陕西省富县直罗镇芦村勘查区煤炭资源普查

陕西黄土高原区矿产资源比较丰富，主要有煤、石油和天然气、水泥灰岩、陶瓷粘土等，尤其是煤，分布广，储量大，在我国煤炭资源中占有重要地位。

　 一、煤

　 陕西黄土高原区是我国主要的煤炭工业基地之一。该区含煤地层众多，石炭二叠纪和侏罗纪为主要成煤时代。成煤环境以滨海平原型及大型内陆盆地型为主，因而煤系地层分布广，岩性、岩相较为稳定，分带明显，含煤性好，煤层一般层数多、厚度大、产状平缓，煤种多，煤质好。区内有五大煤田：神府煤田、黄陵煤田、彬长煤田、焦坪煤田和渭北煤田的一部分。

　 1.神府煤田

　 神府煤田即榆(林)神(木)、府(谷)煤田。总储量1233亿吨，探明储量1021.1亿吨，榆神府、榆林、横山三个勘探区的保有储量达796亿吨。分布在南北130公里，东西55公里的7890平方公里范围内。是世界七大煤田之一。分三个成煤期：石炭二叠纪含煤地层主要分布在府谷、吴堡南北一带，总储量699.8亿吨，地层平缓，厚度70米，可采煤层4～6层，可采厚度7.2～17.9米，以气煤为主，预测吴堡有焦煤和瘦煤；三叠纪含煤地层厚290米，含煤7～15层，5号煤为主要可采煤层，厚0.8～2.9米；侏罗纪含煤地层，分布在神木、府谷、榆林、横山、靖边、定边一带，含煤地层部厚250米，可采煤层3～7层，总厚8.4～21米，为长焰煤、不粘结煤、弱粘煤。神府煤的主要煤种，煤质优良，发热量高达6437～7579大卡／千克，特低硫0.23～0.57％，特低灰6～8％，不需洗选，是世界少有的高级动力煤，可与我国大同煤质媲美；煤层稳定，结构简单，基本上无夹矸，地层平缓，仅1～3度，地质构造简单，埋藏浅，有的覆盖仅20～30米，适于大规模露天开采。

　 2.黄陵煤田

　 分布于黄陵的店头等地，总储量33.1亿吨，探明储量27.6亿吨，为侏罗纪煤田。地质构造简单，煤层赋存浅而稳定，含煤地层厚10～150米，有三层可采煤层，总厚1～7米。店头一带，钻孔原煤灰分15％左右，硫低于1％。煤种为弱粘结煤、长焰煤和气煤。

　 3.彬长煤田

　 彬长煤田仅次于神府煤田。是陕西黄土高原第二大煤田。煤田总面积913平方公里，地跨彬县、长武、旬邑三县，以彬县为中心，东西、南北走向各30公里。煤炭总储量为68亿吨。该煤田地质构造简单，含煤地层厚50～100米，可采煤4层，属侏罗纪煤田。煤层厚度大，储量多，煤质好、埋藏浅。整个煤层分布几乎呈水平状态，未发现断层，平均厚度为16.64米，最厚处达43.87米；属长焰煤、弱粘结煤和不粘结煤。煤中有害元素含量少，灰分为14.8％，含硫0.7％，含磷0.017％，平均每千克发热量为6000～7000大卡，低灰、特低硫磷、高发热量，是理想的动力用煤和气化用煤。

　 4.焦坪煤田

　 焦坪煤田北接黄陵煤田，为侏罗纪煤田。主要是焦坪矿区，总储量47亿吨，探明储量11.4亿吨，含煤地层厚50米左右，可采煤两层，总厚度5～34米。为特厚煤层，煤种为长焰煤、弱粘结煤和不粘结煤。

　 5.渭北煤田的西段

　 陕西黄土高原南部的铜川矿区建在渭北煤田的西段，渭北煤田是我国主要煤炭产地之一。铜川矿区东西长42公里，南北宽6公里，含煤面积252.6平方公里，总储量5.2亿吨，保有储量约1.5亿吨。属石炭二叠纪煤田。石炭系上统太原组和二叠系下统的下部山西组为主要煤系地层。具有开采价值的煤层为10号煤及5号煤。10号煤厚度为0.8～5.3米，一般为1.3米，为结构复杂的薄煤层。5号煤厚度为1.4～6米，一般为2.5米，为结构复杂的中厚煤层。煤种主要为瘦煤、贫煤和焦煤。铜川矿区是陕西煤炭开采最早的地区之一，目前，铜川市仍是陕西省最大的煤炭工业基地。

　 除了上述五大煤田以外，子长、富县、安塞等地也有一定的煤炭资源。子长矿区的煤主要赋存在上三叠统的瓦窑堡组地层中。瓦窑堡组含煤30余层，唯单层煤层厚度较小，仅有1～2层可达1米以上，最厚的不超过3米。目前主要开采的有两个层位，其厚度在0.8～2.58米之间。煤层埋藏较浅，多在30米上下，层位稳定，倾角一般小于4度，地质构造简单，便于开采。子长矿区探明储量为28.94亿吨，保有储量为7.9亿吨，煤的质量较好，主要为气煤。煤的挥发分为44％，灰分25％，含硫0.3％，每千克热量为8000～8200大卡，属中灰分至富灰分的特低硫、特低磷的易选煤。可作为气化、炼油，配焦和动力用煤。富县、安塞等地的煤矿普查勘探，近年来都取得很大进展，陕西黄土高原区正在成为我国最大的能源重化基地的重要组成部分。

　 榆林地区是陕西省泥炭储量最大的地区，以榆林县城北40公里处的孟家湾大营盘泥炭矿最大。1979年探明该区泥炭矿储量约为10万吨，属第四纪湖泊沼泽相沉积矿床。泥炭中，有机物占41.82％，灰分占50.44％，含氮1.34％，含五氧化二磷0.212％，含氧化钾0.195％。泥炭层厚0.38～1.57米，产状水平，埋深约1米。由于地下水富集，难于开采。在其它地方，如榆林桥头村，高家伙场、吴家河叉、五道河、马合、横山赵石畔等地，也有分布，但一般矿体不大，分布零散。近一些年来，对泥炭的研究越来越受到人们的重视。泥炭除具有一定的经济价值以外，研究泥炭对于研究第四纪，尤其是研究一万年以来的全新世地理环境，对于研究形成煤炭的地质环境等，均有重要的意义。

　 二、石油和天然气

　 陕西黄土高原是我国石油的故乡，著名的延长油田是我国最早发现的油田。在《汉书.地理志》中，就有。高奴县有洧水“肥可燃”的记载。高奴县跨今延安、安塞、志丹、延长、延川五县市，延长油田就在这里。北宋杰出的科学家沈括曾在今富县、延安一带考察过石油，他在《梦溪笔谈》一书中首次提出“石油”这个矿物名称。延长油田是我国开发最早的油田，我国大陆上第一口油井，就是1907年在这里建成的。

　 陕西黄土高原是陕西省最主要的石油产地。石油主要分布在陕北斜坡带上。中生界是目前勘探开发的主要含油地层，厚度约4000米，含有三叠系上统延长组及侏罗系下统延安组两套油层。延长组油层是主力油层，岩层平缓，为典型陆相岩性油，埋藏深度多在千米之内，延安组油层属于古河道砂岩体储油，油井产量比较高，但含油面积小而分散，规律性较差。境内目前已发现12个油区，总控制探明含油面积800平方公里，含气面积26.3平方公里，石油地质储量3亿吨，其中延长油矿2亿吨，长庆油田陕西部分1亿吨，天然气储量16.6亿立方米。这12个油区是：富县直罗油气区、甘泉下寺湾油区、延长油区、延安甘谷驿油区、延安青化砭油区、安塞油区、延长永坪油区、子长油区、吴旗油区、定边油房庄油区、定边东红庄油区和定边马坊油区。除12个油区外，其它地区的石油勘探工作正在加速进行。

　 天然气是随着石油地层而伴生的宝贵资源。近年来，经过大面积勘探，发现陕西黄土高原北部是一个大气海。在南起甘泉王家坪、富县直罗镇，北至榆林县的广大地区内，天然气的远景储量约856亿立方米。延安地区储量约为33亿立方米，榆林地区储量约为800亿立方米。

　 油页岩是一种灰分高，可以燃烧的有机质岩石。陕西黄土高原区内，油页岩分布广泛。油页岩生成于内陆盆地静水还原和半流通环境，常与煤层共存和相邻，矿床类型属内陆盆地沼泽相式油页岩。赋存于延长群上部，侏罗系延安组和安定组三个层位。其中赋存于安定组中的油页岩分布不广，多在煤层中呈夹层出现。目前，已知有工业价值的油页岩有两套，一套是延安组顶部的油页岩层，主要分布在延安、子长等地；另一套是安定组油页岩层，以安塞为中心，北至横山，东达清涧，南沿杏子河流域及洛河沿岸，以及宜君、黄龙等地均有分布，仅局部地段可开采利用。另外，像彬县水北沟、旬邑张洪镇、淳化安子洼等地的油页岩，厚1～50米，含油率5～7％，目前均未开发利用。

　 三、石灰岩

　 石灰岩是生产水泥、石灰、石材等的主要原料。陕西黄土高原南部的铜川一带和东北部的府谷一带为水泥灰岩的主要产地。奥陶系海相灰岩，广泛出露于耀县东南药王山、将军山及铜川市东南部，质量较好，储量巨大。奥陶系灰岩还出露在府谷北海子庙一带，沿着黄河谷地分布。目前，在这些灰岩出露区，已建成许多石灰岩矿，较大的石灰岩矿有：府谷上天桥、府谷东山、铜川黄堡石坡、铜川崖窑沟、铜川赵家山、耀县宝鉴山等。

　 1.府谷上天桥石灰岩矿

　 该矿位于县城东北12公里的黄河边。矿石含氧化钙 52.94％，氧化镁1.18％，属1级品。探明累计储量573万吨。矿体埋深0～26米，层厚14.7～18.7米，倾角2～7度，水文地质条件简单，宜于露天开采。此矿为府谷县水泥厂备用矿源。

　 2.府谷东山石灰岩矿

　 此矿位于县城东北约8公里的黄河边。矿体分上下两层，矿石均为Ⅰ级品。上层矿矿石氧化钙含量为54.43％，氧化镁含量为1.62％；下层矿矿石氧化钙和氧化镁的含量分别为53.64％和1.09％。上层矿厚1.2～2.3米，下层矿厚7.4～11.2米。探明累计储量为33万吨。矿层倾角4～8度，埋深0～12.4米，水文地质条件简单，宜于露天开采。此矿为府谷县水泥厂提供矿源。

　 3.铜川黄堡石坡石灰岩矿

　 此矿位于铜川市黄堡附近。探明累计储量约527万吨。矿石多为Ⅰ级品，大部分矿石含氧化钙53～55％，含氧化镁<1％。矿区缺水，水文地质条件简单，宜于露天开采。此矿是铜川水泥厂的备用矿源。

　 4.铜川崖窑沟石灰岩矿

　 此矿位于铜川市南7公里。矿石为1级品，主要指标为：氧化钙53.98～55.30％；氧化镁0.32～1.23％；二氧化硅0.92～1.61％；氧化铝0.09～0.12％；氧化铁0.13～0.22％。探明累计储量达1亿多吨。矿石破碎等性能较好，埋深0.50米，水文地质条件简单，宜于露天开采。此矿已由新川水泥厂开采。

