钻孔见煤前的岩性特征

煤田勘查钻孔见煤前的一般岩性特征

李公明河南煤田地质局

研究区含煤地层为石炭～二叠系。其中，晚石炭世太原组和早二叠世山西组含主要可采煤层。钻孔见煤前的岩性特征，常常有以下显示：

（1）颜色由浅变深

泥炭形成之后，受水盆地处于厌氧、微碱或微酸状态，脱硫弧菌等硫酸盐还原菌最宜在PH=6.22～7.9、Eh=（-50）～（-150）mv的条件下生存。这些细菌分解有机质产生甲烷和硫化氢，同时又将有机质作为给氢体把介质中的硫酸盐也还原成硫化氢。硫化氢与介质中的铁离子化合成水陨硫铁（FeS·nh2o），水陨硫铁絮凝成黑色微细颗粒沉淀或混同其它同生颗粒一并形成黑色或暗色沉积物。

煤层顶板原始沉积物沉积时，动荡的水体会破坏成煤植物和下伏泥炭层，进而携带较多有机质及炭质与其它颗粒一并沉积固结成岩，从而使岩石整体颜色变暗，这一层段的岩芯常可见黑色炭屑、泥质包体等。

（2）岩芯中植物化石及其碎屑越来越多

在陆源碎屑沉积和覆盖泥炭层过程中，水体会破坏、磨蚀、搬运和倾卸大量古植物残骸及其碎屑。在时空上，离聚煤期和聚煤地越近，这种物质越丰富。也即越靠近煤层顶板，岩石内植物化石及其化石碎屑越多。研究区二叠系煤层顶板泥岩中普遍产以Pcopteris（栉羊齿）、Gigantoperis（大羽羊齿）和Taeniopteris（带羊齿）等为代表的植物化石，它们在实践区乃至整个河南晚古生代植物群中居绝对优势地位，这将成为判定接近煤层的一个重要特征。

（3）岩芯中有特定的动物化石

研究区太原组一般存在5～7层与煤层相间出现的石灰岩，内含丰富的蜓、腕足、海百合茎等动物化石及其化石碎屑。每层灰岩内其丰富程度、组合、种类和个体特征又有不同，荥巩煤田的一⑴煤层顶板L-1灰岩中的蜓化石含量较多，个体较大，多为球形，并以Sphaeros chwagerina（球希瓦格蜓）和Psendos chwagerian(假希瓦格蜓)等为主，进而预见一⑴煤层。

晚二叠世早期，研究区为淡化海湾相，产双壳、腕足和海绵等门类动物。无疑这些化石即为上石盒子组内预示见煤的标志之一。如平顶山煤田七⑷煤层的直接顶板深灰色泥岩中即含有一定量的Lingula sp（海豆芽）。

（4）岩石层面见到越来越多的白云母片

研究区二叠系含煤岩系多为浅水河控三角洲沉积体系沉积。悬浮的片状云母片也只有在坡降变小、水域变宽、流速骤减、动能释放的三角洲前缘的入海口处随同其它沉积颗粒一起沉积。如新密、荥巩、禹州等煤田的三⑴煤层顶板砂岩含有大量白云母片。登封煤田称该层砂岩为“金星板砂岩”，特指白云母片象繁星一样多之意。这已成为对比、识别、预见三⑴煤层的重要标志和特征之一。

（5）岩芯中出现黄铁矿集合体

大量晶粒状、结核状、团块状或浸染状黄铁矿集合体常出现在煤层顶（底）板岩石的岩芯中。其特征明显，易于辨认，有利于帮助判定煤层。图1（见下页）能较准确解释煤层顶（底）板岩石中黄铁矿集合体出现较多的原因。

（6）岩石粒度交替出现正逆粒序

不同沉积单元在横向上相互过渡和继承，在垂向上相互叠加并且总是以前三角洲细碎屑沉积开始，继之以三角洲前缘粗碎屑沉积，然后以三角洲平原之细碎屑含炭沉积结束。与之对应表现为煤层顶板岩石粒度呈逆粒序特征。有时前三角洲不甚发育或分流河道下蚀作用较强，常冲刷前三角洲相及下伏泥炭层，

这又往往形成煤层顶板粒度的正粒序特征。

图1 沉积自生矿物形成稳定区的Eh—PH值图解（7）岩芯中出现黑色泥质条带、包体、镜煤条带或炭质薄膜

在沉积过程中，上覆水体对下伏泥炭层的冲蚀，导致见煤前的岩芯中常有上述特征。泥质岩中的镜煤条带或炭质薄膜多表示聚煤盆地的一种缓慢而连续的不足补偿和一种过渡接触关系。

（8）硅质海绵岩或硅质泥质的出现

晚二叠世早期，研究区为一浅水海湾环境，海绵生物发育。对应于上石盒子组七、八煤段，普遍发育有3～4层硅质海绵岩或硅质泥岩。登封、禹州和平顶山等地多达12层，该岩石以黑色、深灰色、薄层状、致密、坚硬、比重大等特征而易于鉴别，内含海绵骨针。此岩石自1980年在河南发现以来，先后在豫东、两淮、山西和河北等地同层位被陆续发现和报道，具普遍对比意义，是判断和识别七煤的良好标志。