伊敏煤田五牧场井田12#煤的煤岩学特征及煤相分析

李卫旭，姚文博，马家亮，赵存良

（河北工程大学，河北邯郸 056038）

伊敏煤田五牧场井田12#煤的煤岩学特征及煤相分析

李卫旭，姚文博，马家亮，赵存良

（河北工程大学，河北邯郸 056038）

运用煤岩学和统计学分析方法，采用偏光显微镜，对伊敏煤田五牧场区12#煤的12个煤样进行了分析，观察到12#煤的显微组分中镜质组含量较高，且黏土矿物大量出现。通过GI-TPI煤相图和GWI-VI关系图及镜惰比等煤相参数值的研究，结果表明，五牧场区12#煤的煤相类型为低位泥炭沼泽，成煤期水流活动性很强或存在强力的风动力作用。

伊敏煤田；五牧场区；镜质组；煤相；低位泥炭沼泽

1 地质背景

本井田位于内蒙古自治区呼伦贝尔市鄂温克族自治旗境内。东西走向平均长9.850 km，南北平均宽4.430 km，矿区面积约43.6346 km2。井田北距呼伦贝尔市海拉尔区63 km，南距伊敏煤电公司12 km。

伊敏盆地位于新华夏系第三沉降带海拉尔沉降区的东部（图1），呼和湖坳陷的东北部。盆地内部又发育有三个次一级的构造单元，即由北向南依次排列为孟根楚鲁向斜，五牧场背斜和伊敏向斜，每一个次一级的构造单元间均以较大的断裂为界而成为相对独立的含煤盆地。

五牧场井田位于伊敏盆地的中部区域、五牧场背斜的南翼附近，呈一单斜构造形态，地层走向北东66°，地层倾角北部较缓，一般小于10°，向东南地层倾角变陡地层沿走向及倾向均有缓波状起伏。五牧场井田的含煤地层为白垩系下统大磨拐河组，上覆第四系。

12#煤全区可采，为主要可采煤层，岩性为粉砂岩、泥岩、炭质泥岩等;顶板岩性主要为粉砂岩、泥岩,其次为砂砾岩、粗、中粒砂岩等；底板岩性主要为泥岩、粉砂岩,局部见有粗粒砂岩及细砂岩。

2 样品采集与实验

根据GB/T482-2008煤层煤样采取方法对五牧场区12#煤层自下而上采集15个分层样品，每50 cm划分一个出分层，并采集一个样品，每个样品采集的重量约1 kg，其中煤样12个，顶板及夹矸共3个（图2），并对其进行编号，对各分层样品进行显微组分、矿物的定量统计，统计500个以上的有效点并对数据进行分析，同时在显微镜下观察显微煤岩组分并记录。

3 结果与分析

3.1 煤岩特征

3.1.1 宏观煤岩特征

12#煤层浅部煤的成分以暗煤为主，少量亮煤及丝炭，夹镜煤条带，光泽较暗淡，条带状结构，块状构造，为半暗型煤，12煤层中部煤的成分以亮煤为主，少量暗煤和镜煤，内生裂隙较发育，条带状结构，碎块状，为半亮型煤，12煤层深部煤的成分以亮煤为主，少量镜煤，内生裂隙发育，性脆、碎块状，为半亮型煤-光亮型煤。

图1 海拉尔地区含煤盆地分布和构造位置示意图（据万欣，2010修改）[1]Figure 1 A sketch map of coal basin distribution in Hailar area and tectonic setting(after Wan Xin,2010,modified)[1]

图2 采样位置示意图Figure 2 Sketch map of sampling points

3.1.2 显微煤岩特征

12#煤的镜质组最大反射率为0.77%，属于中低阶变质烟煤中的长焰煤。

采用油浸物镜对12#煤的12个煤样分别在显微镜下进行显微煤岩组分及矿物的统计，得出12#煤镜质组含量为71.40%～93.66%，平均含量为84.40%；壳质组含量为0.51%～4.82%，平均含量为2.06%；惰质组含量为4.29%～27.24%，平均含量为13.54%。

