黃濤 李萬軍(新疆維吾爾自治區(qū)煤田地質(zhì)局一六一煤田地質(zhì)勘探隊(duì)，新疆 烏魯木齊 830000)

0 引言

在天山造山帶南緣、塔里木盆地北緣之間的位置，有一個(gè)著名的凹陷，就是我們所說的庫拜凹陷，庫拜凹陷的礦產(chǎn)十分豐富，除常規(guī)的石油資源與煤炭資源之外，還富含十分豐富的天然氣資源，另外，一些珍稀資源的含量也十分可觀，包含油砂、致密砂巖氣、頁巖氣、煤層氣等。近年來，越來越多的學(xué)者開始關(guān)注針對(duì)庫拜煤田資源儲(chǔ)量的研究，如對(duì)拜城縣庫爾阿肯井田-煤礦三號(hào)井煤層煤質(zhì)特征取得成就最多地是張?jiān)ソ甗1]；針對(duì)庫拜煤田開發(fā)應(yīng)用前景以及有利儲(chǔ)層的相關(guān)研究，即從儲(chǔ)層特征方面出發(fā)進(jìn)行的研究主要以張洲、安慶、孫清波等等人在研究中取得的成績最為顯著[2-4]；莊新國、阿力木江·吐斯依提等研究人員在研究中重點(diǎn)以庫拜煤田塔里奇克組層序地層與聚煤規(guī)律為主要課題，并在此過程中取得了十分豐碩的成果。要想有效提升煤炭資源的利用深度，提升煤炭資源開發(fā)的健康程度以及保障綠色應(yīng)用，文章主要以庫拜煤田順發(fā)井田為主要研究對(duì)象，以前期研究中取得的相關(guān)測試數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，對(duì)井田的煤巖煤質(zhì)特征進(jìn)行了歸納總結(jié)，并以sc煤巖煤相有關(guān)的理論為基礎(chǔ)，針對(duì)成煤環(huán)境的相關(guān)問題進(jìn)行了探討。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

在塔里木盆地北緣-天山南簏交界部位，既是庫拜煤田的所在地，庫拜煤田的覆蓋范圍十分廣泛，從位于西部的木扎特河為起始，開始逐漸向東延伸，至依奇克里克止，總面積約為1585km2，地跨兩個(gè)行政區(qū)，即拜城縣以及阿克蘇地區(qū)庫車縣。本次研究工作的展開過程中，所使用的所有樣品煤巖均來自于拜城縣梅斯布拉克煤礦區(qū)二井田。井田地處拜城縣北部位置，屬于單斜構(gòu)造結(jié)構(gòu)，從井田的總體形態(tài)來講，其總體構(gòu)造形態(tài)依然屬于單斜形態(tài)，整體呈現(xiàn)出向南傾斜的趨勢(圖1)。侏羅系下統(tǒng)塔里奇克組、第四系以及阿合組是二井田及其附近主要分布的地層形態(tài)。其中侏羅系下統(tǒng)塔里奇克組(J1t)共含十三層煤，其中全可采煤層A3-2、A5-4、A7、A8、A9，大部分可采煤層為A6、A12。煤層平均厚度總和21.06米，可采煤層平均厚度總和19.17米。

2 樣品采集與測試

圖1 研究區(qū)位置圖

本次研究工作的開展過程中，其最主要的依據(jù)是《煤層煤樣采取方法》(GB/T482-2008)，涉及的主要煤層有7個(gè)，均位于梅斯布拉克煤礦區(qū)二井田內(nèi)，在對(duì)每個(gè)煤層進(jìn)行探測的過程中，樣品需要選取兩件，兩件樣品分別位于煤層的底板位置以及頂板位置，總共采集的煤炭樣品為14件。在實(shí)際進(jìn)行工業(yè)分析的過程中，相關(guān)操作需要嚴(yán)格依照國家標(biāo)準(zhǔn)GB212-91。而實(shí)際在對(duì)煤巖光片進(jìn)行制備的過程中，需要嚴(yán)格依據(jù)ISO 7404-2相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，在實(shí)際觀察煤巖光片的過程中，最常用的工具就是光學(xué)顯微鏡。分別使用50倍的油浸鏡頭以及10倍的目鏡配合蔡司Axio Scope A1顯微鏡配觀察之前以及制備好的拋光塊。每個(gè)拋光塊設(shè)置500個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，但是需要保證500個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)均勻分布，分類統(tǒng)計(jì)的過程中主要依據(jù)為煤巖學(xué)的相關(guān)理論。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 煤巖煤質(zhì)結(jié)果

