永陇矿区绿色煤炭资源开发潜力分析与评价

张 微，李 鹏，高 莎，葛胜伟

(陕西省一八六煤田地质有限公司，陕西 西安 710065)

0 引言

2018年，袁亮院士首次提出了“绿色煤炭资源”的概念[1]，绿色煤炭资源是指在当前先进技术条件下，资源禀赋条件适宜，能够实现安全高效开采、生态环境友好，能被清洁高效利用，具有经济竞争力的煤炭资源。我国煤炭资源总量丰富，达58 260亿t，按照绿色煤炭资源综合评价指标估算，目前已经勘探评价的绿色保有资源量达9 988.92亿t，占全国保有总量的50%，占煤炭资源总量的16.7%。但绿色煤炭资源普、详查勘探程度低，基础储量偏低，且集中分布于晋陕蒙(西)宁和北疆[2-5]。当前，绿色煤炭资源储量并不清晰，成为制约我国煤炭资源清洁高效开发利用的重要因素[6-7]。

永陇矿区泛指永寿至陇县一带广大区域，为黄陇煤炭基地的一部分，主要位于宝鸡地区北部，咸阳地区西部，横跨陇县、千阳、凤翔、麟游、永寿、彬州6个地区，整个永陇矿区东西长约125 km，南北宽约35 km，总面积3 160 km2。永陇矿区煤炭资源的开发始于明代，历史悠久。老窑主要分布于娘娘庙(东风镇)、戚家坡桃园沟、窑场沟、老虎沟等煤系出露或埋藏较浅的地段。东部城铭窑、北马坊等地有小煤窑及小煤矿，开采历史较早，小煤窑因各种原因无法生产而停采。区内现有生产矿井4个，即招贤煤矿、郭家河煤矿、崔木煤矿及平遥兴发毛家山煤矿；已停产生产矿井为拜家河煤矿；已闭坑生产矿井为北马坊煤矿和戚家坡煤矿；目前处于矿井建设有碾子沟煤矿、园子沟煤矿。

1 地质特征

1.1 地层

永陇矿区的地层区划属华北地层区、鄂尔多斯盆地分区，根据以往的地质填图及钻孔揭露显示，地层由老到新依次为：三叠系中统纸坊组(T2z)、铜川组(T2t)、上统胡家村组(T3h)，侏罗系下统富县组(J1f)、中统延安组(J2y)、直罗组(J2z)、安定组(J2a)，上统芬芳河组(J3f)，白垩系下统宜君组(K1y)、洛河组(K1l)、华池组(K1h)、罗汉洞组(K1lh)、泾川组(K1j)，古近系(E)，新近系(N)及第四系(Q)。

1.2 构造

区域构造：永陇矿区位于鄂尔多斯盆地西南边缘，大地构造位置为华北地台(Ⅰ)鄂尔多斯台坳(Ⅱ)渭北隆起区(Ⅲ)，其西临青龙山—云雾山褶断带，南临渭河断陷，北部与天环坳陷和陕北斜坡相接。总体构造形态呈向北缓倾斜，向南部微翘起的大型弧状单斜，各时代地层出露由南向北依次变新。

永陇矿区西部与贺兰六盘沉降带毗邻，西南与秦祁加里东褶皱带接近，因此，除受地台与贺兰六盘沉降带控制外，尚在一定程度上受秦祁地槽的影响，故造成矿区东西两部分构造的明显差异。根据“陇东南部重力布格异常图”中重力曲线布格特征，以普社—范家寨一线将矿区分为东西两部分。西部属地台边缘沉降带，受贺兰六盘沉降带和秦祁地槽影响强烈，断裂褶皱均较发育，构造线方向呈NW—SE向展布；东部属地台边缘挠褶带，主要受地台控制，故仅以褶皱为主，构造线方向呈NEE—近东西向。

