廉欽龍

摘要:通過對平頂山煤田二疊系含煤地層沉積環(huán)境和巖性特征分析,從沉積體系上描述了該區(qū)二疊系含煤地層的巖性變化和煤層賦存特點(diǎn),為該區(qū)地質(zhì)“三邊”工作提供了分析和對比方法。

關(guān)鍵詞:二疊系沉積環(huán)境沉積體系

中圖分類號:TD82 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)04(c)-0119-01

1地質(zhì)概況

平頂山煤田位于華北晚古生代聚煤盆地的南帶,東西走向38km,南北寬10km～20km,含煤面積550km2,是我國大型煤炭生產(chǎn)基地之一。含煤地層由石炭系上統(tǒng)的太原組、二疊系下統(tǒng)山西組、下石盒子組及二疊系上統(tǒng)上石盒子組、石千峰組組成,地層平均總厚度1000m左右,自下而上共分9個(gè)煤段,含煤層數(shù)多達(dá)50層以上,其中主要可采煤層有5個(gè)煤段、6～8層,分別為:一5煤、二1煤(含二11、二12煤層)、四2煤(含四21、四22煤層)、五2煤、六2煤。二疊系地層是本區(qū)主要含煤地層,除上統(tǒng)石千峰組不含煤外,其它各組均含煤,總厚度850m～1000m,含煤地層總厚度750m左右。自晚石炭世晚期開始,海水從本區(qū)向東南方向發(fā)生大規(guī)模海退,形成了本區(qū)山西組二1煤段的障壁島沉積體系,隨后發(fā)生的短暫海浸,為二1煤的賦存創(chuàng)造了良好的條件,形成了本區(qū)二1煤層全區(qū)發(fā)育、厚度大(一般煤厚2.27m～7.92m,平均厚度5.37m)、沉積穩(wěn)定的特點(diǎn)。自二1煤頂板大占砂巖段開始,本區(qū)進(jìn)入三角洲沉積體系,陸續(xù)發(fā)育了三～九煤段,除三煤段局部可采,其它可采煤層變質(zhì)程度、煤厚及煤層穩(wěn)定性依次降低。

2地層序列

2.1 下統(tǒng)山西組(P1s)

與下伏太原組灰?guī)r整合接觸,頂界為砂鍋窯砂巖底面,發(fā)育2層～8層煤,為二煤段。本組一般厚度70m～95m,平均厚82.50m,下部由深灰色、灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖及條帶狀砂巖組成。中部為灰白色富含云母碎片及炭層面的中細(xì)粒砂巖,俗稱“大占砂巖”,為二1煤頂板砂巖,是控制二1煤層的良好標(biāo)志。上部由香炭砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖及薄煤組成,頂部為紫斑泥巖,含鮞粒,俗稱“小紫泥巖”。

2.2 下統(tǒng)下石盒子組(P1x)

本組連續(xù)沉積于山西組之上,以田家溝砂巖之底為頂界,砂鍋窯砂巖之底為底界,總厚275m～390m,平均厚325m,含三、四、五、六煤段。底部為淺灰－灰白色含礫長石石英砂巖,俗稱“砂鍋窯砂巖”,其上為含鋁土質(zhì)斑塊泥巖(大紫泥巖),全區(qū)基本發(fā)育,為區(qū)域良好對比標(biāo)志。三煤段平均厚82m,局部達(dá)到可采厚度,其余為炭質(zhì)泥巖或煤線,其上以老君廟砂巖與四煤段分界。四煤段平均厚75m,含煤5層～9層,其中四2煤大部可采。五煤段平均厚85m,頂部為五、六煤段分界砂巖,底部為四、五煤段分界砂巖,含煤3層～9層,五2煤大部可采,與四2煤同為本區(qū)主要可采煤層之一。六煤段平均厚90m,含煤2層～5層,除六2煤偶爾可采,其余為炭質(zhì)泥巖或煤線。

2.3 上統(tǒng)上石盒子組(P2s)

頂界止于平頂山砂巖之底,以田家溝砂巖之底為底界,與下石盒子組呈連續(xù)沉積,含七、八、九煤段。本組總厚240m～375m,一般厚312m,底部田家溝砂巖,為淺灰色～灰白色中粗粒砂巖,具有大型板狀交錯(cuò)層理,正反復(fù)合粒序結(jié)構(gòu),沉積穩(wěn)定,為本區(qū)良好對比標(biāo)志。

七煤段平均厚92m,為灰色、灰綠色砂質(zhì)泥巖、青灰色砂巖互層,頂部為七、八煤段分界砂巖,含煤2層～7層,七2煤局部可采,在十三礦淺部為主要可采煤層之一。八煤段平均厚80m,含煤2層～5層,八3煤偶爾可采,以炭質(zhì)泥巖及薄煤線居多。九煤段平均厚142m,由灰色～灰綠色泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖及灰白色細(xì)～粗粒石英砂巖和薄煤層組成,含煤6層～9層,煤質(zhì)較差,均不可采。本段底部砂巖含礫,局部含泥質(zhì)包體。

