大同煤田岩浆岩侵入对煤层煤质的影响

王 璐，宋 景

(陕西省一九四煤田地质有限公司，陕西 铜川 727000)

0 引言

大同煤田为一双纪煤田，即侏罗纪煤田和石炭-二叠纪煤田，现上部的侏罗纪煤田已开发完毕，正大规模的开发下部石炭-二叠纪煤田。大同煤田在不同时期经历了多次构造运动，对煤田内部的煤层等造成了一定的影响，尤其是在中生代印支运动时期，对大同煤田北部的石炭-二叠纪煤田中的煤层煤质影响尤为严重[1-3]。以往文献资料均对大同煤田岩浆岩活动做了很多的分析研究，在以往地质资料的基础上，本次仅收集了大同煤田中部东南边缘地带鹅Ⅳ精查勘探区内的钻孔及周边煤矿实际开采等资料，分析区域构造运动(印支运动时期)、岩浆岩侵入的规律，通过数据统计对比的方法分析岩浆岩侵入对煤层煤质的影响。

1 区域构造

大同煤田位于天山—阴山纬向构造带的南侧，新华夏系第三隆起带上。西邻吕梁经向斜构造带的西石山脉，东与大同盆地接壤。大同煤田处于东西向构造体系与新华夏系联合部位，是一个与大同新生代断陷盆地相对应的新华夏系的台隆，二者之间以口泉山脉山前断裂，即山阴—怀仁—大同大断裂为界。大同煤田为一开阔的、北东向的向斜构造，向北东倾伏，南东翼倾角一般20°～60°，局部直立倒转。北西翼被白垩系覆盖。由于受东西向构造本身的影响，其主干构造线呈北东向。大同煤田为一双纪煤田，下部为石炭-二叠纪含煤岩组，上部为侏罗系含煤岩组；鹅Ⅳ精查勘探区位于大同煤田中部东南边缘地带，属大同向斜的中东翼，如图1所示，侏罗系地层在本区缺失。

图1 大同煤田构造形态示意图

2 勘查区构造及岩浆岩活动

2.1 勘查区构造

构造运动：通过收集查阅大量地质资料，大同煤田在太古界、古生界均经历了多次构造运动，不均衡的沉降抬升隆起，使地层发生不同程度的夷平、改造等。大同煤田的地层经历了3期岩浆岩活动，一是即中生代印支运动时期，华北板块与华南板块碰撞，使其整体抬升，岩浆岩(煌斑岩)通过断裂构造为主要通道侵入地层，主要呈岩墙、岩床式侵入石炭纪及二叠纪地层中，同时又以岩床的形式侵入太原组地层中，对煤层破坏严重[4-6]；二是燕山运动时期多为拉伸-挤压作用，在侏罗系煤系中，辉绿岩呈岩墙侵入，主要为NE与NNE向，偶见NW向，岩墙宽度一般为1 m左右，最大3 m，对煤层破坏极小；三是煤田外围有新生代喜马拉雅期的玄武岩分布，在煤田西北部为新近系的汉诺坝玄武岩，在煤田东北部大同、阳高一带为第四纪玄武岩，即著名的大同火山群。鹅Ⅳ精查勘探区(以下简称“本区”)在以上构造运动时期内活跃，区内发现了岩浆岩(煌斑岩、辉绿岩)侵入现象，岩浆岩活动强烈，勘查区构造属中等型。

煌斑岩：黑色，含大量云母斑晶，风化后呈灰黄色，主要矿物有斜长石、黑云母，次生矿物有方解石、磁铁矿等，长石多已被方解石替代。绝对年龄值在2.2亿年左右。区内煌斑岩岩墙共有5条，见表1，编号为X1、X2、X3、X4。

表1 煌斑岩岩墙特征一览表

辉绿岩：墨绿色，较硬，具有球状风化特征。风化后呈黄绿色，垂直节理发育，并有方解石脉充填。矿物成分主要为基性斜长石、辉石、角闪石以及触变暗色矿物，具气孔状构造。基本全部呈岩墙形式展布。切穿白垩系以及以下地层。岩墙走向大部分为NE向，倾向近于直立，宽度1～3 m，长度几米到几十米甚至数公里不等。岩体的同位素年龄值为1.15～1.4亿年。区内辉绿岩墙有8条，编号为βμ1、βμ2、βμ3、βμ4，具体情况见表2。

2.2 岩浆岩活动

入侵形式：通过对区内大量钻孔资料整理及区内煤矿实际开采调查等资料，煌斑岩以岩墙的形式侵入石炭纪及二叠纪地层中，同时又以岩墙转化为岩床的形式侵入太原组地层中，掘进中距岩墙或断裂面近的岩床厚度大、层数多，当岩床侵入较远或尖灭时，呈透镜状或串珠状，岩浆活动强烈，对煤层破坏较大[7-10]。辉绿岩主要以岩墙形式侵入地层中，对煤层影响极小。

表2 辉绿岩岩墙特征一览表

断层特征：区内共发现断层有13条，落差大于10 m 的5条，5～10 m的6条，小于5 m的2条，其中NW向断裂最为发育，共11条，占总数的85%，NE向断裂2条，多为高角度断层，见表3。

3 对煤层煤质的影响

3.1 对煤层的影响

煤层结构复杂化：通过对大量资料及以往钻孔的煤层煤质成果统计分析，区内8个钻孔见到煌斑岩，其中RB-9、RB-14号钻孔为侵入下石盒子组的岩床；鹅341、RB-9号钻孔为侵入山西组的岩床，鹅235、鹅310、鹅316、鹅320号钻孔为侵入太原组岩墙、岩床。

