首批煤炭国家规划矿区煤田地质特征综述.pdf

我国首批划定的19个煤炭国家规划矿区位于 晋陕蒙相邻区，这里是我国煤炭、油气等能源资源最 富集地区。 东自太行山西麓，西至宝鸡包头连线， 南起宝鸡－晋城一线，北达大同包头连线。 大地构 造位置处于华北地台西部山西断隆和鄂尔多斯台坳 之上，二者之间以离石大断裂相隔（图1）。 含煤地层 为石炭二叠系和侏罗系，其中石炭二叠系太原组、山 西组和侏罗系延安组为主要含煤地层，本溪组、下石 盒子组、富县组和直罗组仅含薄煤层或煤线，无工业 开采价值。 本文在首批煤炭国家规划矿区资源评 价报告基础上，综合前人成果，对本地区的煤田地 质特征进行系统总结，有助于提高对其煤炭资源特 征的认识。 1煤炭资源分布区划 我国煤炭资源分布地域广阔，煤炭资源的形成 和演化的地质背景多种多样，不同聚煤期、不同大地 构造背景的成煤条件、聚煤规律和构造演化差异显 著，煤炭资源赋存地区的自然地理和生态环境、经济 发展水平也有很大差别。 为了有利于反映煤炭资源 潜力的基本特征及其勘查开发前景，采用以成煤条 件和构造背景为主线、结合其它因素，进行煤炭资源 分布区划。 第三次全国煤炭资源预测将我国煤炭资源分布 划分为赋煤区、含煤区、煤田（煤产地）、勘探区井 田或预测区四级。 新一轮煤炭资源潜力评价增加了 矿区一级，将矿区排在煤田和勘探区之间，按照这一 标准，我国首批十九个煤炭国家规划矿区均处在华 首批煤炭国家规划矿区煤田地质特征综述 宁树正 1，2 （1．中国矿业大学（北京），北京100083；2．中国煤炭地质总局，北京100039） 摘 要首批煤炭国家规划矿区位于华北赋煤区鄂尔多斯盆地内，主要可采煤层多达10层，分别位于太原组、山西组 和延安组。 煤质以焦煤和无烟煤为主，其中太原组、山西组煤层具有横向变化小、垂向呈周期性变化的规律；而延安 组横向变化较大，聚煤中心具有明显的由南向北迁移现象。 受左旋剪切挤压作用，形成了一系列大型北北东向复式 褶皱与断层，根据构造复杂程度，确认9个石炭二叠纪煤田矿区和5个侏罗纪煤田矿区属简单类型。 分析首批煤 炭国家规划矿区内的控煤构造、矿床水文地质类型、充水因素以及煤层顶底板岩性特征，认为绝大部分矿区煤层稳 定、构造和开采技术条件简单。 关键词煤田地质；构造；水文地质；聚煤规律；岩性 中图分类号P541文献标识码A 基金项目国土资源部矿产资源补偿费矿产勘查项目（国土资源部国 土资发（2005）249号）。 作者简介宁树正（1977），男，山东诸城人，在读博士研究生，工程 师，现主要从事煤田地质研究与管理工作。 收稿日期2009-04-07 责任编辑孙常长 Summary of Coal Geological Characteristics of the First Group of State Programmed Mining Areas Ning Shuzheng1，2 1.China University of Mining 2. China National Administration of Coal Geology, Beijing 100039 Abstract The first group of state programmed mining areas is located in both Ordos Basin and Shanxi Basin in North China coal zone. Up to 10 layers of main minable coal seams are belonged to the Taiyuan, Shanxi and Yanan ations respectively. Most of coals are coking coal and anthracite ranked. The Taiyuan and Shanxi ations have minor transversal