高鵬鑫馬小平魏雪芳

（1.國土資源實物地質資料中心，河北省廊坊市，065201；2.新疆地質礦產勘查開發(fā)局第九地質大隊，新疆自治區(qū)烏魯木齊市，830009）

奇臺縣開日木托朗格煤礦區(qū)西山窯組煤相研究

高鵬鑫1馬小平2魏雪芳1

（1.國土資源實物地質資料中心，河北省廊坊市，065201；2.新疆地質礦產勘查開發(fā)局第九地質大隊，新疆自治區(qū)烏魯木齊市，830009）

應用煤巖學方法探討了新疆奇臺縣開日木托朗格煤礦區(qū)西山窯組煤的煤巖特征及煤相劃分，根據(jù)研究區(qū)宏觀煤巖特征、顯微組分及工業(yè)分析定量統(tǒng)計，采用國內外通用的TPI-GI相圖（結構保存指數(shù)-凝膠化指數(shù)）和GWI-VI相圖（地下水影響指數(shù)-植被指數(shù)）解釋成煤植物種類及成煤環(huán)境。經分析，富營養(yǎng)苔蘚森林沼澤相是本區(qū)的主要煤相。

煤相 開日木托朗格礦區(qū) 西山窯組 TPI-GI相圖 GWI-VI相圖 富營養(yǎng)苔蘚森林沼澤相

煤相是確定成煤環(huán)境的重要指標之一，煤相研究主要是依據(jù)煤層中的沉積學、煤巖學、古植物學及地球化學標志等各種成因相標志來劃分的，這種成因相標志能夠提供古泥炭堆積過程中的古地理環(huán)境、植物組合及生長特征、古構造、古氣候、泥炭沼澤類型及其覆水條件等地質信息。新疆開日木托朗格煤礦區(qū)位于準東地區(qū)，據(jù)統(tǒng)計，截至2014年，準東地區(qū)已探明煤炭儲量213.6 Gt，預測資源量390 Gt，占全國煤炭總儲量的7.92%。

近年來，新疆地礦局第九地質大隊在開日木托朗格勘查區(qū)進行地質勘查，施工的鉆孔顯示西山窯組地層中可采、局部可采煤層2～4層，平均純煤總厚10 m左右。選擇勘查區(qū)內具有代表性的ZK1、ZK2（非真實鉆孔編號）鉆孔，對鉆孔中厚度大于和等于0.8 m的可采煤層進行采樣，共采樣14組，以ZK1、ZK2為典型孔對宏觀煤巖特征進行了觀察描述，采用國內外通用的TPI-GI相圖（結構保存指數(shù)-凝膠化指數(shù)）和GWI-VI相圖（地下水影響指數(shù)-植被指數(shù)）解釋成煤植物種類及成煤環(huán)境，為研究區(qū)煤層對比、煤聚集規(guī)律分析、煤及煤層氣勘查開發(fā)提供參考。

1　研究區(qū)地質特征

研究區(qū)內地表多為第四系覆蓋區(qū)，在東南部有小范圍的侏羅系中統(tǒng)西山窯組（J2x）地層出露；東南部、西南部和西北部有較大面積的侏羅系中-上統(tǒng)石樹溝群（J2-3sh）地層出露，研究區(qū)地質及工程布置如圖1所示。

圖1　研究區(qū)地質及工程布置簡圖

侏羅系中統(tǒng)西山窯組（J2x）僅在研究區(qū)東南部有少量的出露，區(qū)內所有鉆孔均控制到了該組含煤地層，是本次研究的主要對象，巖性為灰色、淺灰色泥巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖、粉砂巖、細砂巖夾粗、中砂巖及煤層，底部為一層礫巖、砂礫巖。中—上統(tǒng)石樹溝群（J2-3sh）在東南部、西南部和西北部有較大面積的出露，為雜色河湖相沉積，巖性有砂巖、泥巖、粉砂巖等。白堊系下統(tǒng)吐谷魯群（K1tg）僅在研究區(qū)北部少量出露，為一套土紅、土黃色鈣質砂巖夾泥質粉砂巖，可見風化殼。第四系上更新統(tǒng)—全新統(tǒng)洪積層（Q3-4pl）分布于戈壁中，以砂和大小不一的礫石為主，混合有粘土、亞粘土和砂土，松散堆積。

