黄陇侏罗纪煤田永陇矿区含煤特性及控煤因素分析

王 博

（1.中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西 西安 710054；2.西安科技大学，陕西 西安 710054）

含煤盆地构造演化及聚煤特征等研究成果，是我国煤炭资源勘查的重要手段之一[1-4]。永陇矿区位于黄陇侏罗纪煤田西部，包含郭家河井田、园子沟井田、丈八井田、老爷岭井田及招贤井田等8 个井田（勘查区）。由于永陇矿区目前尚未大面积开发，以下笔者以矿区前期开展的地质预查资料为基础，开展了研究区含煤特性、沉积环境及控煤因素研究，以期为矿区后续的煤炭资源开发利用提供科学依据。

1 研究区地质概况

永陇矿区位于陕西省黄陇侏罗纪煤田西南翼边缘，属于华北地层区鄂尔多斯地层分区陇县－永寿小区，如图1 所示。该矿区地质构造简单，总的形态为一北西向缓倾的单斜构造，含煤范围内无断层发育[5-6]。研究区属掩盖式含煤区，含煤地层为中侏罗统延安组（J2y），沉积基底为中三叠统铜川组（T2t），下伏下侏罗统富县组（J1f），上覆依次有中侏罗统直罗组（J2z）、安定组（J2a），上侏罗统芬芳河组（J3f），下白垩统宜君组（K1y）、洛河组（K1l）、环河组（K1h），上新统保德组（N2b）、更新统（Qp）和全新统（Qh），如图2。

图1 研究区构造位置图

图2 永陇矿区地层综合柱状图

2 研究区含煤特性

侏罗系中统延安组为本区的含煤地层，根据钻孔揭露及地质填图资料，地层厚度1.40～133.03 m，平均53.42 m。自上而下可划分3 个岩性段，区内第一、第二段分别赋存3 煤与2 煤，煤层有不同程度的分岔，含煤层数最多可达20 余层，其中2、3煤是本区可采煤层，其余均为不可采煤层。延安组见煤点煤层总厚度为0.20～16.90 m，平均6.03 m。延安组含煤系数为0.18%～38.97%，平均12.95%，见表1。区内含煤性具有明显的垂向分段性，延安组第三段、第二段、第一段含煤系数自下而上含煤性变差，煤层厚度、可采厚度及含煤系数均逐渐减小，可采煤层发育于延安组中部，区内延安组第三段分布局限且不含煤。

表1 延安组煤层厚度与含煤系数一览表

3 沉积环境演化及聚煤作用

研究区延安组的沉积环境具备了陆相沉积的地层特点，依据岩性、岩相、旋回结构及含煤特征，将延安组沉积划分为三个亚期。

3.1 第一亚期（J2y1）

印支运动之后，矿区古气候较为潮湿及温暖，在这种环境下植被开始快速生长。由于三叠系基底高差较大，富县组的沉积未能完全覆盖地形差异，延安组第一段的沉积继续发挥填平补齐作用，形成了研究区内河流湖泊沼泽体系背景下发育的局部浅湖泥炭沼泽相成煤环境[7-8]，形成了以深灰色、灰黑色泥岩及砂质泥岩、灰白色粉砂岩、黑色炭质泥岩和煤层的岩性组合，如图3 所示。水平和波状纹理极其发育，富含大量植物茎叶化石及其碎片，如图4 所示。在低洼地带沉积较厚，而在古地形相对较高古隆起地段沉积厚度较薄或缺失沉积。

图3 延安组第一段（J2y1）岩性柱状图

图4 延安组典型植物化石

矿区具有典型的小规模湖盆沉积模式，泥炭层的沉积主要受到两方面因素的影响，一是大气降水补给量对沉积厚度控制明显，二是基底的起伏导致有机质的沉积速度不均衡，均影响着煤层本身沉积特征。

其中，矿区的局部凹陷地带的有机质物源补给充足充裕，与基底的沉降速度保持均衡，因此，延安第一段沉积了厚～特厚的3 煤。但是在局部时段沉降速度加快，沉降速度大于补给速度，有机物源补充不足，泥炭沼泽沉积发生中断，并以泥岩或者粉砂质泥岩沉积取代，使3煤展现分叉的特征。同期，在上述沉积凹陷外围虽然不同程度发育河流沉积作用，有植物生长，但由于地势较高，地处高位，多暴露堆积而被氧化难以成煤，仅在短暂的水位上升，水体深度能够满足植物生长条件下沉积了薄煤层或炭质泥岩，多见炭化植物碎屑，多夹杂在河流砂体中。

