李玉坤 李廣 范香蓮

摘 ?要：以沉積學(xué)、煤巖學(xué)和煤相學(xué)理論為指導(dǎo)，運(yùn)用煤相參數(shù)，結(jié)合宏觀、微觀煤巖特征分析煤相類型。結(jié)果表明：研究區(qū)宏觀煤巖類型以暗淡型煤為主，顯微煤巖類型以微鏡惰煤為主，煤田西北部屬潮濕-弱覆水環(huán)境，東南部屬極潮濕-覆水環(huán)境;西北部煤層沼澤類型為干燥森林沼澤相，東南部以潮濕森林沼澤相為主，次為干燥森林沼澤相，沉積環(huán)境主要為淺沼相。綜合分析認(rèn)為，庫(kù)姆塔格煤田煤層形成環(huán)境為低水位微弱水動(dòng)力條件下、以潮濕森林沼澤為主、干燥森林沼澤次之的淺沼相，煤巖和煤相分析為聚煤環(huán)境分析、煤質(zhì)評(píng)價(jià)、煤層對(duì)比等提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：吐哈盆地;沙爾湖凹陷;庫(kù)姆塔格煤田;西山窯組;煤相

煤相的概念最早由熱姆丘日尼科夫提出，就是指成煤環(huán)境。后來Teichmuller M. 提出了新認(rèn)識(shí)，即“煤相是指煤的原始成因類型，它取決于形成泥炭的環(huán)境”[1]。煤相分析的重點(diǎn)是煤巖特征，它是泥炭沼澤地貌、水文、植被、氣候、水介質(zhì)、沉積環(huán)境、構(gòu)造條件等綜合因素的反映[2]。煤質(zhì)特征研究是確定煤在工業(yè)利用和評(píng)價(jià)開采利用過程中對(duì)環(huán)境影響的基礎(chǔ)性研究，煤相研究是煤地質(zhì)學(xué)研究領(lǐng)域的重要內(nèi)容，在煤層形成機(jī)理、煤氣勘探開發(fā)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。前人有關(guān)吐哈盆地的文獻(xiàn)中多處論述了沙爾湖凹陷內(nèi)煤田古地理、古構(gòu)造、聚煤作用等[5-6]，但對(duì)煤質(zhì)、煤巖特征及煤相分析的研究較少。通過本次煤巖和煤相分析為聚煤環(huán)境分析、煤質(zhì)評(píng)價(jià)、煤層對(duì)比等提供科學(xué)依據(jù)。

1 ?地質(zhì)概況

吐哈盆地位于新疆東天山地區(qū)，大地構(gòu)造位于哈薩克斯坦板塊東南角，處于哈薩克斯坦、西伯利亞和塔里木板塊的拼貼交匯部位，受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，盆地內(nèi)部被分隔成吐魯番坳陷-了敦隆起-哈密坳陷，總體上呈EW向展布的空間格局。在此基礎(chǔ)上，了敦隆起劃分出了沙爾湖和大南湖2個(gè)凹陷，其中沙爾湖凹陷內(nèi)分布有兩個(gè)大型煤田，以臍山隆起為界，西為庫(kù)姆塔格煤田，東為沙爾湖煤田（圖1）。

吐哈盆地早—中侏羅世處于拉張發(fā)育階段，主要發(fā)育沖積扇、三角洲、湖泊沉積體系[5-6]，是重要的聚煤期。沙爾湖凹陷經(jīng)過西山窯早期扇三角洲及前緣發(fā)育階段后，西山窯中期該區(qū)轉(zhuǎn)化為三角洲平原上的沖積扇-扇前洪泛洼地、濕地。此階段泥炭沼澤的長(zhǎng)期發(fā)育，形成了巨厚及特厚煤層，煤層分布較集中[8]。

庫(kù)姆塔格煤田西山窯組含煤系數(shù)為0.94%～85.88%，平均32.23%。共見厚度大于等于0.80 m煤層1～17層，單孔見煤層累計(jì)最大厚度182.92 m，單煤層最大厚度140.25 m，全區(qū)可采煤層累計(jì)平均厚度為129.35 m?？刹擅簩庸?層，C8煤層為主要可采煤層。C8煤層總厚度為8.60～182.92 m，平均厚度為128.18 m。