镜质组中主要以基质镜质体（图3a）为主，结构镜质体（图3b，图3g）次之，均质镜质体（图3c）和团块镜质体（图3d）含量较少；壳质组以小孢子体（图3e）为主，发现沥青质体（图3f）；惰质组以丝质体（图3h）为主，碎屑惰质体（图3a）、微粒体（图3g）、菌类体（图3i）都有出现；矿物以黄铁矿（图3g）和黏土矿物（图3d）为主。

显微组分中含有大量碎屑惰质体，碎屑镜质体的碎屑组分（图3a），同时有大量黏土矿物，说明在成煤时期水动力作用强烈或者风动力作用强烈的沼泽环境中。

3.2 煤相特征

煤相即一定泥炭沼泽环境下形成的煤成因类型和煤岩类型。煤的显微组分是煤相主要识别标志，取决于成煤植物群落、成煤气候和泥潭聚集环境，即覆水条件、聚集方式、水介质特征等。用煤岩学参数来判断沉积环境和植物来源是最有效方法[2-4]。

本文主要采用植物结构保存指数（TPI）和凝胶化指数（GI）与植被指数（VI）及地下水动力指数（GWI）还有镜惰比（V/I）等煤相结构指数对12#煤进行煤相分析。

3.2.1 GI-TPI煤相图

Dissel提出植物结构保存指数（TPI）和凝胶化指数（GI）[5]为指示成煤条件的参数。

凝胶化指数（GI）可以反映泥炭沼泽的潮湿程度，GI值大表示泥炭形成环境潮湿且沼泽覆水较深，GI值低表示泥炭形成环境较干燥且覆水浅。结构保存指数（TPI）能够反映植物细胞结构保存完好的程度和植物组织降解的强度，TPI值低则反映植物细胞遭受降解的强度高，结构保存程度较差，反之，则细胞结构保存完好，遭受降解的强度低。

根据GI、TPI参数值建立GI-TPI煤相图（图4）。

3.2.2 GWI-VI关系图

地下水流动指数（GWI）主要反映地下水对成煤环境的控制程度、矿物含量与地下水位变化情况；植被指数（VI）反映成煤植被及其保存程度，VI值小于1，认为与水生或者草本植物具有较强亲和性，如果VI值大于1，认为与森林具有亲和性。根据Calder提出的计算公式，作出GWI-VI关系图[6]（图5）。

图3 12#煤的显微组分和矿物照片(500×)Figure 3 Microscopic photos of macerals and minerals in coal No.12(500×)

图4 五牧场区12#煤GI-TPI关系Figure 4 GI-TPI relationship of coal No.12 in Wumuchang district

图5 五牧场区12#煤GWI-VI关系Figure 5 GWI-VI relationship of coal No.12 in Wumuchang district

3.2.3 镜惰比（V/I）

一般来说，镜质组形成于潮湿还原环境，而惰质组形成于干燥氧化的环境。成煤沼泽的氧化还原程度与沼泽覆水情况密切相关，所以镜惰比能较直观的反映成煤沼泽的覆水程度与气候的干湿状况[7]。根据镜惰比数值的大小可以将其划分为4种成因类型：①V/I值大于4，代表潮湿强覆水；②1＜V/I值＜4，代表极潮湿覆水；③V/I值在0.25～1，代表潮湿弱覆水；④V/I值小于0.25，代表干燥-极干燥环境。

3.2.4 骨基比

骨基比（F/M）：即为骨架组分和基质组分的比值，主要反映植物细胞受破坏程度和沼泽水流活动性的强弱，当F/M＞1，代表水流活动性较弱的滞留环境；F/M＜1，代表水流活动性较强的活水环境[3]。

3.3 成煤环境分析

根据以上各公式计算出样品煤相参数值见表1。

表1 伊敏煤田五牧场区12#煤煤相参数Table 1 Coal facies parameters of coal No.12 in Wumuchang district,Yimin coalfield

从TPI-GI关系图中可以看出，样品的参数点都落在了低位沼泽内，说明研究区12#煤成煤时处于一种很潮湿的环境中，属于开阔水域低位泥炭沼泽类型。植物的结构保存指数（TPI）为0.08～0.39，平均值为0.22，说明植物结构保存程度低，可能是在极端潮湿的环境下，在凝胶化过程中植物细胞组织受到强烈的破坏。