矿区构造特点：矿区自南而北的次一级构造表现为一组背、向斜相间排列的褶曲构造。构造线方向自西而东由北西向转为北东向，与盆地边缘方向—致。

矿区东部以褶皱构造为主，背斜多为似箱状背斜，轴部又发育有次一级小背斜。向斜多为似屉状向斜，内部亦伴生有次级短轴背斜。背斜褶曲两翼产状多具有北陡南缓的特点。褶皱枢纽虽有起伏，但总的看来，是逐渐向西倾伏。比如太峪背斜，东端轴部出露地层为三叠系，向西为洛河组，至折灵沟枢纽又抬起，轴部出露安定组。基本吻合三叠系、侏罗系与白垩系3个构造层的构造上下叠置关系，只是褶曲幅度自下而上逐次减小而已，说明印支期褶曲奠定了构造基本轮廓，燕山期构造具有继承性。

矿区西部，褶皱构造紧密，且呈现向北西方向收敛，向东南方向撒开的特点。白垩系地层常因层间滑动挤压形成一系列波状起伏和明显的小背向斜褶曲构造。断裂构造较发育，南北向断层、北东东向断层切割了北西向断层，共同组成了新生代坳陷(陇县—千阳坳陷)的控制构造线，这些断层均为基底断裂。它们是盖层沉积分布和盖层构造形成的控制因素。断裂之间都分布着同向的中、新生代坳陷，内部发育了次一级宽缓状褶曲和中、小型断裂以及更低级伴生构造。在不同断裂带之间，具有不同特色的侏罗系建造沉积。如芬芳河组仅分布在草碧—关山正断北侧；直罗组又以厚达500 m以上分布在水沟—千阳正断层和草碧—关山正断层之间。

在矿区西部，白垩系与侏罗系分属两个构造层，因而其构造特征有所不同。侏罗系构造形成于燕山期，表现为似箱状褶曲；白垩系构造形成于喜山期，表现为宽缓状褶曲。侏罗系与煤系基底三叠系构造基本—致，即向斜带内沉积厚，背斜带沉积薄或缺失。白垩系构造是在侏罗系沉积剥蚀基础上发育起来的，与三叠系基底构造差异性明显，常超覆于侏罗系各地层或三叠系之上，因而构造趋于简单化。

三叠纪以来，各期构造运动发展，虽以振荡运动为主。但与盆地本部对比，矿区具有较大的活动性与明显的差异性。中生代及其以后的构造活动性远较盆地强烈，构造分异作用显著，隆起与坳陷的幅度也较大，因此中、新生代沉积的地层也比较全，比较厚；中生代以前，隆起持续的时间较长，沉积缺失与后期剥蚀均较剧烈，因此缺失地层也较多。尤其是矿区西部，受早期燕山运动影响较大，三叠系、侏罗系发生褶皱、断裂发育，与上覆白垩系呈角度不整合接触，因而给煤田普查与勘探造成了极大的困难。

1.3 含煤地层

延安组为永陇矿区含煤地层。早期为泥炭沼泽相含煤碎屑岩沉积、中期为河床—漫滩相夹泥炭沼泽相含煤碎屑岩沉积，晚期为河床—漫滩相碎屑沉积。岩性为灰、灰白、深灰色泥岩、砂质泥岩、粉细砂岩与灰白色中粗粒砂岩互层，构成多个沉积旋回。自下到上分为三段，第一段、第二段夹炭质泥岩含可采煤层，厚度0～366.52 m(见于矿区西部的陇县勘查区)。上覆直罗组有沉积间断，顶部有显著的古风化剥蚀面，部分地段缺失上段地层，呈平行不整合接触；与下伏铜川组或富县组呈平行不整合接触。

2 煤层及煤质

2.1 可采煤层

2#煤层位于延安组第二段，见煤层厚度0.15～15.86 m，平均3.11 m，一般为中厚煤层，个别地段为巨厚煤层，局部地段分岔为2～4个分煤层，最厚可达12.80 m(园子沟2-1煤)。含煤可采面积可达228 km2，全区局部可采。大部分见煤点不含夹矸，一般含1～2层夹矸，最多含9层夹矸(位于崔木煤矿内)。因此，2煤层属简单-中等结构煤层，为较稳定煤层。

