趙仕華

（1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430074；2.山東泰山礦產(chǎn)資源檢測(cè)研究院，山東 泰安 271018）

新疆和什托洛蓋煤田白楊河礦區(qū)煤質(zhì)特征及煤相分析

趙仕華1，2

（1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430074；2.山東泰山礦產(chǎn)資源檢測(cè)研究院，山東 泰安 271018）

據(jù)煤巖學(xué)和煤化學(xué)分析結(jié)果，分析研究區(qū)煤質(zhì)特征和煤相類型。結(jié)果表明，研究區(qū)煤以高揮發(fā)分產(chǎn)率、低灰分產(chǎn)率和低水分含量為特征；顯微組分以鏡質(zhì)組為主，惰質(zhì)組次之和殼質(zhì)組少見(jiàn)，揭示沼澤覆水較深，具相對(duì)還原的低位沼澤特征；煤相類型以潮濕森林沼澤相為主，濕地草本沼澤相次之，干燥森林沼澤相僅出現(xiàn)于中上部煤層。潮濕森林沼澤相和濕地草本沼澤相以相對(duì)富鏡質(zhì)組、具較高灰分產(chǎn)率和揮發(fā)分產(chǎn)率為特征；干燥森林沼澤相以相對(duì)貧鏡質(zhì)組、具較低灰分產(chǎn)率和揮發(fā)分產(chǎn)率為特征。

和什托洛蓋煤田；工業(yè)分析；煤巖；煤相

煤質(zhì)特征研究是確定煤在工業(yè)利用和評(píng)價(jià)開(kāi)采利用過(guò)程中對(duì)環(huán)境影響的基礎(chǔ)性研究［1］。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(kāi)發(fā)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用［2］。和什托洛蓋煤田位于新疆準(zhǔn)噶爾盆地西北緣，賦存豐富的煤炭資源。近年在煤田沉積、構(gòu)造及演化方面進(jìn)行了大量工作［3-5］，但煤質(zhì)特征研究報(bào)道較少。本文從煤巖學(xué)和煤化學(xué)方面概括和對(duì)比礦區(qū)煤質(zhì)特征，分析煤相類型及垂向變化趨勢(shì)，總結(jié)煤相類型與煤質(zhì)特征的關(guān)系。

1 樣品和方法

本次研究樣品采自和什托洛蓋煤田白楊河礦區(qū)ZK4404鉆孔（圖1）。共采取分層樣25件，樣品在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行粉碎和縮分。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。煤的工業(yè)分析測(cè)定按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/ T212-2001）進(jìn)行。煤相劃分采用Diessel提出的煤相圖解［6］。

2 煤的巖石學(xué)和化學(xué)特征

2.1 煤的巖石學(xué)特征

表1為白楊河礦區(qū)ZK4404鉆孔煤中顯微組分含量。煤中顯微組分以鏡質(zhì)組為主（46.6%～80.5%，平均62.2%），惰質(zhì)組次之（19.5%～53.4%，平均37.7%），殼質(zhì)組（平均0.1%）極少出現(xiàn)。

鏡質(zhì)組中以結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體（21.5%）（圖2-a）、均質(zhì)鏡質(zhì)體（16.3%）和碎屑鏡質(zhì)體（15.7%）為主，基質(zhì)鏡質(zhì)體（8.4%）次之，含微量團(tuán)塊鏡質(zhì)體和膠質(zhì)鏡質(zhì)體。惰質(zhì)組中以碎屑惰質(zhì)組（20.7%）和半絲質(zhì)體（15.4%）為主，絲質(zhì)體（1.5%）次之（圖2-b），含微量粗粒體和微粒體（圖2-c）。

上述顯微組分組成特征表明，泥炭沼澤形成時(shí)期盆地基底沉降速率較快，其表面長(zhǎng)期處于沼澤潛水面之下，具相對(duì)還原的低位泥炭沼澤特征。同我國(guó)下白堊統(tǒng)和古近—新近系的一些斷陷盆地中基底沉降速率較快形成的顯微組分組成特征較相近［7-8］，而與我國(guó)鄂爾多斯侏羅系大型內(nèi)陸湖盆和準(zhǔn)噶爾侏羅系大型內(nèi)陸湖盆形成的煤層煤巖特征差異較大［1，9］。

