梅斯布拉克煤矿区二井田煤岩煤质及煤相特征

黄涛 李万军(新疆维吾尔自治区煤田地质局一六一煤田地质勘探队，新疆 乌鲁木齐 830000)

0 引言

在天山造山带南缘、塔里木盆地北缘之间的位置，有一个著名的凹陷，就是我们所说的库拜凹陷，库拜凹陷的矿产十分丰富，除常规的石油资源与煤炭资源之外，还富含十分丰富的天然气资源，另外，一些珍稀资源的含量也十分可观，包含油砂、致密砂岩气、页岩气、煤层气等。近年来，越来越多的学者开始关注针对库拜煤田资源储量的研究，如对拜城县库尔阿肯井田-煤矿三号井煤层煤质特征取得成就最多地是张豫疆[1]；针对库拜煤田开发应用前景以及有利储层的相关研究，即从储层特征方面出发进行的研究主要以张洲、安庆、孙清波等等人在研究中取得的成绩最为显著[2-4]；庄新国、阿力木江·吐斯依提等研究人员在研究中重点以库拜煤田塔里奇克组层序地层与聚煤规律为主要课题，并在此过程中取得了十分丰硕的成果。要想有效提升煤炭资源的利用深度，提升煤炭资源开发的健康程度以及保障绿色应用，文章主要以库拜煤田顺发井田为主要研究对象，以前期研究中取得的相关测试数据为基准，对井田的煤岩煤质特征进行了归纳总结，并以sc煤岩煤相有关的理论为基础，针对成煤环境的相关问题进行了探讨。

1 区域地质背景

在塔里木盆地北缘-天山南簏交界部位，既是库拜煤田的所在地，库拜煤田的覆盖范围十分广泛，从位于西部的木扎特河为起始，开始逐渐向东延伸，至依奇克里克止，总面积约为1585km2，地跨两个行政区，即拜城县以及阿克苏地区库车县。本次研究工作的展开过程中，所使用的所有样品煤岩均来自于拜城县梅斯布拉克煤矿区二井田。井田地处拜城县北部位置，属于单斜构造结构，从井田的总体形态来讲，其总体构造形态依然属于单斜形态，整体呈现出向南倾斜的趋势(图1)。侏罗系下统塔里奇克组、第四系以及阿合组是二井田及其附近主要分布的地层形态。其中侏罗系下统塔里奇克组(J1t)共含十三层煤，其中全可采煤层A3-2、A5-4、A7、A8、A9，大部分可采煤层为A6、A12。煤层平均厚度总和21.06米，可采煤层平均厚度总和19.17米。

2 样品采集与测试

图1 研究区位置图

本次研究工作的开展过程中，其最主要的依据是《煤层煤样采取方法》(GB/T482-2008)，涉及的主要煤层有7个，均位于梅斯布拉克煤矿区二井田内，在对每个煤层进行探测的过程中，样品需要选取两件，两件样品分别位于煤层的底板位置以及顶板位置，总共采集的煤炭样品为14件。在实际进行工业分析的过程中，相关操作需要严格依照国家标准GB212-91。而实际在对煤岩光片进行制备的过程中，需要严格依据ISO 7404-2相关质量标准进行操作，在实际观察煤岩光片的过程中，最常用的工具就是光学显微镜。分别使用50倍的油浸镜头以及10倍的目镜配合蔡司Axio Scope A1显微镜配观察之前以及制备好的抛光块。每个抛光块设置500个计数点，但是需要保证500个计数点能够实现均匀分布，分类统计的过程中主要依据为煤岩学的相关理论。

3 实验结果

3.1 煤岩煤质结果

通过对14个样品的煤岩组分进行研究分析，具体统计结果见表1，在显微组分中，主要以惰质组为主，这一部分的显微组分平均含量为51.41%，其次为镜质组，这一部分的平均含量为41.65%，壳质组含量整体较少，几乎可以忽略不计。通过对组间的平均最大反射率(Romax)进行分析，镜质组处于1.08%～1.66%之间。通过对于镜质组分的相关成分进行分析，碎屑镜质体以及基质镜质体是最主要的成分，这两部分成分都可以纳入到无结构镜质体的范畴之内。通过对于基质镜质体进行分析，浅色是其主要的油浸反射色，但是，凸起以及细胞结构很难实现清晰显示，物质的表面具有较高的平整度以及纯净度，由此可以得出以下结论，碎屑镜质体具有较小的粒径，其分布具有较强的不规则性特点，在应力的作用下，镜质组份的稳定性较低，具有易碎的特点，基质半镜质体是半镜质组份的主要构成，在油浸反射色光下，能够略微显示突起，主要以白色为主，但是，细胞结构依然不显示。丝质体是惰质组份的主要形态，其构成主要为粗粒体。在结构方布的方面，丝质体主要以“网”状结构分布以及“星”状结构分布为主，具有较高突起，白色依然为主要的油浸反射色。粗粒体自身结构保存的完整度多数相对较低，其自身形状具有不固定的特点，壳质的焦块以及组分均十分少见。粘土是无机类矿物的最主要组成部分，其自身具有较强的聚集性特点，主要呈现出呈浸染状分布。而从黄铁矿的分布特点来看，其主要以鲕状分布为主。碳酸盐矿物的一个最主要的特点就是其分布主要呈现出脉状的特点。其显微煤岩类型也有其自身的特点，不仅包含亮暗煤，同时也包含暗亮煤，类型跨度范围相对较广，少数民族自身属于Ⅲ阶，但是从本质的角度来讲，Ⅳ阶依然为主要的变质阶段。

