青海南部积石山赋煤带成煤条件研究

谭富荣，霍 婷，赵维孝，乔军伟，李聪聪，张光超，杜芳鹏，雒 铮

(1.中国煤炭地质总局航测遥感局，西安 710199； 2.青海煤炭地质勘查院，西宁 810001；3.青海省第二地质矿产勘查院，西宁 810003； 4.中国矿业大学，徐州，221008)

青海南部积石山赋煤带成煤条件研究

谭富荣1，霍 婷2，赵维孝3，乔军伟4，李聪聪1，张光超1，杜芳鹏1，雒 铮1

(1.中国煤炭地质总局航测遥感局，西安 710199； 2.青海煤炭地质勘查院，西宁 810001；3.青海省第二地质矿产勘查院，西宁 810003； 4.中国矿业大学，徐州，221008)

积石山赋煤带位于青海南部，属于煤炭资源短缺地区。通过对研究区侏罗系岩石组合、成煤期动力学背景、成煤模式和煤质特征对比分析，发现：研究区北部侏罗系为断陷盆地发育的一套曲流河成煤模式，南部侏罗系为岛弧背景下的火山活动，在火山间歇期形成了厚煤层。由于成煤模式的差异，导致研究区的成煤条件存在较大不同，研究区羊曲组煤层较薄，煤质较差，年宝组煤层较厚，煤质较好。

成煤条件；赋煤带；积石山

积石山赋煤带位于青海南部，海拔较高，交通不便，属严重缺煤地区。多年来研究区以牛粪和木材为主要燃料，破坏了研究区自然环境，使得本来就十分脆弱的生态环境受人为因素影响更趋恶化。为了有效地保护“三江”源地区脆弱的生态环境，促进青海南部地区的经济发展，解决当地民用和工业燃料问题，开展积石山地区煤炭资源调查工作具有特殊重要意义。

前人众多研究成果主要集中于研究区及邻区二叠纪-晚三叠世早期特提斯洋的形成与演化[1-4]，而对于碰撞造山期后陆内演化研究相对较少。多数学者在研究区煤田构造特征[5]、找煤方向[6]、聚煤规律[7]、聚煤期板块构造演化[8]、煤系资源前景[9]等方面取得了一定成果，而对积石山赋煤带南部的侏罗系研究较少，更未从赋煤带南北煤田侏罗系的岩石组合、成煤期地球动力学背景、成煤模式等方面进行对比分析，以指导研究区煤炭资源勘查工作，从而导致了研究区内煤炭资源前景并不明确。通过《青藏高原煤系矿产综合研究》项目野外地质调查工作，对比了该赋煤带南北两侧的侏罗系岩石组合、成煤期地球动力学背景、成煤模式和煤质、煤岩特征等方面的不同，以期为研究区煤炭资源勘探和开发提供基础依据。

0 概况

积石山赋煤带位于青海省东南部玛沁-班玛一带(图1)，区内北部有石峡、野马滩、尕强、军牧场等勘探区和煤矿点；南部煤矿点比较分散，零星分散于巴颜喀拉山褶皱系中的桑日麻、哇赛、年宝等地。积石山赋煤带位于青海省东南部，构造单元上跨越了巴颜喀拉板块、阿尼玛卿构造带、西秦岭构造带三大构造单元，区内经历了二叠纪-晚三叠世早期的俯冲、消减和全面碰撞造山作用，从而奠定了研究区基本构造格架[10]。阿尼玛卿构造带以北的含煤地层为中三叠统-下侏罗统羊曲组[11]，多呈断块状分布。阿尼玛卿构造带以南含煤地层为下侏罗统年宝组，多呈斑块状分布巴颜喀拉构造带[12]。南侧桑日麻、哇赛煤矿、年宝煤矿与北侧尕强煤矿-军马场煤矿分属不同的大地构造单元，具有不同的大地构造演化过程和序列，从而决定了研究区侏罗系岩石组合、成煤期地球动力学背景、成煤模式、煤炭资源前景等诸多方面存在不同。

图1 积石山赋煤带侏罗系分布示意图Figure 1 A schematic diagram of Jurassic distribution in Anyemaqen Mts. coal hosting belt