changes, and cyclic variations vertically; while the Yanan ation has larger transversal changes, coal -accumulating center migrated from south to north obviously. Under the sinistral shearing and compressing, a series of mega NNE composite folds and faults were ed, based on structural complexity, confirmed that 9 Permo-Carboniferous and 5 Jurassic coalfield mining areas are simple typed. After analyzed the coal controlling structures, mining hydrogeological types, water filling factors and coal roof and floor lithological characteristics, considered that the vast majority of mining areas have stable coal seams, simple structures and mining technological conditions. Keywords coal geology; structure; hydrogeology; coal-accumulation regular pattern; lithology 中 国 煤 炭 地 质 COAL GEOLOGY OF CHINA Vol．21 No．7 Jul．2009 第 21 卷 7 期 2009 年 7 月 文章编号1674－1803（2009）07－0001－03 doi10.3969/j.issn.1674-1803.2009.07.001 第21卷中 国 煤 炭 地 质 北赋煤区，分属大宁、沁水、霍西、鄂尔多斯东缘、鄂 尔多斯北部、黄陇、渭北含煤区（表1）。 2含煤特征 规划矿区含煤地层为石炭二叠系和侏罗系 （表 2）。 石炭二叠系含煤10～12层，其中太原组一、二、 三段和山西组一段为主要含煤地层， 含可采煤层 11、10、6、5和3等5层。 侏罗系延安组为主要含 煤地层，共含煤10～27层，其中可采煤层为5、4-2、 3-1、2-2和1-2等5层。 山西组和太原组地层总 厚82～238m，一般厚141m，在垂向层序中，煤层分布 密度大， 单层厚度和煤层总厚均较大， 含煤系数 20左右。 山西、 太原组煤层位于华北稳定的克拉 通陆表海盆地，由于构造稳定，海平面呈周期性变 化，物源供给速率保持稳定，可容纳空间宽广，横向 变化小，垂向上呈周期性变化，决定了本区聚煤作用 的基本特点。晚石炭世早期，这一地区富煤单元分布 于内蒙准格尔、河东煤田、大同一带，继后，随着海水 向东南方向退出，而向晋东南迁移。鄂尔多斯盆地延 安组含煤沉积， 受古构造和古地形等沉积环境因素 的影响，可采煤层主要沿盆地北、西边缘分布，形成 向北西方向突出的弧形， 其轴线大致位于延安靖 边一线。 南强北弱的隆起作用是鄂尔多斯盆地延安 组含煤岩系沉积和聚煤特征南北分异的主要原因。 从垂向上分析， 延安组聚煤中心具有明显的由南向 北迁移现象。 沿庆阳吴旗靖边绥德一线构成 的内弧区域（东南侧），基本无可采煤层沉积。南部彬 长矿区延安组第三段及其以上含煤地层已被剥蚀。 规划矿区的石炭二叠系煤层主要位于山西省境 内，其煤类齐全，从长焰煤到无烟煤均有分布，且 以焦煤和无烟煤占优势。 煤类分布具有北部变质 低、南部变质高、向斜翼部变质低、轴部变质高的 特点， 且中部38北带和35北带为两个东西向的 中高变质带， 同时垂向上表现为自下而上煤化程 度有降低的趋势。 