重庆中梁山矿区主要煤层的煤岩学和煤相特征_侯贤旭.pdf

第41卷第5期 2013年10月 煤田地质与勘探 Vol. 41 No.5 Oct. 2013 α）ALGEO正阳Y2.太原理工大学矿业工程学院 地球科学与工程系，山西太原030024;3.重庆地质矿产研究院，重庆400042 摘要结合国际煤岩学会ICCP）对显微组分的新分类系统，通过绘制显微组分三元困和煤相图，对 重庆中梁山矿区主要煤层显微组分和煤相特征进行了研究．结果表明该矿区宏观煤岩类型以半 亮煤为主，且构造煤较发育；显微组分中以镜质组为主，其中以基质镜质体和碎屑镜质体最为常 见．煤相研究表明，本区主要煤层形成于下三角洲平原或下三角洲平原到陆相沉积的过渡环境， 属于近陆相的低位沼泽环境，成煤环境受海水作用明显． 关键词煤岩学；中梁山矿区；显微组分；煤相 中图分类号P618.11文献标识码ADOI 10.3969/j.issn.1001-1986.2013.05.002 Coal petrology and coal facies of Zhongliangshan mining area, Chongqing HOU Xianxu 1, TANG Yuegang 1, SONG Xiaoxia1 2, YANG Mingxian3, GUO Mingtao1，丑ALong1 1. School ofGeosciences and Surv。1ingEngineering, China University of Mining and Technology, Beijing 100083, China; 2. College of Mining Technology, Taiyuan University of Technology, Tai如an030024, China; 3. Chongqing Institute of Geology and Mineral Resourc矶Chongqing400042, China Abstract The main coal seams in Zhongliangshan mining area are analyzed by drawing macerals ternary diagrams and coal facies diagrams in consideration of the maceral classification of ICCP 1994 system. The seams are charac- terized by the predominance of semi clairain and a lot of structural coal, which is a result of Epigenetic tectonic activ- ity. The petrographic composition is dominated by vi位inite,in which collode位initeand vi位odetriniteare the m勾or macerals. The sedimentary environments deduced from petrographic composition and coal facies diagrams vary企om low delta plain to limnic environment, which belong to Rheotrophic, the mires were influenced by marine flooding. Key words coal petrology; Zhongliangshan mining area; macerals; coal facies 中梁山矿区位于重庆市九龙坡区。矿井主体构造 为中梁山背斜，属新华夏系川东榴皱带华辈山帚状榴 皱群观音峡背斜之南延部分。