2.2 煤的化學(xué)特征

表2總結(jié)了白楊河礦區(qū)鉆孔ZK4404的25個(gè)煤樣工業(yè)分析結(jié)果。結(jié)果表明，白楊河礦區(qū)ZK4404煤以高揮發(fā)分產(chǎn)率（39.3%）、低灰分產(chǎn)率（14.5%）和低水分含量（6.2%）為特征。對(duì)比準(zhǔn)東煤田和準(zhǔn)南煤田煤的化學(xué)特征［10］，白楊河煤具更高的揮發(fā)分產(chǎn)率和灰分產(chǎn)率，水分含量高于準(zhǔn)南煤但低于準(zhǔn)東煤。

ZK4404煤具較高的揮發(fā)分產(chǎn)率不僅取決于低煤化程度，且與煤巖和煤化學(xué)特征密切相關(guān)。相關(guān)分析表明，揮發(fā)分產(chǎn)率與鏡質(zhì)組含量（r=0.62）和灰分產(chǎn)率（r=0.32）具弱相關(guān)關(guān)系（圖3，4），鏡質(zhì)組含量和灰分產(chǎn)率之和與揮發(fā)分產(chǎn)率具顯著相關(guān)關(guān)系（r=0.71）（圖5），揭示較高的揮發(fā)分產(chǎn)率一定程度上受控于較高的鏡質(zhì)組含量和灰分產(chǎn)率。這是由于鏡質(zhì)組含較高的揮發(fā)分物質(zhì)和礦物質(zhì)在高溫加熱過(guò)程中會(huì)有水分或氣體的排出［11］。

圖1 鉆孔ZK4404地層柱狀及采樣位置Fig.1 The stratigraphic column of drill hole ZK4404 and sampling positions

圖2 鏡質(zhì)組中結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體（a）、絲質(zhì)體（b）、微粒體（c）Fig.2 Telinite（a）、Fusinite（b）、Micrinite（c）in vitrinite

3 煤相分析

據(jù)Diessel提出的指示煤相類型的兩個(gè)顯微組分煤相參數(shù)結(jié)構(gòu)保存指數(shù)（TPI）及凝膠化指數(shù)（GI），對(duì)研究煤層煤相類型進(jìn)行劃分（圖6）［3］。圖6表明沼澤類型以潮濕森林沼澤相為主，濕地草本沼澤相次之，干燥森林沼澤相偶見(jiàn)。

表1 楊河礦區(qū)ZK4404煤層顯微組分含量Table 1 Maceral content of coals seam of ZK4404 in Baiyanghe mining單位：%

表2 楊河礦區(qū)ZK4404煤層工業(yè)分析Table 2 The results of proximate analysis of coal seams collected from ZK4404 in Baiyanghe mining單位：%

圖3 4404煤中鏡質(zhì)組含量與揮發(fā)分產(chǎn)率關(guān)系圖Fig.3 The correlation relationship between vitrinite content and volatile matter in drill hole ZK4404 coal seam

圖4 04煤中灰分產(chǎn)率與揮發(fā)分產(chǎn)率相關(guān)關(guān)系圖Fig.4 The correlation relationship between ash yield and volatile matter in drill hole ZK4404 coal seam

圖7為沼澤相類型的垂向演化特征。下部煤層以潮濕森林沼澤相和濕地草本沼澤相交替出現(xiàn)為主；中下部煤層以潮濕森林沼澤相為主，濕地草本沼澤相次之；中上部出現(xiàn)干燥森林沼澤相，以潮濕森林沼澤相和濕地草本沼澤相為主；上部以干燥森林沼澤相和潮濕為主。煤相類型的垂向特征揭示自下而上沼澤覆水具變淺趨勢(shì)。

圖5 K4404煤中（灰分產(chǎn)率+鏡質(zhì)組含量）與揮發(fā)分產(chǎn)率相關(guān)關(guān)系圖Fig.5 The correlation relationship between（ash yield+ vitrinite content）and volatile matter in drill hole ZK4404 coal seam

4 沼澤類型與煤質(zhì)特征關(guān)系分析

ZK4404煤中潮濕森林沼澤相鏡質(zhì)組含量為46.6%～80.5%，平均65.6%；揮發(fā)分產(chǎn)率為34.6%～43.2%，平均39.7%；灰分產(chǎn)率為3.6%～28.6%，平均12.5%。濕地草本沼澤相鏡質(zhì)組含量為47.3%～69.1%，平均61.4%；揮發(fā)分產(chǎn)率為38.0%～41.5%，平均39.1%；灰分產(chǎn)率為10.1%～30.5%，平均18.9%；干燥森林沼澤相鏡質(zhì)組含量46.6%～49.6%，平均48.2%；揮發(fā)分產(chǎn)率37.8%～38.5%，平均38.0%；灰分產(chǎn)率為10.1%～13.4%，平均11.9%。