　 5.铜川赵家山石灰岩矿

　 此矿位于铜川南6公里之南硝子河西岸。为致密块状灰岩，矿石含氧化钙>53％，含氧化镁<1％，探明累计储量约1000万吨，水文地质条件简单，已被铜川市水泥厂露天开采。

　 6.耀县宝鉴山石灰岩矿

　 此矿位于耀县药王山东。为高铝水泥和普通水泥特级、Ⅰ级、Ⅱ级品。探明累计储量6723万吨，水文地质条件简单，已由耀县水泥厂露天开采。

　 另外，在陕北地表附近没有石灰岩的广大黄土区，人们把第三系三趾马红土层与第四系黄土层中的海绵状钙质结核作为烧制水泥的主要原料。

　 陕西黄土高原区黄土广布，除可烧制砖瓦外，一些地方的黄土还可以作烧制水泥的丰要配料，主要的黄土矿有铜川库当沟、耀县五岩山和药王山等。

　 四、陶瓷粘土

　 陶瓷粘土主要分布在铜川一带的煤系地层中，在广大黄土区，三叠系延长群以及第三系三趾马红土之下也有零星分布。

　 铜川狼沟陶瓷粘土矿矿石为半硬质粘土，二氧化硅含量为59.09％，氧化铝，含量为26.04％，探明累计储量为17.9万吨，属于早二叠世内陆湖相沉积。水文地质条件简单，曾进行过地下开采，后因矿体不大，质量不高而停采。

　 铜川土黄沟陶瓷粘土矿位于黄堡附近，矿石为半硬质粘土，各项指标为：二氧化硅52.45～64.66％；氧化铝21.59～33.06％；氧化铁<2％；氧化钛0.74～1.34％，矿石物理性能良好，质量较高，属云母含铝粘土类，矿石为Ⅰ、Ⅱ级品，Ⅰ级品可做电瓷工业原料。探明累计储量22万吨。仍为早二叠世内陆湖相沉积。矿区水文地质条件简单，可进行地下开采。

　 子长县玉家湾镇和县城附近，在第三系三趾马红土层下，分布着陶瓷粘土，埋深0～5米，已揭露的矿体最厚可达5米，矿石颜色斑杂，以灰绿、浅紫、灰白色矿石质量较好，灰黑与黑色矿石质量较差。当地以此为原料烧制粗瓷制品。由于目前尚未进行勘探评价，其质量和储量尚不清楚。

　 清涧双庙一带，在三叠系延长群中，一些灰绿色粘土层呈条带状类夹在白垩层中。白垩占80～85％，粘土占15～20％。可做陶瓷业的原料和配料。

　 五、其他矿产

　 除上述矿产资源外，陕西黄土高原区还有铝土矿、池盐、铁矿、石英砂岩矿和矿泉水等。

　 1.铝土矿

　 铝土矿是提铝的矿石，另外还可以做高级磨料—人造刚玉、高铝水泥、耐火砖的原料等。陕西黄土高原区的铝土矿主要分布在府谷、铜川等地。主要有府谷天桥则和铜川上店铝土矿。

　 (1)府谷天桥则铝土矿

　 此矿是陕西省目前最大的铝土矿。矿体呈似层状，主要赋存于石炭统本溪组之灰色夹紫色铝土质页岩中，为滨海潟湖相沉积矿床。主矿体长1200米，宽1050米，平均厚4.83米。矿体最大埋深为92.9米，深采区平均埋深61米，露采区平均埋深26米。矿区水文地质条件简单，有利于开采。矿体的东北部和南部可以露采，露采部分的储量约占矿床总储量的60％，截止1979年底，此矿累计储量为891.6万吨。矿石质量较好，属一水硬铝石型铝土矿，各项指标为：氧化铝 57.64％；二氧化硅8.23％；氧化铁15.18％；氧化钛2.00％。另外，此矿还伴生分散元素矿镓等。矿层上部尚有煤层，此矿可以综合开发利用。

　 2.铜川上店铝土矿

　 此铝土矿与粘土矿共生，是生成于奥陶系灰岩古侵蚀面上的一种沉积矿产，常与山西式铁矿伴生。生成于桃曲坡群灰岩侵蚀面之上，上石炭统太原组的灰岩之下。属一水硬铝石型铝土矿，呈黄、浅黄、紫红色，矿石化学组成：氧化铝50.67～70.17％；氧化铁 3.31～10.67％；二氧化硅9.26～26.50％；氧化钛1.05～2.24％。矿体层位稳定，呈透镜状、似层状产于耐火粘土矿层或粘土岩层中。一般为单层，局部地区可见4～5层，厚度0.2～3米，最厚可达10米。累计储量为66.6万吨。矿体埋藏较浅，水文地质条件简单，宜于露天开采。

　 3.池盐

　 本区西北部的定边县内，分布着许多咸水湖—盐池。盐池水中除含食盐以外，还含有氯化钾、氯化镁和芒硝等盐类。这里采盐的历史可以追溯到汉代以前，汉代时，这里就有“盐池以为利”的记载。这里的盐池，目前采盐面积已达100多平方公里。生产原盐仅供食用。这里的池盐，粒大、色青、体重，味纯。产盐量占陕西省总产盐量的90％。较大的盐池有花马池、苟池、烂泥池等。对池盐综合利用大有可为。

　 4.铁矿

　 本区铁矿资源缺乏，仅有一些沉积式小型铁矿零星散布在府谷、子长、安塞、宜君等县。矿石主要为菱铁矿、褐铁矿和赤铁矿，一般品位较低，属于贫铁矿。府谷县境内，铁矿点相对较多，矿体呈鸡窝状，总储量约1.5亿吨，多由群众就地开采。

　 5.石英砂岩矿

　 石英砂是制造玻璃的主要原料，本区有神木县三塘石英砂岩矿等。三塘石英砂岩矿赋存于上三叠统地层中，是一种湖相沉积的石英砂岩。矿石为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级品。各级质量如表2.12 表2.12 神木县三塘石英砂岩矿矿石质量等级表

　 矿石级别　 二氧化硅 氧化铝 氧化铁

Ⅲ级品　 99.02％ 0.48％ 0.22％

Ⅳ级品　 98.39％ 0.69％ 0.38％

Ⅴ级品　 97.73％ 0.80％ 0.79％　 地表出露为透镜体状，产状近于水平，一般出露长150～300米，厚5～8米，最厚12.9米，最薄0.3米。截止1979年底，保有储量为214.4万吨。埋深不大，水文地质条件简单，已由神木县玻璃厂露天开采。

　 6.矿泉水

　 甘泉县美水泉是陕西黄土高原区出矿泉水的地方之一。美水泉位于县城南3.5公里的神林山和太皇山之间。有泉九眼，分布在约30平方米的范围内。据《甘泉县乡土志》记载，“美水自县西神林山发源，泉去地一丈，飞流激射，厥味甘美，以之作肴馔，虽盛暑不变味，烹茗亦香美”。又据《延安府志》记载，“隋炀帝北巡游于此，偶饮此水，顿觉心旷神怡，遂赐‘美水泉’，后取水于禁内，为隋唐两代皇宫专用”。据分析，美水泉水，味道甘美清凉，内含多种对人体有益的矿物质，是一种优质矿泉水，目前，该县美水厂以此泉水为原料生产的“甘泉矿泉水”已进入国内外市场。

　 淳化县境内的御泉和皇城泉是陕西黄土高原区另两处出矿泉水的地方。御泉日涌水量为150立方米，皇城泉日涌水量为600立方米，都是黄土高原区的名泉。相传汉高祖刘邦吃用过御泉之水，官庄乡的皇城曾是皇家避暑胜地。御泉和皇城泉的泉水为弱碱性、微硬、低矿化重碳酸盐—钠、钙、镁型水，无色透明，清凉可口，作为饮料水可与甘泉水媲美。

一、煤炭赋存的地质环境状况

1.地质概况

地质学中的鄂尔多斯盆地是指中朝板块西部连片分布中生界(特别是二叠系和侏罗系)的广阔范围。长期以来，地质工作者把它看作是一个独立的、自成体系的中生代沉积盆地。本书所研究的鄂尔多斯能源基地的范围与地质学中的鄂尔多斯盆地范围基本一致，大致在北纬34°～41°20'，东经105°30'～111°30'。具体的地理边界为东起吕梁山，西抵桌子山、贺兰山、六盘山一线。南到秦岭北坡，北达阴山南麓，跨陕西、甘肃、宁夏、内蒙古、山西5省(区)。面积约40万km2。

鄂尔多斯盆地是一个不稳定的克拉通内部盆地，盆地基底形成后，在其后的盖层发展演化过程中，先后经历了坳拉槽—克拉通坳陷(内部和周边)—板内多旋回的陆相盆地及其前渊—周边断陷等盆地原型的多次演化，现在的鄂尔多斯盆地是上述若干个盆地原型的叠加(孙肇才等，1990)。从中生界开始，基底地层对于盖层的影响就已经很不明显，并且表层褶皱在盆地内部也极不发育。所以盆地内中生界以上的地层产状大都比较平缓，断裂和裂隙比较少。

鄂尔多斯盆地的基底岩系分为两类，一类是由变粒岩岩相(麻粒岩、浅粒岩、混合花岗岩及片麻状花岗岩等)组成的太古宇另一类是由绿岩岩相组成为主(绿片岩、千枚岩、大理岩和变质伪火山岩)的中古元古界。基底岩系之上的沉积盖层年代自中元古界至第三系(古、新近系)，累积最大厚度超过10000m。其中，中古元古代在全盆地范围内沉积了厚达1500m的长城系石英砂岩和蓟县系合叠层石的硅质灰岩。早古生代在盆地中部沉积了400～700m的碳酸岩海相沉积，在南缘和西缘同期沉积达4500m。晚石炭至早二叠世早期，在本区形成了一个统一的以煤系地层为特征的滨海相沉积，沉积厚度为150～530m。晚三叠世盆地范围内部形成内陆差异沉降盆地，包括了5个明显的陆相碎屑岩沉积旋回，即晚三叠世延长组，早中侏罗世延安组、中侏罗世直罗-安定组、早白垩世志丹群下部及上部(孙肇才，1990)。早白垩世末期的燕山中期运动，导致本区同中国东部滨太平洋区一起，在晚白垩世至第三纪(古、新近系)期间，作为一个统一的受力单元，在开阔褶皱基础上发生大面积垂直隆起。就在这个隆起背景上，形成了环鄂尔多斯中生代盆地的以汾、渭、银川和河套为代表的新生代地堑系，并在其中沉积了厚达数千米至万米的以新第三系(新近系)为主的地堑型沉积。而盆地中心部位的晚白垩世至第三纪(古、新近纪)地层大面积缺失。

第四纪以来，鄂尔多斯盆地中南部大部分地区沉积了大厚度的黄土而其北部却由于隆起剥蚀而没有黄土沉积。

鄂尔多斯盆地南部大部分为黄土高原。黄土高原的地形外貌在很大程度上受古地貌的控制。基底平坦而未受流水切割的部分为黄土塬，而受到较强侵蚀的塬地则变为破碎塬。在陕北的南部和甘肃陇东地区的塬地保存较完好，如著名的洛川塬和董志塬。在流水和重力作用下，黄土地层连同基底遭到严重切割的地貌成为黄土梁和峁。另外，由于流水侵蚀还可形成狭窄的黄土冲沟和宽浅的黄土涧地，使梁峁起伏，沟壑纵横，地形支离破碎，是人为活动频繁、植被破坏与水土流失最为严重的地区。