研究區(qū)位于闞爾甫托浪格簸箕狀向斜中南段，向斜呈寬緩波狀，走向上也呈波狀彎曲，向南翹起，向北傾伏，向斜兩翼不對稱，西翼完整，東翼受斷層破壞分布范圍小，因此地層呈現(xiàn)為走向北西，傾向北東的單斜形態(tài)，傾角在2°～8°之間。研究區(qū)內的巖漿巖分布在石炭系地層中，石炭系是含煤地層的基底，因此不存在巖漿巖對煤層的破壞作用。

2　宏觀煤巖特征

根據(jù)肉眼觀察，半暗型煤為最主要的煤巖類型，占到全部煤巖厚度的56%，半亮型煤次之，占31%，暗淡型占13%。這與準東各礦區(qū)鉆孔編錄顯示的宏觀煤巖類型以半暗型煤為主相基本一致。據(jù)野外鉆孔編錄資料顯示，礦區(qū)的主要宏觀煤巖特征為黑色，條帶狀結構，層狀構造，局部塊狀構造，條痕褐黑色，光澤暗淡，局部瀝青光澤，性脆，斷口參差狀，偶見貝殼狀斷口，局部含有鐵質鮞粒及黃鐵礦晶體。半暗煤和暗淡煤中，煤巖組分以暗煤為主，亮煤次之，絲炭少量，半亮煤中煤巖組分以亮煤為主，暗煤及絲炭次之。

3　微觀分析

煤巖光片的制備按照國家標準煤巖分析樣品制備方法（GB/116773-2008）進行，工業(yè)分析測定按照國家標準煤的工業(yè)分析方法（GB/T212-2001）進行，煤的顯微組分觀察和定量分析按照國家標準煤的顯微組分和礦物測定方法（GB/T8899 -1998）進行。煤相的劃分采用Diessel提出的TPI-GI煤相圖解和Calder提出的GWI-VI煤相圖解進行綜合解釋。

3.1顯微組分及工業(yè)分析定量統(tǒng)計

經顯微鏡下觀察統(tǒng)計和計算，獲得ZK1和ZK2兩孔顯微組分數(shù)據(jù)如表1和表2所示。

表1　ZK1顯微組分定量統(tǒng)計表 %

表2　ZK2顯微組分定量統(tǒng)計表 %

經工業(yè)分析得ZK1和ZK2兩孔水分、灰分、揮發(fā)份數(shù)據(jù)如表3和表4所示。

表3　ZK1工業(yè)分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計表　%

表4　ZK2工業(yè)分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計表　%

通過計算，得到ZK1和ZK2兩孔煤樣的結構保存指數(shù)（TPI）、凝膠化指數(shù)（GI）、地下水影響指數(shù)（GWI）以及植被指數(shù)（VI）的數(shù)據(jù)如表5和表6所示。

表5　ZK1顯微組分及TPI-GI、GWI-VI指數(shù)統(tǒng)計表

表6　ZK2顯微組分及TPI-GI、GWI-VI指數(shù)統(tǒng)計表

3.2結構保存指數(shù)（TPI）和凝膠化指數(shù)（GI）解釋

通過對開日木托朗格礦區(qū)煤樣結構保存指數(shù)（TPI）、凝膠化指數(shù)（GI）計算，進行相圖投點，得出TPI-GI相圖，見圖2。從圖中可以看出，有7個煤樣落在干燥森林沼澤相，7個煤樣位于潮濕森林沼澤相（其中3個落在兩相分界線附近偏潮濕森林沼澤相一側）。

由圖可以得出兩種不同的煤相類型:干燥森林沼澤相D-2和潮濕森林沼澤相D-1，由于有3個煤樣的點落在兩個相的分界線附近，因此兩個相的界限不太清楚。而所有的煤樣TPI值均偏大，則反映了成煤植物質料中木本植物占有較大優(yōu)勢。兩種煤相類型的特征如下:

（1）干燥森林沼澤相D-2。結構化指數(shù)TPI＞1，且呈變化較大、值也較高的特點，其中大于3的有6個，小于3的僅1個；凝膠化指數(shù)GI＜1。此相對應的宏觀煤巖類型以半暗型為主，半亮型和暗淡型煤次之，光亮型少見。此煤相所代表的泥炭沼澤環(huán)境應是干燥的以木本植物為主的森林泥炭沼澤，覆水較淺，環(huán)境的氧化性相對較強，強烈的氧化作用和脫氫脫氧作用導致顯微煤巖組分中惰質組含量較高。

（2）潮濕森林沼澤相D-1。結構化指數(shù)TPI＞1，變化范圍相對干燥森林沼澤相較小，均在2～5之間，GI在1～5之間，值較分散，此相對應的煤巖類型主要為半暗型和半亮型煤，暗淡型次之，光亮型少見。此煤相代表的泥炭沼澤環(huán)境應是較為潮濕的木本植物為主的森林泥炭沼澤，覆水有一定深度，弱氧化甚至還原的環(huán)境條件下，有利于凝膠化作用的進行，故而形成的顯微煤巖組分中以鏡質組較占優(yōu)勢。

3.3地下水影響指數(shù)（GWI）和植被指數(shù)（VI）解釋

通過對開日木托朗格礦區(qū)煤樣地下水影響指數(shù)（GWI）和植被指數(shù)（VI）計算，之后進行相圖投點，得出GWI-VI相圖，如圖3所示。

從圖中可以看出，以VI=3.0為界，煤樣分布于富營養(yǎng)蘚沼相（G）、富營養(yǎng)蘚沼森林相（H）及中營養(yǎng)森林沼澤相（F）3個區(qū)內。僅有1個煤樣落在富營養(yǎng)蘚沼相（G）。與標準圖板不同的是，有4個煤樣植被指數(shù)VI值超過7.0，而且所有煤樣中VI小于3的僅有1個煤樣，反映過于傾向木本植物；通常情況下地下水位越高GWI值越大，對于開日木托朗格礦區(qū)近乎一般的煤樣GWI值小于0.5這種情況，反映當時的沼澤地下水位整體較低，這也為草本、木本植物大量繁殖創(chuàng)造了有利的生長條件。相對于高地下水位的低位沼澤更有利于植物遺體保存，準東開日木托朗格地區(qū)則由于地下水位過低，而為植物繁盛奠定基礎，進而提供大量的成煤原始質料形成巨厚、超厚煤層。

圖2　研究區(qū)煤層TPI-GI相圖

圖3　研究區(qū)煤層GWI-VI相圖

（1）富營養(yǎng)蘚沼相（G）。僅有一個煤樣落在富營養(yǎng)蘚沼相（G），也是唯一一個VI小于3的煤樣，此相代表泥炭沼澤的環(huán)境應為以草本植物為主的草木混生型蘆葦泥炭沼澤。地下水位低，水體的流動性不好，屬富營養(yǎng)的成煤植物質料類型，鏡質組的結構得以較好的保存。由于落在本相的煤樣僅有1個，反映了開日木托朗格礦區(qū)的泥炭沼澤環(huán)境過于傾向木本植物。

（2）富營養(yǎng)苔蘚森林沼澤相（H）。共有11個煤樣落在此相內。因此，本區(qū)泥炭沼澤的類型主要為富營養(yǎng)的苔蘚森林沼澤相。VI大于3代表的泥炭沼澤環(huán)境為以木本植物為主的草木混生型泥炭沼澤；GWI小于0.5代表地下水位較低，水體的流動性不好，礦物質少導致酸度較高，微生物活動弱，形成富營養(yǎng)的成煤植物質料，因此凝膠化物質的結構通常較好。而礦物質少則直接導致了泥炭灰分較低。

