浅析王坡井田太原组含煤地层特征

刘志成

（山西省地质勘查局二一二地质队，山西长治046000）

煤炭为山西省最主要的矿产资源，其开采历史悠久，多年来3号煤层多已被开发，甚至资源已经枯竭，逐渐向埋藏较深的煤层延伸。随着开采深度的增加，多数井田煤层厚度、赋存状态、构造发育程度均发生较大变化。本文主要结合当前勘查成果，基于以往研究方法，通过综合分析，简要总结了太原组含煤地层沉积特征、地层含煤性及控煤因素。

1 区域地质概况

王坡井田位于沁水煤田晋城煤炭国家规划矿区中东部，本井田地层分布自东向西由老至新，悬壶南—东大阳一线北西侧出露奥陶系地层，由该线向北西依次出露石炭系、二叠系地层，三叠系地层主要出露于北部固县一带。井田内大部出露二叠系上统上石盒子组地层，中部、中南部广泛分布二叠系上统石千峰组，第四系分布于山梁、河谷及其两侧阶地。王坡井田位于沁水复式向斜坳陷南端，阳城西哄哄—晋城石盘东西向断裂带以北、沁水复式向斜盆地南缘东西—北东向断裂带及晋（城）—获（鹿）褶断带之间。井田地层总体构造形态为一走向北北东，倾向北西，地层倾角一般3°～10°的单斜构造；井田发育有缓倾斜的向、背斜构造和走向北东东的正断层，井田内未见岩浆岩，构造简单。见图1。

2 太原组含煤地层特征

太原组为一套海陆交互相含煤地层，岩性以石灰岩、砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩、煤为主。地层厚63.96～122.32m，平均厚为82.92m。

太原组含灰岩标志层5～6层，均为海相灰岩，灰岩间岩性为砂岩、泥岩和煤，充分说明地壳多次发生振荡活动，海进活动间歇期形成陆相和过渡相沉积，从而导致海陆交替变化，所以本组具有多旋回结构的特征，形成层厚不等的煤层。成煤好坏和煤层的稳定性等与沉积旋回的发育程度和成煤时期环境的稳定程度有关[1]。因此我们可以根据含煤地层的岩性特征和赋煤情况，划分沉积旋回，从下至上依次划分5个旋回。第Ⅰ沉积旋回发育好，厚约18m，沉积厚度大，以15号煤层为主，含煤性好（仅局部可见14号煤）；第Ⅱ沉积旋回发育好，厚约6m，沉积厚度较小，本旋回赋存厚度较小的13号煤层，本煤层层位稳定、分布普遍，但是不可采；第Ⅲ沉积旋回发育较好，赋存层位稳定、分布较普遍的11、12号煤层，本组煤层易于对比；第Ⅳ沉积旋回不发育，主要含8-1、8-2、9、10号煤层，仅局部见7号煤层，煤层均不稳定，不易对比，为复煤组；第Ⅴ沉积旋回不发育，含煤性差，以5号煤层为主，仅个别点含6号煤层，煤层不稳定，不易对比。本组灰岩、泥岩中普遍存在生物、植物化石，灰岩中以腕足类、腹足类、珊瑚类及蜓类等生物碎屑化石为主，泥岩中以尖芦木、楔叶、卵脉羊齿、脉羊齿、节羊齿等植物化石为主。见图2。

太原组含5、6、7、8-1、8-2、9、10、11、12、13、14、15号煤层，共计12层，煤层平均总厚为5.90m，含煤系数7.12%。其中15号煤层为全区可采的稳定煤层，厚2.33～5.48m，平均厚3.40m，含煤系数4.10%；9号煤层为极不稳定煤层，煤层厚度变化无规律，厚度较大的地段普遍含一层夹矸。其余煤层均为不可采煤层。

图1 王坡井田构造纲要图

图2 太原组含煤地层沉积旋回及赋煤层位示意图

3 太原组15号煤层赋存特征

井田内太原组稳定可采煤层为15号煤层。15号煤层位于太原组下部K2灰岩下，上距3号煤层底82.19～99.35m，平均87.31m，下距O2灰岩顶为2.25～25.76m，平均9.44m，煤层最厚5.48m，最薄2.33m，平均3.40m，可采性指数为1，厚度变异系数为23.42%。煤层稳定，属全区可采的稳定煤层。