鄂尔多斯北部隆起的高平原地区由于气候干旱，长期受风力侵蚀，形成众多的新月形流动沙丘和半固定、固定沙地。北部有库布齐沙漠，南部有毛乌素沙地，东部为黄土丘陵。库布齐沙漠为延伸在黄河南岸的东西带状沙漠，大部分流动和半流动沙丘边沿水分较好。毛乌素沙地多为固定和半固定沙丘，水分条件较好，形成了沙丘间灌草地。

2.煤炭赋存的地质环境

鄂尔多斯盆地煤炭资源丰富，已探明储量近4000亿t，占全国总储量的39%。含煤地层包括石炭系、二叠系、三叠系和中下侏罗统的延安组。

(1)侏罗纪煤田

含煤岩系为下中侏罗统的延安组，由砂、泥岩类及煤层组成，其中泥岩、粉砂岩约占70%左右，透水性弱，其上覆直罗组、下伏富县组均为弱透水岩层。侏罗纪地层中地下水的补给、径流条件差，以风化裂隙为主，构造裂隙不很发育，风化带深度约40～60m，风化带以下岩层的富水性很快衰减。矿井涌水量在一定深度后不仅不再随开采深度的增加而增大，而且会减少，风化带以下地下水径流滞缓，水质很差，矿化度高。矿床水文地质类型一般属水文地质条件简单的裂隙充水型。但在有第四系松散砂层(萨拉乌苏组)广泛分布及烧变岩分布区，水文地质条件往往变得比较复杂，特别在开采浅部煤层时、可能形成比较严重的水文地质和地质环境问题。按照矿井充水强度及水文地质条件的差异，可将侏罗纪煤田划分为4个水文地质分区:①黄土高原梁峁区。主要分布于盆地北部。区内地形切割强烈，上部无松散岩层覆盖或砂层巢零星分布，降水量少而集中，不利于地下水的补给与汇集，岩层富水微弱，矿床充水以大气降水为主，矿井涌水量很小，矿床水文地质条件简单。②烧变岩分布区。沿主要煤层走向呈带状分布，深度一般在60m以浅，宽度受煤层层数、间距、倾角、地形等因素控制。岩层空隙发育，透水性能好，其富水性取决于补给面积和含水层被沟谷切割程度，当分布面积较大或上覆有较广泛的第四纪砂层时，富水性较强，对浅部煤层开采有影响，也常是当地重要的供水水源。③第四系砂层覆盖区。砂层出露于地面且广泛覆盖于煤系之上，厚度数米至数十米，甚至更厚。区内大气降水虽然较少，但砂层的入渗条件很好，可以在大范围内获得大气降水的就近渗入补给，然后汇集到砂层厚度较大且古地形低洼处，以泉或蒸发的形式排泄，在矿井开采浅部煤层时常是最主要的充水水源，可能出现涌水、涌砂问题。该区浅部煤层开采矿床水文地质条件中等至复杂居多。砂层水和烧变岩水往往有密切的水力联系，赋存有宝贵的水资源，但不适当的采煤和采水都可以导致大面积补给区的破坏和水质的污染及生态环境的恶化。因此，在煤田开发中应将采煤、保水和生态环境的保护作为一项系统工程统一规划。④一般地区。不用上述3个水文地质分区的其他地区。该区煤系地层地下水的补给条件不好，含水微弱，矿床水文地质条件属简单，少数中等，矿井涌水量多数为每小时1m3至数十立方米。

(2)陕北三叠纪煤田

该煤田位于盆地中部的黄土梁峁地区。地下水在黄土梁区接受大气降水的少量补给，在沟谷中排泄，径流浅，水量小，岩层富水性弱，风化带以下岩层富水性更弱，矿化度很高，水文地质条件多为简单，属裂隙充水矿床。

(3)石炭、二叠纪煤田

分布于盆地东、南、西部盆缘地区的石炭二叠纪煤田，煤系基底为奥陶、寒武系灰岩，是区域性的强含水层，煤系本身含水比较微弱，属裂隙-喀斯特充水矿床。其矿床水文地质条件的复杂程度，取决于煤系基底灰岩水是否成为向矿井充水的水源及其充水途径和方式。现分区叙述如下:①东部地区。包括准格尔煤田和河东煤田。煤系下伏灰岩强含水层的地下水位埋藏很深，常在许多矿区的可采煤层之下，煤系地层含水微弱，矿床水文地质条件简单，奥陶系灰岩水为矿区的主要供水水源。从长远看，当煤层开采延伸到奥陶系灰岩水位以下时，灰岩水将威胁到下部煤层的开采。②南部渭北煤田。奥灰水地下水位标高为380m左右，而煤层赋存标高从东至西逐渐始升。如在东部太原组煤层的开采普遍受到奥灰水的威胁，而西部铜川矿区的多数煤层则均赋存在灰岩地下水位以上。在渭北煤田，由于奥灰与煤系的接触关系为缓角度不整合，使得不同地区煤系下伏的灰岩岩性和富水性不同，形成不同的水文地质条件分区。380m水位标高以上的煤层，其矿床水文地质条件多为简单至中等，而380m水位标高以下的煤层，水文地质条件属中等至复杂。奥陶系、寒武系灰岩沿煤田南部边缘有部分山露或隐伏于第四系之下，接受大气降水直接或间接补给，灰岩和强径流带也沿煤田的南部边缘分布于浅部地区。故开采浅部煤层时，矿井涌水量大，开采深部煤层时突水的可能性增大，但水量则有可能减少。在韩城矿区北部，黄河水与灰岩水之间有一定的水力联系。灰岩水是当地工农业的最主要水源、要考虑矿坑水的综合利用和排供结合。③西部地区。煤系与奥陶系灰岩之间有厚度较大的羊虎沟组弱含水层存在，奥灰水不能进入矿井，煤系含水比较微弱，矿床水文地质条件多属以裂隙充水为主的简单至中等类型(王双明，1996)。

二、煤炭开发过程中的地质环境状况变化

煤炭开发引起的地质环境问题受矿山所处的自然地理环境、地形地貌、地层构造、水文气象、植被，以及矿产工业类型、开发方式等经济活动特征等因素的影响。目前鄂尔多斯盆地煤矿地质环境问题十分严重。地下开采和露天开采对矿区地质环境影响方式和程度不同。该区煤矿以地下开采为主，其产量约占煤炭产量的96%。尤以地下采煤导致的地质环境问题最为严重，主要地质环境问题以煤矿业导致的地质环境问题结果作为分类的主要原则，可以分为资源毁损、地质灾害和环境污染三大类型及众多的表现形式(表3-2)(徐友宁，2006)。

根据总结资料与实地调查，结合重点区大柳塔矿区及铜川矿区实际情况，我们重点介绍以下5个突出的地质环境问题:①地面塌陷及地裂缝②煤矸石压占土地及污染水土环境③地下水系统破坏及污染④水土流失与土地沙化⑤资源枯竭型矿业城市环境恶化。

1.地面塌陷与地裂缝

地下开采形成的地面塌陷、地裂缝造成耕地破坏，公路塌陷，铁轨扭曲，建筑物裂缝，以及洼地积水沿裂隙下渗引发矿井透水等事故。在干旱地区由于地表水系受到破坏，导致矿区生产、生活，以及农业用水发生困难。同时，还可诱发山地开裂形成滑坡。

表3-2 煤炭开采的主要地质环境问题

地面塌陷和地裂缝在大中型地下开采的煤矿区最为普遍，灾害也最为严重。如甘肃的华亭煤矿，宁夏的石嘴山、石炭井煤矿和陕西的渭北韩城—铜川，以及神府—东胜煤田矿区。

由于黄土高原人口密集，地面塌陷对土地的破坏主要是对农田的破坏。陕西渭北地区的铜川、韩城、蒲白、澄合等矿务局各矿区位于黄土台塬，该区是陕西渭北优质农业产区和我国优质苹果生产基地，这些国有大中型老煤矿区几十年地下开采导致了地面塌陷、地裂缝，以及山体开裂，成为西北地区煤矿开发对农业生产破坏最为严重地区之一。陕西省采空区地面塌陷总面积约110km2，主要分布于渭北及陕北煤矿区。不完全累计，1999年底，铜川矿区地面塌陷63.82km2，占到全省地面塌陷区55.38%，其中80%为耕地。煤矿区的地面塌陷最为严重，这是因为煤层厚度较金属矿体要大，过采区的空间较金属及其他非金属矿山要大得多，且上覆岩层多为松软的页岩、粉砂岩及泥质岩层。煤矿地表塌陷和地裂缝的范围及深度与采煤方法、工作面开采面积、采区回采率，以及煤层产状等多种因素有关。一般而言，埋深愈浅，开采面积越大，地面塌陷、裂缝范围及深度也越大。榆林神府矿区大砭窑煤矿开采5#煤层，煤层4～6m，埋深90～100m，1992年5月5日，矿井上方发生地面塌陷12000m2，陷落深度0.7m。宁夏石嘴山市石嘴山煤矿开采面积5.15km2，而塌陷面积已达6.97km2，是其开采面积的135%，形成深达8～20m地表塌陷凹地，部分地段的裂缝宽达1m。矿区铁路运输基地高出塌陷区10～20m，使得矿山企业每年用于铁路垫路费高达100万元，穿越矿区的109国道被迫改道。

陕西省煤矿采空区地面塌陷总面积约110km2(表3-3)，主要分布于渭北及陕北煤矿区。其中铜川市老矿区因开采较早，地面塌陷比较严重，到1999年底，不完全统计其地面塌陷63.82km2，占到全省地面塌陷区55.38%，其中80%为耕地。而神木县近几年煤矿开发力度不断增大，加之煤层埋藏较浅，地面塌陷程度增大，截至2001年，该县乡镇煤矿造成地面塌陷达5.32km2。

表3-3 鄂尔多斯能源基地陕西境内煤矿区地面塌陷

(据西北地矿所)

陕西省渭北煤田的铜川、黄陵、合阳、白水、韩城各矿区、陕北神府煤田的大柳塔、大砭窑、洋桃瑁、沙川沟、刘占沟、新民矿等矿区，均出现有不同程度的地面塌陷、地裂缝及山体滑坡，造成大面积的农田被毁、房屋开裂、铁轨扭曲、公路塌陷、矿井涌水等。2001年7月，特大暴雨使黄陵店头陕煤建五处矿区仓村三组的1.2hm2耕地发生地面塌陷、地裂缝，地裂缝最宽可达15m，塌陷落差达7.45m，60%耕地已无法复垦，农田搁荒，预计经济损失达270万元。铜川煤矿区地裂缝5400余条，以王石凹煤矿为例，在1∶5000的地形图上填绘的裂缝就有70多条，总长度近7000余米。神府矿区大柳塔矿201工作面煤层埋藏浅，1995年7月10日开始回采，放顶后地表形成裂缝，实测裂缝区面积为5742.5m2。第一期开采计划完成后，预计未来大柳塔矿采空区总面积5.8hm2，可能发生地裂缝区域总面积约5.45hm2。裂缝区与采空区面积之比为0.94。目前塌陷面积达到7.7km2。20世纪90年代，甘肃窑街矿区矿井地面占地598.1hm2。地面塌陷20处共计443.54hm2，地面塌陷面积比80年代扩大了48.4%，每年以14.47hm2的速度扩大，10年间因塌陷引起的特大型山体滑坡等灾难性地质事故数起。80年代造成水土流失面积449～550hm2，90年代达到663～720hm2。