通過對(duì)14個(gè)樣品的煤巖組分進(jìn)行研究分析，具體統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1，在顯微組分中，主要以惰質(zhì)組為主，這一部分的顯微組分平均含量為51.41%，其次為鏡質(zhì)組，這一部分的平均含量為41.65%，殼質(zhì)組含量整體較少，幾乎可以忽略不計(jì)。通過對(duì)組間的平均最大反射率(Romax)進(jìn)行分析，鏡質(zhì)組處于1.08%～1.66%之間。通過對(duì)于鏡質(zhì)組分的相關(guān)成分進(jìn)行分析，碎屑鏡質(zhì)體以及基質(zhì)鏡質(zhì)體是最主要的成分，這兩部分成分都可以納入到無結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體的范疇之內(nèi)。通過對(duì)于基質(zhì)鏡質(zhì)體進(jìn)行分析，淺色是其主要的油浸反射色，但是，凸起以及細(xì)胞結(jié)構(gòu)很難實(shí)現(xiàn)清晰顯示，物質(zhì)的表面具有較高的平整度以及純凈度，由此可以得出以下結(jié)論，碎屑鏡質(zhì)體具有較小的粒徑，其分布具有較強(qiáng)的不規(guī)則性特點(diǎn)，在應(yīng)力的作用下，鏡質(zhì)組份的穩(wěn)定性較低，具有易碎的特點(diǎn)，基質(zhì)半鏡質(zhì)體是半鏡質(zhì)組份的主要構(gòu)成，在油浸反射色光下，能夠略微顯示突起，主要以白色為主，但是，細(xì)胞結(jié)構(gòu)依然不顯示。絲質(zhì)體是惰質(zhì)組份的主要形態(tài)，其構(gòu)成主要為粗粒體。在結(jié)構(gòu)方布的方面，絲質(zhì)體主要以“網(wǎng)”狀結(jié)構(gòu)分布以及“星”狀結(jié)構(gòu)分布為主，具有較高突起，白色依然為主要的油浸反射色。粗粒體自身結(jié)構(gòu)保存的完整度多數(shù)相對(duì)較低，其自身形狀具有不固定的特點(diǎn)，殼質(zhì)的焦塊以及組分均十分少見。粘土是無機(jī)類礦物的最主要組成部分，其自身具有較強(qiáng)的聚集性特點(diǎn)，主要呈現(xiàn)出呈浸染狀分布。而從黃鐵礦的分布特點(diǎn)來看，其主要以鮞狀分布為主。碳酸鹽礦物的一個(gè)最主要的特點(diǎn)就是其分布主要呈現(xiàn)出脈狀的特點(diǎn)。其顯微煤巖類型也有其自身的特點(diǎn)，不僅包含亮暗煤，同時(shí)也包含暗亮煤，類型跨度范圍相對(duì)較廣，少數(shù)民族自身屬于Ⅲ階，但是從本質(zhì)的角度來講，Ⅳ階依然為主要的變質(zhì)階段。

表1 樣品煤巖煤質(zhì)統(tǒng)計(jì)表

3.2 工業(yè)分析結(jié)果

7 個(gè)原煤樣品的工業(yè)分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示，二井田原煤空氣干燥基水分變化在0.37%～0.68%之間，平均含量為0.53%(依據(jù)MT/T 850～2000標(biāo)準(zhǔn)低含水煤為＜5%，中含水煤為5%～15%，高含水煤＞15%)；灰分含量19.28%～24.40%，平均值21.84%(依據(jù)GB/T 15224.1—2004，低灰分煤的灰分產(chǎn)率為10.01% ～ 16.00%，中灰分煤的灰分產(chǎn)率為16.01% ～ 29.00%，高灰分煤的灰分產(chǎn)率為＞29.00%)；揮發(fā)分含量(Vdaf)變化在22.64-34.57%之間，平均值28.675%(依據(jù)MT/T 849—2000標(biāo)準(zhǔn)，中高揮發(fā)分煤28.01%～37.00%，高揮發(fā)分煤37.01%～50.00%，大于50.00%的為超高揮發(fā)分煤)；全硫(St.d)變化在0.34%～0.68%之間，平均值0.52%(依據(jù)GB/T 15224.2—2004超低硫煤＜0.5%，低硫煤＜ 0.51%～0.9%，中硫＜0.9%～1.50%)。

綜合顯示二井田的煤層原煤總體大約可以分為三類，即為中高揮發(fā)分、中灰、低水類型的特低硫煤。

7 個(gè)精煤樣品的從工業(yè)角度進(jìn)行分析的具體統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2，二井田精煤空氣干燥基水分在0.43%～0.65%之間的幅度變化，平均含量方面的統(tǒng)計(jì)結(jié)果為0.54%；灰分含量多數(shù)情況下處在0.95%～11.63%之間，6.28%是平均值；揮發(fā)分含量(Vdaf)基本在20.12%～26.59%的范圍之內(nèi)浮動(dòng)，23.36%是平均值；全硫(St.d)含量的浮動(dòng)范圍在0.16%～0.40%之間，平均值為0.28%。

