制度经济学研究稿件信息
吐哈盆地库姆塔格煤田西山窑组煤层煤相分析
李玉坤，李广
（新疆维吾尔自治区地矿局第一地质大队，新疆 昌吉 831100）
摘要：库姆塔格煤田位于吐哈盆地南缘的沙尔湖凹陷内，含煤地层为中侏罗统西山窑组，煤层厚度大，稳定分布。本文以沉积学、煤岩学和煤相学理论为指导，运用煤相划分参数、结合宏观、微观煤岩特征分析煤相类型。煤岩分析表明：研究区宏观煤岩类型以暗淡型煤为主，显微煤岩类型以微镜惰煤为主,镜惰比表明煤田西北部属潮湿－弱覆水环境，东南部属极潮湿－覆水环境。煤相分析表明：研究区西北部煤层沼泽类型为干燥森林沼泽相，东南部沼泽类型以潮湿森林沼泽相为主，次为干燥森林沼泽相，沉积环境主要为浅沼相。综合分析成果可以认为库姆塔格煤田煤层形成环境为低水位微弱水动力条件下、以潮湿森林沼泽为主、干燥森林沼泽次之的浅沼相。煤岩和煤相分析为聚煤环境分析、煤质评价、煤层对比等提供科学依据。
关键词：吐哈盆地；沙尔湖凹陷；库姆塔格煤田；西山窑组；煤相
煤相的概念最早由热姆丘日尼科夫提出，就是指成煤环境。后来Teichmuller M.对煤相提出了新认识，即“煤相是指煤的原始成因类型，它取决于形成泥炭的环境”［1］。煤相分析的重点是煤岩特征，煤岩特征是泥炭沼泽地貌、水文、植被、气候、水介质、沉积环境、构造条件等综合因素的反映［2］。在煤相的研究中，国外学者提出了多种煤相参数，比如Diessel（1986）提出了凝胶化指数（GI）和组织保存指数（TPI）［3－4］，Calder等（1991）提出了地下水流动指数（GWI）和植被指数（VI），Karkreuth等（1991）提出用矿物资料分析煤的形成环境，确定了浅沼相（A）、湖沼-浅沼相（B）、湖沼相（C）3个显微组分组合，Harveyrd提出了镜惰比（V/I）等。这些参数成为经典煤相学研究方法的基础。
1.地质概况
吐哈盆地位于新疆东部天山地区，大地构造位于哈萨克斯坦板块东南角，处于哈萨克斯坦、西伯利亚和塔里木板块的拼贴交汇部位。吐哈盆地受多期构造运动的影响，盆地内部被分隔成吐鲁番坳陷-了敦隆起-哈密坳陷这样一个总体上按东西向展布的空间格局。在此基础上，了敦隆起划分出了沙尔湖和大南湖两个凹陷，其中沙尔湖凹陷内分布有两个大型煤田，以脐山隆起为界，西部为库姆塔格煤田，东部为沙尔湖煤田（图1）。
吐哈盆地早-中侏罗系盆地处于伸张发育阶段，主要发育冲积扇、三角洲、湖泊沉积体系［5－6］，是重要的聚煤期。沙尔湖凹陷经过西山窑早期扇三角洲及前缘发育阶段后，西山窑中期该区转化为三角洲平原上的冲积扇-扇前洪泛洼地、湿地。此阶段泥炭沼泽的长期发育，形成了巨厚及特厚煤层，煤层分布较集中［8］。
图1 吐哈盆地库姆塔格煤田构造位置图
Fig.1 The tectonic location of Kumtag coalfield in Turpan-Hami Basin
库姆塔格煤田含煤地层为中侏罗统西山窑组，地层含煤系数在0.94-85.88%之间，平均32.23%。共见≥0.80m煤层1-17层，单孔见煤层最大厚度164.69m，单煤层最大厚度140.25m，全区可采煤层平均总厚度129.35m。可采煤层共有7层，C8煤层为主要可采煤层。C8煤层总厚度在8.60-182.92m之间，平均厚128.18m。
2.煤岩特征
本次研究煤样采自库姆塔格煤田6个钻孔（图2），共采取样品样97件（ZK1111孔19件、ZK907孔19件、ZK3232孔14件、ZK509孔15件、ZK1224孔16件、ZK1236孔14件）。样品分析测试由新疆矿产实验研究所（国土资源部乌鲁木齐矿产资源监督检测中心）完成。煤岩光片制备按国家标准(GB/116773-2008)煤岩分析样品制备方法进行，煤的显微组分观察和定量分析按国家标准(GB/T8899-1998)进行。