3#煤层位于延安组第一段，见煤层厚度0.18～34.20 m，平均7.40 m，一般为厚煤层，个别地段为巨厚煤层，局部地段分岔为2～4个分煤层，最厚可达12.74 m(园子沟3-1煤)。含煤可采面积可达340 km2，全区大部可采。一般含1～4层夹矸，最多含14层夹矸(位于麟游东部勘查区内)。因此，3#煤层属较简单-中等结构煤层，为较稳定煤层。

2.2 煤质

宏观煤岩类型：2#煤层以半暗型煤为主，次为亮煤，夹镜煤条带或透镜体，3#煤层上部以半暗型煤为主，夹暗淡型及半亮型煤，下部以半亮型煤为主，夹半暗型煤。

工业分析见表1。

表1 煤层工业分析主要指标

煤层原煤空气干燥基水分(Mad)平均值为6.11%～9.82%之间，一般值为6%～7%。各煤层浮煤水分一般值在5.0%～6.0%之间；煤质以不粘煤31号(BN31)为主，长焰煤41号(CY41)次之。属低灰、中高-高挥发分、特低硫-低硫、低磷-中磷、中等软化温度灰、中高发热量煤，是良好的绿色环保型动力用煤。

3 聚煤规律及控煤因素分析

3.1 盆地聚煤特征

鄂尔多斯盆地的第一世代是印支运动之后，燕山运动Ⅰ幕之前形成的早侏罗世晚期和中侏罗世早期含煤沉积，即富县组和延安组。该世代的盆地主要被冲积体系、湖泊体系的沉积物充填。沉积环境配置表明，盆地的西缘和北缘部分地区发育小型湿地扇，沉积物以砾岩和砂砾岩为主；内陆淡水湖泊沉积体系主要分布于洛河、葫芦河附近，以及大理河与无定河之间。沉积物以泥岩为主，砂岩含量很低，一般不含煤。在上述冲积扇与湖泊体系沉积之间，广泛发育由天然堤限定的河道和岸后泛滥盆地为代表的河流沉积体系，形成环绕湖泊的三角洲沉积。

形成于第一世代盆地的构造条件比较稳定，加之泛滥平原、废弃三角洲、阻碍差异压实的大量决口扇砂体的存在以及适宜的古气候和古植被条件，导致了泥炭沼泽堆积的广泛发育。沉积体系分析表明，河流(主要是曲流河)和湖泊三角洲沉积体系是最为主要的含煤沉积体系，前者的成煤环境是天然堤限定的岸后泛滥盆地，后者主要是废弃的三角洲朵体。湖盆水体深，非成煤环境，形成无煤区。由于燕山运动第Ⅰ幕在盆地范围内的构造变动十分微弱，第二世代盆地的基本构造面貌和范围没有发生根本性改变，只是古气候条件发生变化，使得聚煤作用消失，从而结束了聚煤盆地的演化史。

延安组为主要含煤层位，所含煤层以厚度大、煤质优良而著称。该组共发育5个煤组，每个煤组由1～7个煤层组成。由于不同地域的古构造和古地理等方面的差异，导致沉积环境和泥炭沼泽特点的重大差异，使得不同地区的煤层层数和厚度分布各不相同。但总体上讲，主要可采煤层是向盆缘分叉、向湖盆中心变薄尖灭的。

永陇矿区主要可采煤层发育于含煤岩系下部偏底部，基底古地理隆凹相间，煤层发育在基底起伏的低洼地带，填平补齐呈豆荚状，形成了厚此薄彼的沉积响应，故煤层稳定性和连续性较差。影响煤层赋存最重要的因素是在直罗组与延安组之间有沉积间断，造成延安组上段大部被剥蚀，仅保留了中、下含煤段及2#、3#煤组，并在古背斜的轴部出现了局部剥蚀无煤区。