中梁山矿区含煤地层为 二叠系上统龙潭组σ3l）煤系，厚26.50～105.02m，平均 71.08 m，共含煤10层（从上到下编号为Kl-KIO），全 区可采5层，大部可采1层，局部可采2层，全区未采2 层，含煤段含煤系数为15.52，煤质为焦煤（1-2）。以往 研究成果表明，该区龙潭组主要为海陆交互相含煤建 造，属局限海碳酸盐岩台地潮坪成煤环境3-5）。 以往的研究均是通过煤系的沉积环境粗略地描 述煤相。本文拟通过煤岩显微组分和煤相参数，更 加详细地描述该区的成煤环境，以期为本区正在进 行的煤层气相关研究有所帮助。 1 样品的采集实验及数据分析方法 本次研究的所有样品采自中梁山南北两个矿 收稿日期2012-12-09 区，北矿20个，南矿5个，共计25个，其中全层样4 个，按宏观煤岩类型区分的分层样共21个，除K6煤 层（不可采）外，其他煤层均有采样。 宏观煤岩类型分类采用GB厅18023-2000烟 煤的宏观煤岩类型分类方案间，分为光亮煤、半 亮煤、半暗煤、暗煤和构造煤；煤岩粉煤光片的制 备参照的是GB/T16773-2008煤岩分析样品制备 方法（7），显微组分的分类参照的是GB/T15588- 2001烟煤显微组分分类间，另外由于分析的需 要，根据国际煤岩学会ICCPl994分类系统［句，将 镜质组分为结构镜质亚组、凝胶镜质亚组和碎屑镜 质亚组，并把惰质组分为有细胞结构、无细胞结构 和碎屑3类组分（10）。由于所采样品变质程度较高，在 显微镜下并没有观察到壳质组（稳定组），在进行数 据分析时，显微组分是以含矿物基的体积分数表示 的；煤相和沉积环境分析主要基于具有煤相指示意 基金项目全国煤炭资源潜力预测评价（1212010633908）；重庆市国土与房屋管理局科研项目（Dyy5095012010016 作者简介侯贤旭（1988一），男，湖北恩施人，硕士研究生，研究方向为元素地球化学． ChaoXing 第5期侯贤旭等重庆中梁山矿区主要煤层的煤岩学和煤相特征 7 义的显微组分、矿物及经典的煤相图11-12）。值得一 提的是，有一些学者对利用煤岩组分来研究古沉积 环境（煤相）的有效性进行了讨论（13-14］，并对Diessel1121 提出的用TPI/GI模型来研究泥炭沉积提出了质疑， 但是近几年的一些研究[15l6证明了镜质组、惰质组 和矿物相对含量与沉积环境的变化有密切的关系。 2 结果与讨论 2.1 煤的宏观煤岩特征 该矿区煤层由于后期构造作用的影响，构造煤 相对比较发育，部分煤层（K3）可见成粉末状的廉棱 煤。从图1可看出，Kl煤层以半亮煤和构造煤为主， 其中构造煤占50，含有少量的半暗煤；也、K3、 K7以半亮煤为主，其中K2和K3煤层均含有一定量 的构造煤（20～30,K2煤层未见半暗煤；另外， KIO煤层以半暗煤为主，可见少量的半亮煤和构造 煤。从井下实地观察发现，构造煤主要位于煤层中 间部位，各采样点均未见到光亮煤和暗淡煤，各煤 层均可见黄铁矿结核。 KIO K7 吗I、 蒋K3 盹 楚楚K.2 Kl 医构造煤皿皿半暗图画半亮煤 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 JOO 体和、分数舟。 图1主采煤层的宏观煤岩特征图 Fig. I Lithotypes of m勾orcoal seams 2.2 煤的显微组分及矿物特征 煤的显微组分及矿物定量分析结果如表1所 示。镜质组占38.4～84.8，平均69.8；惰质组 占6.7～28.2，平均14.3；矿物占5.3～47.5, 平均15.9；所有煤层均未见壳质组。由此容易看 出，各组分含量变化较大，同一煤层不同分层的组 分含量差异明显，这主要是受同一煤层不同分层的 沉积环境不同的影响。但总体上看，各煤层以镜质 组为主，但有两个煤样的矿物接近50（图2a）。 镜质组中以碎屑镜质亚组为主，个别样品超过 50（图2时，大量的碎屑镜质亚组表明了植物细胞 组织的高度破坏，尤其是富含纤维素的草本植物，同 时也可反映较高pH值的泥炭沉积环境［9］。惰质组中以 碎屑惰质体为主，其次是丝质本和半丝质体（图2c），也 可观察到少量的粗粒体、微粒体和分泌体。