任文林+任海鷹+周澤

摘 要： 依據(jù)研究區(qū)80余口鉆孔巖心成果，結(jié)合測井資料，并通過室內(nèi)測試分析和野外調(diào)查等手段，運用地層學、沉積學、地球化學、煤炭地質(zhì)學等理論。對該區(qū)龍?zhí)督M沉積古地理特征及聚煤模式進行了系統(tǒng)分析。結(jié)果顯示：研究區(qū)龍?zhí)督M識別出三角洲、瀉湖-潮坪2種沉積相類型、7種沉積亞相和17種沉積微相；識別出3個層序界面，將研究區(qū)龍?zhí)督M劃分為2個三級層序；SQ1時期沉積環(huán)境主要由瀉湖—潮坪轉(zhuǎn)換為碳酸鹽臺地局限潮下，其后發(fā)生海退，發(fā)育潮控三角洲平原亞相，煤層主要形成于潮坪和分流間洼地演變而來的泥炭沼澤沉積環(huán)境；SQ2時期沉積環(huán)境主要為河控三角洲相、障壁砂壩—潮坪—瀉湖相，該期三角洲范圍擴大，成為沉積主體，煤層主要形成于海退—海侵轉(zhuǎn)折期之后。在此基礎(chǔ)上提出了三角洲—潮坪、障壁砂壩—瀉湖—潮坪成煤環(huán)境。

關(guān)鍵詞： 煤炭地質(zhì)； 古地理特征； 聚煤模式； 泥堡井田； 貴州普安

隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略部署中“西電東送”工程的進一步實施，普安縣政府擬在青山鎮(zhèn)附近建一火電廠，把普安縣境內(nèi)的資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟發(fā)展優(yōu)勢，對研究區(qū)泥堡井田煤炭開采提出了更高的要求。而對泥堡井田煤層分布規(guī)律缺乏理論認識日益成為制約煤礦發(fā)展的主要因素，因此筆者依托所參與的普安縣泥堡井田的勘探項目工作，通過對研究區(qū)的巖石特征、構(gòu)造特征、層序地層格架等方面的研究，結(jié)合前人的部分研究成果對泥堡井田上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M煤層發(fā)育古地理特征及聚煤模式進行了系統(tǒng)的分析。

1. 地質(zhì)概況

1.1 構(gòu)造位置

研究區(qū)位于揚子準地臺西南緣，黔北臺隆六盤水斷陷普安旋扭構(gòu)造變形區(qū)，黔西南渦輪構(gòu)造帶上的下甘河斷裂與潘家莊背斜之間。亦是昆明山字型東翼反射弧與廣西山字型西翼反射弧的交接部位。在下甘河斷裂與潘家莊背斜間的次一級構(gòu)造主要是泥堡背斜和魚龍向斜，從區(qū)域構(gòu)造情況看，該背向斜發(fā)生于燕山運動期，是研究區(qū)主要控煤構(gòu)造（圖1）。

1.2 含煤地層及巖石學特征

二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M為本區(qū)的主要含煤地層，厚度179.20m～246.15m，平均厚度217m，與上覆長興組呈整合接觸關(guān)系，與下伏峨眉山玄武巖組呈假整合接觸關(guān)系，分為兩段。

下段：龍?zhí)督M底界標七（B7）鋁土巖底至標五（B5）灰?guī)r頂，厚度53.67m～84.10m，平均厚度68m，含可采煤層26號一層。主要以瀉湖—三角洲相為主，巖性主要為粉砂巖、細砂巖、灰?guī)r、泥灰?guī)r、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖、炭質(zhì)泥巖、煤、鋁土質(zhì)泥巖等組成，含有黃鐵礦結(jié)核和瘤狀菱鐵礦化石，以腕足類為主，次為瓣鰓類等動物化石及蕉羊齒、櫛羊齒等植物化石。