2.1煤的物理性质
煤的物理性质基本相似，颜色均呈黑-褐黑色，条痕为棕色及棕黑色、褐红色，煤的坚硬程度多为松软状，部分半坚硬，少部分呈粉末状。煤层产出状态为层状-似层状，结构以条带状、线理状、均一状为主，弱沥青、沥青光泽，断口呈贝壳状、阶梯状及参差状，裂隙较发育，煤芯易风化染手，含星点状黄铁矿薄膜及鲕粒状黄铁矿结核。煤层视相对密度变化值在1.25-1.39g/cm3之间。
2.2宏观煤岩类型
研究区宏观煤岩成分以暗煤为主，光泽暗淡，质地坚硬，韧性较强，节理不发育，断口粗糙不平。局部含少量丝炭，具丝绢光泽，纤维状结构，呈线理状分布。亮煤少见，均呈条带状分布于煤层之中，光泽较弱，具弱沥青光泽，煤质硬度低，较软，易碎。沿层面保留有植物纤维形态及叶片残痕。宏观煤岩类型以暗淡型煤为主。
2.3显微煤岩特征
研究区镜下鉴定显微煤岩类型以微镜惰煤为主，极少量的微镜煤，显微煤岩类型较稳定，显示为湖泊环境。煤岩中的有机质组分与其分布位置有关，以镜质组含量为准，总体特征为东部含量比西部高，南部含量比北部高（图2）。
由表1可知：煤田西北部（ZK1224、ZK1236）以惰质组为主，平均含量57.62%-58.19%，镜质组平均含量39.73%-40.57%，壳质组含量极少，平均0.04%-0.05%。煤田东南部以镜质组为主，平均含量58.49%-69.85%，惰质组平均含量23.54%-38.74%，壳质组含量极少，平均0.04%-0.68%。
惰质组多为丝质体和半丝质体，形态呈碎片状分布，少量碎屑惰质体；镜质组以基质镜质体为主，次为结构镜质体，含少量均质境质体，几乎不含团块镜质体、胶质镜质体和碎屑镜质体；壳质组为微量孢粉体和少量角质体。
镜惰比是镜质组与惰质组的比值（V/I），是成煤泥炭遭受氧化程度的参数，V/I＜1一般反映成煤泥炭曾暴露于氧化环境。许福美等[9]将煤层划分为4种成因类型:Ⅰ类:V/I＞4，强覆水环境；Ⅱ类:1＜V/I＜4，极潮湿－覆水环境；Ⅲ类:1/4＜V/I＜1，潮湿－弱覆水环境；Ⅳ类:V/I＜1/4，干燥－极干燥环境。依据镜惰比，煤田西北部为Ⅲ类:1/4＜V/I＜1，属潮湿－弱覆水环境，煤田东南部Ⅱ类:1＜V/I＜4，属极潮湿－覆水环境。
表1 库姆塔格煤田显微煤岩组分含量表
Table.1 Maceral content of coal seams in Kumtag coalfield
|
钻孔编号 |
特征值 |
镜质组（%） |
惰质组（%） |
壳质组（%） |
V/I值 |
环境 |
|
ZK1224 |
最小值 |
18.20 |
11.70 |
0.00 |
0.70 |
潮湿－ 弱覆水环境 |
|
最大值 |
85.00 |
81.60 |
0.40 |
|||
|
平均值 |
40.57 |
57.62 |
0.05 |
|||
|
ZK1236 |
最小值 |
3.20 |
1.90 |
0.00 |
0.68 |
|
|
最大值 |
92.10 |
96.60 |
0.20 |
|||
|
平均值 |
39.73 |
58.19 |
0.04 |
|||
|
ZK509 |
最小值 |
43.40 |
11.50 |
0.00 |
1.51 |
极潮湿－ 覆水环境 |
|
最大值 |
76.00 |
56.20 |
1.70 |
|||
|
平均值 |
58.49 |
38.74 |
0.35 |
|||
|
ZK3232 |
最小值 |