2.煤矸石压占土地及污染水土环境

煤矸石是采煤和选煤过程中的废弃物，通常占煤矿产量的12%～20%，是煤矿最大的固体废弃物之一，其堆积会压占土地植被。陕西黄陵店头地处黄土高原地带，小流域地区的森林植被良好，但是部分煤矿排放的煤矸石堆积在山坡上，压占了生长良好的杂木林。陕西韩城下峪口黄河滩地湿地芦苇茂密，生态环境良好，但是下峪口煤矿排放煤矸石填滩造地，却压占并破坏了黄河湿地生态资源与环境，应引起有关部门的高度重视。煤炭资源大面积连续开采，造成了难以恢复的地下水破坏，同时导致地表河流流量锐减，生态环境破坏。1997年以来，陕西神府煤田开发区已有包括窟野河在内的许多河流出现断流。

煤矸石堆积长期占压土地。截至2000年，铜川矿务局下属12个矿山，煤矸石累计堆存量1264.99万t，大小矸石山150余处，其中100万t以上的矸石山35处，矸石压占2.37km2。

堆积的矸石山易发生自燃，产生大量硫化氢等有害气体，对周边村民身体健康产生很大危害。据有关资料，每平方米矸石山自燃一昼夜可排放CO10.8kg，SO26.5kg，H2S和NO22kg等。依据国家卫生标准规定，居民区大气环境中有害物质的最高允许浓度SO2日均浓度为0.15mg/m3、H2S为0.01mg/m3，显然，煤矸石自燃区的大气环境污染超过了国家标准，必然危害居民身体健康。

陕西铜川矿务局下属共有13个矿井，其中6个矿井煤矸石堆存在自燃(图3-2)，矸石山周围SO2，TSP，苯并芘等都严重超标，据有关资料在自燃矸石山周围工作过5年以上的职工患有不同程度的肺气肿。陕西韩城桑树坪矿矸石山自燃造成空气中SO2和CO2严重超标，其中SO2浓度平均超标16倍，CO2浓度平均超标20倍。在这种空气环境下，甚至发生了工人昏倒在排矸场的现象。

图3-2 铜川矿务局王石凹煤矿正在冒烟的矸石山

煤矸石不仅造成大气污染，矸石山淋滤水还会造成临近地表水源、地下水，以及矸石山下伏土壤的污染。本次调查在铜川矿务局金华山煤矿采集的矸石山淋滤水样，颜色发黑，经检测发现是酸性水，pH值为2.82，COD为812.5mg/L，悬浮物含量128.0mg/L，重金属含量汞、镉、铜、镍、锌、锰均超标在三里洞煤矿采集的矸石山淋滤水pH值为1.77，COD为621.6mg/L，TDS含量达160.658g/L，水化学类型为Mg·SO4型这些矸石山淋滤水流入地表水体或渗入土壤，都会造成一定程度的污染。

3.地下水系统破坏及污染

鄂尔多斯能源基地煤炭开采区大多为严重缺水地区。矿井疏干排水造成地下水均衡系统的破坏，地下水位下降，水量减少。煤矿酸性及高矿化度井水造成地下水污染，加剧了水资源危机。煤炭资源大面积连续开采，造成了难以恢复的地下水破坏，同时导致地表河流流量锐减，生态环境破坏。1997年以来，陕西神府煤田开发区的不少河流断流，如2000年窟野河断流75d，2001年断流106d。由于煤矿采空区裂缝遍布，最宽达2m多，局部地区地面下降2～3m，导致原流量达7344m3/d的双沟河已完全干涸，400多亩水田变为旱地，杨树等植被大片枯死。

陕西渭北铜川、蒲白、澄合和韩城等煤矿是矿井突水主要发生地，素有渭北“黑腰带”之称的铜川、蒲白、澄合、韩城四大煤矿区又是高瓦斯矿区，1975年5月11日，铜川矿务局焦坪煤矿前卫矿井发生重大瓦斯煤尘爆炸事故，死亡101人，受伤15人，全井造成严重破坏。2001年4月，铜川、韩城两起瓦斯爆炸造成86人死亡的重大恶性事故，社会影响极坏。

陕西省的矿井突水主要发生在渭北铜川、蒲白、澄合和韩城等煤矿区。1989年，上述4个矿务局27个煤矿31处自然矿井，受地下水威胁的矿井占32.3%。据不完全统计共计发生矿坑突水36次，其中1975～1982年该区发生奥灰岩土石事故29次，占其矿井突水事故地80.56%。该区矿井下水灾主要来源于奥灰岩岩溶水和古窑采空区积水。1960年1月19日，铜川矿务局李家塔煤矿发生老窑突水53476m3，淹没巷道18条，总长1880m，直接经济损失7142元，死亡14人。20世纪60年代以前，该区带主要矿井巷道还位于+380m水平面上，70年代后，蒲白、韩城、澄合等新建矿区部分开拓巷道位于+380m水平面之下。1974年以后，象山、马沟渠、桑树坪、董家河、权家河、二矿、马村矿相继发生奥灰岩突水事故29次，淹没巷道万余米，致被迫停产，重掘巷道的巨大损失，直接经济损失近2000万元。

宁夏石嘴山煤矿区因地面塌陷，地裂缝交错，地面低凹积水，地表水沿裂隙进入地下巷道，使矿区多次发生突水事件，造成人员伤亡和巨大的经济损失(表3-4)。

表3-4 宁夏石嘴山煤矿矿井突水一览表

陕西黄陵县店头沮水河两岸分布着十几家个体小煤矿，不顾后果在河道下采煤，在8km2范围内形成4处较大的塌陷区，均横跨沮水河床，地裂缝达20cm，最大塌陷区面积达1000m2以上，大片耕地塌陷，民房出现裂缝，饮水井水量和水质发生变化。1998年9月13日个体小煤矿牛武矿非法开采沮河河床保安煤柱，并越界穿过沮水河，同个体水沟小窑多处相互打通，发生矿井透水，最终导致苍村一号斜井西采区被淹，使陕西黄陵矿业公司一号煤矿主平硐在1999年“3.24”发生重大突水事故，涌水量瞬间增至800m3/h，迅速淹没了3条平硐。小煤窑无序采煤不仅造成自己淹井停产，也给黄陵矿业公司造成直接经济损失3401万元，间接经济损失3100万元。同时，沮水河河水在上游进入煤矿采空区后，又在下游报废小煤窑井口流出排入沮水河，给居民生产和生活带来了很大困难。黄陵个体煤矿无序开采诱发的矿井突水事故再一次说明采矿业的发展必须遵循可持续发展原则，合理布局，加强矿业秩序的日常监督管理，才能使整个采矿业沿着健康的轨道发展。

长期以来，由于技术水平所限和认识不足，矿井水被当作水害加以防治，矿井水被白白排掉而未加以综合利用和保护。2000年，西北地区国有矿井煤产量3785万t，平均吨煤排水量1.3t，其他矿井煤产量5209万t，平均吨煤排水量0.324t。西北地区的煤矿主要位于干旱、半干旱地区，矿区水资源匮乏，毫无节制的排水不仅大大破坏了地下水资源，增加了吨煤成本，而且还导致地面塌陷、地下水资源流失、水质恶化，还可能造成地下突然涌水淹井事故。

煤矿矿井水多属酸性水，未加处理直接排放，加剧了干旱地区矿山用水危机。陕西、宁夏、内蒙古部分矿井水pH值均小于6，陕西铜川李家塔矿井水pH值更低为3。酸性矿井水直接排放会破坏河流水生生物生存环境，抑制矿区植被生长。甘肃、宁夏、内蒙古西部大部分矿井及陕西中部和东部等矿井水是高矿化度水，一般矿化度均大于1000mg/L。

2002年7月在陕西渭北煤矿区的一些矿务局调查时发现，陕西白水部分矿山存在将坑道废水直接排入地下岩溶裂隙，导致岩溶水污染，此问题应引起有关部门的高度重视，尽快采取措施保护岩溶水，使地下水资源不受污染。

4.水土流失与土地沙化

水土流失导致的土壤侵蚀是生态恶化的重要原因。黄土区、黄土与风沙过渡区的矿区水土流失量最大。陕西的铜川、韩城、神府煤矿区宁夏的石嘴山、石炭井煤矿区陕蒙神府—内蒙古东胜水土流失都十分严重。有关环境报告资料预测，陕西神府—内蒙古东胜矿区平均侵蚀模数按1.21万t/km2·a，面积按3024km2计算年土壤侵蚀量为3659.04万t。据几个矿区开发前后不同时期的遥感资料以及河流、库坝、泥沙资料综合分析和计算表明，煤矿开采后水土流失量一般为开采前的2倍左右。内蒙古的乌达等矿区，侵蚀模数达10000～30000t/km2·a，是开采前水土流失量的3.0～4.5倍。陕西黄陵矿区建矿前土壤侵蚀模数为500t/km2·a，建矿5年后，土壤侵蚀模数已达1000t/km2·a。随着矿区的开发水土流失问题日益严重，不仅破坏了生态环境，还直接威胁矿区安全。例如，陕西神木中鸡煤矿由于矿渣倾入河道，占据河床2/3的面积，1984年8月雨季时河水受阻回流，造成特大淹井事故。

煤炭开采形成的地面塌陷造成浅层地下水系统破坏，使塌陷区植被枯死，为土地沙漠化的活化提供了条件。其次，露天煤矿、交通及天然气管道工程建设占用大量耕地，破坏植被，使表土疏松，使部分原已固定和半固定沙丘活化。戈壁沙漠区煤矿废渣堆放，风化加剧了土地沙化。

陕西神府煤田矿区大规模开发以及地方、个体沿河沟两岸乱挖滥采，破坏植被，导致沙土裸露，加剧水土流失和土地沙化。自80年代中期开发以来，毁坏耕地666.7hm2，堆放废渣6000多万t，破坏植被4946.7hm2，增加入黄泥沙2019万t。据“神府东胜矿区环境影响报告书”提供的预测结果，若不采取必要的防沙措施，矿区生产能力达到3000万t规模时，将新增沙漠化面积129.64km2，煤矿开发导致的沙漠化面积为自然发展产生沙漠化面积的1.53倍，新增入河泥砂量480万t，比现有条件下进河泥砂量增加13.7%。

5.煤炭资源枯竭与城市环境恶化

鄂尔多斯现有煤田有些开发较早，可以追溯到20世纪五六十年代。起初，由于技术落后，造成资源浪费，加之很多矿区达到服务年限，到现在已无资源可采。如铜川矿务局是1955年在旧同官煤矿的基础上发展起来的大型煤炭企业。全局在册职工30041人，离退休人员32691人，职工家属约21.6万人。由于生产矿井大多数是50年代末60年代初建成投产的，受当时地质条件和开采条件所限，所建矿井煤炭储量、井田范围、生产能力小，服务年限短。80年代以来先后有9对矿井报废，实施关闭，核减设计能力396万t。目前全局8对生产核定能力965万t/a，均无接续矿井。东区部分矿井资源枯竭，人多负担重，生产成本高，正在申请实施国家资源枯竭矿井关闭破产项目。生产发展接续问题日益突出，企业生存发展面临严峻挑战。矿业城市的可持续发展受到地方政府及相关学者的关注。煤炭资源枯竭的直接后果是矿业城市面临转型，大量问题需要解决，如人员安置、环境改善、寻找新的主打产业等。

