1、伊宁凹陷伊北煤田侏罗系水西沟群煤岩特征分析摘要：为探讨盆地基底沉降与煤岩组分的关系，应用煤岩学、层序地层学等相关理论对伊宁凹陷伊北煤田侏罗系水西沟群的煤岩特征进行了研究。得出伊北煤田八道湾组-三工河组，煤层多形成于覆水较深的泥炭沼泽中，镜质组含量高于惰质组；西山窑组煤层形成于覆水较浅或周期性暴露的泥炭沼泽中，惰质组含量明显高于镜质组；八道湾组-西山窑组，煤层镜质组含量、沼泽覆水均具先减、后增、再减的变化特征，其中沼泽覆水最深期为八道湾组晚期-三工河组沉积期，此与新疆主要含煤盆地三工河组为最大湖泛期沉积相一致。研究认为，煤岩显微组分、煤层厚度的变化主要受控于煤层形成期的盆地基底沉降与泥炭堆积之间
2、的相互作用。煤岩特征与煤层厚度的综合分析是判断盆地基底沉降大小、盆地基底沉降与泥炭堆积是否保持动态平衡的重要依据。 关键词：伊宁凹陷；伊北煤田；侏罗系；水西沟群；煤岩特征 中图分类号：P618.11 文献标识码： A 引言 伊宁凹陷是一个中、新生代凹陷，由于其赋存煤炭、油气和铀资源，地矿、煤炭、石油和核工业部门都在该区域开展过石油、煤炭和铀资源的勘探调查工作，特别是近几年在煤炭资源勘探方面做了大量的工作。张弘等（1998） 、王雁飞等（2004） 、马帅等（2012）1-3等从侏罗系含煤地层及其聚煤规律方面进行了研究；李彦龙（1997） 、冯建辉等（2000） 、刘家铎等（2002） 、田景春
3、等（2002）和李盛富等（2006）4-8等主要从油气形成角度对伊宁凹陷的地层学、层序地层学和沉积环境进行了研究；张井等（1997，1999）9-10对伊犁盆地侏罗系的数层煤层进行了煤岩特征描述及煤相划分。本文主要针对伊宁凹陷北缘伊北煤田侏罗系水西沟群煤岩特征进行研究，分析煤岩特征的垂向演化，对聚煤环境作出解释。 1.伊北煤田含煤特征 图 1 伊宁凹陷简要地质及研究区位置图 Fig.1 The Sketch map of geology and lacation of research area in Yining depression 伊北煤田位于伊宁凹陷北部，分布于清水河镇-霍城县-界梁子
4、-伊宁县一带，区内构造复杂，逆冲断裂发育，总体为向南倾斜的单斜构造，平面上由多个井田和矿区组成（图 1） 。其含煤地层由下侏罗统八道湾组、三工河组和中侏罗统西山窑组组成。八道湾组以辫状河三角洲沉积为主，含煤 15 层，编号为 17-31，煤层最大总厚 134.55 米，平均总厚 51.65 米，含煤系数 14.20%，全区可采和局部可采煤层 10 层，煤层结构简单-复杂，宏观煤岩类型以亮煤、暗煤为主；三工河组以三角洲沉积为主，含煤 4层，编号为 13-16，煤层最大总厚 10.52 米，平均总厚 4.39 米，含煤系数 3.4%，其中上部 13、14 煤好于下部 15、16 煤，宏观煤岩类型以
5、亮煤为主；西山窑组以曲流河沉积为主，含煤 12 层，编号为 1-12 号，煤层最大总厚 86.35 米，平均厚 40.01 米，含煤系数为 16%，全区可采和局部可采煤层 11 层，煤层结构简单-中等，且各煤层含大量丝炭和黄铁矿颗粒状结核，宏观煤岩类型以暗煤为主。 2.伊北煤田侏罗系水西沟群煤岩显微组分变化特征 本文通过统计伊宁凹陷伊北煤田每一钻孔煤层的煤岩显微组分含量，计算各煤层平均煤岩显微组分的含量，分析伊北煤田侏罗系水西沟群煤岩组分的变化特征，以期反应盆地充填过程中盆地基底沉降速率的变化对煤岩组分、煤层厚度的控制作用。此次共统计煤层 16 层，其中，6 煤、7 煤，21 煤、22 煤、2
6、3 煤，27 煤、28 煤、29 煤之间间隔较小，局部地段合并分叉，故合并为 6-7 煤组、21-23 煤组、27-29 煤组（图 2） 。 伊北煤田侏罗系水西沟群煤岩显微组分变化如图 2。由看图 2 看出，（1）总体看来，八道湾组、三工河组绝大多数煤层镜质组含量高于惰质组（V/I1） ，说明其形成于覆水较深的泥炭沼泽中；西山窑组煤层镜质组含量明显低于惰质组（V/I1） ，说明其形成于覆水较浅或周期性暴露的泥炭沼泽中。 （2）从煤岩显微组分含量的稳定性看，八道湾组煤层煤岩显微组分含量变化较大（V 含量 40%-75%） ，说明各煤层形成期盆地基底沉降速率变化较大；三工河组煤层以富镜质组为特征，
7、煤岩显微组分含量变化小，说明各煤层形成期盆地基底沉降较快且沉降速率基本一致；西山窑组煤层以富惰质组为特征，煤岩显微组分含量变化小，说明各煤层形成期盆地基底沉降较慢且沉降速率基本一致。 （3）从煤岩显微组分的垂向变化特征分析，八道湾组 30 煤-26 煤，镜质组含量逐渐减小，说明沼泽覆水逐渐变浅；26 煤-21-23 煤组，镜质组含量较低且变化较小，说明沼泽覆水较浅且覆水程度无明显变化；21-23 煤组-18 号煤，镜质组含量明显增加，说明沼泽覆水急剧加深。三工河组 16 煤-13 煤，镜质组含量高且无明显变化，说明沼泽覆水较深且覆水程度无明显变化。西山窑组 10 煤-8 煤，镜质组含量低且略显