3.2 控煤因素分析

古地貌控煤因素分析：三叠系中统铜川组顶面古地貌形态是控制煤层聚积的前提，凹陷区煤层沉积厚，隆起区煤层沉积薄或无沉积，规律性明显。3#煤层(组)沉积主要受古地貌(构造)控制。但由于沉降速度的差异，也影响着煤层本身厚度及特征。

古环境控煤因素分析：古环境对聚煤控制主要表现为煤体形态，如2#煤层(组)主要在覆水不深的河漫沼泽体系下沉积，同时受到古河道作用，一方面给泥炭沼泽带进泥砂，另一方面又将植物碎屑带进来，使煤层沉积较厚、且多含夹矸。

综上所述，3#煤层(组)是以古地貌控煤因素为主，2#煤层(组)是以古地貌和古环境控煤因素共同作用的结果。

3.3 煤层沉积规律

永陇矿区属间河道洼地聚煤环境，煤层沉积主要受洼地基底构造活动和洼地古河流的影响。煤层沉积的主要规律是：①煤层厚度从聚煤洼地中心向边部逐渐变薄或尖灭；②煤层从聚煤洼地中心向边缘分叉或结构渐复杂；③煤层埋藏深度从东往西逐渐加深。

4 资源潜力预测

4.1 空白区块资源预测

永陇矿区西部李家河勘查区以南、戚家坡煤矿外围勘查区以东北的空白区和原千阳北部空白区，根据以往施工的钻孔和地震资料，煤层埋藏较深，目前的开采水平，开发难度大。

永陇矿区东部崔木煤矿以东空白区，据以往资料显示，东部是古隆起区，拜家河一带有含煤地层延安组出露，碾子沟煤层埋藏较浅，充分说明东部是古隆起地貌，不具备大面积煤层沉积条件，不排除局部小范围煤层沉积，今后可布置少量钻孔进行验证。针对永陇矿区矿权周边的空白区，为了煤层的连续性，根据以往勘查资料，通过对空白区的可采煤层尖灭线、最低可采边界线趋势分析和推断，对这部分的空白区进行了资源储量预测(图1、图2)。

图1 2#煤资源储量赋存范围示意图

图2 3#煤资源储量赋存范围示意图

4.2 空白区块资源预测结果

通过对永陇矿区资源量的统计和预测，永陇矿区内赋存丰富的煤炭资源约52亿t。永陇矿区空白区潜在资源量约3亿t，其中，西部空白区煤炭潜在资源量约1亿t，中部空白区潜在资源量约1亿t，东部空白区煤炭潜力资源量约为1亿t。永陇矿区内埋深在1 000～1 200 m范围内资源量约为2亿t。

5 结语

结合区域地质，归纳永陇矿区地质构造，区内构造相对简单，地层产状较为平缓，倾角4°～10°，构造面貌呈向北缓倾斜的单斜形态。2#煤层、3#煤层为中厚-巨厚煤层，3#煤层属全区大部可采煤层，2#煤层为局部可采煤层。2#煤层属结构简单-中等煤层，3#煤层属结构较简单-中等煤层。2#、3#煤属低灰、中高-高挥发分、特低硫-低硫、低磷-中磷、中等软化温度灰、中高发热量，矿区内煤层以不粘煤31号(BN31)为主，长焰煤41号(CY41)次之，是环保型动力用煤。

根据区域沉积环境演化规律及聚煤特征、控煤因素分析研究，结合二维地震勘探资料成果分析认为，永陇矿区在已有矿权外，还赋存有丰富的绿色煤炭资源，仍具有勘探及开发潜力。鉴于矿区煤层厚度及分布变化较复杂，建议进一步对预测的埋藏深度小于1 000 m的潜力区域进行地质勘查，详细查明资源赋存特征，为永陇矿区开发规划提供可靠的地质依据。

致谢：

论文在撰写过程中得到我院李亮工程师、杨宏科正高级工程师的支持和帮助，在此深表感谢！