表3 断层特征一览表

煤层变质：区内2号煤层仅鹅316号钻孔中煌斑岩以岩床形式侵入煤层，使煤层变质；4(3-4)号煤层仅鹅235、鹅316号2个钻孔中煌斑岩以岩床形式侵入煤层，使鹅235号钻孔煤层全部变质，鹅316号钻孔煌斑岩使该孔煤层部分变质；5号煤层仅鹅235、鹅320号、鹅310号3个钻孔中煌斑岩侵入煤层，厚度、夹矸数(0～15层)各不相同，其中鹅235号钻孔煌斑岩使该孔煤层全部变质，鹅320号钻孔煌斑岩使该孔煤层部分变质；8号煤层仅鹅235号钻孔煤层变质为硅化煤。

煤层厚度：调查了勘查区东部柴沟煤矿实际开采资料，可知掘进中发现煌斑岩侵入对煤层破坏程度远比钻探揭露的高。煌斑岩在煤层中除以岩墙、岩床的形态存在外，还以串珠形的透镜体夹于煤层间，煌斑岩在煤岩层中，沿薄弱部位侵入，小的断层与大的节理多数被煌斑岩充填，充分证实了炽热的岩浆侵入煤系地层后，从强度较小的煤层顺层侵入，杂乱无章，规律性较差，不但置换了原煤层的赋存位置，还使其发生热接触变质、硅化，破坏了煤层的原有厚度和结构，并使有益厚度变薄，降低了煤的工业利用价值。煌斑岩侵入破坏导致原生煤层厚度变化较大，夹矸赋存规律性差，不利于煤矿井下开采。

3.2 对煤质的影响

正常煤与接触其它煤类：本区各煤层以气煤为主，煌斑岩侵入煤层形成岩床产生接触变质，因距煌斑岩远近不同煤质有较大差异，煤类有天然焦、无烟煤、贫煤、贫瘦煤、不粘煤、弱粘煤等。煌斑岩侵入煤层因受其产状，厚度、层数和煤层结构等因素影响，接触变质煤范围大多在几米之内。与煌斑岩直接接触的其颜色多为灰黑色，略具金属光泽，气孔发育，碳酸盐类矿物充填孔隙或裂隙，块状构造，比重较大，外观似冶金焦炭，鉴定名称为天然焦。其次是正常煤与天然焦之间，颜色、光泽等宏观物理特征与正常煤相似的，只有通过化验测试煤质指标与正常煤区别确定，统称为“其它煤类”，其它煤类与正常煤划分，见表4。

煤质化验结果分析：通过钻孔正常煤类钻孔与煌斑岩侵入钻孔煤层煤质的统计分析，见表5。正常煤类(气煤)原煤水分(Mad)平均1.43%左右，其它煤类原煤水分(Mad)平均2.40%左右；正常煤类(气煤)原煤灰分(Ad)平均24.33%左右，其它煤类原煤水分(Ad)平均34.52%左右；正常煤类(气煤)原煤挥发分(Vdaf)平均37.26%左右，其它煤类原煤挥发分(Vdaf)平均18.82%左右；正常煤类(气煤)原煤全硫(St.d)平均0.74%左右，其它煤类原煤全硫(St.d)平均1.07%左右；正常煤类(气煤)原煤发热量(Qb，ad)平均24.38 MJ/kg左右，其它煤类原煤发热量(Qb，ad)平均18.10 MJ/kg左右；正常煤类(气煤)原煤容重平均1.42，其它煤类原煤容重平均1.55；正常煤类(气煤)浮煤挥发分(Vdaf)平均37.53%左右，其它煤类浮煤挥发分(Vdaf)平均24.14%左右；由此可知，煌斑岩侵入使局部地段的原煤水分(Mad)普遍增高2%，灰分(Ad)增高10%左右，全硫(St.d)降低0.1%左右，浮煤挥发分(Vdaf)一般降低5～25%。原煤发热量(Qgr，v，d)一般在22 MJ/kg以下，明显低于正常煤，粘结性降低较大，多数为不粘结，少量弱粘结。焦油产率降低，平均低于4%。元素分析其碳含量增高2%左右，氢、氧含量则降低1%～2%左右。

表4 正常煤与接触其它煤类划分表

表5 正常煤类与其它煤类煤质化验成果对比表

4 结论

(1)印支运动时期该区岩浆岩活动(煌斑岩侵入)活跃，其沿地层裂隙及断层为主要通道，以岩墙、岩床的形式侵入地层中薄弱地层，例如煤层中使其局部受热接触变质，使煤层结构复杂化、有益厚度变薄、煤质含量升高或降低、煤类(贫煤、无烟煤、天然焦等其他煤类)发生变化，使其降低工业价值，储量减少。

(2)煌斑岩侵入与煤层接触变质(干馏作用)，焦化过程中可产生定量的瓦斯，瓦斯含量随煤层的变质程度的增高而变大，故有煌斑岩侵入地段开采时，必须高度重视。

(3)现阶段大同煤田开发石炭-二叠纪煤田都是大型矿井，使用的综合机械化开采，对煤层的层位和赋存状态的掌握程度要求越来越高，建议对该区进行三维地震工作，来验证断层及岩浆岩活动情况，通过对区内煌斑岩侵入研究，能够准确的掌握其侵入的形态及其影响范围，能够提高地质工作对煌斑岩的预测预报，可为今后煤矿安全生产起到重要指导意义。