上段：長興組底界12號煤頂至標五（B5）灰?guī)r頂，厚度125.02m～162.01m，平均149m，含可采煤層17、18、19號三層。為海陸交互相沉積，巖性主要由細砂巖、石灰?guī)r、泥灰?guī)r、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖及煤組成，夾菱鐵巖薄層。在垂向上巖性呈砂巖—灰?guī)r—煤多旋回規(guī)律性變化。本段含豐富的腕足類、有孔蟲、蜓、瓣鰓類等動物化石。

2. 層序地層與沉積相特征

2.1 層序地層特征

通過鉆井巖芯觀察及測井、沉積地球化學相應(yīng)的研究，在上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M識別出3個層序界面，并將上二疊統(tǒng)劃分為2個三級層序（圖3），4個沉積體系域。（1）SQ1層序包括的地層從茅口組頂界到B5石灰?guī)r底面，層序底界為一區(qū)域性不整合面，頂界為區(qū)域性海退面SB1（區(qū)域不整合面—龍?zhí)督M不整合于茅口組之上）。該層序發(fā)育海侵和高位體系域。（2）SQ2層序由龍?zhí)督M上段組成，底部以B4灰?guī)r上部砂泥互層為界，即SB2（區(qū)域海退面—瀉湖潮坪向三角洲轉(zhuǎn)換面），頂部以B2灰?guī)r標志層為界，即長興組底界SB3（區(qū)域海侵面—三角洲向瀉湖潮坪、局限潮下轉(zhuǎn)換）。該層序發(fā)育海侵體系域及高位體系域。

2.2 沉積相特征

根據(jù)研究區(qū)鉆井資料，區(qū)內(nèi)主要發(fā)育砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)巖、碳酸鹽巖和煤，粒度較細，垂向上具有旋回性特征。SQ1劃分為含煤地層底界至B5，厚約69m，由鋁土質(zhì)泥巖、石灰?guī)r（B5、B6、B7等3層）和24、26、30煤層及泥巖、粉砂巖、細砂巖等組成一個完整的由海退—海進—海退的沉積旋回。石灰?guī)r與煤層相間為煤層的直接或間接頂板，多數(shù)為生物碎屑灰?guī)r，屬潮下低能環(huán)境沉積。SQ2劃分為B5至長興組底界，厚約149m，由石灰?guī)r（B2、B3、B4）、粉砂巖、細砂巖及泥巖和12、17、18、19、20、21、22煤層等組成，灰?guī)r為煤層的直接或間接頂板，其間發(fā)育了3層～4層石灰?guī)r，表明當時海進較頻繁，該地層為三角洲—潮坪相沉積。筆者根據(jù)鉆井、測井、古生物特征等資料分析，識別出三角洲、瀉湖—潮坪2種沉積相類型、6種沉積亞相和17種沉積微相（圖2、表1），隨著海平面的升降旋回，各相不斷遷移變化垂向上疊次出現(xiàn)，呈現(xiàn)多種組合樣式。

3. 古地理特征

筆者在對研究區(qū)鉆井層序內(nèi)砂巖、灰?guī)r含量特征進行統(tǒng)計，主要應(yīng)用優(yōu)勢相劃分方法，結(jié)合前人研究成果，對研究區(qū)晚二疊世龍?zhí)镀趯有蚋窦軆?nèi)古地理特征進行分析，并在此基礎(chǔ)上建立沉積相模式。

3.1 SQ1古地理特征及沉積演化

層序SQ1對應(yīng)龍?zhí)督M下段，研究區(qū)處于脈動式海侵作用過程中，為慢速海侵，快速海退的過程。區(qū)內(nèi)地殼緩慢下沉，海水侵入該區(qū)，在古風化面上發(fā)育了瀉湖—潮坪沉積體系。瀉湖主要發(fā)育于初期古風化面上的低洼地帶，以含鋁土質(zhì)、凝灰質(zhì)的高嶺石泥巖為特征，其上發(fā)育了局部煤線，初期的沉積反映了基底的不平整，沉積作用以填平補齊為特征，聚煤作用是在古風化面上低洼地帶發(fā)育。

