山西省沁水煤田交口勘查区含煤地层特征及成煤环境分析

罗鹏波

（山西省地质勘查局二一二地质队，山西长治046000）

山西省沁水煤田沁源县交口勘查区煤炭普查项目位于沁源县交口乡北—郭道镇定阳一带，西接沁源煤详查区，东接连家沟普查区，勘查区面积217.97km2。本文通过分析该区含煤地层特征，对成煤环境进行论述，结合周边煤层分布，论述了沁水块坳西缘的含煤特点。

1 基本概况

山西省沁水煤田沁源县交口勘查区煤炭普查项目采用以钻探为主要手段，配合物理测井、地质测量、采样测试相结合的综合勘查方法，完成的主要工作量有：地质填图230km2，施工钻孔12个，钻探进尺13682.69m，共估算6下、8、9、10、11号煤层煤炭资源量81004×104t。勘查区位于沁水块坳西翼，总体形态为一走向南北，倾向东的单斜构造。区内构造主要表现大体平行的接近南北向的褶皱构造，未见断层构造及陷落柱，无岩浆活动，构造属简单类型。出露地层主要为：二叠系上统上石盒子组三段、石千峰组、三叠系下统刘家沟组、和尚沟组、三叠系中统二马营组以及第四系。主要含煤地层为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组。

2 煤层赋存层位

勘查区内主要含煤地层为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组，含煤地层总厚为135.18~164.14m，平均146.42m，共含煤17层，煤层总厚度平均值为7.69m，含全区可采煤层1层（11号），局部可采煤层4层。

山西组地层为上三角洲平原相沉积，分3~4个沉积旋回，煤层多沉积于旋回的顶部。山西组平均厚度38.72m，共含6层煤，均为不可采煤层，煤层总厚度平均值为1.79m，含煤系数为4.62%。底部以浅灰色的厚层状中细粒岩屑石英砂岩（K7砂岩）与太原组整合接触。由砂岩、砂质泥岩或泥岩、煤形成的三个旋回组成。砂岩一般为岩屑石英砂岩，常不稳定，呈似层状或透镜状分布，交错层理发育，泥岩中含丰富的植物化石。

太原组地层为典型的三角洲平原相与浅海碳酸盐台地相交互沉积，该组地层沉积旋回韵律明显，煤层多赋存于灰岩底部，地层平均厚度为107.70m，共含煤11层，煤层总厚度平均值5.90m，含煤系数5.48%，太原组含4层局部可采的不稳定煤层，含1层全区可采的稳定煤层（11号）。由粗粒砂岩（局部含砾）、中粒砂岩、细粒砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩、煤层（线）及含燧石灰岩等组成，几种岩性呈交替出现的互层状。下部灰岩稳定，是本组良好的标志层，往上稳定性渐差。下部煤层较上部煤层稳定。石灰岩下伏常发育有较稳定煤层。砂岩普遍发育，但中部砂岩发育好，厚度大且稳定、层理类型复杂；由于沉积时地壳周期性升降，海水时进时退，沉积环境交替频繁，因而形成一套具有明显韵律旋回的海陆交替相沉积。动、植物化石极为丰富。

3 煤层的形态、厚度及规模（见表1）

表1 煤层特征表

勘查区内主要可采煤层为太原组11号煤层，另太原组的6下、8、9、10号为不稳定煤层，局部可采煤层。

（1）6下号煤层。该煤层位于太原组上部，下距K4灰岩5.34~36.61m，平均18.47m，煤层最厚2.07m（ZK3-6），部分钻孔未见煤，平均厚度0.59m，煤层结构简单，一般含0~2层夹矸，一般为泥岩或炭质泥岩，煤层可采性指数1.0，厚度变异系数为371%，属不稳定,局部可采煤层。

（2）8号煤层。该煤层位于太原组中部，位于K3灰岩下，煤层最厚1.05m（ZK3-2），最薄0.50m（ZK6-9），煤层结构简单，无夹矸，煤层可采性指数0.5，厚度变异系数为20%，属不稳定煤层，局部可采煤层。

（3）9号煤层。该煤层位于K2灰岩下，部分钻孔灰岩下含少量泥岩，下距K1底砂岩11.59~34.19m，煤层最厚1.90m（ZK12-9），最薄0.69m（ZK9-10），平均厚度0.97m，煤层结构简单，一般含0~1层夹矸，夹矸一般为泥岩或炭质泥岩，煤层可采性指数0.33，厚度变异系数为51%，属不稳定煤层，局部可采煤层。

（4）10号煤层。该煤层位于太原组的下部，上距K2灰岩1.60~5.46m，一般2.62m。10号煤层最厚1.90m（ZK6-5），最薄0.55m（ZK3-2），煤层结构简单，含0~1夹矸，煤层可采性指数0.5，厚度变异系数为46%，属不稳定煤层，局部可采煤层。

（5）11号煤层。位于太原组的下部，上距太原组灰岩（K2）6.78~13.33m；11号煤层最厚2.70m（ZK3），最薄0.850m（ZK3-2），平均厚度为1.52m（见图1），煤层结构简单，一般含0~1层夹矸，煤层可采性指数1.0，厚度变异系数为35%，属稳定煤层，全区可采煤层。

