙江群、上古生界石炭—二叠系、中生界中侏罗统绥滨组、上侏罗统东荣组、下白垩统城子河组、穆棱组和新生界地层。

下白垩统城子河组是福兴矿区主要的含煤地层，其可以进一步划分为三个岩性段。上部为粉细砂岩段、中部为砾岩段和下部为含煤段。该组是一套以河流、湖泊—沼泽—泥炭沼泽相的含煤沉积。城子河组形成于下三角洲冲积平原环境，聚煤条件较为有利，形成了横向广泛连续的14号煤层。

2 样品和方法

本次分析样品采自绥滨煤田福兴矿区6个钻孔中，共采样品10件，均为下白垩统城子河组14号煤层。样品制备、测试均按照国家标准进行。

3 煤质特征

3.1 煤的岩石学特征

研究煤中显微组分以镜质组（66.3%～ 90.5%，平均为85.5%）为主体，含少量惰质组（2.2%～16.5%，平均为12.2%）。镜质组以基质镜质体和结构镜质体为主，均值镜质体和碎屑镜质体次之，含少量团块镜质体。惰质组以半丝质体为主，含少量碎屑惰质体和微量丝质体、微粒体。显微组分组成特征揭示，下白垩统城子河组成煤期盆地基底沉降速率较快，泥炭沼泽表面长期处于沼泽潜水面之下，具相对还原的低位泥炭沼泽特征，此与我国下白垩统和古近—新近系一些断陷盆地中基底沉降速率较快形成的显微组分组成特征较相近。

3.2 煤化学特征

根据绥滨煤田福兴矿区城子河组14号煤层的工业分析、全硫和灰成分分析结果。研究区为为特低水分、低灰、高挥发分A烟煤（依据ASTM分类标准）。

研究煤的全硫含量介于0.08%～ 0.36%，均值为0.18%，为低硫煤（硫分含量低于1.0%为低硫煤），指示了一种陆相成煤环境。形态硫分析表明硫分主要以有机硫的形式存在，黄铁矿硫和硫酸盐硫含量很低。前人研究认为低硫煤中的硫主要来自于植物体，主要以有机硫的形式存在，此次研究与前人成果相一致。

3.3 煤灰成分与成煤环境

煤的灰分组成与煤中所含矿物质在种类、数量上皆具有一定的相关性，常以Ca、Mg、Al、Si、Fe和P等元素的氧化物表示，由于上述元素在泥炭沼泽中的沉淀或迁移受到水体氧化还原条件、酸碱度及盐度等因素的影响，因此灰成分可在一定程度反映聚煤环境的特征。较多学者采用灰成分指数（Fe2O3+CaO+MgO）/（SiO2+Al2O3）、SiO2+Al2O3等作为聚煤环境判别参数。

表1显示，煤灰成分主要由SiO2 和Al2O3组成，两者之和约占72.16%～ 84.65%，均值为76.91%。叶道敏等指出Fe2O3+CaO+MgO大于75%为陆相泥炭沼泽。研究区煤样的上述参数揭示为陆相泥炭沼泽环境。

赵师庆认为（Fe2O3+CaO+MgO）/（SiO2+Al2O3）比值介于0.03～0.22为较弱还原环境，比值介于0.23～1.23为较强还原环境。研究区样品Fe2O3+CaO+MgO/SiO2+Al2O3比值大数低于0.22，揭示成煤沼泽为较弱的还原性沼泽。

为进一步研究煤灰成分作为聚煤环境判别的可行性，以煤灰成分中SiO2+Al2O3、CaO+MgO和Fe2O3+SO3三个组分的百分含量作为三个端元作三角端元图解。三个灰成分端元百分含量实际反映了聚煤环境的不同介质条件，接近SiO2+Al2O3端元反映以粘土矿物为代表的陆源矿物类型，多与淡水介质注入有关；接近CaO+MgO端元反映煤中钙镁矿物含量较高，属半潮湿气候条件下的弱氧化-弱还原环境，且碱度相对较高，Ca2+、Mg2+等易于沉淀；接近Fe2O3+SO3端元表明煤中硫铁矿含量较高，一般代表相对闭塞的局限沼泽环境。研究区煤样的三端元组分揭示泥炭沼泽为相对开阔的、与淡水注入密切相關的弱还原沼泽。

结论

（1）研究区煤的显微组分以镜质组为主，惰性组次之，此归因于成煤期盆地基底沉降速率相对较快，沼泽面长期处于地下水潜水面之下而具有相对还原的环境。

（2）研究煤以特低水分含量、特低硫分含量、低灰分产率和中高挥发分产率为特征；依据挥发分产率可划分为高挥发分A烟煤。

（3）灰成分参数和硫含量指示成煤环境为陆相环境，但沼泽环境具有较弱的还原环境。

参考文献

[1]金丽云.黑龙江省绥滨县福兴区煤岩煤质特征[J].煤炭技术，2009（11）.

[2]陈新蔚，庄新国，周继兵，等.准东煤田煤质特征及分布规律[J].新疆地质，2013，31（01）： 89-93.

[3] Li B， Zhuang X， Li J， et al. Geological controls on coal quality of the Yili Basin， Xinjiang， Northwest China[J].International Journal of Coal Geology， 2014， 131： 186-199.

[4]庄新国，王生维.抚顺，梅河口盆地分析中煤岩煤质参数的应用[J].煤田地质与勘探，1993，21（06）：1-6.

[5]邢军，刘光祥，许光泉.先锋盆地小龙潭组巨厚煤层煤相特征[J].煤田地质与勘探，1999，27（08）：1-4.