三、煤炭开发引起的地质环境问题对煤炭开采的影响

大规模的煤炭开发活动不但极大地破坏了当地的地质环境和生态环境，也在很大程度上制约了煤炭开采活动的正常进行，主要表现在以下几个方面:

(1)采煤塌陷及地裂缝造成水资源量减少、地下水体污染，影响矿区采煤活动的正常运行

采煤塌陷造成含水层结构破坏，使原来水平径流为主的潜水，沿导水裂隙垂直渗漏，转化为矿坑水在采矿疏干水过程中又被排出到地表，在总量上影响地下水资源。采煤塌陷形成塌陷坑、自上而下的贯通裂隙，使当地本就稀缺的地表水、地下水进入矿坑而被污染，使地下水质受到影响，进而影响到地下水的可用资源量。如在神府东胜矿区，采煤塌陷一方面使萨拉乌苏组含水层中地下水与细沙大量涌入矿坑，造成井下突水溃沙事故另一方面矿坑排水需大量排放地下水，既浪费了宝贵的水资源，又破坏了矿区的水环境(张发旺，2007)。

另外，采煤塌陷对水环境造成影响的最重要因素是塌陷裂缝。其存在不但增加了包气带水分的蒸发，造成地表沟泉、河流等的干涸，而且增加了污染物的入渗通道，从而导致土壤水和地下水体的污染。

西北煤矿区水资源原本缺乏，再加上塌陷及地裂缝造成的可用水资源量的减少，使矿井用水、洗煤厂用水、矿区生活用水等均面临严峻挑战。

(2)煤层及煤矸石自燃不但浪费了大量煤炭资源，而且影响煤炭开采

鄂尔多斯盆地北部的侏罗系煤田分布区，煤层埋藏浅深度只有0～60m，并且气候干旱，植被稀少，形成了有利于煤田大规模自燃的气候条件。因此煤层及煤矸石自燃大面积分布，如乌海煤田、神东煤田等。煤层及煤矸石自燃不仅会烧掉宝贵的煤炭资源，并且会影响煤炭开采、污染空气，造成巨大经济损失。

(3)矿坑突水事故不但破坏了地表水和地下水资源，往往也会淹没矿井巷道，严重影响煤炭开采，造成重大人员伤亡和经济损失

在我国，大部分石炭-二叠系煤炭开采时会受到水量丰富的奥陶系灰岩水的威胁。由于水量巨大，流速快，水压高，奥陶系灰岩水造成的突水事故往往十分巨大，如1984年6月发生的开滦范各庄煤矿发生的世界罕见的特大奥陶系灰岩水突水事故，突水4d内把范各庄煤矿淹没，又突入相邻的吕家坨煤矿并将其全部淹没，并向另一相邻矿林西矿渗水，经过4个月才完成封堵工作，造成的经济损失达5亿元以上。在鄂尔多斯盆地，石炭-二叠系煤层主要分布在铜川、蒲白、澄合和韩城一线，历史上共发生矿坑突水事故40余次。如1960年1月19日铜川矿务局李家塔煤矿发生老窑突水53476m3，淹没巷道18条，死亡14人。

陕西黄陵县店头沮水河两岸个体小煤矿无序生产，1998年9月至1999年3月造成一系列突水事故，给黄陵矿业公司造成的直接经济损失就有3401万元，间接经济损失3100万元。

李增学1，2　韩美莲1　李江涛3　吕大炜1，2

（1.山东科技大学地科学院 山东青岛 266510 2.山东省油气勘探开发工程技术研究中心 山东青岛 266510 3.中国科学院广州地球化学研究所 广东广州 510640）

作者简介：李增学，1954年生，男，山东沾化人，教授，博士生导师，主要从事煤地质学及能源盆地分析（lizengxue@263.net）。

基金项目：国家重点基础研究发展规划项目“多种能源矿产共存成藏（矿）机理与富集分布规律（项目编号：2003CB214608）”

摘要 煤是鄂尔多斯盆地主要矿产之一，是煤成气的主要源岩。分布于石炭—二叠系的本溪组、太原组、山西组，三叠系的瓦窑堡组和侏罗系的延安组及直罗组。上古生界烃源岩有机质丰度较高。鄂尔多斯盆地上古生界烃源岩皆达到成熟以上演化程度，并且具有南高北低的演化特点。晚古生代海陆交互相碎屑岩和碳酸盐岩储层体，经过成岩作用和构造叠加改造成为十分复杂的地质体，且被非渗透性的岩层所围限，从而形成各种形态和成因的低孔、低渗油气藏。研究表明，鄂尔多斯盆地发育四种生储盖组合关系：自生自储型、混合运储型、上生下储型、下生上储型。

关键词 煤成气 源岩 生储盖组合 时空分布 鄂尔多斯盆地

Analysis on Association and Spreading of Source rock，Reservoir and Cap Rocks of Coal-derived Gas in Ordos Basin

Li Zengxue1，2，Han Meilian1，Li Jiangtao3，Lu Dawei1

（1.College of Geo-Science，Shandong University of Science and Technology，Qingdao 266510；2.Engineering Technical Research Center of Petroleum and Gas Exploration and Development of Shandong，Qingdao 266510；3.Guangzhou Institute of Geochemistry of Chinese Academy of Sciences，Guangzhou 510640）

Abstract：Coal is one of the most important mineral resources in Ordos basin，and it is the primary source rock of coal-derived gas.The coal beds distribute in Benxi Formation，Taiyuan Formation and Shanxi Formation of Permian-Carboniferous，Wayaobao Formation of Triassic and Yan'an Formation and Zhiluo Formation of Jurassic.The abundance of organism in the hydrocarbon resources rock of upper Paleozoic was higher.The metamorphic grade of all of hydrocarbon resources rocks of upper Paleozoic in the Ordos basin was in excess of the extent of maturity and has the characteristic that the south is higher than the north.The reservoirs of clastic rocks and carbonate rocks of paralic deposits of upper Paleozoic were transformed into the complex geologic bodies after the diagenesis and the superposition of tectonics.Even they are surrounded by the non-permeable rocks，thus，the different low-porosity and low-permeability oil ＆gas accumulations with various patterns and causes of formation were formed.Studies showed that four kinds of association pattern of source rocks，reservoirs and cap rocks developed in the Ordos basin，which is source and reservoir in the same bed，lower-source and upper-reservoir，upper-source and lower-reservoir.

Keywords：Coal-derived gas；source rock；association of source rock，reservoir and cap rocks；spreading；Ordos basin

鄂尔多斯盆地是我国西部地区巨大的能源盆地，从古生界到中新生界沉积了大套的含油气和含煤地层，多种能源矿产共存富集规律研究是当今的热点课题。有关鄂尔多斯盆地煤、石油天然气、煤成气和煤层气、铀矿等的研究成果不断提出。煤的聚积对多种能源矿产共存富集具有特殊贡献，而煤成气是该盆地重要的天然气资料，其聚集成藏是多种能源矿产共存富集的主要组合形式之一，本文就鄂尔多斯盆地煤成气储、盖组合特点及其时空展布进行探讨。

1 鄂尔多斯盆煤成气源岩分布

煤是鄂尔多斯盆地主要矿产之一，是煤成气的主要源岩。自下而上有C-P、T和J三套含煤岩系[1]，主要分布于石炭—二叠系的本溪组、太原组、山西组，三叠系的瓦窑堡组和侏罗系的延安组及直罗组。石炭—二叠纪含煤地层形成于华北晚古生代聚煤盆地，三叠纪含煤岩系形成于华北三叠系大型内陆坳陷盆地，侏罗纪含煤岩系则形成于鄂尔多斯侏罗纪聚煤盆地。由于三大聚煤期盆地的大地构造背景不同，充填过程中形成的含煤岩系和煤层的特点各异[2]。

石炭、二叠纪含煤岩系以太原组和山西组为主要含煤层段，煤系和煤层在全盆地均有分布，但埋深2000m以浅者仅局限于盆地周缘。太原组一般含煤2～9层，可采及局部可采者2～5层，最大累计厚度20～30m，主要可采煤层位于中下部。山西组一般含煤2～3层，可采及局部可采1～2层，累计厚度和最大单层厚度均低于太原组，主要可采煤层位于中下部。

三叠纪含煤岩系以瓦窑堡组为主要含煤层段，含煤范围仅局限于黄陵、富县、延安、子长、子洲一带，其中只有子长一带达可采厚度，共含煤7～15层，可采者1层，厚1～2m，位于瓦窑堡组上部。

侏罗纪含煤岩系主要以延安组为含煤层段。煤层除在盆地中部延安、延川、延长一带不发育外，其他地区均有分布。该组共含煤10～15层。煤层在平面上的分布具有明显的规律性，盆地南部主要可采煤层单层最大厚度可达40～60m。盆地中部仅有煤线发育。盆地北部主要可采煤层位于延安组上部，最大单层厚度可达10m以上。

1.1 上古生界煤的时空分布特征

在鄂尔多斯盆地不同部位，石炭—二叠系煤的煤类是不同的，在北部主要为长焰煤、气煤，中部为焦煤，南部为瘦煤、贫煤和无烟煤。煤属于中—富灰、低—高硫煤，其中山西组以低—中硫煤为主，太原组以高硫煤为多。除北部准格尔地区为长焰煤外，其他煤产地均为烟煤。东带煤级由北向南变质程度增高：河东煤田北段（府谷—离石）为气煤，南段（离石—乡宁）为肥、焦、瘦煤，渭北煤田为瘦、贫煤（深部为无烟煤）。西带煤多属于气、肥、焦煤。河东煤田南段的离石、柳林、乡宁一带是中国主要炼焦煤基地。晚古生代共含煤11层，煤层的分布主要集中在盆地东西两侧，其中西部横山堡和环井一带厚度为12～26m，东北部的府谷和北部的伊9井区厚度为18～26m，榆林—蒲县一带厚度为10～14m，惟有鄂托克旗—吴旗一带厚度为4～6m；正宁以南厚度不足2m。总的来看，石炭—二叠系煤系在区内的分布，具有东西部厚、中部薄而稳定的特点，其中西部煤层累计厚度15～35m，中部煤层累计厚度4～8m。上述煤层，后期受构造运动抬升影响，盆地中东部保存较好，而盆地西部和南部保存相对较差（图1）。

图1 鄂尔多斯盆地上古生界煤层等厚图

1.2 三叠系煤层的时空分布特征

瓦窑堡煤系属于大陆盆地型沉积，含煤6 组共8～22层，最多30余层，煤厚一般0.05～0.40m，煤层总厚达11.00m左右，主要出露于铜川、宜君、富县、子长、榆林至神木一线，吴旗、志丹、安塞等地也有少量分布。岩性变化极大，以佳县—横山为界，瓦窑堡煤系具有沉积厚度北薄南厚、沉积粒度北粗南细的宏观沉积特征，北部主要为辫状河沉积的灰绿、黄绿、灰白色中细粒砂岩夹砂质泥岩、粉砂岩及煤线，南部西段主要为湖泊三角洲—浅湖—次深湖相沉积，尤其以清涧河、大理河一带最为发育，厚度为380m，铜川柳林沟厚200m左右，横山地区厚约190m，神木地区厚约180m。煤系主要发育于瓦窑堡组的上部，含煤性较好，含煤面积大，煤厚较稳定，是瓦窑堡煤系的主要可采煤层。瓦窑堡组沉积时，地壳升降十分频繁，导致湖水进退频繁，而且进退的时间较短，从而造成煤层层数多，但缺少厚煤层。所有煤层中，除5号煤层为主要可采煤层外，其余煤层极少见可采点。富煤中心分布于子长—蟠龙一带，陕北子长县和子洲县之间的三角洲平原聚煤中心煤层变化极有规律，厚度累计大于4m，从上三角洲平原—下三角洲平原—湖湾区，煤层厚度由薄变厚再变薄直至浅湖区尖灭（图2）。