1 岩石组合

1.1 年宝组

为下侏罗统含煤地层，由下部的陆相中酸性火山岩及含煤碎屑和上部的粗碎屑沉积构成，陆相中酸性火山岩自下而上反映出下侏罗统火山岩存在三个喷发韵律(图2)。第一韵律层：火山角砾熔岩-流纹英安岩，一套灰黄色中酸性火山角砾岩和灰绿色蚀变安山岩夹有凝灰岩和煤层，厚约60m。火山角砾为绿灰色，变余火山角砾结构，熔岩胶结，角砾状构造及块状构造。砾石成分主要为安山岩，英安岩，少量珍珠岩；第二韵律层：火山角砾熔岩-酸性熔岩，厚约478m。酸性火山角砾为浅肉红-浅灰绿色，变余火山角砾结构，胶结物具变余珍珠构造。角砾最大为3cm，一般为2～5cm。镜下碎屑具次圆状，次棱角状，在0.1～2.5mm，以火山角砾为主。胶结物为珍珠岩为无斑结构，基质由石英、钾长石微晶组成；第三韵律层主要为含火山角砾酸性凝灰熔岩和凝灰岩，厚约84m。含火山角砾酸性凝灰熔岩，为灰绿色，变余含角砾凝灰结构，熔岩胶结，块状构造。碎屑呈次棱角状，次圆状，在1～2mm。火山岩厚度变化表明火山活动由弱-强-弱，下部发育的火山角砾岩向上递变为安山岩、流纹岩以及凝灰岩等指示火山活动方式由爆发相-溢流相。同时，火山岩及凝灰岩在剖面上也表现为酸性-中酸性-酸性。上部的粗碎屑沉积灰白色、浅灰色中-厚层砾岩和含砾粗砂岩，分选差，棱角状，基底式胶结，砾石成为分长石、石英、中酸性火山角砾、凝灰岩等，不发育层理，表明粗碎屑沉积为快速堆积下的产物。

图2 久治县尼格曲年宝组柱状图Figure 2 Columnar section of Nianbao Formation in Nigqu, Jigzhi County

图3 军牧场羊曲组柱状图Figure 3 Columnar section of Yangqu Formation in Junmuchang

1.2 羊曲组

大武煤田军牧场羊曲组实测剖面(图3)可将羊由组自下而上划分为3个岩性段:下部为为灰黑色色、黄褐色、黄灰色、灰紫色中-厚层状复成分砾岩、石英砾岩、含砾石英质杂砂岩，夹深灰色、黄灰色中厚层状粉砂岩、泥质粉砂岩，发育交错层理、平行层理；中部为灰色，褐灰色薄-中厚层状泥质粉砂岩，粉砂质泥岩，钙质泥岩与灰黑色碳质泥岩互层，夹数层煤线及可采煤4层，发育小型交错层理、平行层理、水平层理、小波纹层理。富含植物碎屑、孢粉，产淡水双壳类；上部为灰白色、灰紫色、青灰色中-厚层状细-粗粒石英砂岩、岩屑砂岩夹青灰色、紫灰色薄-中层状泥质粉砂岩，粉砂质泥岩，粉砂岩和泥岩中含植物碎片，发育大型交错层理、平行层理。与年宝组相比，羊曲组不发育火山岩，为陆相碎屑细粒沉积，且地层厚度较小。

2 成煤期地球动力学背景

2.1 年宝组

年宝组发育的陆相中酸性火山岩表明：以爆发相为特征，火山碎屑物质整个剖面的80%以上，火山岩屑、凝灰岩构成的砂岩、泥岩、煤层经常与火山岩互层，属典型的岛弧相沉积；岩石地球化学分析显示：SiO2含量在52%～90%，岩石类型主要有酸性含火山角砾玻屑凝灰岩、流纹岩、英安岩、安山岩，其中英安岩所占比重最大，中性岩也占一定比例，不具备双峰式火山岩的特征。其中σ值(CaO+K2O)2/(SiO2-43)均小于3.3，在TAS图解上样品均在亚碱性区域内。岩石地球化学和岩性组合共同表明，研究区年宝组沉积期地球动力学背景为岛弧环境(表1)。