最底部煤層形成之后，隨著海侵作用的繼續(xù)，龍?zhí)督M發(fā)育了下部的30號煤層，該煤層厚度較小，連續(xù)性差好，隨后的海侵形成了B6灰?guī)r標志層，并局部形成薄煤層，研究區(qū)以潮坪—瀉湖相為主；此后，海水退卻，造成了以潮控三角洲平原為主的沉積環(huán)境。

研究區(qū)層序SQ1總厚度較大，全區(qū)分布穩(wěn)定，均在100左右；灰?guī)r較厚呈北薄南厚展布，最厚在研究區(qū)西北部達15m（圖3），顯示該區(qū)海侵過程中發(fā)育了碳酸鹽臺地相局限潮下亞相；砂巖也呈北薄南厚展布，含砂率以南部最大，最大超過20%，斷續(xù)發(fā)育砂巖優(yōu)勢區(qū)，向東北方向砂巖含量逐漸減?。▓D4），漸變?yōu)榉凵皫r、泥巖、砂巖混合沉積，主要為潮坪相。由此，研究區(qū)形成了自北西向南東砂泥混合坪到泥炭坪微相轉(zhuǎn)變的古地理格局（圖5），并伴生潮控三角洲平原沉積體系。

SQ1聚煤中心位于研究區(qū)南部及背部，構(gòu)成中部向南、北向逐漸增厚的煤層分布（圖6），巖相古地理顯示三角洲平原演化而來的泥炭沼澤環(huán)境對聚煤作用更有利，區(qū)內(nèi)沉積了較厚的煤層。從垂向上看，由于動蕩的海侵環(huán)境導致海侵體系域中僅形成了較薄的30號煤層，主要可采煤層則形成于高位體系域中，該時段陸源碎屑供應(yīng)較少，沉積了較厚的泥炭沼澤，發(fā)育了26、19號煤層，但隨著海平面的逐漸下降，海退體系域中泥炭沼澤逐漸不發(fā)育，頂部僅在局部低洼處煤層較厚。

3.2 SQ2古地理特征

層序SQ2發(fā)育于龍?zhí)督M上段，底部以B4灰?guī)r上部砂泥互層為界，頂部以B2灰?guī)r標志層為界，即長興組底界。底部海侵過程中發(fā)育了B3灰?guī)r標志層，其后形成了碎屑和煤層為主的沉積，聚煤作用發(fā)育于由三角洲平原分流間洼地演化而來的泥炭沼澤，形成了較厚的18、17煤層；隨后隨著海侵作用的繼續(xù)，三角洲廢棄，聚煤作用發(fā)育于由瀉湖潮—坪相演化而來的泥炭沼澤中，這種沼澤受海水影響較大，穩(wěn)定性差，沼澤存在的時間短，所以形成的煤層較薄，且連續(xù)性差，隨后海退，造成以障壁砂壩—瀉湖—潮坪復合體系為主的粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖以及泥炭沼澤相煤層等沉積，區(qū)內(nèi)未形成可采煤層。

SQ2為區(qū)域性海退期，研究區(qū)幾乎不含灰?guī)r（圖7）。三角洲相及其后的障壁砂壩—瀉湖—潮坪復合體系構(gòu)成了該期的主體部分，巖性以中—細砂為主，砂巖呈北薄南厚展布，最后達60m以上，障壁砂壩環(huán)境砂巖含量可達近50%（圖8），發(fā)育范圍主要在研究區(qū)南部；研究區(qū)北部地區(qū)發(fā)育三角洲前緣亞相接受持續(xù)海侵演化而來的瀉湖相（圖9），含砂率略微降低。該期形成的煤層較厚，分布穩(wěn)定，巖相古地理顯示三角洲沉積—瀉湖—潮坪復合體系沉積環(huán)境有利于煤層發(fā)育，區(qū)內(nèi)分布穩(wěn)定（圖10）。