煤层直接顶板为K2石灰岩，有时可见薄层炭质泥岩伪顶，底板为泥岩或铝土质泥岩，局部为粉砂质泥岩，有时可见薄层炭质泥岩伪底。煤层结构简单，一般含0～2层夹矸，厚0.05～0.35m，夹矸成分为泥岩或炭质泥岩。夹矸多位于煤层的中、下部。

4 太原组沉积相特征及古地理

4.1 沉积相特征

在太原期，沁水盆地北部发育下三角洲平原相，中部和南部为泻湖相，东南部主要为滨外碳酸盐岩陆棚相，在晋城一带为障壁砂坝相分布区，富煤地带多与砂岩富集带相吻合，似于北部下三角洲平原和南部障壁砂坝地区[2]。地壳运动具有持续性、周期性等特点，太原组地层沉积是紧接本溪组海进开始，经历高潮，最终海退的环境演化过程中形成的，构成了若干个完整的次级海进—海退沉积序列，在不同阶段形成了不同岩性组合特征的沉积地层。

王坡井田太原组岩性以含生物碎屑灰岩、砂岩、粉砂质泥岩、泥岩及煤层（线）为主，呈互层状产出。石灰岩（K2、K3、K4、K5、K6等灰岩）属于滨外碳酸盐陆棚相，识别主要标志是含大量腕足类、蜓类等动物化石，局部可见交错层理；石灰岩间可见灰黑色泥岩、粉砂岩及砂岩交替出现，局部含有铝土质、菱铁质鲕粒和黄铁矿结核，具有水平层理，局部呈透镜状产出，属于泻湖相；太原组中的中细粒砂岩磨圆程度呈亚圆形—圆形、分选性中等—好，垂向上为逆粒序，粒度向下逐渐变细，交错层理均为低角度产出，以此确定应属于障壁砂坝相。另外，靠近太原组顶部，可见向上逐渐变粗的三角洲前缘河口坝砂岩。

据此确定太原组的旋回结构以及演化模式，从泥炭沼泽相开始向上逐渐演化为滨外碳酸盐陆棚相、障壁砂坝相、泻湖相及三角洲相。

4.2 古地理环境及聚煤模式

沁水煤田在构造背景上属于华北地台中带。由于中石炭世的填平补齐作用，晚石炭世早期大范围内表现为海陆交互相覆水较浅的的古地理景观，主要发育障壁—泻湖及滨外碳酸盐岩陆棚沉积体系。聚煤模式与沉积体系密切相关。太原组中出现的障壁岛，也可以称之为障壁砂岛或砂坝，是平行或近平行于海岸并高出海面的狭长形砂体，因其对广海海水的隔挡作用而成为泻湖的屏障[3]。泻湖水体流动受限，水动力条件以潮汐为主，水能量变小。泻湖周围的宽缓地带，多形成潮坪沉积。因为地形平缓、潮汐水位升降的幅度较小，所以在平面上多形成广阔的潮间带。位于潮坪的潮上部分称为潮上坪，其分布范围更加广泛，在气候湿润和植被繁盛的条件下，可发育泥炭沼泽，从而形成良好的聚煤环境，进而形成了全区稳定可采的15号煤层的堆积，煤层具有层位稳定、厚度中等、低灰、高硫等特点。本区聚煤模式为岛湖—潮坪聚煤环境模式。参考王保玉等人研究成果（2015年，《山西沁水盆地东南部上石炭统—下二叠统太原组聚煤环境》）绘制区内岛湖—潮坪聚煤环境模式图。如图3所示。

图3 岛湖—潮坪聚煤环境模式图

5 结论

通过剖析井田内太原组含煤地层的时间演化和空间分布等沉积特征，研究太原组聚煤古地理环境及聚煤模式，取得以下几点认识：

（1）稳定的构造背景是前提。石炭系整个板块沉降缓慢、构造环境相对较稳定，为15号煤形成创造了一个稳定的构造背景。

（2）良好的聚煤环境是保证。岛湖—潮坪聚煤环境模式，为聚煤提供了广阔而又适宜的环境条件，所以15号煤层具有分布广、层位稳定、层厚适中等特点。

[1] 袁素伟.浅析老龙湾井田含煤地层特征[J].西部探矿工程，2016（7）:133-135.

[2] 邵龙义,肖正辉,何志平,等.晋东南沁水箍地石炭二叠纪含煤岩系古地理及聚煤作用研究[J].古地理学报,2006，8（1）:43-52.

[3] 王保玉,胡斌,白建平,等.山西沁水盆地东南部上石炭统—下二叠统太原组聚煤环境[J].古地理学报,2015，17（5）:677-688.