3沉積體系特征

3.1 障壁海岸沉積體系

晚石炭世晚期開始,海水逐漸由本區(qū)向東南方向撤退,在海退過程中,由晚石炭世的廣闊陸表碳酸鹽－濱海碎屑沉積環(huán)境演化為半咸水海灣環(huán)境,接受碎屑潮坪和瀉湖相為主的沉積,形成了本區(qū)山西組二1煤段下部的障壁海岸沉積體系,由障壁島相、潮坪相、瀉湖相、泥巖沼澤相組成。障壁島相在二1煤底部發(fā)育,巖性主要由細(xì)?；蛑辛Ｊ⑸皫r或巖屑石英砂巖組成,底部為沖刷面,局部含有大量泥礫,具交錯(cuò)層理。泥炭沼澤相以發(fā)育二1煤為主,分布穩(wěn)定,從二1煤的鏡質(zhì)組含量及硫分與下伏石炭系淺海相煤層相比明顯降低的特點(diǎn),反映了泥炭沼澤的沉積受海水的影響較小的沉積特征,與煤系下部的海退背景相吻合。

3.2 三角洲沉積體系

山西組上部自二1煤頂板大占砂巖開始,本區(qū)進(jìn)入三角洲沉積體系。三角洲沉積體系由前三角洲—三角洲前緣—三角洲平原的沉積序列組成,包括分流河道相、分流間灣相、決口扇相、河口砂壩相等。二1煤直接頂板巖性大多數(shù)以灰黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖為主,局部為中、細(xì)粒砂巖(大占砂巖),這是分流河道相砂巖對下伏泥巖沖刷所致,在本區(qū)二1煤頂板的黑色泥巖中發(fā)現(xiàn)半咸水雙殼類化石古泥羅蛤(Palaeonielo sp.)(據(jù)陳振國、趙元振、韓文俊等,1978),說明在二1煤泥炭形成后,有一次短暫的海浸發(fā)生,大占砂巖為河口砂壩相沉積,具向上變粗的逆粒序特征,含豐富的云母片。

上、下石盒子組仍然延續(xù)了山西組上部的三角洲沉積層序,形成了以陸源碎屑為主的復(fù)合三角洲體系,由前三角洲—三角洲前緣—三角洲平原組成的沉積韻律,自下而上大致可劃分為7個(gè)旋回,每個(gè)旋回正好為一個(gè)煤段,分別對應(yīng)三、四、五、六、七、八、九煤段,每兩個(gè)煤段之間均沉積有分界砂巖,其中以砂鍋窯砂巖、五六煤段分界砂巖、田家溝砂巖沉積較穩(wěn)定,為本區(qū)巖層對比的主要標(biāo)志層?；趲r性特征的分析對比,上、下石盒子組的三角洲沉積體系具有總體向上變粗的沉積層序特征,巖性由泥巖逐漸變?yōu)槟噘|(zhì)粉砂巖、粉砂巖、砂巖,說明了本區(qū)三角洲在形成過程中,不斷從陸地向海方向推進(jìn),形成了以前三角洲泥巖為底,向上依次沉積三角洲前緣砂巖和粉砂巖、三角洲平原分流河道砂巖和細(xì)粒沼澤泥巖,具有下細(xì)上粗的反粒序沉積序列,為一套多旋回的復(fù)雜三角洲沉積體系。

4討論

二疊系自山西組上部開始即進(jìn)入三角洲沉積體系,砂鍋窯砂巖的沉積在本區(qū)呈現(xiàn)具逆粒序特征的河口砂壩沉積環(huán)境,說明在砂鍋窯砂巖沉積期,本區(qū)已經(jīng)進(jìn)入三角洲前緣地帶。之后轉(zhuǎn)入大紫泥巖段的沉積,形成了厚15m～30m、具有區(qū)域?qū)Ρ忍卣鞯淖霞t色泥巖,俗稱“大紫泥巖”,呈紫紅色、灰黃色、灰綠色斑塊狀,含鮞狀和豆?fàn)铊F質(zhì)結(jié)核。從本區(qū)鉆探資料顯示,三煤段的聚煤作用并未形成有效的可采煤層,大多以煤線、炭質(zhì)泥巖為主,偶爾可采,局部連炭質(zhì)泥巖都未形成。大紫泥巖段的沉積環(huán)境一直以來多有爭議,有干燥環(huán)境和潮濕環(huán)境之爭,有氧化環(huán)境和還原環(huán)境之爭。不論大紫泥巖段形成于哪種環(huán)境,其對三煤段聚煤作用的影響是顯而易見的。因此,進(jìn)一步研究分析大紫泥巖段的沉積環(huán)境和紫斑的成因,將對了解三煤段的聚煤作用和當(dāng)時(shí)的古地理環(huán)境有著重要的意義。

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