图2 瓦窑堡煤系煤层累计等厚图

图3 中侏罗世早期延安组煤层累计厚度图

1—含煤岩系保存边界；2—煤层等厚线；3—厚度＞10m的区；4—厚度5～10m的区；5—厚度5～0.8m的区

1.3 侏罗系煤层的时空分布特征

侏罗纪含煤岩系是鄂尔多斯盆地中最重要的含煤岩系之一，由于其分布面积广，各地沉积环境不同，因而各地含煤性及聚煤作用的时空变化较大。盆地北缘和西缘含煤层层数多、分布面积广、横向较稳定、累计厚度大。而盆地南缘主要煤层厚度变化大，含煤性次于盆地北、西缘地区。其中延安组为主要含煤地层，富县组在局部地区有煤线或薄煤层。

延安组在盆地内最发育、分布最广、含煤性较好。在盆地北部横山、榆林、乌审旗、鄂托克旗、杭锦旗、东胜等地含煤3～27层，煤层总厚度达6～33m，局部可达40m以上。在盆地西部如马家滩、碎石井、磁窑堡、周家沟、王洼等地，延安组含煤6～26层，煤层平均总厚度18～33m，含煤系数为6%～12%。盆地南部，如华亭、彬县、焦坪等地含煤特点是煤层较少，一般1～10层，但煤层较厚，煤层总厚一般10～20m，最厚可达34m（图3）。

2 上古生界煤成气源岩演化与生气强度特征

2.1 气源岩地球化学特征

石炭—二叠系烃源岩主要是下二叠统山西组、太原组和上石炭统太原组一段及本溪组中所含的煤层、暗色泥岩和灰岩。

上古生界烃源岩有机质丰度较高。暗色泥岩有机碳含量一般为1%～2%，其中海陆交替沉积的上石炭统优于陆相沉积的下二叠统（表1）；氯仿沥青含 量 平 均 值 在 0.0378%～0.0964%之间；总烃含量为136.1～381.8g/t。煤的有机碳、氯仿沥青和总烃含量都较泥岩高的多（表1）。暗色泥岩和煤的烃/有机碳值都较低，小于2%，其中煤的更低，说明有机质向烃类的转化率较低，这是含煤地层所具有的特点。全盆地上古生界的暗色泥岩和煤所含有机质绝大多数为腐殖型，元素分析结果H/C 值一般＜0.8，平均值在0.6～0.7左右。鄂尔多斯盆地上古生界烃源岩皆达到成熟以上演化程度[3]，并且具有南高北低的演化特点，其总体规律是：盆地南部吴旗、庆阳、延安、黄陵一带有机质演化程度最高，Ro＞2.5%，以这一地区为中心，向盆地边缘呈环带状逐渐降低（图4）。总体上盆地东部已经处于高-过成熟阶段，产干气为主。

图4 鄂尔多斯盆地上古生界煤系镜质组反射率（RO）等值线图

（李克勤，1992）

表1 上古生界烃源岩地球化学特征表

2.2 生气强度分析

从气量上分析，上古生界烃源岩存在三个生气中心[4]（图5、图6）。

（1）南部富县-延安-庆阳生气中心。形成时间早，印支早期开始成为有效供气区，印支-燕山期该地区沉降幅度大，有机质热演化速度快，是天然气的主要生成期。

（2）北部乌审旗生气中心。燕山早期逐步形成，燕山中晚期为天然气主要生成期，至今仍具有生气能力，是一个晚期形成、持续供气的地区。

（3）西缘生气中心。分布面积小，燕山晚期开始成为有效供气中心，晚白垩世末，源岩抬升幅度大，终止生气。

图5 侏罗系沉积后上古生界生气丰度及天然气运移方向图

1—生气中心；2—剥蚀区；3—等深线；4—断层；5—天然气运移方向

图6 现今上古生界生气丰度及天然气运移方向图

1—生气中心；2—剥蚀区；3—等深线；4—断层；5—天然气运移方向

3 储集层特征

鄂尔多斯盆地演化各阶段诸原型盆地于不同沉积环境下，形成了早古生代海相碳酸岩储集体、晚古生代海陆过渡相碎屑岩和碳酸盐岩储层体，它们经过成岩作用和构造叠加改造成为十分复杂的地质体，其四周被非渗透性的岩层所围限，从而形成各种形态和成因的低孔、低渗油气藏。

3.1 上古生界砂岩储层特征

鄂尔多斯盆地晚古生代经历了由晚石炭世—早二叠世早期的澙湖、障壁、潮坪和三角洲的陆表海盆地到早二叠世晚期开始的河流—三角洲发育的内陆湖泊的演变过程，形成了多类、良好的储集体，主要以孔隙型砂岩为主。主力产气层位于二叠系下石盒子组、山西组。气层、含气层主要分布在靠近气源的山2、山1及盒9、盒8段。

山西组和下石盒子组储集层的基本特征是一套低孔隙度、低渗透率的致密砂岩，岩性主要有石英砂岩、岩屑石英砂岩和岩屑砂岩。孔隙类型以粒间孔、晶间孔和粒间微孔为主，岩石缝和粒间缝是主要运移通道。按照盆地砂岩储集层类型和分类标准，上古生界储集层以Ⅲ、Ⅳ类为主，Ⅰ、Ⅱ类仅发育于盆地北缘和西缘。其中，北缘溶孔发育，而西缘则溶孔、粒间残余孔兼具，总体上来说上古生界储集层是以低孔渗、细喉道、非均质性强为特点。

3.2 鄂尔多斯盆地古生代生储盖组合

3.2.1 主要封盖层

（1）下古生界封盖层

①古风化壳封盖层。主要是以泥质岩为主，按其与古风化壳的配置关系可以分为区域封盖层、间接封盖层和直接封盖层。

区域封盖层：上古生界上石盒子组和石千峰组是一套横向稳定以湖泊相为主的砂泥岩沉积，其中上石盒子组泥质岩厚度为100～140m，石千峰组泥质厚度141～205m。两套地层的泥质岩分布广泛，横向连续，不仅是古风化壳气藏区域盖层，亦是上古生界气藏的理想盖层。

间接封盖层：指古风化壳上覆石炭系与山西组含煤碎屑岩和海相碳酸盐岩沉积，在盆地分布广泛，主要岩性为泥质岩、煤层和泥晶灰岩，是好的封盖层。

直接盖层：是石炭系下部的铁铝泥质岩、暗色泥岩和泥质粉砂岩。

②内幕封盖层。指奥陶系碳酸盐岩内部，由于海侵—海退引起的沉积层序变化或沉积相变化而导致储集岩上覆形成的致密碳酸盐岩和海相泥质岩、蒸发岩组成的封盖层。

（2）上古生界封盖层

上古生界封盖条件主要是前面提及的上石盒子组和石千峰组湖泊相泥岩作为区域封盖层，此外山西组、太原组和下石盒子组内部广泛发育的三角洲平原分流河间洼地、沼泽相泥质岩，亦是很好的局域封盖层。

（3）中生界封盖条件

河间洼地、平原湖沼相泥岩为主的岩层是中生界最好的盖层，自下而上依次有长4+5浅湖相、湖沼相泥岩盖层、长3顶—长2下部的湖沼相、河间洼地相泥岩、砂质泥岩及延安组上部地层的平原河沼相泥岩、砂质泥岩和炭质泥岩为本区最佳盖层。

3.2.2 主要的储盖组合形式

根据生油层、储层与直接盖层的岩性组合关系可以将鄂尔多斯盆地油气藏划分为以下四种生储盖组合关系：

（1）自生自储型。自生自储型主要包括奥陶系碳酸盐岩自生自储组合，上古生界山西组、太原组、本溪组自生自储以及中生界延长组（尤以长2、长6为特征）的自生自储组合（图7a）。

（2）上生下储型。上古生界煤系烃源岩生成的天然气，向下穿层运聚，在其下方的古风化壳聚集的组合类型。在中生界含油组合中则主要是指以长7泥岩为主力生油岩，以长10-长8三角洲分流河道砂岩为储集层的组合形式（图7 c）。

（3）下生上储型。主要反映石油、天然气由下部烃源岩生成，向上运移聚集的组合类型，例如马家沟组生成的天然气在古风化壳中的聚集，上古生界煤系生成的煤成气在顶部石盒子组的储集以及以延长组为主力烃源岩，最终运聚到侏罗系延安组的油气聚集类型（图7d）。

（4）混合运储型。以上几种的组合。

4 结论

（1）通过鄂尔多斯盆地三个重要成煤期煤的时空分布特点的研究，认为晚古生代聚煤盆地为大型陆表海盆地、大型稳定背景下的陆相盆地，煤的聚积主要发生在盆地的东北部、东部和西部，而盆地中部和南部煤层厚度薄、分布不稳定；三叠纪瓦窑堡煤系属于大陆盆地型沉积，沉积厚度北薄南厚、沉积粒度北粗南细，由于该时期地壳升降十分频繁，导致湖水进退频繁，而且进退的时间较短，从而造成煤层层数多，但缺少厚煤层；侏罗纪含煤岩系是鄂尔多斯盆地中最重要的含煤岩系之一，但盆地内部含煤性及聚煤作用的时空变化较大：盆地北缘和西缘含煤层层数多、分布面积广、横向较稳定、累计厚度大，而盆地南缘主要煤层厚度变化很大。三个时期的聚煤作用为煤成气源岩发育奠定了物质基础。

图7 奥陶系生储盖组合类型示意

（a）自生自储型；（b）混合运储型；（c）上生下储型；（d）下生上储型

（2）通过对煤成气源岩气源岩地球化学特征、生气能力研究，认为鄂尔多斯盆地具有三个生气中心：南部富县-延安-庆阳生气中心、北部乌审旗生气中心和西缘生气中心。

（3）研究了鄂尔多斯盆地煤成气成藏的地层封盖条件，在此基础上，得出了该盆地的封盖层的三种组合形式“自生自储型、上生下储型和下生上储型”的认识。

参考文献

[1]中国煤田地质总局著.1996.鄂尔多斯盆地聚煤规律及煤炭资源评价[M].北京：煤炭工业出版杜

[2]王双明，张玉平.1999.鄂尔多斯侏罗纪盆地形成演化和聚煤规律[J].地学前缘，Vol.6增刊：147～155

[3]李克勤主编.1992.中国石油地质志（卷十二）.北京：石油工业出版杜

[4]付少英，彭平安，张文正等.2002.鄂尔多斯盆地上古生界煤的生烃动力学研究[J].中国科学（D辑），32（10）：812～818

陕西省煤炭资源丰富，含煤面积5.71×104km2，埋深2000m以浅的煤炭资源蕴藏总量超过3800×108t，煤炭资源分布呈现北富南贫的特点，秦岭以北约占全省的98%，以南不足2%。成煤时代主要为石炭－二叠纪、三叠纪和侏罗纪，主要煤田有渭北石炭－二叠纪煤田、陕北石炭－二叠纪煤田、陕北三叠纪煤田、黄陇侏罗纪煤田、陕北侏罗纪煤田、商洛石炭－二叠纪煤田和镇巴侏罗纪煤田等七个煤田（图0.1）。各个煤田均有煤层气分布，但具有资源价值的煤层气主要分布在陕北石炭－二叠纪煤田、渭北石炭－二叠纪煤田和黄陇侏罗纪煤田。全省2000m以浅煤层气资源量13095×108m3，位居全国第三位。