4 可采煤层物理性质、煤岩特征、顶底板工程地质及煤质

6下号煤为黑色，亮—暗煤，块状，金属光泽，条带状结构，阶梯状断口，条痕为灰黑色，宏观煤岩类型为半亮型煤，显微煤岩类型为微镜惰煤。顶板为砂质泥岩、泥岩；底板为砂质泥岩、泥岩，据岩石物理力学试验结果均属软弱岩石，完整性差—中等，岩石质量中等。煤质为低灰、低硫、低挥发分、中高固定碳、高发热量贫煤。

8号煤为黑色，亮—暗煤，块状，金属光泽，条带状结构，阶梯状断口，条痕为灰黑色。宏观煤岩类型为半亮型煤，显微煤岩类型为微镜惰煤，镜质组最大反射率相当于贫煤阶段，为中煤级煤Ⅶ，无泥化现象。直接顶板为灰岩(K3)属半坚硬岩石，底板砂质泥岩、泥岩属软弱岩石，砂岩属半坚硬岩石，完整性差—中等，岩石质量中等—良。煤质为低灰、中高硫、低挥发分、中高固定碳、高发热量贫煤。

10号煤为黑色，暗—亮煤，块状，沥青光泽,条带状结构，阶梯状断口，条痕为灰黑色。煤层含0~1层泥岩或炭质泥岩夹矸。宏观煤岩类型为半亮型煤，显微煤岩类型为微镜惰煤，镜质组最大反射率相当于贫煤阶段，为中煤级煤Ⅶ，无泥化现象。顶板砂质泥岩、泥岩属软弱—半坚硬岩石，底板砂质泥岩、泥岩属软弱—半坚硬岩石，完整性差，岩石质量中等。煤质为低灰、中高硫、低挥发分、中高固定碳、高发热量贫煤。

11号煤为黑色，金属光泽,条带状结构，块状构造，参差状断口，条痕为灰黑色，硬度较小，宏观煤岩类型为半亮型煤，显微煤岩类型为微镜惰煤，镜质组最大反射率相当于贫煤阶段，为中煤级煤Ⅶ—高煤级煤Ⅰ，无泥化现象。顶板砂质泥岩属半坚硬岩石，泥岩、砂岩属软弱—半坚硬岩石，底板砂质泥岩、泥岩属软弱—半坚硬岩石，砂岩属半坚硬岩石，完整性差—破碎，岩石质量中等—良。煤质为中高灰、中高硫、低挥发分、中等固定碳、中高发热量贫煤。

勘查区内6下、8、9、10、11号煤层宏观煤岩类型均为半亮型煤，显微煤岩类型均为微镜惰煤，镜质组最大反射率相当于贫煤阶段，为中煤级煤Ⅶ，均无泥化现象。煤质为中高灰、中高硫、低挥发分、中等固定碳、中高发热量贫煤。

5 成煤环境探讨

在海西运动之前的海水南注，使得山西遭受了自北向南的海侵。长期的侵蚀、剥蚀，古风化剥蚀面早已准平原化，聚集了大量的铁铝物质，海侵的到来使山西迅速成为滨岸泻湖—潮坪环境，大量铁铝物质带入海中，沉积于低凹的泻湖中，形成山西式铁矿—黄铁矿和铝土矿。中石炭世晚期，出现过四次碳酸盐台坪环境，沉积了四层灰岩。到晚石炭晚期，海水进一步向南退缩，三角洲平原是海退后出现的最有利形成泥炭沼泽的环境，形成了良好的聚煤成煤条件，石炭系上部的煤层主要形成于这样的环境。（太原期—山西期）华北地台已总体处于陆表海及其滨岸环境，由于地块的不均衡活动及震荡运动，导致海水多次反复进退，形成了一套海陆交互相的含煤沉积组合，并发育了4~5个比较完整的三角洲沉积旋回。

本区在早太原期泻湖基础上，因波浪和潮汐作用形成一系列障壁岛，把广阔的陆表海分割成众多泻湖，因海退影响，适宜的条件下，逐渐成为良好的沼泽聚煤成煤环境，又因多次海进海退，在碳酸盐台坪环境中形成K2灰岩，完成一次沉积旋回，形成了稳定全区可采的11号煤层和不稳定可采的9号、10号煤层，以及不稳定的透镜状的12号煤层；中太原期由于又因多次较大海进海退，完成二次沉积旋回，形成不稳定可采的似层状8号煤层和不可采的透镜状7号煤层和K3、K4灰岩；晚太原期又因多次海进海退，又完成二次完整的沉积旋回，形成不稳定可采的透镜状6下号煤层和不可采的透镜状5、6号煤层，其它阶段主要沉积潮间砂坪相、台坪相的砂页岩层。

在山西期后期勘查区处于相对较浅的三角州平原，接受了古特提斯大陆河水，在多次海侵海退的影响下，形成了3~4次的沉积旋回，形成了1、2、3、4号不稳定煤层。

6 结论

勘查区位于沁水块坳西翼边缘部位，平面上通过勘查区地理位置及周边煤层特征对比，可反映出本区成煤环境位于三角洲平原部位，相对于连家沟普查区位于滨岸部位，相对于沁源详查区可能位于环古特提斯海边缘的障壁岛部位，聚煤成煤条件相对较差；时间看反映出本区由早太原期至山西期成煤环境越差的特征，现实表现为由老至新11号煤层全部可采，层状结构；8号、9号、10号煤层局部可采，似层状结构，6下号煤层局部可采，透镜状结构，再向上的煤层均不可采，透镜体范围变小，但煤层变多，剖面结构复杂。