49.80 |
4.80 |
0.00 |
1.79 |
|
|
最大值 |
77.00 |
47.80 |
1.60 |
|||
|
平均值 |
61.34 |
34.26 |
0.82 |
|||
|
ZK907 |
最小值 |
28.20 |
0.00 |
0.00 |
1.88 |
|
|
最大值 |
97.30 |
58.30 |
1.20 |
|||
|
平均值 |
62.05 |
32.98 |
0.27 |
|||
|
ZK1111 |
最小值 |
37.00 |
0.40 |
0.00 |
2.97 |
|
|
最大值 |
96.00 |
62.20 |
3.10 |
|||
|
平均值 |
69.85 |
23.54 |
0.68 |
图2 吐哈盆地库姆塔格煤田V/I等值线图
Fig.2 The isocon map of V/I in Kumtag coalfield in Turpan-Hami Basin
1-煤层边界线;2-V/I等值线;3-取样钻孔及编号
2.4矿物成分
煤岩中矿物质含量很低，矿物质多为粘土矿物，呈团块状、团粒状及粒状分布，其次为碳酸盐类。粘土矿物含量平均值在0.0-7.5%之间，部分充填细胞腔或裂隙中，呈团块状分布；碳酸盐含量平均值在0.0-1.2%之间。
3.煤相特征
3.1煤相指标
目前国际上普遍采用的煤相类型划分方法是基于显微组分定量统计的成因参数分析方法[7]，包括结构保存指数（TPI）和凝胶化指数（GI）、地下水影响指数（GWI）和植被指数（VI）和搬运指数（TI）等。
3.2煤相分析
根据研究区内6个钻孔煤层样品显微煤岩组分定量分析结果，计算出煤相指标参数（表2）。应用TPI-GI相图、GWI-VI相图、T-D-F相图和A-B-C相图对煤层煤相类型进行划分。
表2 库姆塔格煤田煤相学特征参数表
Table.2 Coal facies parameter characters table in Kumtag coalfield
|
孔号 |
样号 |
TPI |
GI |
VI |
GWI |
TI |
T |
F |
D |
A |
B |
C |
|
ZK1224 |
H1 |
1.77 |
1.57 |
1.75 |
0.00 |
0.01 |
0.26 |
0.38 |
0.01 |
0.50 |
0.49 |
0.01 |
|
H6 |
3.18 |
0.59 |
3.15 |
0.07 |
0.01 |
0.13 |
0.61 |
0.01 |
0.71 |
0.26 |
0.03 |
|
|
H11 |
1.89 |
2.02 |
1.89 |
0.00 |
0.00 |
0.32 |
0.33 |
0.00 |
0.61 |
0.38 |
0.00 |
|
|
H16 |
6.23 |
0.34 |
6.32 |
0.02 |
0.00 |
0.11 |
0.74 |
0.00 |
0.83 |
0.16 |
0.00 |
|
|
H21 |
6.22 |
0.22 |
6.22 |
0.01 |
0.00 |
0.05 |
0.81 |
0.00 |
0.83 |
0.16 |
0.01 |
|
|
H26 |
4.40 |
0.50 |
4.40 |
0.01 |
0.00 |
0.15 |
0.66 |
0.00 |
0.80 |
0.20 |
0.00 |
|
|
H31 |
2.54 |
0.61 |
2.54 |
0.00 |
0.00 |
0.10 |
0.62 |
0.00 |
0.69 |
0.31 |
0.00
|