0.1.1 陕西省主要煤田

渭北石炭－二叠纪煤田：东起韩城，西至耀县，地层走向由北东向南西展布，有渭北“黑腰带”之称。东西长约220km，南北宽37～50km，含煤面积近1×104km2，划分为铜川、蒲白、澄合、韩城四个矿区。总体构造为一向北西倾斜的单斜，倾角5°～15°。蒲白、澄合两矿区断裂构造较发育，断层多成为井田自然边界。煤系为山西组和太原组，含煤11层，可采者3～4层，即3＃、5＃、10＃、11＃煤层。煤类以瘦煤、贫煤为主。

黄陇侏罗纪煤田：东起黄陵，经宜君、旬邑、彬县、凤翔、千阳等，西至陇县，长约280km，宽30～40km，含煤面积约1.1×104km2，为一向北倾斜的单斜。煤田内多出现宽缓的背、向斜，倾角多在3°～10°之间，个别地段15°左右。构造线以东西向或北东向为主。煤系为侏罗系中统延安组，含煤4层，可采者1～2层。划分为4个矿区和一个勘探区，即：黄陵矿区、焦坪矿区、旬耀矿区、彬长矿区、永陇勘探区。煤类主要为不粘煤、弱粘煤，黄陵矿区有少量气煤。

陕北三叠纪煤田：含煤地层分布范围包括延安、子长、子洲、安塞、米脂、横山等县、市，南北长约75km，东西宽约30km，含煤面积约2200km2，为一向西倾斜的单斜，倾角1°～5°。煤系为三叠系上统瓦窑堡组，含煤7～15层，可采者1～2层，即3＃、5＃煤层，主采为5＃煤。主采煤层的特点是薄而分布广，0.7m以上厚度仅分布于子长县境内，现仅规划一个矿区（子长矿区）。煤类为气煤。

陕北侏罗纪煤田：东北起于府谷至西南的靖边、定边，经神木、榆林、横山等县、市，长约300km，宽25～80km，含煤面积约17400km2。地层倾角1°～5°左右，为一大型向北西倾斜的单斜。煤层赋存稳定，划分为神府矿区、榆神矿区、榆横矿区和靖定预测区。煤系为侏罗系中统延安组，分五个含煤段，分别含5个煤层组，自下而上编为1＃、2＃、3＃、4＃、5＃，主采煤层为1＃－2、2＃－2、3＃－1、4＃－2、5＃－2五层。煤类主要为不粘煤、长焰煤，局部有弱粘煤。

图0.1 陕西省煤炭资源分布图

陕北石炭二叠纪煤田：分布于府谷、佳县、吴堡沿黄河以西一带，是山西河东煤田西延部分。以煤层埋深2000m为深部界线，划分为两个不相连接的分区，即府谷矿区和吴堡勘探区。府谷矿区与吴堡勘探区之间的佳县地区，因煤层埋深超过2000m，未作规划分区。煤田地层走向近于南北，为向西倾的单斜，断层稀少，褶皱不发育，地层倾角＜10°。煤系地层为山西组和太原组，含煤10层，主要可采煤层为3＃、8＃、9＃三层。煤类为焦煤。

0.1.2 陕西省煤层气资源

0.1.2.1 煤层气区块划分和资源量

根据全省煤田地质勘探钻孔的瓦斯资料，全省的煤层气可按含气量及平面分布特点划分为15个含气区，其中：①单层可采煤层烃类气体含量≥4m3/t，具有一定分布面积的矿区或勘探区，有渭北石炭－二叠纪煤田的铜川、蒲白、澄合、韩城矿区和陕北石炭－二叠纪煤田的府谷矿区和吴堡勘探区六个含气区；②单层可采煤层烃类气体虽≥4m3/t，但分布面积较小，并以孤立点出现的矿区或勘探区，有黄陇侏罗纪煤田的黄陵、焦坪、彬长矿区三个含气区；③单层可采烃类气体含量小于4m3/t的矿区或勘查区，有陕北侏罗纪煤田的神府矿区、榆神矿区、榆横矿区、孟家湾勘查区和陕北三叠纪煤田子长矿区，共五个含气区。

根据全省煤层气赋存情况，对韩城、澄合、蒲白、铜川、府谷、吴堡6个含气区计算了煤层气资源量。对黄陵、焦坪及彬长矿区，估算了煤层气资源量。全省1500m以浅共蕴藏煤层气资源量约13121×108m3（表0.1、表0.2）。

表0.1 石炭－二叠纪煤田煤层气资源量

表0.2 侏罗纪煤田煤层气资源量（埋深＜1500m）

通过对煤田煤储层展布、煤层气含量、煤层渗透率、煤变质特征、煤的吸附性能等条件的综合分析，认为渭北与陕北石炭－二叠纪煤田煤层厚度大（图0.2），煤层埋深适中，甲烷含量较高，生、储、盖条件较好，目前有在建和生产矿井，是煤层气勘探开发的理想地区，并具有重要的理论和实际意义。

图0.2 陕西省煤层气资源分布图

彬长矿区至2007年底，已有下沟、火石嘴、水帘、亭南、大佛寺等煤矿生产，其中有的矿井瓦斯涌出量每分钟超过150m3，从目前井下抽放获得的资料分析，本区具有良好的开发前景。

0.1.2.2 不同含气区煤层气地质特征

（1）渭北石炭－二叠纪煤田

煤层的埋深主要受地形和构造的影响。煤田边浅部地层倾角较陡，一般20°左右，局部有直立甚至倒转现象，一般埋深小于500m。煤田的中深部，地层倾角变小，一般5°～10°，地形高差变化较大，在澄合、蒲白、铜川三矿区，地层倾向近于正北。黄土台塬区煤层埋深一般为600～1500m，低山区煤层埋深一般在1800～2300m之间。韩城矿区地层倾向北西，煤层在山区边部埋深仅为0～200m。

3＃煤层厚0.18～9.26m，一般3.0m；4＃煤层厚度0～3.56m，一般1.00m；5＃煤层在韩城矿区厚0～7.19m，澄合矿区厚0.40～10.54m，蒲白矿区煤厚0～8.28m，铜川矿区煤厚0～8.18m；10＃煤层澄合矿区厚0～7.39m，蒲白矿区厚0～20.25m，铜川矿区厚0～6.62m。

煤层裂隙、割理发育程度各可采煤层相近。一方面与宏观煤岩类型有关，光亮型和半亮型中，内生裂隙发育，一般为20条/5cm。另一方面，煤层的割理与构造的关系较为密切。韩城北区压性、压扭性构造较发育，不利于煤层割理的形成，并常形成构造煤，阻止了煤层气的运移和逸散，有利于煤层气的富集，从而使北区各矿为高沼矿，相对涌出量较高，下峪口矿可达55.3m3/t，桑树坪矿可达56.09m3/t，但煤层渗透性很低，并常出现瓦斯突出现象。韩城南区张性构造发育，有利于煤层割理形成，煤层渗透率最高达2.5×10－3μm2。

（2）陕北石炭－二叠纪煤田

陕北石炭－二叠纪煤田煤层的内生裂隙较发育，割理不发育，就影响孔隙度和透气性的因素而言，陕北煤的变质程度较低，有利于煤中大孔隙的存在，推测煤层的透气性较高。煤层埋深主要受后期构造影响。地层倾向正西，煤田边浅部沿倾向约5～10km的范围，煤层埋深从露头增加到1000m，中深部埋深在1000m以上，沿走向在佳县以西煤层埋深大于2000m，使煤田一分为二，即南部吴堡区和北部府谷区。

府谷矿区：东部以黄河为界，北以陕西与内蒙古自治区边界为界，西部延伸较远，但埋藏深度1500m的边界位于新民镇—三道沟乡一带。1500m以浅面积893km2，资源量140×108t，探明区面积200km2，资源量53×108t。矿区含煤地层为石炭系太原组和二叠系山西组，含可采煤层11层，自上而下编号为3＃、4＃、5＃、6＃、7＃、8＃、9＃－1、9＃－2、10＃－1、10＃－2、11＃，其中3＃、4＃煤赋存于山西组，其余赋存于太原组。主要可采煤层为4＃、6＃、7＃、9＃－2，其余为局部可采煤层，煤层埋深200～1200m。根据总体规划，划分为西王寨、冯家塔井田等。西王寨井田4＃煤层厚度0.96～12.41m，平均6.93m，埋藏深度125.29～473.84m；6＃煤层厚度1.16～5.29m，平均2.29m，埋深141.03～501.98m；7＃煤层厚度0.80～7.52m，平均1.74m，埋深150.13～506.33m；9＃－2煤厚度1.41～8.60m，平均3.20m，埋深171.76～543.60m。煤类均为长焰煤—气煤，该区是陕西省炼焦配煤基地之一。

吴堡矿区：南起吴堡县城，北至丁家湾乡，呈长条形沿黄河西岸南北向展布，南北长约26km，东西宽2.8～5.6km，面积93.1km2。按照总体规划，划分为柳壕沟井田和横沟井田，两井田以柳壕沟北断层为界。矿区内含煤地层为山西组下段和太原组，总厚度131m，含煤4～14层，其中可采煤层5层，可采煤层总厚度2.89～16.58m，平均9.05m，平均含煤系数9.4%。山西组含煤3层，自下而上编号分别是S3、S2、S1号煤层。其中S3煤层厚度0.31～1.34m，平均0.76m，埋藏深度284.24～952.50m，煤层底板标高－180～－360m，煤层整体向西倾斜，倾角5°左右；S2煤层厚度0.30～1.62m，平均0.99m，埋藏深度294.18～962.40m，煤层底板标高－190～－250m，煤层整体向西倾斜，倾角5°左右；S1煤层厚度1.20～5.10m，平均2.74m，埋藏深度301.41～969.92m，煤层底板标高－240～－350m，煤层整体向西倾斜，倾角5°左右。太原组含可采煤层1层，编号T1，煤层厚度3.51～8.98m，平均6.03m，煤层埋藏深度380.74～1074.28m，底板标高－285～－260m，煤层整体向西倾斜，倾角4.6°。1500m以浅含煤面积813km2，资源量90×108t，其中探明区面积78.5km2，资源量15.3806×108t。煤类为焦煤JM25为主，肥煤FM36、FM26次之，少量焦煤JM24、气煤QM34、瘦煤S13和S14、焦煤JM15及中粘煤1/2ZN23。由于埋藏较深、开采技术条件复杂，暂时尚未开采。