表1 积石山地区年宝组火山岩地球化学特征

2.2 羊曲组

晚三叠世，由于陆陆全面碰撞造山形成陆壳，在俯冲的后缘在大陆基础上拉张形成裂谷盆地，形成一套具典型“双峰式”火山岩，在研究区西部海德乌拉形成晚三叠世-早侏罗世大陆玄武岩、酸性的流纹岩[13]和研究区东部兴海地区早侏罗世的基性辉绿岩墙群及正长岩体，表明研究区晚三叠世-早侏罗世发生俯冲造山运动以后的伸展，在岛弧靠近大陆一侧弧后拉张形成的陆内裂谷，从而形成研究区局部伸展断陷，造成了研究区羊曲组的呈断块状分布。研究区军牧场羊曲组剖面上表现为2个向上变细变薄的旋迴，更进一步有利表明研究区羊曲组为断陷湖盆下的产物。

3 成煤模式

3.1 年宝组

年宝组沉积期，研究区火山间歇性喷发至地表，在火山喷发过程中，地壳中众多微量元素随着火山被带至地表富集，当火山活动停止时，在低洼地区形成广泛的汇水区，汇水区水体较浅，且没有陆源碎屑注入，大量植被广泛发育于汇水区，由于地壳深部带来的众多微量元素为植被发育提供了重要的营养，高等植被在汇水区大量繁盛，为形成区域性厚煤层提供了重要物质来源。随着植被大量发育，先期形成的植被不断死亡、堆积，为后期大量植被繁殖提供了有机物和矿物质。随着火山再次活动，火山灰覆盖于早期形成的植被之上，经过成煤作用，从而在区内形成M1、M2厚煤层(图4、图5a)。

3.2 羊曲组

通过军牧场剖面沉积相研究表明：一段和三段主要为辫状河-曲流河相产物(图3)，表现为具块状层理砾岩具大中型交错层理含砾粗砂岩-细砂岩-具小型波痕层理粉砂岩-具水平层理和块状层理泥岩，剖面上表现为向上变细的沉积旋迴，且砂泥比约为1∶1。中部主要为湖沼相产物，以发育水平层理、并含淡水湖泊双壳类的钙质泥岩、富含植物屑和煤线、煤层发育碳质泥岩，碳泥质粉砂岩为特色。

晚三叠世，强烈的伸展作用在积石山北部地区产生局部断陷作用，诱发了近东西向的断裂正断层活动，在大武形成断陷盆地。受断裂活动控制，断裂北侧遭受剥蚀，为盆地沉积提供了大量粗碎屑物质，南侧的大武地区持续沉降，在尕强、野马滩、军牧场等地接受了辫状河相的粗碎屑沉积。随着断裂活动减弱，北缘地形高差降低和盆地不断沉积充填，盆地进入准平原化，区内水动力学条件减弱，沉积物逐渐转化为曲流河相沉积，局部地区发育河漫沼泽，为研究区羊曲组形成M4煤层提供了物质基础。随着盆地持续沉降，水体加深，沉积了一套浅湖相细粒沉积物，在军牧场一带广泛发育湖泊沼泽，从而形成了区内重要的煤层M1-M3。

a.年宝组厚煤层； b.羊曲组薄煤层图5 积石山地区煤层露头Figure 5 Coal outcrops in Anyemaqen Mts. area

4 煤岩和煤质特征

4.1 年宝组

研究区南部年宝组煤层厚度在1.3～5.14m，平均厚度在2.74m，宏观煤岩特征表现为：为灰黑-黑色褐煤，主要为暗煤，少量为亮煤、镜煤及丝炭。土状光泽，局部玻璃光泽。风化面为上黄色、蓝灰色及土黑色。煤岩显微组分中，镜质组含量在0.64%～22.22%，平均为7.28%；壳质组含量在0.21%～13.7%，平均为4.67%；惰质组含量在64.1%～99.2%，平均为88.06%；煤层镜质体反射率0.75%～1.54%，平均Ro达到了1.05%。上述数据表明研究区年宝组煤层显微组分中以惰质组为主，镜质组次之，壳质组含量最少。原煤煤质分析表明：水分含量在2.16%～15.10%，平均含量为8.70%，灰分含量在10.10%～44.00%，平均为27.78%，挥发份含量在22.70%～43.37%，平均为31.71%，全硫含量在0.13%～0.33%，平均含量为0.20%，为典型的低硫煤(表2)。

4.2 羊曲组

各矿点含煤情况差异较大，石峡-江卡沟西部含煤4层，顶部的M4和底部的M1为局部可采煤层，其厚度及产状沿走向及倾向均不稳定。M4厚0.2～4.0m，局部有尖灭现象，一般厚2m左右。