1.铁山锥叶蕨 2.布里亚锥叶蕨

由此可以推断，矿区是在地壳沉积的运动作用下，以湖泊沼泽为主的沉积环境中，形成了厚～较厚的3 煤。

3.2 第二亚期（J2y2）

在第一亚期沉积完成之后，矿区基底形态趋向平缓。同时，由于大气降水减少，沉积环境由湖泊沼泽转为河流泥炭沼泽，温暖湿润的环境下植被依然繁盛茂密，有机质物源补给充足，矿区的2 煤在有利地带沉积，如图5。

图5 延安组第二段（J2y2）岩性柱状图

由于泥炭沼泽受到大气降水补给和河流周期性补给均较显著，水位变化大。在泥炭堆积沉积过程中，当沉降过快大于有机质堆积速度时，泥炭沉积发生暂时中断，且沉降导致地形形成凹陷；当沉降速度等于有机质堆积速度时，有机质又快速补给，演变为中高位泥炭沼泽堆积。低、中位沼泽的转换造成了2 煤层分岔现象，且单层煤层厚度变薄，由于水动力作用的加强，对煤层的稳定发育带来了负面作用。正由于该时期植物碎屑供给充足且连续，在研究区内湖坪河流发育地段，水体深度适宜的部分沉积分布相对连续的2 煤层。

3.3 第三亚期（J2y3）

到了延安组第三段，由于地势已抬升，泥炭沼泽范围急剧缩小甚至消失，区域上煤层层数减少，煤层厚度变小。且环境条件发生改变，降雨减少，温暖潮湿的气候转变为寒冷干燥的环境，有机质物源大量减少，已不具备成煤条件，从此进入长期无煤层沉积的地质历史。加之后期又受到大范围剥蚀和中侏罗世直罗期的冲刷，垂向上表现为延安组与直罗组底部含砾粗砂岩或细砾岩接触，使地层保存残缺不全。

4 控煤因素分析

影响本区含煤性因素主要为成煤期古地貌（构造）和古沉积环境因素。

4.1 古地貌（构造）控煤因素

成煤期前，受印支期构造运动的影响是明显的。在三叠纪末期，区内地壳处于抬升期，使三叠系岩性遭受剥蚀，在其表面上形成了一层厚度不等的残积物，同时又形成了一系列规模不等的隆起和凹陷。在进入侏罗纪时，地壳开始回返，首先在低洼处接受了富县组“填平补齐”的沉积作用，而在隆起区则缺失了富县组和延安组，并对侏罗系构造层的发育和赋存形态具有一定的控制作用。侏罗系安定组、直落组及延安组的沉积形态均与其沉积基底三叠系顶界面的起伏具有较强的继承关系，表现为同沉积背（向）斜。

大量事实证明，基底古地貌（构造）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。古地貌（构造）形态在一定程度控制了区内延安组3 煤的沉积厚度和赋存范围，并对2 煤层的展布规模有着重要影响。在基底隆起区含煤地层厚度变薄或缺失，无煤层沉积；在凹陷处含煤地层沉积时间较长，较厚，当沉降与补给基本平衡时，3 煤发育也较好。

4.2 古环境控煤因素

古环境对聚煤控制主要表现为煤层赋存形态，是导致煤层层数、厚度、分岔和沉积缺失的主要原因。由于研究区具有典型的独立小规模盆地沉积模式，成煤作用受到大气降水补给量的控制明显。

隆起区无条件成煤，而在较深的凹陷低洼处尽管含煤地层沉积厚度较大，受到水体深浅的变化影响，导致煤层层数和厚度均变化较大，甚至缺失煤层沉积。其中，当大气降水量充沛时，各类水源补给量大，导致洼地水体深度较大就会终结正常的成煤作用，并代之为泥砂岩类，从而导致煤层出现分岔现象；当水位下降到适合植被发育，新的成煤作用又重新开始，并反复作用变化，直至整个成煤阶段结束。正是由于低、中、高位泥炭沼泽环境的反复演化，造成了区内2、3 煤沉积，连续分布，同时也造成其分岔现象普遍。

5 结论

（1）延安组为区内含煤地层，按层序可划分为三段。3 煤赋存于延安组第一段，2 煤赋存于延安组第二段，第三段不含煤。延安组煤层总厚度为0.20～16.90 m，平均6.03 m，含煤系数为0.18%～38.97%，平均12.95%。延安组第三段、第二段、第一段含煤系数自下而上含煤性变差

（2）区内含煤地层的沉积厚度和分布规模受基底古地貌（构造）控制，2、3 煤是以古地貌控煤和古环境控煤因素共同作用的结果。