霍林河煤田聚煤特征和控煤因素分析

摘要：：霍林河田位于内蒙古自治区通辽市和锡林格勒盟交界处，面积540km2，构造简单，埋藏浅，煤炭资源量丰富， 它是一个浅部区适用露天开采，深部区适用井工开采的综合煤田，根据该区已有的勘探资料，研究其含煤地层的分布、含煤性及聚煤特征，确定煤层赋存形态、厚度、深度、空间位置，恢复含煤地层发育时期受沉积环境、古构造、古气候等因素控制。通过以上各方面研究，其成果为以后煤田开采利用提供理论保障。

关键词：：含煤地层；控煤因素；构造特征；沉积体系。

1 、区域概况

霍林河煤田位于内蒙古自治区通辽市和锡林格勒盟交界处，成NNE向展布狭长条带状丘陵地带，地理坐标：东经119°15′；北纬45°23′，宽为9KM，长为60KM，面积540平方公里。整个煤田各勘探阶段共投入的总工程量21566个孔，486889.96米。已探明资源储量为119.2亿吨。它是全国五大露天矿之一，2005年霍林河煤田被国家发改委确定为全国13个大型煤炭基地。霍林河煤田位于大兴安岭南段山系的脊部，是一个半地堑型断陷盆地，处于新华夏系构造体系的第三沉降带（大兴安岭西坡），是二连盆地群最东部一个代表性盆地。

2、研究区地质特征：该区构造简单，岩性以泥岩、粉砂岩为主要成分组成含煤岩系。其中含有丰富的裸子植物、蕨类、少量被子植物化石。在盆地西北边缘，发育有大量冲积扇砾岩。

2.1研究区构造特征：

盆地总体成NNE向延伸（如图1），北段N27°E，中段N50°E，南段N20°E，成反S形。西北侧为F1盆缘断裂，北端为NWW、近EW断裂所限东侧和南侧为侵蚀边界。盆地内次一级的褶皱主要表现为两个单元正向构造与三个单元负向构造，从东北向西南依次为西林保拉向斜、珠斯花背斜、翁能花向斜、“三湖”宽缓鞍伏背斜、西南部向斜。并且褶皱轴向与盆地延伸方向一致。而本区断层发育，大致分为NE向走向正断层和NW向或近SN向斜交正断层。其中盆缘断裂F1为同沉积断裂，其它均产于煤系地层之后，盆缘断裂F1全长约57公里，根据详查报告资料24-浅6号孔穿越断裂资料表明：“断层面向盆地内倾斜，倾角50°断距千余米”。本断层对含煤地层及其含煤性有着重要的控制作用。

2.2含煤地层特征：。霍林河煤田属于隐伏区，在盆缘断裂F1下盘出露的地层是古生界石

炭二迭系轻变质岩及中生届上侏罗统火山碎屑岩，盆缘断裂F1上盘出露是中生届上侏罗统火山碎屑岩、白垩统陆相碎屑岩及新生界第四系冲击层。其中下白垩统陆相碎屑岩称为霍林河组。成北东西南沉积在半地堑断陷盆地内，由此构建了一套沉积含煤岩系，总厚度达1700米。按其岩性特征自下而上划分为砂砾岩段、下泥岩段、下含煤段、上泥岩段、上含煤段、及顶泥岩段。其中下含煤段煤层发育比较好，约占全区含煤炭储量90%以上（如图2）。

1）、砂砾岩段（K1h1）：与下覆上侏罗（J3）统地层不整合接触，粒度由下-上，由粗到细呈渐变关系。底砾岩，分选差，磨圆不好多成棱角状和次棱角状，表明沉积物搬运距离短。上部为砂岩、粉砂岩、泥岩、炭质泥岩及零星发育了劣质的SL1、SL2、SL3三个煤组，本岩段厚度19-270米。

2）、下泥岩段（K1h2）：全区发育，厚度40-95米，最后达450米，岩性由灰-灰褐色或深灰色泥岩及粉砂岩组成，仅南部区变粗。本段含叶肢介化石及植物化石碎片，并含菱镁矿结核。