根据以往 的研究，碎屑惰质体往往富集于以下3种沉积环境（9 a.具有较多黠土、砂等沉积物的水位较高的环境； 100 碎屑 镜质亚组／号。 。 100 碎屑 俏质体肘。 100 。凝胶镜质亚组肌 JOO 。结构 25 50 75 100镜质亚组／ b）镜质组亚组分特征图 0 元细胞结构附质体组分用 100 。古生肢体＋ 25 50 75 100 半丝肢体 （有细胞结构”也 c）惰质组主要组分分布特征民｜ 、f。＼／’飞／... 、，。白。。λA 石英／）’ / ’ / ’ / ’7 v 0 25 50 75 100秘土M d）主要矿物分布特征阁 图2岩石学特征图 Fig. 2 Petrographic characteristics of coal samples b.淡水芦苇沼泽环境；c.具有动荡水平面的陆相环 境。这对研究该矿区煤相特征有一定的指导意义。 从煤的矿物组成上看，该矿区煤样总体上以带土 矿物为主（表1，图2d），其次是黄铁矿和石英，方解 石主要以后生的脉状充填物见于数个煤分层。各分层 煤样中各矿物含量相差较大，如K3-3煤样，中黠土的 ChaoXing 8 煤田地质与勘探第41卷 体积分数为43.8,KI0-3煤样的黄铁矿高达18.8。 这些特点都能在一定程度上反映当时的沉积环境，如 黄铁矿往往富集在受海水影响的还原环境中。 2.3 煤相特征 煤相是指煤的原始成因类型，它取决于泥炭堆积 的古环境条件。各煤层的煤相特征主要由凝胶化指数 GI、植物组织保存指数（TPJ、地下水流动指数（GWI 和植被指数（盯）等4个参数来反映。国内不少学都利 用这4个煤相参数对不同地区进行了煤相研究［17-22）。 TPI-GI和VI-GWI的概念分别由Diessel[121和 Calder等［II）提出，本文在前人基础上，根据研究区 煤岩显微组分的特点，对这4个指数进行了适当修 正。本次研究所用的TPI和GI公式如下 Pl＝结构镜质体＋均质镜质体＋半丝质体＋丝质体 基质镜质体＋碎屑镜质体＋粗粒体＋碎屑惰质体 GI 镜质组＋粗粒体 半丝质体＋丝质体＋碎屑惰质体 GW／＝基质镜质体＋碎屑镜质体＋团块镜质体＋胶质镜质体＋矿物 结构镜质体＋均质镜质体 VJ＝结构镜质体＋均质镜质体＋半丝质体＋丝质体 基质镜质体＋碎屑镜质体＋碎屑惰质体 TPI指数是指在镜质组和惰质组中有结构的显 微组分与无结构的显微组分之比，该指数反映植物 组织的破坏程度和木本植物在成煤植物中的比例； 另外，TPI还在一定程度上反映成煤环境的pH值， 因为在低pH值环境里，微生物的活动性比较弱， 植物组织得以保存完好，这样就有一个相对高的 TPI值。GI指数是指凝胶化的显微组分与未受凝胶 化作用的显微组分之比，较高的GI值通常指示一 种潮湿的沼泽环境。各样品TP/和GI值已在表l 给出，G/-TPI关系见图3a。根据GI-TPI关系，可 以把煤层的形成环境分为陆地（Teπestrial）、山麓 piedmont plain） 、干燥森林沼泽（D可forestswamp）、 上三角洲平原（Upperdelta plain）、潮湿森林沼泽 Wet forest swamp）、湖泊（Limnic）和下三角洲平原 Lower delta plainl2 191。 唐跃刚等［23）对各煤相类型进行了较详细的描 述。子燥森林沼泽相以火焚丝质体、半丝质体为主， 可见许多镜质体向惰质体过渡的现象，而镜质组主 要是结构镜质体；上三角洲平原相形成的煤层发育 镜煤和光亮煤，结构镜质体发育，森林指数较高； 潮湿森林沼泽相以结构镜质体、均质镜质体富集为 标志，形成环境为一种极为潮湿、覆水较深的森林 面貌，同时植物体遭受分解破坏弱，水流活动差； 湖泊沼泽相以暗煤为主，显微结构主要为碎屑结构， 镜质组含量相对较低；下三角洲平原相反映的是一 种复合沼泽体的发育过程，可形成连成片的巨大沼 泽，整个煤层以基质镜质体为主。 GWI是根据凝胶化作用的显微组分和矿物含量计 算的，所以GWI值可以在一定程度上反映泥炭堆积时 的水位高低，一般而言，较高水位沉积环境伴随着显 微组分较高程度的降解和较高矿物含量。