表2 工業(yè)分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

4 煤相分析

在實(shí)際研究每項(xiàng)的過程中，國外研究人員所提出的煤項(xiàng)參數(shù)也普遍存在較大差異，現(xiàn)階段最常用的理論主要包括1986年DIESSEL在經(jīng)過研究后提出的組織保存指數(shù)(TPI)以及凝膠化指數(shù)(GI) ，1991年CALDER 等研究人員提出的搬運(yùn)指數(shù)(TI)、2002年MARQUES等研究人員提出的植被指數(shù)(VI)以及地下水流動(dòng)指數(shù)(GWI) 和 ，1991年KALKREUTH 等研究人員經(jīng)過多年研究提出的礦物資料分析煤的形成環(huán)境的相關(guān)理論，研究過程中，其主要成就在于確定了確定了湖沼－淺沼相(B)、淺沼相(A)、湖沼相(C)3個(gè)現(xiàn)階段研究中依然十分常用的顯微組分組合。現(xiàn)階段在實(shí)際進(jìn)行煤相學(xué)相關(guān)研究的過程中，這些參數(shù)依然是研究的基礎(chǔ)方法。本次研究中，文章主要根據(jù)研究區(qū)7個(gè)煤層樣品顯微煤巖組分定量分析結(jié)果，研究區(qū)域自身的煤相特征進(jìn)行了具體有效的分析。

通過對(duì)相關(guān)的成因參數(shù)進(jìn)行綜合分析以及定量計(jì)算能夠得出以下結(jié)論，所有樣品的TPI＞1 (圖2)，在TPI 群體中屬于中高層級(jí)，說明煤巖不僅具有降解程度低的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)能夠較好地保存植物結(jié)構(gòu)，由此我們也能夠明確木本植物是成媒的主要植物。同時(shí)，通過對(duì)顯微鏡煤巖分組中細(xì)胞結(jié)構(gòu)保存較好的類型以及較低的GI指數(shù)，能夠作出以下判斷，即干燥的森林沼澤環(huán)境是煤巖沉積的主要環(huán)境。此外，通過對(duì)于TPI指數(shù)進(jìn)行合理有效的判斷，也能夠清晰地反映出水體的pH值，若水體環(huán)境中pH較高的情況下，其細(xì)菌的活性作用也會(huì)相應(yīng)增強(qiáng)，進(jìn)而更好地分解植物遺體。所以對(duì)于區(qū)煤樣的TPI指數(shù)進(jìn)行分析具有十分顯著的現(xiàn)實(shí)意義，其能夠?qū)Τ擅旱恼w過程進(jìn)行清晰顯示，說明偏酸性的水體環(huán)境更容易成煤，這也在一定程度上揭示了煤炭中細(xì)胞結(jié)構(gòu)保存普遍完好的原因。A12-1、A12-2樣品GI＞1，間接告訴我們?cè)诔擅降倪^程中具有較高的地下水水位，沼澤環(huán)境具有較高的濕潤度;其余樣品的GI值都小于1，說明在煤炭的形成初期，地下水的水位整體較低，沼澤處于相對(duì)干燥的環(huán)境之中。相比之下，由于凝膠化作用并沒有明顯形成，因此，在惰質(zhì)組和鏡質(zhì)組中依然能夠觀察到明顯的細(xì)胞結(jié)構(gòu)。

圖2 樣品GI-TPI相圖

圖3 樣品GWI-VI相圖

如圖3所示，GWI-VI 相圖中有14個(gè)樣品全都落在 VI＞2 的區(qū)域，說明木本植物型本質(zhì)上才是主要的成煤植物類型。通過對(duì)于煤層垂向變化的相關(guān)情況進(jìn)行分析，在早期成煤的階段，木本植物是主體，而伴隨著時(shí)間的推移，覆水程度也會(huì)逐漸增加，進(jìn)而出現(xiàn)少量的水生植物。在這一過程中，全部樣品 GWI值均小于0.5，說明在這一階段沼澤本身具有較低的地下水位，水體處于相對(duì)靜止的狀態(tài)或流通不暢的狀態(tài)，這一環(huán)境非常有利于富集營養(yǎng)成分，進(jìn)而促使木本植物能夠擁有較好的成長環(huán)境，進(jìn)而為成煤沼澤的穩(wěn)定發(fā)育打下良好的基礎(chǔ)。

5 結(jié)語

(1)梅斯布拉克礦區(qū)二井田原煤顯微組具有數(shù)量最多的分惰質(zhì)組，經(jīng)過推算得出其平均含量為48.13%，其次為鏡質(zhì)組，經(jīng)過推算得出其平均含量為44.36%，含量最少的為殼質(zhì)組。通過工業(yè)分析結(jié)果進(jìn)行探討能夠得出以下方面的結(jié)論：梅斯布拉克礦區(qū)二井田9#、8#、7#、6#、5#、3#煤層原煤總體為中灰、低水、中高揮發(fā)分，本質(zhì)上屬于特低硫煤。而精煤為低灰、中揮發(fā)分、低水，也屬于特低硫煤的范疇之內(nèi)。

(2)漢水泉礦區(qū)煤層的沉積環(huán)境從整體分布的角度來講，其呈現(xiàn)出了有干燥的森林環(huán)向潮濕的森林環(huán)境過度的趨勢，在煤層沉積的過程中，木本植物的遺體是最主要的有機(jī)物源。