3）、下含煤段（K1h3）：本段灰-深灰色各种粒序砂岩、粉砂岩、泥岩、砾岩和煤层组成。含四个煤组，煤层沿走向、倾向变化较大，分叉变薄尖灭显著。厚度300-600米。含有丰富植物化石，根据详查报告7个钻孔165个孢粉样资料统计结果“裸子植物占51.2-63.67%，蕨类次之，占36.47-48.8%，个别还见到被子植物花粉”。裸子植物以松科和罗汉松科为主，银杏、杉科和相科也比较丰富，蕨类孢子以紫蕨为最多。

4）、上泥岩段（K1h4）：盆地内再次形成大型湖泊，进而堆积了较厚湖相泥岩，向西南逐渐变薄，岩性变粗过渡泥炭沼泽相，在西南向斜部位发育2-3个薄煤层。厚度50-450米。

5）、上含煤段（K1h5）：浅水湖相沉积，含有20余层薄煤，只有两个分层局部可采。厚度120-433米。

6）、上泥岩段（K1h6）：以湖相泥岩及粉砂岩为主，夹杂粗碎屑岩。厚度可达255米。

2.3煤层赋存特征：

霍林河煤田含煤层段为上含煤段、下含煤段。

上含煤段：主要分布在西南部向斜南侧翼缘至露头部位，层数较多、间距较小，但厚度薄、煤质劣、稳定性差。

下含煤段：是霍林河煤田主体，煤层主要赋存在盆地中深部。在倾向上位于盆地翼缘南侧如图3。该层组自下而上发育了四个煤组（Ⅰ-Ⅳ），其赋存形态是：Ⅲ、Ⅳ煤组在中深部分别合并一层。由中深部向东北、西南两侧、向浅部、深部，经过两次分叉、变薄、尖灭，呈马尾状。整个区域内，总共形成了24个煤分层。其中北部是煤层组分层分叉后，煤层发育最全、最好的部位。Ⅲ煤组是三个煤分层组成，结构较简单，层位比较稳定。Ⅳ煤组结构极复杂，层位变化较大。煤层厚度变化如图4。并且煤层组的厚度与地层的沉积厚度呈正相关。Ⅰ、Ⅱ煤层组以层状分布，结构简单。Ⅰ煤组是由两个煤分层构成，局部发育，层位稳定；Ⅱ煤组是由三个分层构成。中间分层，全区发育。其余两个分层连续性差。富煤带的方

向，与盆地的展布方向一致。区域内发育了三个聚煤中心，其延伸反方向与富煤带的方向呈斜交，并赋存在盆地内次一级向斜的翼缘部位。据详查资料表明“整个煤田内，可采煤层总厚度达到76.94米，可采煤层的含煤系数为11%。”

霍林河煤田煤类属于低变质的褐煤，只有Ⅳ煤组深部区局部变质为长焰煤，煤层在盆地内向斜部位埋藏较深，在背斜和盆缘部位埋藏较浅。浅部区适宜露天开采，深部区适用于井工开采。

3、控煤因素分析

3.1环境控煤作用

研究区早白垩系霍林河组自下而上划分为6个岩性层序段，分别对应盆地演化的六个期：初始充填期、超覆扩张期、萎缩充填期、最大水进期、全面淤浅期、结束充填期。湖相层段与含煤地层重复出现是霍林河煤田的突出特征，体现了盆地沉积，构造演化的阶段性。霍林河煤田聚煤作用分为三个聚煤期，第一个聚煤期为砂砾岩段上部SL1、SL2、SL3三个煤组的沉积时期，第二个聚煤期为下含煤段沉积时期，第三个聚煤期为上含煤段沉积时期。 盆地初始填充期，构造活动强烈，以冲积扇和残积物为主，不利于泥炭沼泽的发育，伴随着构造活动的缓和，坑洼不平的古地形被填平补齐，湖泊开始扩张，在盆地初始填充体系域和扩张体系域的转换期，盆地构造稳定，碎屑供给贫乏，此时处于补偿不足阶段，仅在西南部向斜南翼的废弃河道上发育了SL1、SL2、SL3三个煤组。盆地持续沉降、扩张，湖面快速上升，层序向滨岸迁移，聚煤作用终止，完全为湖相沉积所代替如图5（A）。盆地进入到萎缩填充期时，湖平面由快速上升转换为缓慢上升并开始下降，处于补偿均衡状态，陆表暴露面积北东向西南逐步扩大，泥炭沼泽逐渐由滨湖带向湖心扩展，持续时间长，形成分布范围广、厚度大的霍林河组下含煤段的煤层。如图5（B）。上含煤段和下含煤段沉积环境相似，不同的是充填速度小于沉降速度，处于补偿不足阶段，致使泥炭沼泽环境不能持续，含煤性差。