4. 聚煤模式

研究區(qū)龍?zhí)督M聚煤盆地以海侵式為主，18、17號煤層的成煤環(huán)境格局為瀉湖—潮坪組合；19號煤層為三角洲沉積環(huán)境；26號煤層則屬于明顯的三角洲平原—潮坪成煤。從而可以看出該區(qū)成煤環(huán)境以潮坪沉積環(huán)境為主，并以三角洲相為依存的古沉積體系。綜合分析認為研究區(qū)聚煤模式可歸納為三角洲—潮坪成煤模式、障壁砂壩—瀉湖—潮坪成煤模式（圖11）。

（1）三角洲—潮坪聚煤模式

主要為三角洲平原成煤，研究區(qū)比較發(fā)育。煤層多，厚度大，分布廣，穩(wěn)定性較好。如26、19、18煤層就是在此環(huán)境中形成的主要煤層。河控三角洲平原河道砂發(fā)育，但煤層發(fā)育較差，一般1米左右，常分叉合并，灰分一般較高，硫分低至特低；潮控三角洲平原位于三角洲朵體近海方向，受海水影響較大，煤層主要發(fā)育于三角洲平原分流間灣部位，向海方向尖滅，煤層灰分稍低而硫分高。聚煤作用主要發(fā)生在潮控三角洲平原向河控三角洲平原過渡地帶，隨著海侵、海退作用的交替，三角洲平原亞相分流間洼地接受沉積或分流間灣逐漸變淺演化成潮坪再演化為泥炭沼澤沉積環(huán)境，形成了該區(qū)域可采的較厚煤層。

（2）障壁砂壩—瀉湖—潮坪成煤模式

障壁砂壩、瀉湖、潮坪是晚二疊世較常見的成煤類型，在該區(qū)域內(nèi)發(fā)育于龍?zhí)锻砥?，以潮坪作為聚煤場所，煤層一般穩(wěn)定性好，比較連續(xù)，平行于岸線展布，結(jié)構(gòu)一般較簡單，可采性較好，但硫分一般較高，該區(qū)可采的17煤層作為該成煤模式代表。主要由寬廣的潮坪、開闊的瀉湖、障壁砂壩、潮汐通道和潮汐三角洲等環(huán)境單元組成，是煤層形成的良好場所。

5. 結(jié)論

（1）泥堡井田龍?zhí)督M主要發(fā)育區(qū)域性構(gòu)造不整合面、區(qū)域性海退面及海侵面三種層序界面類型，可識別出3個層序界面，將研究區(qū)龍?zhí)督M劃分為2個三級層序（SQ1、SQ2），每個層序識別出海侵體系域和高位體系域。

（2）依據(jù)相標志，在研究區(qū)龍?zhí)督M識別出三角洲、瀉湖—潮坪2種沉積相類型、7種沉積亞相和17種沉積微相。

（3）龍?zhí)对缙诎l(fā)生脈動式海侵，以慢速海侵，快速海退為特征，沉積主體為瀉湖—潮坪，構(gòu)建了SQ1，沉積相呈北東—南西向展布，主要發(fā)育潮坪相；龍?zhí)锻砥跒閰^(qū)域性海退過程，發(fā)育三角洲相、障壁砂壩—瀉湖相，構(gòu)建了SQ2，三角洲范圍擴大，成為沉積主體，煤層主要形成于海退—海侵轉(zhuǎn)折期之后，三角洲廢棄演化而來的障壁砂壩—瀉湖—潮坪復合沉積體系。

（4）在聚煤規(guī)律及控制因素分析的基礎(chǔ)上結(jié)合研究區(qū)晚二疊世古地理特征，提出了三角洲—潮坪及障壁砂壩—瀉湖—潮坪成煤模式。

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