从GWI-VI关系图中可以看出，GWI值越大，说明受地下水作用影响越强，GWI值为0.02～0.28，平均值为0.1，反映了成煤沼泽受地下水作用的影响很低，VI值全部小于1，说明12#煤成煤植物基本为草本或水生植物。

通过表1可以看出镜惰比（V/I）除TD12-3、TD12-6分别为3.17和2.62且在1到4之间外，其余参数值均大于4，且全部样品镜惰比的平均值为8.31，大于4，说明该煤层主要是在还原性较强的潮湿强覆水环境下形成的。

从表1可以看出骨基比（F/M）均小于1，说明在低位泥炭沼泽环境下水流活动性很强，植物遗体及细胞结构受到机械破坏。

通过各项参数并进行分析得出12#煤层形成于还原性较强的潮湿强覆水环境中，且水流活动性较强，成煤植物以草本或水生植物为主，植物细胞结构在强水动力作用下遭到破坏。

4 结语

由对伊敏煤田五牧场区12#煤的煤岩学特征和煤相类型的研究与分析可得，12#煤的有机显微组分中镜质组含量最高，其中以基质镜质体为主，同时含有大量黏土矿物，该煤层的煤相类型为低位泥炭沼泽，煤层形成于水流活动性较强，或者风动力作用较强的成煤环境中。

[1]万欣.呼和诺尔盆地伊敏组含煤特征分析[J].中国煤炭地质，2010，22(5):23-28.

[2]Sun Y Z.Petrologic and geochemical characteristics of“barkinite”from the Dahe mine,Guizhou Province,China[J].International Journal of Coal Geology，2003，56，84-88.

[3]方爱民，雷家锦，金奎励，等.山西西山煤田7号煤层煤相研究[J].中国煤田地质，2003，15（5）：12-16.

[4]Lin M Y，and Tian L.Petrographic characteristics and depositional environment of the No.9 Coal(Pennsylvanian)from the Anjialing Mine, Ningwu Coalfield,China[J].Energy Exploration&Exploitation，2011，29 (2)，197-204.

[5]Diessel C F K．The correlation between coal facies and depositional environments[C]//Proc.Symposium on Advances in thestudy of the Sydney Basin：Newcastle.University of Newcastle，1986，19-22.

[6]Calder J H，Gibbing M R，Mukhopadhay P K．Peat formation in a Westphalian B piedmont setting，Cumberland Basin，Nova Scotia：Implication for the maceral～based interpretation of rheotrophic and raised paleomires[J].Bulletin de la Societe Geologigue de France，1991，162（2）：283-298.

[7]Sun Y Z,Wang S P,Lin M Y.Maceral and geochemical characteristics of coal seam 1 and oil shale 1 in fault-controlled Huangxian Basin, China[J].Organic geochemistry.1998,583-591.

Coal Petrological Features and Coal Facies Analysis of Coal No.12 in Wumuchang District,Yimin Coalfield

Li Weixu,Yao Wenbo,Ma Jialiang and Zhao Cunliang
(Hebei University of Engineering,Handan,Hebei 056038)

In coal petrological and statistics analytic procedures,using polarizing microscope carried out analysis for 12 coal samples of coal No.12 from Wumuchang district,Yimin coalfield have found higher vitrinite content in coal No.12 macerals and a lot of clay minerals.Through discussion and study on GI-TPI coal facies chart and GWI-VI relationship chart,as well as coal facies parameter values including vitrinite/inertinite ratio have shown that the coal facies type of coal No.12 belongs to low-level bog with strong water flow mobility or under strong wind dynamic actions during coal-forming stage.

Yimin coalfield;Wumuchang district;vitrinite;coal facies;low-level bog

P618.11

A

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.02.05

1674-1803(2017)02-0020-04

国家自然科学基金（41611130046）；河北省自然科学基金（D2016402104）

李卫旭（1992—），河北邯郸人，硕士研究生，从事煤地质学研究。

赵存良（1982—），山东聊城人，副教授，研究生导师，从事煤地质学研究。

2016-11-07

责任编辑：宋博辇