潮濕森林沼澤相和濕地草本沼澤相以富鏡質(zhì)組、具較高的灰分產(chǎn)率和揮發(fā)分產(chǎn)率為特征（圖8）。較高的鏡質(zhì)組含量歸因于沼澤具高的地下水位，高的地下水位有助于礦物質(zhì)通過(guò)地下水搬運(yùn)進(jìn)入泥炭，導(dǎo)致灰分產(chǎn)率升高。干燥森林沼澤相具低的鏡質(zhì)組含量、灰分產(chǎn)率和揮發(fā)分產(chǎn)率（圖8）。

圖6 TPI-GI相圖Fig.6 TPI-GI phase diagram

圖7 楊河礦區(qū)ZK4404煤層煤相類型垂向特征Fig.7 The vertical distribution of coal facies of ZK4404 in Baiyanghe mining

5 結(jié)論

（1）白楊河煤以高揮發(fā)分產(chǎn)率、低灰分產(chǎn)率和低水分含量為特征。顯微組分以鏡質(zhì)組為主，惰質(zhì)組次之，殼質(zhì)組少見(jiàn)。表明泥炭沼澤形成時(shí)期盆地基底沉降速率較快，泥炭沼澤表面長(zhǎng)期處于沼澤的潛水面之下，具相對(duì)還原的低位泥炭沼澤特征。

（2）白楊河煤中高的揮發(fā)分產(chǎn)率可能一定程度上受控于煤中相對(duì)較高的鏡質(zhì)組含量和礦物含量。

（3）煤相類型以潮濕森林沼澤相為主，濕地草本沼澤相次之，干燥森林沼澤相偶見(jiàn)。垂向上中-下部以潮濕森林沼澤相為主，濕地草本沼澤相次之；中-上部出現(xiàn)干燥森林沼澤相，以潮濕森林沼澤相為主，干燥森林沼澤相和濕地草本沼澤相次之。沼澤覆水自下而上具變淺趨勢(shì)。

圖8 K4404煤的煤質(zhì)與沼澤相類型關(guān)系Fig.8 The relationship between coal quality and swamp type in drill hole ZK4404 coal seam

（4）潮濕森林沼澤相和濕地草本沼澤相以相對(duì)富鏡質(zhì)組、具較高灰分產(chǎn)率和揮發(fā)分產(chǎn)率為特征；干燥森林沼澤相以相對(duì)貧鏡質(zhì)組、具較低灰分產(chǎn)率和揮發(fā)分產(chǎn)率為特征。

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［11］武漢地質(zhì)學(xué)院煤田教研室.煤田地質(zhì)學(xué)（上冊(cè)）［M］.北京：地質(zhì)出版社，1981，45-50.

The Analysis of Coal Auality and Coal Facies of Baiyanghe Coal Mining in Heshituoluogai Coalfield，Xinjiang

Zhao Shihua1，2
（1.Key Laboratory of Tectonics and Petroleum Resources，Ministry of Education，Wuhan，Hubei，430074，China；2.Shandong Taishan Institute of Mineral Rescource Test and Research，Tai’an，Shandong，271000，China）

According to results of coal petrography and coal chemistry，this paper analyses the characteristics of coal quality and the types of coal facies.It reveals that Baiyanghe coals are characterized by high volatile yield，low ash yield and low moisture content.Vitrinite is principally enriched，followed by inertinite and exinite seldom occurs in coals，which reveals that the swamp is eutrophic，with a relatively high groundwater table.Coal facies is dominated by wet forrest swamp，followed by wetland herbaceous swamp and dry forrest swamp seldom occurs in the upper coals.The wet forrest swamp and wetland herbaceous swamp are characterized by relatively high vitrinite content，ash yield and volatile matter.The dry forrest swamp is characterized by relatively low vitrinite content，ash yield and volatile matter.

Heshituoluogai coalfield；Proximate analysis；Coal petrography；Coal facie

1000-8845（2015）02-279-05

P618.11

A

2014-03-14；

2014-07-30；作者E-mail：tskcjc@sina.com

趙仕華（1980-），男，山東臨沂人，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）在讀博士，主要從事煤田地質(zhì)，巖礦鑒定分析，非常規(guī)天然氣檢測(cè)與評(píng)價(jià)研究