渭北石炭二叠系煤田各煤层 主要为瘦煤～贫瘦煤及贫煤，少量焦煤，深部为无 烟煤，属煤化阶段较高的烟煤及无烟煤。 准格尔矿 区石炭二叠系煤类属于中高灰、低中硫、高 热值的长焰煤。 鄂尔多斯盆地北部侏罗纪煤田（神 府新民、榆神、榆横、东胜规划矿区）煤层以长焰煤 为主，部分为不粘煤和少量长焰煤。 彬长规划矿区 侏罗纪各煤层则为不粘煤及弱粘煤为主。 3矿区构造特征 研究区处在华北赋煤区鄂尔多斯盆地内， 在构 造变形分区上属于华北地台弱挤压的中环带变形 区， 该带以弱挤压变形为特征， 构造样式差异较 大。 本区域地质构造格局主要是中生代以来形成 的，在侏罗纪早白垩世时期，由于库拉太平洋 板块向欧亚板块下俯冲并相对运动， 本区整体受到 左旋剪切挤压， 形成了一系列大型北北东向复式褶 皱控煤构造。 在山西盆地内有晋东南及晋中的沁水复向斜、 矿区赋煤区含煤区煤田主要控煤构造 大同矿区 大宁含煤区 大同煤田大同云岗复向斜 平朔朔南矿区宁武煤田宁武静乐复向斜 西山、古交矿区 沁水含煤区 西山煤田太原西山古交复向斜 阳泉矿区 沁水煤田 沁水复向斜 潞安矿区沁水复向斜 晋城矿区沁水复向斜 沁源矿区沁水复向斜 霍州矿区霍西含煤区霍西煤田汾西复向斜 河保偏矿区 鄂尔多斯 东缘含煤区 河东煤田 河东单斜 离石矿区河东单斜 柳林矿区河东单斜 乡宁矿区河东单斜 准格尔矿区 鄂尔多斯 北部含煤区 准格尔煤田东胜靖边单斜 东胜矿区东胜煤田东胜靖边单斜 神府新民矿区 陕北侏罗纪 煤田 东胜靖边单斜 榆神矿区东胜靖边单斜 榆横矿区东胜靖边单斜 彬长矿区黄陇含煤区 黄陇侏罗纪 煤田 彬县黄陵复背斜 渭北矿区渭北含煤区 渭北石炭 二叠纪煤田 铜川韩城断褶带 华 北 赋 煤 区 表1首批煤炭国家规划矿区分布区划表 Table 1 Distribution division of the first group of state programmed mining areas 图1首批煤炭国家规划矿区地貌图 Figure 1 Geomorphologic map of the first group of state programmed mining areas 1.大同规划区；2.平朔朔南规划区；3.西山、古交规划区；4.阳泉规划 区；5.潞安规划区；6.晋城规划区；7.沁源规划区；8.霍州规划区；9.河 保偏规划区；10.离石规划区；11.柳林规划区；12.乡宁规划区；13.准 格尔规划区；14.东胜规划区；15.神府-新民规划区；16.榆神规划区； 17.榆横规划区；18.彬长规划区；19.渭北规划区 2 7期 汾西复向斜、太原西山古交复向斜、晋北宁武静乐复 向斜、大同云岗复向斜，呈反“S”形展布；煤田边界的 北界或南界受隆起带限制， 东界或西界为北东向的 大型断裂带所限制，且与煤田主体构造呈一定交角。 这些边界断裂带开始为东南盘向西北盘逆冲， 而后 东南盘下落，表现为正断层。对本区煤田起控制作用 的大型断裂主要有口泉、 春景洼西马坊芦家 庄娄烦、交城清徐、霍山、太行山断裂。鄂尔多斯 盆地内对规划矿区起影响作用的复式褶皱控煤构造 主要有鄂尔多斯复向斜东翼近南北向西倾的河东单 斜，伊陕单斜区东胜靖边单斜，渭北断隆区彬县 黄陵复背斜、铜川韩城断褶带，而对这些褶皱构造 起影响作用的主要断裂有府谷吴旗、离石等断裂。 由于本区控煤构造主要为褶皱和断层， 褶皱构 造主要是影响含煤地层产状， 其中紧密褶皱构造对 地层走向影响较小， 宽缓褶皱构造对地层走向变化 影响较大。断层构造主要是破坏煤层的连续性，将煤 层切割成大小不一、形状各异的块段。断层对含煤地 层产状影响一般仅是局部的。 岩浆岩对煤层厚度和 煤质的影响主要取决于岩浆岩岩性、规模、产状以及 侵入煤层的相对位置与距离等。 而有岩浆活动的有 大同矿区、 西山古交矿区、 晋城矿区以及准格尔矿 区，其余矿均未发现岩浆活动的影响。