羊曲组煤层单层厚度0～7.00m，煤层厚度变化较大，平均厚度在1.64m，宏观煤岩特征表现为： 为灰黑-黑色褐煤，主要为暗煤，少量为亮煤、镜煤及丝炭。土状光泽，局部玻璃光泽。风化后呈黄色、蓝灰色及土黑色。煤岩显微组分中，镜质组含量在52.60%～84.10%，平均为70.00%；壳质组含量在11.50%～32.73%，平均为18.75%；惰质组含量在3.80%～22.58%，平均为11.25%；煤层镜质体反射率1.92%～2.61%，平均Ro达到了2.13%。上述数据表明研究区年宝组煤层显微组分中以镜质组为主，壳质组次之，惰质组含量最少。与年宝组相比，羊曲组镜质组含量相对较高，原煤煤质分析表明：水分含量在1.05%～11.00%，平均含量为3.57%，灰分含量11.34%～38.00%，平均为27.05%，局部灰分大于40%；挥发份含量在13.78%～44.18%，平均为26.34%，全硫含量在0.49%～2.60%，平均含量为1.24%，为典型的高硫煤。各矿点的煤质一般较差，以中-富灰的贫煤为主，属高灰煤，靠近南侧花岗岩体的煤层挥发份低于10%，为无烟煤，而距岩体稍远的军牧场矿点挥发分大于30%，属于1/3 焦煤至肥煤类。各煤矿点的煤层多属低、中水分、中高挥发分、中高灰分、特低-高硫分煤。羊曲组可采煤层除军牧场煤矿M2为肥煤，M1及M3为1/3焦煤，江千煤矿M3为不黏煤，其余均为贫煤。各煤矿点主采煤层变质程度普遍较高，东部军牧场及江千煤矿煤变质相对较低，中西部之野马滩、江卡沟及石峡煤矿变质程度较高(表3)。

表2 积石山地区年宝组煤岩及煤质测试数据表

表3 积石山地区羊曲组煤岩及煤质测试数据表

5 结论

研究区南北由于其所处的大地构造差异，导致其成煤期地球动力学背景存在较大差异，从而决定了研究群南北岩石组合特征和成煤模式存在本质上的区别，进一步控制了煤层在空间特征、煤岩、煤质方面存在巨大差异，更进一步决定了研究区南北煤炭资源前景存在重大区别：研究区北部煤炭资源分布范围广，煤层单层较薄，煤质较差，即大而瘦；研究区北部煤炭资源分布范围小，煤层单层厚度较大，煤质较好，属于典型的小而肥。

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AStudyonCoal-formingConditioninAnyemaqenMts.CoalHostingBelt,SouthernQinghai

Tan Furong1, Huo Ting2, Zhao Weixiao3, Qiao Junwei4, Li Concong1,Zhang Guangchao1, Du Fangpeng1and Luo Zheng1

(1.Aerial Photogrammetry and Remote Sensing Bureau, CNACG, Xi’an, Shaanxi 710199;2.Qinghai Coal Geological Exploration Institute, Xining, Qinghai 810001;3.Qinghai Provincial Second Geology and Mineral Resources Exploration Institute, Xining, Qinghai 810003;4.China University of Mining and Technology, Xuzhou, Jiangsu 221008)

The Anyemaqen Mts. coal hosting belt is situated in southern Qinghai, an area with shortage of coal resources. Through comparative analysis on Jurassic rock association, coal-forming period geodynamic setting, coal-forming mode and coal quality features have shown that the Jurassic System in north part of study area has a set of meandering river coal-forming strata in developed fault basins; in southern part had been volcanic activities under island arc setting, during the period of inactivity formed thick coal seams. Since different coal-forming patterns have caused major different coal-forming conditions in study area, thus coal seams in the Yangqu Formation thinner and coal quality poorer; while in the Nianbao Formation coal seams thicker and quality better.

coal-forming condition; coal hosting belt; Anyemaqen Mts.

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.08.01

1674-1803(2017)08-0001-06

国家自然科学基金项目(41702144)、中国煤炭地质总局科技专项资金(2010-I-04)

谭富荣(1984—)，男，硕士，工程师，主要从事沉积盆地分析、能源地质研究。

2017-05-25

A

责任编辑：宋博辇