盯能反映成 煤植物类型，较小盯值与草本植物密切相关［11）。 TPI和GI的变化范围分别为0.1～1.2和2.4～18.7 所有样品的TPI值较小，这主要是由于碎屑镜质亚组 和碎屑惰质体含量较高的缘故，表明成煤植物组织保 存较差，可以推测当时的成煤环境处于弱碱性状态， 这可能是受到海水作用的影响；样品的GI值普遍较 高，反映当时的泥炭沼泽处于较湿润的环境。在 GI-TPI关系图（图3a）中，绝大部分点都落在下三角洲 平原区域，并且各煤层差异并不明显，表明该区各煤 层的沉积环境基本一致，即主要为下三角洲平原或下 三角洲平原到陆相沉积的过渡环境。 GWI和W的变化范围分别为1.0～118.8和 0.1～1.2。K3-4煤样的GWI值最高达118.8，从表I 可看出，该分层的基质镜质体和团块镜质体含量非常 高，分别占总煤岩组分的39.0和35.9（含矿物基， 下同），而惰质组和矿物含量较低，GWI值高的原因 可能是由于泥炭沼泽微生物活动强烈，成煤植物受到 了非常强烈的凝胶化作用所致。该分层的成煤环境应 该受到海水作用影响，这从高黄铁矿含量（3.9）也能 说明这一点。从图3b可以看出，该区当时主要处于 低位泥炭沼泽，且为近陆相的成煤环境。另外，各煤 层的W值都较小，说明成煤植物以草本植物为主。 3结论 a.中梁山矿区主要煤层的宏观煤岩类型以半亮煤 为主，未见光亮煤和暗淡煤。另外，因煤层受后生构造 作用影响，本区构造煤较发育，且通常分布在煤层中部。 b.本区煤的煤岩显微组分以镜质组为主，绝大 部分煤样都超过60，碎屑组分（基质镜质体、碎屑 镜质体、碎屑惰质体）含量高，未见壳质组。同一煤 层不同分层的显微组分不同，这主要因不同分层的 沉积环境不同所致。煤的矿物组成以蒙古土为主，其 次为黄铁矿，方解石以后生的脉状填充为主。 c.该矿区各煤层煤相指数中，TPI和VI均较小， 表明成煤植物以草本植物为主，木本植物居次要位 置；根据TPI-GI关系图，本区主要煤层形成于下三 角洲平原或下三角洲平原到陆相沉积的过渡环境； 成煤环境受海水作用明显，处于弱碱性环境，微生 物活动较强，各煤层凝胶化程度普遍较高；据 盯－GWI关系图，该矿区主要煤层处于近陆相的低位 泥炭沼泽。 ChaoXing 表1煤的显微组分和矿物含量及煤相参数表 Table 1 Macerals, mineral matter content and coal facies index of all samples 城 t，、 情质组／矿物质／造 样品 编号 镜质组／ GV DY 煤相参数 V Sf F Ma Sc Mi Id M GI TV 1 Clay Py Ca Q TPI GWI VI ，。εJ’I AUAUAU AUZOζJ zzm ror3t nUAUAU 239 口 42 A啡。。 AY 16M 刊 。。00句L OV唱tA哼 句，＆句 LAU -AnUAU 。。，怜， O Aυnυ 句， 752 44 。。 ny句， 句’ OSAUT 541 4n1日 饨，＆FOAU ’AAυAU AUAUAU nυ UU 句’－ AUAU nu ’ l , .. A斗句，A丛Y AU句3AU ZO。3句，h TAA “YAU 。。句‘ da 怜 AaTAUTOE EO7’句 3 d - 078 v － 22 坦 , .. －句，－ zo ’’ [- i 叫d －Ayrol ；l a－－－A丛 YA 怜 1l 『－AUnunu - - , .. - AUAUAU n-- ny ’tro c －22 队 t- 5Do c －却nz 、－句465 衔，＆ IE ， －’Inυ’且 句34aTεJ Ill kkk Kl-6 1.2 16.2 4.7 0.0 38.3 2.3 62.7 6.6 1.8 2. 7 0.2 0.0 13.3 24.6 7.8 1.2 2.7 1.0 12. 