图5霍林河盆地聚煤期古地理示意图

霍林河煤田成煤环境为冲积扇、湖泊、河流沉积体系。泥炭沼泽发育在扇三角洲的前缘淤浅的湖相或废弃的碎屑体系之上，形成了巨厚煤层，并向盆地边缘分叉变薄尖灭。其顶底板均发育了厚层状的泥岩、粉砂岩。

形成煤层煤相主要为浅―中等覆水，滞留、弱还原―弱氧化环境下湿地泥炭沼泽相。

3.2构造控煤作用

霍林河煤田以西北侧的同沉积盆缘断裂（F1）为界。两侧断块差异性沉降，决定了盆地内整个煤田沉积厚度的分布。当两侧断块升降速度加剧时，水动力条件加强，剥蚀加剧。大量的碎屑物质从西北剥蚀区被搬入盆内，在F1的内侧，冲积扇发育，其宽度加大，沉积的颗粒粗，盆地内河流发育，大部分区域被洪冲积物填充。底部砂砾岩段，形成于此环境。当断块升降速度减弱时并大面积总体下降，水动力变弱，水的搬运能量变小，沉积补偿不足，扇带发育变窄，盆地内形成了大面积湖区，即为霍林河三个泥岩段的沉积环境。 含煤段沉积则主要是湖泊或滨湖地区沼泽化，部分河谷沼泽化形成的。此时西北扇带宽度加大，大湖淤浅。沉积类型多。盆内河流周期性出现，（F1）盆缘断裂两侧断块，升降速度加强。泥炭沼泽占据了大部分盆区，河道消失。只有盆缘扇带继续发育，说明断块运动处于相对稳定状态。补偿均衡。为泥炭的保存和成煤提供了沉积空间场所。

3.3 古气候的控煤作用

该煤田煤系地层含有丰富的裸子植物化石，以松柏，银杏、紫蕨为主，是亚热带-暖温带气候的反应。说明当时区域气温适宜，潮湿多雨，植物繁茂。为煤层的形成提供了物质条件。

总之，古构造、古地理环境、补偿条件、覆水条件、古气候条件等地质因素是形成煤层的必要条件，其形成过程是复杂的，多样的，这些因素在时空上长期稳定综合作用的结果。

4、结论

1）、盆源同沉积断裂（F1）控制整个煤田煤盆地的形成、盆内次一级构造的发生和沉积环境的变化。

2）、沉积环境控制煤层赋存特征，区内主要可采煤层主要发育在浅湖和滨湖相，三个泥岩段形成于深湖相。

3）、各种地质因素在煤系地层沉积过程中有机的组合。是形成煤层的必要条件，其形成、发展控制着煤层的发育。

4）、湖相层段与含煤地层重复出现是霍林河煤田的突出特征，体现了盆地沉积，构造演化的阶段性。

参考文献：

【1】 二连盆地群低煤阶煤层气成藏模式――以霍林河盆地为例

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【2】 九道岭井田聚煤规律及控煤因素分析

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【3】 霍林河煤盆地晚中生代沉积构造史和聚煤特征

李思田；黄家福；杨士恭；张新民；程守田；赵根榕；李殿安；李桂良；丁晋麟； - 《地质学报》- 1982-10-01

【4】 霍林河地区煤层气勘探目标评价研究

胡英（导师：孙小洁；施尚明） - 《大庆石油学院硕士论文》- 2009-03-10

【5】 霍林河盆地晚中生代沉积构造史和聚煤特征

李思田 等，《地质学报》1982（3）

【6】 断陷盆地分析与煤聚积规律

李思田，地质出版社1988