根据现有地质 成果和多年开采实践经验， 对规划矿区构造复杂程 度概略评价如下。 ①石炭二叠纪煤田矿区构造复杂程度类型 平朔朔南、阳泉、潞安、晋城、沁源、准格尔、河保 偏、柳林和乡宁等9个矿区属简单类型；其余矿区属 于中等简单类型。 此外，陷落柱在霍州、阳泉和西 山古交等矿区较为发育，乡宁矿区也有少量分布， 至今尚无规律可寻， 给地质勘查和矿井开采增加了 不少困难。 ②侏罗纪煤田矿区构造复杂类型东胜、神北 新民、榆神、榆横和彬长等5个矿区均属简单类型。 4开采技术条件 4.1水文地质条件 区内含煤地层为石炭二叠系和侏罗系， 由于含 煤地层沉积基底与含煤地层及其上覆地层岩性各 异，因而形成不同的矿床水文地质条件。 山西组煤层各矿区属水文地质条件简单的裂隙 充水矿床。 太原组根据煤层矿床水文地质类型及充 水因素可分为以下几种情况 ①水文地质条件简单的裂隙岩溶充水矿床， 如准格尔、大同、河保偏、阳泉、晋城、沁源等矿区； ②水文地质条件简单中等的裂隙岩溶充水 矿床，如柳林、离石、乡宁、霍州等矿区； ③水文地质条件简单复杂的裂隙岩溶充水 矿床，如平朔朔南、西山古交、潞安、渭北等矿 区。 太原组下部煤层是以底板进水为主的岩溶充水 矿床， 位于上马家沟组灰岩岩溶地下水位以下的煤 层， 水文地质条件复杂程度取决于太原组下部可采 煤层与上马家沟组之间隔水层峰峰组和本溪组厚 度、断裂构造和陷落柱发育程度。 侏罗纪各矿区属水文地质条件简单的裂隙充水 矿床。 其中彬长矿区主要可采煤层5煤层的上覆地 层洛河组为主要含水层， 洛河组与5煤层之间有 150～200m厚的弱含水层和隔水层（华池组泥岩）。预 计矿区水文地质条件开发初期属简单的裂隙充水矿 床，区内主要可采煤层5煤层为巨厚煤层，厚度大 于20m。 若采用垮落采掘，随着采空区扩大，顶板冒 落破裂带可上达洛河组含水层， 将成为洛河组地下 水渗入煤层的通道， 此时矿区水文地质条件则变为 复杂类型。 （下转第9页） 含煤地层 煤层富集矿区顶底板特性可采厚度/m稳定性 太原组 11神府新民、准格尔顶板为灰岩、泥灰岩、泥岩等，底板为泥岩、粉砂岩。10～17.61主要可采 煤层以稳定煤 层为主， 较稳 定 煤 层 次 之 ； 部分可采煤层 以较稳定煤层 为主， 稳定和 不稳定煤层次 之； 局部可采 煤层以不稳定 煤 层 为 主 ，较 稳 定 煤 层 次 之。 10平朔朔南顶板为灰岩、泥岩，底板为泥岩。平均厚度达15.33 6准格尔、大同、平朔朔南顶板为灰岩、泥岩，底板为泥岩、粉砂岩。厚度达42.12 山西组 5准格尔、河保偏、大同、平朔朔南顶板为砂岩、粉砂岩，底板为泥岩、粉砂岩。厚度达18.39 3乡宁、潞安和晋城顶板为砂岩、粉砂岩，底板为泥岩和粉砂岩。平均厚度大于4 延安组 5东胜、神府新民、榆神、彬长顶、底板均为泥岩。厚度达43.70 4-2榆神、东胜、神府新民顶、底板为粉砂岩、砂质泥岩和泥岩。厚度达6.60 3-1东胜、榆横顶、底板为粉砂岩、泥岩。 2-2东胜、神府新民、榆神顶、底板为粉砂岩、泥岩、粘土岩。厚度达12.36 1-2榆横、东胜、神北新民顶、底板为粉砂岩、砂质泥岩。 厚度达10.28 表2规划矿区煤层特征简表 Table 2 Short list of coal seam characteristics in programmed mining areas 宁树正首批煤炭国家规划矿区煤田地质特征综述3 7期 4.2煤层顶底板特征 本区石炭二叠纪煤层顶板岩性主要为中细粒 砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩、炭质泥岩、灰岩等。煤 层顶板灰岩坚硬，稳定，难冒落；中、细粒砂岩较坚 硬，较稳定，中等易冒落；粉砂岩、砂质泥岩、泥岩和 炭质泥岩稳定性较差差，易冒落。煤层底板岩石多 为粉砂岩、砂质泥岩、泥岩、炭质泥岩等松软岩石，遇 水易软化，时有“底鼓”和“片邦”现象。 