表1 样品煤岩煤质统计表

3.2 工业分析结果

7 个原煤样品的工业分析统计结果如表2所示，二井田原煤空气干燥基水分变化在0.37%～0.68%之间，平均含量为0.53%(依据MT/T 850～2000标准低含水煤为＜5%，中含水煤为5%～15%，高含水煤＞15%)；灰分含量19.28%～24.40%，平均值21.84%(依据GB/T 15224.1—2004，低灰分煤的灰分产率为10.01% ～ 16.00%，中灰分煤的灰分产率为16.01% ～ 29.00%，高灰分煤的灰分产率为＞29.00%)；挥发分含量(Vdaf)变化在22.64-34.57%之间，平均值28.675%(依据MT/T 849—2000标准，中高挥发分煤28.01%～37.00%，高挥发分煤37.01%～50.00%，大于50.00%的为超高挥发分煤)；全硫(St.d)变化在0.34%～0.68%之间，平均值0.52%(依据GB/T 15224.2—2004超低硫煤＜0.5%，低硫煤＜ 0.51%～0.9%，中硫＜0.9%～1.50%)。

综合显示二井田的煤层原煤总体大约可以分为三类，即为中高挥发分、中灰、低水类型的特低硫煤。

7 个精煤样品的从工业角度进行分析的具体统计结果如表2，二井田精煤空气干燥基水分在0.43%～0.65%之间的幅度变化，平均含量方面的统计结果为0.54%；灰分含量多数情况下处在0.95%～11.63%之间，6.28%是平均值；挥发分含量(Vdaf)基本在20.12%～26.59%的范围之内浮动，23.36%是平均值；全硫(St.d)含量的浮动范围在0.16%～0.40%之间，平均值为0.28%。

表2 工业分析结果统计表

4 煤相分析

在实际研究每项的过程中，国外研究人员所提出的煤项参数也普遍存在较大差异，现阶段最常用的理论主要包括1986年DIESSEL在经过研究后提出的组织保存指数(TPI)以及凝胶化指数(GI) ，1991年CALDER 等研究人员提出的搬运指数(TI)、2002年MARQUES等研究人员提出的植被指数(VI)以及地下水流动指数(GWI) 和 ，1991年KALKREUTH 等研究人员经过多年研究提出的矿物资料分析煤的形成环境的相关理论，研究过程中，其主要成就在于确定了确定了湖沼－浅沼相(B)、浅沼相(A)、湖沼相(C)3个现阶段研究中依然十分常用的显微组分组合。现阶段在实际进行煤相学相关研究的过程中，这些参数依然是研究的基础方法。本次研究中，文章主要根据研究区7个煤层样品显微煤岩组分定量分析结果，研究区域自身的煤相特征进行了具体有效的分析。

通过对相关的成因参数进行综合分析以及定量计算能够得出以下结论，所有样品的TPI＞1 (图2)，在TPI 群体中属于中高层级，说明煤岩不仅具有降解程度低的优点，同时能够较好地保存植物结构，由此我们也能够明确木本植物是成媒的主要植物。同时，通过对显微镜煤岩分组中细胞结构保存较好的类型以及较低的GI指数，能够作出以下判断，即干燥的森林沼泽环境是煤岩沉积的主要环境。此外，通过对于TPI指数进行合理有效的判断，也能够清晰地反映出水体的pH值，若水体环境中pH较高的情况下，其细菌的活性作用也会相应增强，进而更好地分解植物遗体。所以对于区煤样的TPI指数进行分析具有十分显著的现实意义，其能够对成煤的整体过程进行清晰显示，说明偏酸性的水体环境更容易成煤，这也在一定程度上揭示了煤炭中细胞结构保存普遍完好的原因。A12-1、A12-2样品GI＞1，间接告诉我们在成媒的过程中具有较高的地下水水位，沼泽环境具有较高的湿润度;其余样品的GI值都小于1，说明在煤炭的形成初期，地下水的水位整体较低，沼泽处于相对干燥的环境之中。相比之下，由于凝胶化作用并没有明显形成，因此，在惰质组和镜质组中依然能够观察到明显的细胞结构。

图2 样品GI-TPI相图

图3 样品GWI-VI相图

如图3所示，GWI-VI 相图中有14个样品全都落在 VI＞2 的区域，说明木本植物型本质上才是主要的成煤植物类型。通过对于煤层垂向变化的相关情况进行分析，在早期成煤的阶段，木本植物是主体，而伴随着时间的推移，覆水程度也会逐渐增加，进而出现少量的水生植物。在这一过程中，全部样品 GWI值均小于0.5，说明在这一阶段沼泽本身具有较低的地下水位，水体处于相对静止的状态或流通不畅的状态，这一环境非常有利于富集营养成分，进而促使木本植物能够拥有较好的成长环境，进而为成煤沼泽的稳定发育打下良好的基础。

5 结语

(1)梅斯布拉克矿区二井田原煤显微组具有数量最多的分惰质组，经过推算得出其平均含量为48.13%，其次为镜质组，经过推算得出其平均含量为44.36%，含量最少的为壳质组。通过工业分析结果进行探讨能够得出以下方面的结论：梅斯布拉克矿区二井田9#、8#、7#、6#、5#、3#煤层原煤总体为中灰、低水、中高挥发分，本质上属于特低硫煤。而精煤为低灰、中挥发分、低水，也属于特低硫煤的范畴之内。

(2)汉水泉矿区煤层的沉积环境从整体分布的角度来讲，其呈现出了有干燥的森林环向潮湿的森林环境过度的趋势，在煤层沉积的过程中，木本植物的遗体是最主要的有机物源。