（3）中營養(yǎng)森林沼澤相（F）。有2個煤樣落在此相內，VI值較大，反映泥炭沼澤環(huán)境中木本植物占絕對優(yōu)勢。GWI值介于富營養(yǎng)苔蘚森林沼澤相（H）和流動森林沼澤相（D）之間，地下水活動性和營養(yǎng)供應條件介于以上二者之間，因此凝膠化物質的結構和泥炭的灰分含量介于二者之間。

4　結論

（1）新疆奇臺縣開日木托朗格礦區(qū)西山窯組煤層的宏觀煤巖類型以半暗型煤為主，占到全部煤巖厚度的56%，半亮型煤次之，占31%，暗淡型占13%。光亮型較少見。煤層的顯微組分以惰質組為主，鏡質組稍次之，主要為微鏡惰煤，其次為微惰鏡煤。

（2）通過TPI-GI相圖可以把礦區(qū)的煤層劃分為兩種煤相:干燥森林沼澤相D-2和潮濕森林沼澤相D-1。由于TPI值普遍偏大，反映了成煤植物質料中木本植物占較大的優(yōu)勢，有3個煤樣落在兩相分界線（GI=1）附近，因此兩相的分界線并不清晰，呈過渡趨勢。

（3）通過GWI-VI相圖研究，本區(qū)泥炭沼澤的類型主要為富營養(yǎng)的苔蘚森林沼澤相。表現(xiàn)為14個煤樣中有11個煤樣落在蘚沼森林相（G），地下水水位低，沼澤水活動弱，這也為草本、木本植物大量繁殖創(chuàng)造了有利的生長條件。相對于高地下水位的低位沼澤更為有利于植物遺體保存而言，準東開日木托朗格地區(qū)則由于地下水位較低，而為植物繁盛奠定基礎，進而提供大量的成煤原始質料形成巨厚、超厚煤層。同時，所有煤樣中VI小于3的僅有1個煤樣，反映過于傾向木本植物，這也與TPI值普遍偏大相互印證。

［1］ 武漢地質學院煤田教研室.煤田地質學 ［M］.北京:地質出版社，1982

［2］ 韓德馨.中國煤巖學［M］.徐州:中國礦業(yè)大學出版社，1995

［3］ 李晶，莊新國，周繼兵等.新疆準東煤田西山窯組巨厚煤層煤相特征及水進水退含煤旋回的判別［J］.吉林大學學報，2012（Z2）

［4］ 孫曉東，黃志增，馬兆瑞.準東煤田巨厚煤層開采技術研究［J］.煤礦開采，2014（4）

［5］ 周?；?新疆煤炭產業(yè)的市場前景和發(fā)展方向［J］.中國煤炭，2007（7）

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（責任編輯 郭東芝）

Research on coal facies of Xishanyao Formation in Kairimutuolangge coal district in Qitai County

Gao Pengxin1，Ma Xiaoping2，Wei Xuefang1
（1.Cores and Samples Center of Land&Resources，Langfang，Hebei 065201，China；2.Ninth Geological Brigade of Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Resource Exploration and Development，Urmuqi，Xinjiang 830009，China）

Coal petrological method was utilized to discuss the coal petrological characteristics and coal facies division from Xishanyao Formation in Kairimutuokangge coal district in Xinjiang.Based on macroscopic coal petrological characteristics，microscopic components and industrial quantitative analyses，commonly used TPI-GI facies map（structure observation index-gelatinization index）and GWI-VI facies map（underground water influence index-vegetation index）at home and abroad were adopted to explain the coal forming floristics and environment.The analysis results showed that eutrophic moss-forest-swamp facies was the main coal facies in the Kairimutuolangge coal district.

coal facies，Kairimutuolangge coal district，Xishanyao Formation，TPI-GI facies map，GWI-VI facies map，eutrophic moss-forest-swamp facies

P618.11

A

高鵬鑫（1986-），男，河北承德人，地質工程師，國土資源實物地質資料中心庫藏管理室副主任，工學學士學位，主要從事地質礦產及實物地質資料管理研究工作。