8、增加，说明沼泽覆水较浅且覆水略有加深；8 煤-2 煤，镜质组含量低且具减小趋势，说明沼泽覆水较浅且覆水具变浅趋势。总体看来，八道湾组-三工河组煤层形成时，镜质组含量先减后增，沼泽覆水先浅后深，至八道湾组晚期-三工河组时期沼泽覆水最深；三工河组-西山窑组，镜质组含量急剧减小，沼泽覆水明显变浅。（4）从 V/I 和矿物质含量角度分析，八道湾组-西山窑组，沼泽水位先降（30 煤-26 煤）后升（26 煤-13 煤） ，至八道湾组晚期-三工河组期（18 煤-13 煤）沼泽水位达最大，而后沼泽水位急速降低（13 煤-10 煤） ，随后持续较低水位而无明显变化（10 煤-2 煤） 。 图 2 伊北煤田侏罗
9、系水西沟群煤岩显微组分特征 Fig.2 Maceral Characteristics of Shuixigou Group,Jurassic, in Yibei Coalfield 因沼泽水位的变化受控于沉积基准面的变化，陆相内陆湖盆，沉积基准面的变化主要受控于盆地基底的沉降速率。因而，泥炭堆积过程中，盆地基底的沉降速率与泥炭堆积速率的相互作用是煤岩显微组分变化及沼泽覆水程度的根本控制因素。通过上述沼泽覆水程度的分析，得出八道湾组-西山窑组沉积期，盆地基底沉降速率呈现由高到低（30 煤-26 煤）、由低到高（26 煤-13 煤） 、由高到低（13 煤-10 煤） 、而后持续稳定的变化特征（1
10、0 煤-2 煤） 。其中八道湾组晚期-三工河组期（18 煤-13 煤）沼泽覆水最深，盆地基底沉降速率最快，此与张弘等（1998）1、鲍志东等（2002）19等认为新疆主要含煤盆地三工河组为最大湖侵期沉积的结论相一致；此时，盆地基底沉降速率高于泥炭堆积速率，逐渐加深的水体致使沼泽水体的还原性增强，镜质组含量增多，随后过深的水体不适于植物生长，其结果是泥炭沼泽不能长期持续存在，从而只能形成厚度较小的煤层，此为三工河组煤层镜质组含量高、厚度小的根源。西山窑组沉积期，盆地基底沉降速率低于泥炭堆积速率，故泥炭暴露，部分氧化，结果为西山窑组煤层富惰质组、贫镜质组。 总之，盆地基底沉降速率与泥炭堆积速率之间
11、的平衡关系控制着煤岩显微组分的变化及煤层厚度的变化。盆地基底沉降速率大于泥炭堆积速率，沼泽覆水加深，凝胶化作用增强，煤层镜质组含量增加；沼泽水体的持续加深逐渐不适于植物生长，结果是泥炭沼泽不能长期持续存在，从而只能形成厚度较小的煤层。盆地基底沉降速率小于泥炭堆积速率，泥炭易于暴露，丝炭化作用增强，煤层惰质组含量增加；沼泽水体的持续变浅导致泥炭遭受氧化分解，泥炭堆积停止，从而亦形成厚度较小的煤层。盆地基底沉降与泥炭堆积保持动态平衡，常形成厚度较大、区域广泛分布、低灰、低硫的优质煤层。反过来，煤层厚度与煤岩特征的综合分析是判断盆地基底沉降大小、盆地基底沉降与泥炭堆积是否保持动态平衡的重要依据。 4
12、.结论 1）伊北煤田八道湾组-三工河组，煤层多形成于覆水较深的泥炭沼泽中，镜质组含量高于惰质组；西山窑组煤层形成于覆水较浅或周期性暴露的泥炭沼泽中，惰质组含量明显高于镜质组。 2）从煤岩显微组分含量的稳定性看，八道湾组煤层煤岩显微组分含量变化较大（V 含量 40%-75%） ，说明各煤层形成期盆地基底沉降速率变化较大；三工河组煤层以富镜质组为特征，煤岩显微组分含量变化小，说明各煤层形成期盆地基底沉降较快，沉降速率基本一致；西山窑组煤层以富惰质组为特征，煤岩显微组分含量变化小，说明各煤层形成期盆地基底沉降较慢，沉降速率基本一致。 3）八道湾组-西山窑组，煤层镜质组含量、沼泽覆水均具先减、后增、再
13、减的变化特征。其中八道湾组晚期-三工河组，沼泽覆水最深，此与新疆主要含煤盆地三工河组为最大湖泛期沉积的结论相一致。 4）煤岩显微组分、煤层厚度的变化受控于盆地基底沉降速率与泥炭堆积速率的相互作用。盆地基底沉降速率大于泥炭堆积速率，沼泽覆水加深，凝胶化作用增强，煤层以富镜质组为特征；盆地基底沉降速率小于泥炭堆积速率，泥炭易于暴露，丝炭化作用增强，煤层以富惰质组为特征。盆地基底沉降与泥炭堆积保持动态平衡，常形成厚度较大、区域广泛分布、低灰、低硫的优质煤层。反过来，煤层厚度与煤岩特征的综合分析是判断盆地基底沉降大小、盆地基底沉降与泥炭堆积是否保持动态平衡的重要依据。 参考文献 1 张弘,等.中国西北
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