东胜、神北新民、榆神和榆横矿区煤层顶板岩 石以粉砂岩、泥岩为主，中细粒砂岩次之，厚度一般 为0.5～3m,抗压强度10.49～70.22MPa,抗拉强度 0.98～2.45MPa,稳定性为稳定较稳定，属中等－难 冒落顶板。 煤层底板多为粉砂岩和泥岩，富水性弱， 无“底鼓”现象。 彬长矿区5煤层顶板为泥岩和砂质 泥岩，具水平层理，易于垮落。煤层底板为铝质泥岩， 遇水膨胀，井下常有“底鼓”现象。 4.3其它开采技术条件 除上述开采技术条件外， 影响煤矿开在的还有 瓦斯、煤尘爆炸性、煤的自燃和地热等，各矿区主要 特征表现如表3。 5结论 首批煤炭国家规划矿区处在晋陕蒙相临区域， 含煤区域属于华北赋煤区鄂尔多斯盆地内， 含煤地 层为石炭二叠系和侏罗系。 主要可采煤层以稳定煤 层为主，煤类齐全，从长焰煤到无烟煤均有分布，且 以炼焦用煤和无烟煤占优势。 本区控煤构造主要为 褶皱构造和断层，大部分矿区构造属简单类型，只有 个别矿区属于中等简单类型， 并且绝大部分地区 开采技术条件简单。可见，首批煤炭国家规划矿区作 为我国煤炭供给重要区域，不仅煤炭资源丰富，而且 具有良好的煤田地质条件，合理规划和开发，将对我 国的煤炭资源保护起到重要作用。 参考文献 [1]曹代勇，景玉龙，邱广忠，等.中国的含煤岩系变形分区[J].煤炭学 报,1998,235449-454. [2]程爱国，林大扬.中国聚煤作用系统分析[J].江苏 徐州中国矿业大 学出版社,2001.190-191. [3]毛节华,徐惠龙.中国煤炭资源预测与评价[J].北京科学出版社. 1999231-233. [4]王双明.鄂尔多斯盆地聚煤规律及煤炭资源评价[J].北京煤炭工 业出版社,1996.90-133. [5]杨银宝，李金庄.山西板内构造区划体系及控煤构造[J].西山科技, 2002,3.1-4. 矿区 瓦斯 含量 煤尘 爆炸性 煤的 自燃倾向 地热 大同矿区低有有部分地区为一级热害区 平朔朔南矿区低有有正常 西山、古交矿区高有有部分地区为一级热害区 阳泉矿区高有有正常 潞安矿区高有有正常 晋城矿区高无无正常 沁源矿区低有无正常 霍州矿区低有无正常 河保偏矿区低有有正常 离石矿区低有无正常 柳林矿区高有有正常 乡宁矿区低有无正常 准格尔矿区低有有正常 东胜矿区低有有正常 神府新民矿区低有有正常 榆神矿区低有有正常 榆横矿区低有有正常 彬长矿区高无有有地温异常区 渭北矿区高有无正常 表3矿区瓦斯、煤尘爆炸性、煤的自燃和地热情况一揽表 Table 3 Data sheet of mining area gas, dust explosiveness, spontaneous combustion and geotherm 图。 杨柳井田南部底板岩体结构较差， 其它地区较 好。 4结论 ①利用测定的分维值能很好地定量描述矿井断 裂构造的发育程度， 为井田的合理开采提供了一定 的依据， 同时对正确指导矿井防治水也有重要的意 义。 ②分维值越大，表示断裂长度较长，小断层及分 支断层较多，则对岩体切割越严重；反之则对岩体切 割较弱。因此利用分维值，在进行断裂构造复杂程度 定量评价的基础上， 可以对岩体结构进行分类和评 价，从而进一步划分岩体结构的类型。由此得出在矿 井的西南部，也就是位于F7断层和F11断层之间，10 煤层底板岩体结构处于松散状态， 对杨柳矿的开采 非常不利。 参考文献 [1]徐志斌，谢和平，王继尧.分维评价矿井断裂复杂程度的综合指 标[J].中国矿业大学学报，1996，（03）. [2]江东，王建华，陈佩佩，等.国家庄断裂构造的分形评价[J].煤田地 质与勘探，1999，（02）. [3]李明昉，贾进亚，扬文光，等.井田小型断裂构造的分形预测[J].煤 炭科技，2000，（01）. [4]韩玉英.构造断裂的分形分析[J].地质科学情报,1992,110379-82. （上接第3页） 王 俊，等基于分形理论的杨柳矿10煤底板岩体结构类型划分9