2 ?煤巖特征

本次研究煤樣采自庫(kù)姆塔格煤田6個(gè)鉆孔，共采樣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）（圖2）。對(duì)所采煤層煤樣在樣品制備之前，首先進(jìn)行了煤的宏觀特征描述和宏觀煤巖類型劃分，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了煤樣的顯微組分和顯微巖石類型的定量分析，煤中礦物質(zhì)的X射線衍射半定量分析。煤巖光片制備按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/116773-2008）煤巖分析樣品制備方法進(jìn)行，煤的顯微組分觀察和定量分析按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T8899-1998）進(jìn)行。

2.1 ?煤的物理性質(zhì)

煤的顏色為黑-褐黑色，為松軟狀，局部呈粉末狀。煤層狀態(tài)為層狀-似層狀，結(jié)構(gòu)以條帶狀、線理狀、均一狀為主，弱瀝青光澤，斷口呈貝殼狀，煤芯易風(fēng)化染手。

2.2 ?宏觀煤巖類型

宏觀煤巖成分以暗煤為主，光澤暗淡，質(zhì)地堅(jiān)硬，韌性較強(qiáng)。含少量絲炭，具絲絹光澤，纖維狀結(jié)構(gòu)，呈線理狀分布。亮煤少見，均呈條帶狀，光澤較弱，煤質(zhì)硬度低，較軟，易碎。

2.3 ?顯微煤巖特征

顯微煤巖類型以微鏡惰煤為主，極少量的微鏡煤，為湖泊環(huán)境（表1）。煤巖中的有機(jī)質(zhì)組分與其分布位置有關(guān)，以鏡質(zhì)組含量為準(zhǔn)，總體特征為東部含量比西部高，南部含量比北部高。

由表1可知：西北部（ZK1224、ZK1236）以惰質(zhì)組為主，平均含量57.62%～58.19%，鏡質(zhì)組平均含量39.73%～40.57%，殼質(zhì)組含量極少，平均0.04%～0.05%1;東南部以鏡質(zhì)組為主，平均含量58.49%～69.85%，惰質(zhì)組平均含量23.54%～38.74%，殼質(zhì)組含量極少，平均0.04%～0.68%2。惰質(zhì)組多為絲質(zhì)體和半絲質(zhì)體，形態(tài)呈碎片狀分布，少量碎屑惰質(zhì)體;鏡質(zhì)組以基質(zhì)鏡質(zhì)體為主，次為結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體，含少量均質(zhì)鏡質(zhì)體;殼質(zhì)組為微量孢粉體和少量角質(zhì)體。

許福美等將煤層劃分為4種成因類型：Ⅰ類：V/I>4，強(qiáng)覆水環(huán)境;Ⅱ類：1

2.4 ?礦物成分

煤巖中礦物質(zhì)含量低，多為粘土礦物，呈團(tuán)塊狀及粒狀分布，平均值為0.0～7.5%;次為碳酸鹽類，平均值為0.0%～1.2%。

3 ?煤相特征

3.1 ?煤相指標(biāo)

目前國(guó)際上普遍采用的煤相類型劃分方法是基于顯微組分定量統(tǒng)計(jì)的成因參數(shù)分析方法[10-17]，包括結(jié)構(gòu)保存指數(shù)（TPI）、凝膠化指數(shù)（GI）、地下水影響指數(shù)（GWI）和植被指數(shù)（VI）和搬運(yùn)指數(shù)（TI）等 ? ? ? （圖3，4，5）。

3.2 ?煤相分析

根據(jù)研究區(qū)內(nèi)6個(gè)鉆孔煤層樣品顯微煤巖組分定量分析結(jié)果，計(jì)算出煤相指標(biāo)參數(shù)（表2）。應(yīng)用TPI-GI相圖、GWI-VI相圖、T-D-F相圖和A-B-C相圖對(duì)煤層煤相類型進(jìn)行劃分。

3.2.1 ?TPI-GI圖解

TPI-GI相圖中ZK1224、ZK1236孔30個(gè)樣品中有22件落在干燥森林沼澤區(qū)域內(nèi)，占樣品點(diǎn)的79%（圖3）。ZK1236煤層頂部3個(gè)樣品點(diǎn)落在較深覆水森林沼澤區(qū)域內(nèi)，總體GI<1，3

3.2.2 ?GWI-VI圖解

GWI-VI相圖中以VI=3為界（圖4），44個(gè)樣品點(diǎn)落在潮濕沼澤區(qū)域，53個(gè)點(diǎn)落在潮濕森林區(qū)域，其中ZK1224孔大部分樣品VI值大于3，反映成煤植物傾向以木本植物為主，ZK509孔大部分樣品VI值小于3，反映成煤植物傾向以草本植物為主。