7 3.0 0.5 3.5 K2 1.0 20.6 6.6 0.2 36.3 1.0 65.6 7.0 2.3 5.4 0.0 0.2 9.9 24.9 3.1 1.6 2.3 2.5 9.5 3.7 0.6 2.5 K3 0.6 26.3 1.2 0.0 51.4 1.0 80.4 1.2 -0.6 1.0 0.0 0.0 4.3 7.1 5.9 2.9 0.6 3.1 12.5 13.4 0.5 2.5 K3-l 0.2 17.9 1.8 0.2 59.3 1.6 80.9 3.1 0.4 1.8 0.0 0.0 4.5 9.8 4.3 0.8 0.8 3.3 9.3 10.2 0.3 4.0 0.3 K3-2 4.5 11.9 8.9 0.0 30. l 5. 7 61.1. 2.8 1.9 2.5 0.0 0.8 9.1 17.0 18.9 2.1 0.4 0.6 21.9 4.6 0.4 4.3 0.5 K3-3 0.2 2.6 1.6 1.8 0.6 34.2 40.9 2.0 1.2 0.0 0.0 0.0 8.4门.643.8 1.2 0.8 1.8 47.5 3.5 0.1 34.4 0.1 K3-4 0.2 0.6 35.9 1.0 39.0 4.9 81.6 1.6 2.2 0.2 0.0 0.2 3.3 7.5 1.0 3.9 2.2 3.9 11.0 11.6 0.1 118.8 0.1 K4 1.0 26.5 4.9 0.0 40.7 2.8 75.8 4.5 1.6 0.0 0.2 0.0 5.5 11.8 5.1 0.2 0.6 6.5 12.4 6.5 0.7 2.2 0.7 K5 4.7 7.5 8.5 0.0 32.1 3.2 56.0 9.3 2.6 3.2 0.0 0.8 12.4 28.2 6.5 7.5 0.8 1.0 15.8 2.4 0.5 5.1 0.5 K5-l 2.0 11.2 2.9 0.0 49.7 2.0 67.8 3.1 2.4 1.4 0.0 3.1 7.7 17.7 2.0 0.6 0.0 12.0 14.5 5.3 0.3 5.3 0.3 K7-l 1.0 23.4 3.5 0.0 44.2 1.2 73.3 1.0 2.8 2.6 0.0 0.6 6.5 13.4 4.7 1.6 0.8 6.3 13.4 7 .4 0.5 2.6 0.5 K7-2 4.0 6.7 7.1 0.0 21.4 8.9 48.2 3.7 2.3 1.2 0.0 0.6 12.9 20.6 24.9 1.0 3.1 2.3 31.2 2.6 0.4 6.9 0.4 K7-4 3.8 11.5 18.8 0.0 35.6 2.8 72.3 0.2 0.6 1.8 0.2 0.2 4.7 7.7 15.8 0.6 0.4 3.2 20.0 13.4 0.4 5.3 0.4 K8 2.2 6.8 8.0 0.2 59.8 0.4 77.4 2.2 0.4 1.0 0.0 1.2 8.4 13.2 8.6 0.0 0.4 0.4 9.4 7.1 0.2 8.8 0.2 K也l1.0 25.3 5.7 0.0 45.8 1.4 79.1 0.2 0.6 0.4 0.2 0.0 6.0 7.4 4.5 1.0 0.0 8.0 13.5 11.7 0.5 2.6 0.5 K9 5.9 18.1 3.5 O.Q 41.7 1.8 70.9 2.6 1.0 0.6 0.2 1.0 6.7 12.0 11.8 4.5 0.0 0.8 17.J 7.0 0.5 2.8 0.5 K9-l 2.9 12.9 1.0 0.0 66.5 1.7 85.0 1.0 0.8 1.3 0.4 0.4 2.9 6.7 6.2 0.2 0.4 1.5 8.3 18.7 0.2 5.0 0.2 A“TAUεJ句，＆饨，＆ . ... AU ’- AU ’I A U rb4938 i r4655 6135 ; 38’立刻 6 A丛TAUTAUAUny nu UAUnu ’a AUA 斗ζU 句，＆句，＆ ... AUAU A Ununu 73888 l l 2 lu1 50958 1 3 5 2 2U AUA 斗 AUny 句F 19737 lll1 72248 daTq d 哼’’』『， Il 饨，－A斗饨 ，＆ U句，‘ . . ... ’AAUAUAUAU AU UAUAUnU AU A UAUAUAU - 7inYA斗句 J .... nuq ，“ A呼 1Aq d AUAυ05 句JAY . .... AU －－－ 1且 勾JT 且 AU。。