（3）黄陇侏罗纪煤田

黄陵矿区：位于陕西省黄陵县境内，东距县城约55km。受沮水河及其支流长期切割和侵蚀，基岩裸露，沟壑纵横。区内森林植被广泛分布。地势呈西北高而东南低，最高点位于野猪窝附近，海拔1537m，最低点位于索罗湾一带，海拔1022.75m，相对高差514.25m。属地形较为复杂的中—低山区。延安组为含煤地层，地表无出露，属一套生油含煤内陆碎屑河、湖沼相沉积。厚度7.44～135.18m，平均92.30m，区内呈南薄北厚的变化规律，可采煤层有2＃、3＃两层，2＃煤层厚度0.05～6.75m，平均3.91m。3＃煤层厚0.85～3.80m，平均厚2.09m，煤层厚度变化较大。煤类以弱粘煤为主，少量1/2中粘煤。勘探阶段发现有3个孔煤层中甲烷含量大于4m3/t，分布面积约15km2，预计储量约3×108m3。勘探阶段施工的1个水文孔，当钻进到延安组第二段时，孔内有煤成气逸出，气量不大，导管引出点燃后火焰呈淡蓝色，火苗短而弱，30～40cm。分2次采集气体样品进行了化验测试，第一次测试结果，氧含量6.31%，氮含量41.69%，二氧化碳含量0.16%，甲烷含量51.27%，乙烷含量0.37%，丙烷含量0.20%；第二次测试结果，氧含量0.25%，氮含量13.54%，二氧化碳含量0.06%，甲烷含量85.06%，乙烷含量1.09%。2004年5月20～21日对孔内气体压力进行了测量，采用0.6MPa压力表，每30分钟测量一次，其值介于0.05～0.145MPa之间。另有1个孔钻进到三叠系时，天然气喷出，导管引出，火焰高达1m。

焦坪矿区：焦坪矿区位于陕西省铜川市耀州区和印台区境内，距铜川市约70km，矿区南北长26.5km，东西宽3.84km，含煤面积103.1km2。现由陈家山、下石节和玉华煤矿开采。矿区含煤地层为侏罗系中统延安组，厚度105～147m。主采4＃－2煤层和局部可采的3＃－2煤层。4＃－2煤层属全区可采，煤层倾角2°～5°，厚度一般6～14m，平均约10m。靠近煤层底板，普遍发育1～3m的劣质煤。煤层结构复杂，一般含矸2～3层，为炭质泥岩或泥岩，夹矸总厚度为0.1～0.5m。煤层直接顶为粉砂岩，厚度2～6m；老顶为中、粗粒砂岩，厚度10m左右；底板为根土岩及花斑泥岩，遇水极易膨胀，厚度4～12m。矿区4＃－2煤层赋存较稳定，构造及水文地质条件简单。3＃－2煤层仅局部可采（分布于下石节煤矿，现未开采），煤层厚度一般4～6m，平均厚度5m。煤质特征是，原煤灰分产率15%，全硫含量小于1%，发热量25～32MJ/kg。矿区三矿属高瓦斯矿井，煤层属极易自燃煤层，发火期3～6个月，最短24天。由于开采中煤、油、气共生，所以焦坪矿区开采地质条件既特殊，又十分复杂。2006年在该矿区转角勘查区钻探施工时，遇到井喷，喷出气体以二氧化碳气为主。

彬长矿区：位于彬县及长武县境内，彬长规划矿区东西长70km，南北宽25km，详查区面积913km2。矿区地层总体为一倾向北西—北北西的平缓单斜，在单斜背景上有少量方向单一的宽缓褶曲，地层倾角小于9°，构造简单。含煤地层为侏罗系延安组，4＃煤为主采煤层，位于延安组第一段的中部，厚度0.15～43.87m，平均10.64m。4＃煤为本区主要气源层，最大埋藏深度700m，结构简单，厚度大，分布面积广，可采面积达577.39km2。煤层气与成煤环境、煤化程度、煤厚、沉积构造及围岩性质等关系密切。彬长矿区4＃煤层气分带呈南北展布，即矿区东西部大面积范围内为煤层气风化带（CO2－N2带）。中部为N2－CH4带，局部地段为CH4带。煤层埋藏深度、煤变质程度、镜质组含量、煤层的顶、底板泥岩厚度与煤层气含量呈正相关关系。在顶、底板泥岩厚度＞4m时，其甲烷含量＞2.5mL/g；当泥岩厚度＜4m，其甲烷含量＜2.5mL/g。

0.1.3 煤层气赋存规律

研究表明，煤层中甲烷含量与煤层埋深、上覆基岩厚度等呈正相关关系（图0.3，图0.4），在渭北石炭二叠纪煤田，煤层瓦斯含量不仅受控于煤层埋深，同时也受控于地质构和煤层厚度。

图0.3 煤层瓦斯含量与煤层埋深关系

（据闫江伟等，2008）

图0.4 煤层瓦斯含量与上覆基岩厚度关系

（据闫江伟等，2008）

煤层气含量与构造的关系：一般在张性断裂发育的地区，煤层气含量低，如蒲白矿区杜康沟逆断层以南，有数条断距在100～300m的较大的正断层，呈北东向斜交于杜康沟逆断层之上，此处煤层气含量明显偏低。另外，在铜川矿区和澄合矿区边浅部以及韩城矿区的边浅部和南区，张性断裂也比较发育，因此，这些区域甲烷浓度和含量均较低。褶皱构造较发育的地区，有利于煤层气的局部富集，一般向斜轴部受挤压，孔隙少，吸附甲烷含量较背斜低，但易于保存；背斜轴部受到拉伸，裂隙、孔隙较发育，当顶板为泥质岩石时，甲烷含量高，当顶板为砂质或脆性岩石时，甲烷易于通过张裂隙散失，甲烷含量低。

甲烷含量与煤层埋深的关系：从渭北煤田四个矿区来看，浅部基本上属于瓦斯风化带，如铜川、蒲白、澄合三个矿区，埋深300m以浅，煤层气组分以N2为主，甲烷含量一般都小于4mL/g。各可采煤层甲烷含量＞4m3/t的分布区，韩城、澄合矿区多在煤层埋深300m以深，蒲白、铜川矿区多在400m以深。而韩城矿区，煤层埋深在1000m左右时，甲烷含量已达到19.99m3/t。甲烷含量随深度增加而增大，在本煤田中表现极为明显。

甲烷含量与煤层厚度的关系：一般煤层厚度越大，生、储气越多，甲烷含量就高。从煤田中各可采煤层所采瓦斯煤样统计分析，在正常情况下，同一煤层，深度相近时一般煤层厚的地区甲烷量较高。

1.概述

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中国最大的多纪煤田，世界特大型煤田之一，地跨陕、甘、宁、内蒙古、晋五省区，东西宽400KM，南北长600KM，平面略呈矩形。“鄂尔多斯”蒙语意为“很多的宫殿”，地质界多把黄河河套以南，渭河平原以北，吕梁山以西，贺兰山以东的区域称作鄂尔多斯地台，本煤田范围大体与之相当。鄂尔多斯煤田成煤期有古炭二叠纪、晚三叠纪、中侏罗世。按含煤岩分布，该煤田可划分为三个含煤带。

（1）东带。石炭二叠纪煤产地，包括准格尔、河东、渭北等。

（2）西带。石炭二叠纪煤产地为主，包括桌子山、贺兰山、韦洲等，另有汝箕沟等零星中侏罗世为产地。

（3）中带。其东侧有东胜、神木等中侏罗世及子长、牛武晚三叠世为产地；西侧有灵武、固原中侏罗世煤产地；南部有黄陵、彬县、陇县、华亭等中侏罗世煤产地。

2.地质构造

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本煤田系一近南北向构造盆地，向斜轴部在宁夏盐池——甘肃环县一线，东翼平缓（<10℃）、西翼稍陡（>20℃）。轴部由白垩纪组成，向两翼依次分布侏罗系、三叠系、二叠系、石炭系及奥陶系。向斜之上被新生界不整合覆盖。晚古生代及中生代地层均形成于华北更为广阔的沉积盆状格局，并使煤系得以保存。整个盆地构造条件简单，尤在东翼中小型褶曲断裂颇为少见。盆地内尚未发现火成岩。

石炭二叠纪煤系 包括晚石炭世本溪组（羊虎沟组）、太原组，早二叠纪世山西组及下石盒子组四组含煤地层。煤层情况如表1所示。

晚三叠纪世煤系 名瓦窑堡组，属上三叠统延长群的顶部层位，由陆相砂岩、泥岩夹煤层及油页岩组成，局部夹泥岩透镜体，厚186-412M。可采煤层仅分布于子长县及富县牛武两处煤产地。煤层层数最多可达32层，但多为薄煤层，仅有两层可采，可采煤层总厚0.31-4.66M。

中侏罗世煤系 名延安组，由陆相砂岩、页岩、粘土岩夹煤层组成，厚60-618M。除在陕西北部大理河以南、葫芦河以北、吴旗县以东地区，该组内无可采煤层外，煤田内其它部位均含有可采煤层（表2）

3.资源

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全煤田煤炭资源量约1800GT，其中埋100M以浅的约650GT。截止1989年底的探明储量总计346.4GT，各煤产地的探明储量为：准格尔25.3GT，河东50.3GT，渭北6.2GT，东胜73.3GT，陕北135.7GT，子长0.8GT，黄陵14.4GT，汝箕沟0.6GT，灵武25.4GT，华亭5.2GT，桌子山3.7GT，贺兰山2.5GT，韦洲横城3.0GT。

该煤田也是一个大型含油、气盆地，除在中西部华池——环县及银川——灵武一带已发现不少中、小型油田以及全盆地有不少中、小型气田分布外，近年又在靖边——横山一带探明天然气储量100GM3，成为中国陆上最大的天然气田。

4.煤质

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(1)石炭二叠纪煤多属中一富灰、低一高硫煤，一般山西组以产低一中硫煤为主，太原组以高硫煤为多。除北部准格尔为长焰煤外，其他煤产地均为烟煤。东带煤级在平面上由北向南变质程度增高：河东煤产地北段（府谷——离石）为气煤，南段（离石——乡宁）为肥、焦、瘦煤，渭北煤田为瘦煤、贫煤（深部无烟煤）。西带煤多属气、肥煤、焦煤。河东煤产地南段的离石、柳林、乡宁一带是中国主要炼焦煤基地。

（2）晚三叠世煤属低——中灰、中硫煤，为气煤。

（3）中侏罗世煤属中——低灰、低硫煤，除汝箕沟为无烟煤、黄陵有部分有气煤外，其他均为不粘煤、弱粘煤或长焰煤。煤田北部的东胜、陕北地区，煤的灰分极低，是中国著名的优质动力煤产地；而汝箕沟亦以特低灰分成为著名的优质无烟煤产地。

5.开采条件

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煤田中绝大部分地区地质构造和水文地质条件均很简单，属中国煤矿开采条件最好之处。但渭北、贺兰山、桌子山煤产地中小型断裂比较复杂。渭北中深部（标高+380M以下）还有受奥陶纪灰岩水威胁问题。在煤系埋藏浅部，煤层倾角平缓，适宜建设露天矿（准格尔、东胜、陕北、黄陵等）。现有开采矿井尚浅，暂多属低瓦斯矿井，仅在石嘴山矿区有瓦斯突出，因煤层甲烷随深度而增加，估计今后瓦斯突出危险会增大。煤尘爆炸在渭北、贺兰山、河东等处均已有所发生。中侏罗世煤层普遍有自然发火现象；石炭二叠纪煤层除贺兰山矿区外，一般不自然发火。

6.开发概况

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自宋代开始，渭北、河东、贺兰山等地即有采煤活动，在渭北还发现过早自战国时代的挖煤遗迹。目前，煤田内已建成九个矿务局，年产煤超过30MT，包括各种经营体制和规模的煤矿，近年来每年煤产量已近100MT。随着中国煤炭工业战略西移，该煤田已成为全国煤炭工业建设的重点。正在建设的大型煤炭基地尚有：准格尔（露天）、离柳、东胜、神木和华亭等。