全部樣品GWI值均小于0.5，說明沼澤地下水位較低，水分補(bǔ)給差，養(yǎng)分供給充足，營(yíng)養(yǎng)豐富，為富營(yíng)養(yǎng)沼澤，為植物大量繁殖提供好的生長(zhǎng)環(huán)境，對(duì)區(qū)內(nèi)形成巨厚煤層創(chuàng)造了有利條件。

3.2.3 ?T-D-F圖解

T-D-F相圖表明：D組分含量很低，全部樣品點(diǎn)都落在靠近T-F線上，ZK1224、ZK1236樣品點(diǎn)集中靠近F區(qū)域，僅個(gè)別樣品靠近T區(qū)域，表明沼澤類型為干燥森林沼澤相，與TPI-GI相圖保持一致;其余鉆孔同樣基本分布于T-F之間。由表2可知，各孔T值表現(xiàn)為煤層頂、底部位置，少量樣品T值較大，靠近T區(qū)域，絕大部分煤層樣品點(diǎn)落于T-F中間部位，說明沼澤類型以潮濕森林沼澤相為主，次為干燥森林沼澤相（圖5）。

3.2.4 ?A-B-C圖解

A-B-C 相圖表明：C值<0.2，含量極低;B值為0.15～0.35，平均為0.29;A值最大，為0.4～0.8，平均為0.67。絕大部分樣品投點(diǎn)非常集中地位于A區(qū)域內(nèi)，僅個(gè)別樣品靠近B區(qū)域，表明沉積環(huán)境主要為淺沼相，處于淺水地帶，植物的結(jié)構(gòu)保存較完好。這與TPI- GI相圖及GWI-VI相圖所展現(xiàn)的沼澤環(huán)境相一致，同時(shí)搬運(yùn)指數(shù)TI均小于0.1，反映沼澤水動(dòng)力活動(dòng)很微弱，說明其泥炭沼澤類型單一，沼澤環(huán)境也非常穩(wěn)定，有利于形成巨厚的煤層。

據(jù)上述煤相分析表明，可認(rèn)為煤層形成環(huán)境為低水位微弱水動(dòng)力條件下、以潮濕森林沼澤為主、干燥森林沼澤次之的淺沼相。

4 ?結(jié)論

（1） 宏觀煤巖類型以暗淡型煤為主，顯微煤巖類型以微鏡惰煤為主，為湖泊環(huán)境;西北部煤巖組分以惰質(zhì)組為主，1/4

（2） TPI-GI與T-D-F相圖表明：西北部沼澤類型主要為低水位干燥森林沼澤，晚期為較深覆水森林沼澤;東南部以潮濕森林沼澤相，次為干燥森林沼澤相;A-B-C相圖則表明沉積環(huán)境為主要為淺沼相、次為湖沼-淺沼相。

（3） GWI-VI相圖和搬運(yùn)指數(shù)顯示：沼澤地下水位較低，水動(dòng)力活動(dòng)微弱，為富營(yíng)養(yǎng)沼澤，說明營(yíng)養(yǎng)豐富，沉積環(huán)境穩(wěn)定，有利于植物大量繁殖及泥炭的富集，是形成巨厚煤層的必要條件。

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Abstract：Based on the theory of sedimentology，coal petrology and coal petrography，using the coal facies classificationparameter combined with macroscopic and microscopiccoal characteristics，coal facies types have been analyzed.The study results showed thatcoal type by lastre of study area were mainly dull coal，microlithotype were mainly vitrinertite. Through the ratio of vitrinite and inertinite，it can showed that the northwestern coalfield was moist-weak water overlying environment while the southeastern coalfield was very moist-water overlying environment.According to the analysis of coal facies，it is summarized that the swamp typewas dry forest swamp in the northwest while mainly wetforest swamp and secondarily dry forest swamp in the southeast，the sedimentary environment was shallow marsh.Through comprehensive analysis of the results， we conclude that the coal forming environment of Kumtag coalfield was shallow marsh lakemade up by mainly wetforest swamp and secondarily dry forest swamp under low water level with faint water power. The analysis of the coal petrology and coal facies also provided some basis for the analysis of coal forming environment， assessment and the comparison of the seams.

Key words：Turpan-Hami Basin;Shaerhu sag;Kumtag coalfield;Xishanyao formation;Coal facies