ny 。。，、 d . .. . ’iAU句，＆句，叫L A怜，、J『f roro 句，句 ，＆句， A吨，、 M OE 句，『 f roro 。。AU句3 ，、d A哼 .. .. AU －－内 4 8件’ i 句40 。 。6句，＆句，＆ ..... ’l句JA 件 。。nυ ro 句4 A锦州 ，b r3 Unυnununu - E AUnununUAU AU 吁，。。 AU句， E AH uf hurhV－E－句，“ ‘ 气JMrOA 饨’』 ZJ .. ... JAU OEA 吨AU 句LA怜2a句42 7 AA 『句306 。。 AUAUCJζUAU ‘‘ JP 、J 、ι 句td － nFOF 南而心 KKKVKK 句，Aυ ，3nu J F、“ 句，“，i呵，＆’』 ZO ，、J 句，，、 J .. . AUAUAU 前琦洁灿呐 U刚h卅4u 精E也 v 罔怦唰辩hmZ辩帖非袖也辩苗本甫 AaT1 ，、J 饨，－ 1J AH V a ., nHU ’E A AH V 注TV一结构镜质亚组；GV－凝胶镜质亚组；DY斗闸镜质亚组；T一结构镜质体；Ct一均质镜质体；Cg－团块镜质体；G一胶质镜质’体Cd基质镜质体；Yd一碎屑镜质体；仁辑质组总最；Sι 半丝质体；F一丝质体；M←－槌粒体；Se一分泌体；M一微粒体；Id一碎屑惰肢体；I-f肯质组总量，Clay-4陆土；Py一黄铁矿；Ca一方解石；Q一－石英；M一矿物总最；GI-一凝胶化指数；TPl一植物组织l、。 保存指数；GWI-一地下水流动指数；W植被指数。 ChaoXing 10 煤田地质与勘探第41卷 森林密度 煤层 编号 Kl K2 6K3 K4 ”K5 XK7 J.KS 019 OKIO 煤层 编号 AU mmmUMU盯时阴阳 －AVAH － AA ．。 Ili －－ lllJ问ll→ 川剧洋洲一林－ MN 酶沼角原←森泽地工 l 潮。 三平一睛沼旦 上－斗一、 .. , ttttttttttt - ttttttTtttLO 洲－－ 1 ’角原－－ 3二 平〉－一 ．匈 Ad下句。”一十m JA 。”，一一 A陆相叫呻凶「A ←」∞ 刑川 UMO J3lm 25.00 . 0.20 TPI a GI-TP/煤相图［12] 100.00 A F‘唱 ““10.00 。IA 浑 水泪 田德炭 t 深泥， 较林 森 明m 草 。‘ 500怯停俨－－－－－－－」－－－ . i森林 擒h棚j沼泽 θ .... 低位泥炭沼泽 哩「－－－（）－－.和i1lllliB爱洒浮－ H、H,___”-----‘----- ---, 高位泥炭沼泽 lαXlE-5 。001.00 2.00 3.00 4.00 VI b GWI-VJ煤相图［II] 图3中梁山矿区煤相图 Fig. 3 Coal facie diagrams based on macerals and mineral matter for studied coals 致谢本研究得到重庆地质矿产研究院的大力 支持，中梁山矿区领导为采样工作提供了各种便利， 中国矿业大学（北京）代世峰教授在基础理论上给予 了指导，侯慧敏老师在煤岩显微定量方面给予了宝 贵的协助和指导，解锡超硕士也参加了前期部分采样 工作，在此一并致以衷心的感谢 参考文献 [1］张天筷，吴自立．中梁山北矿总1煤层自燃的地质因素探 讨［几矿业安全与环保，2012,39 1 77-78. 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