劉任重 何香群

摘要：依據(jù)研究區(qū)15口鉆孔巖心錄井及觀察、測(cè)井資料，結(jié)合室內(nèi)測(cè)試分析和野外調(diào)查等手段，綜合運(yùn)用地層學(xué)、沉積學(xué)、地球化學(xué)、煤炭地質(zhì)學(xué)等理論。利用單因素綜合作圖法對(duì)習(xí)水福平煤礦區(qū)龍?zhí)督M巖相古地理進(jìn)行了系統(tǒng)研究且分析了龍?zhí)督M聚煤規(guī)律。結(jié)果顯示：研究區(qū)發(fā)育三角洲、有障壁海岸2種沉積相類(lèi)型、5種沉積亞相和13種沉積微相，包括一個(gè)三級(jí)層序，海侵體系域和高位體系域2個(gè)體系域。龍?zhí)对缙诎l(fā)生脈動(dòng)式海侵，以慢速海侵為特征，聚煤主體環(huán)境為潮坪沉積環(huán)境；其后發(fā)生海退，發(fā)育潮控下三角洲平原亞相，該時(shí)期三角洲沉積環(huán)境分布范圍擴(kuò)大，成為沉積主體，煤層主要形成于海退一海侵轉(zhuǎn)折期之后。從而形成了自南東向北西下三角洲平原至上三角洲平原過(guò)渡轉(zhuǎn)變的古地理格局，并伴生渴湖一潮坪沉積體系。

關(guān)鍵詞：煤炭地質(zhì)；單因素綜合作圖法；巖相古地理；聚煤規(guī)律；習(xí)水縣

貴州省是我國(guó)煤炭資源蘊(yùn)藏極為豐富的省份，素有“江南煤?！敝Q(chēng)。習(xí)水福平煤礦屬于二郎礦區(qū)，依據(jù)《國(guó)家發(fā)展改革委關(guān)于貴州省黔北礦區(qū)二朗區(qū)總體規(guī)劃的批復(fù)》（發(fā)改能源[2006]679號(hào)），黔北礦區(qū)二郎區(qū)煤炭礦井建設(shè)總規(guī)模為510萬(wàn)噸/年。因此，為了適應(yīng)《黔北礦區(qū)二郎區(qū)總體規(guī)劃》及《貴州省煤礦企業(yè)兼并重組方案》，中電投貴州金元集團(tuán)股份有限公司下屬的貴州習(xí)水福平煤業(yè)投資有限公司擬對(duì)研究區(qū)進(jìn)行進(jìn)一步勘探，以期能有所突破，提高煤礦的煤炭資源儲(chǔ)量，不僅能緩解地方能源緊張壓力，也能為當(dāng)?shù)厣踔临F州省未來(lái)的發(fā)展提供燃料能源保障。筆者作為勘探項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，對(duì)研究區(qū)煤田地質(zhì)資料進(jìn)行了充分分析研究，總結(jié)了該區(qū)上二疊統(tǒng)含煤地層特征及分布規(guī)律，尤其對(duì)其沉積環(huán)境巖相古地理進(jìn)行了系統(tǒng)研究，希望可以指導(dǎo)新的煤炭資源找礦工作，為該區(qū)煤炭生產(chǎn)提供更準(zhǔn)確的基礎(chǔ)地質(zhì)資料。

1.地質(zhì)背景

研究區(qū)大地構(gòu)造位置處于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)一黔北臺(tái)隆—遵義斷拱一畢節(jié)北東向構(gòu)造變形區(qū)東部的桑木背斜南東翼，研究區(qū)內(nèi)為單斜構(gòu)造，地層傾向122°～162°，一般135°左右，傾角22°～43°，一般為30°左右，未見(jiàn)明顯的次級(jí)皺曲現(xiàn)象，斷裂構(gòu)造不發(fā)育。二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M巖性主要以灰、深灰色細(xì)砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖等細(xì)碎屑巖為主，薄層狀、中厚層狀，水平層理、波狀層理，夾炭質(zhì)泥巖、煤層。產(chǎn)大量植物及植物根部化石。含煤及煤線(xiàn)9-12層，其中5、6、8、12號(hào)煤層為主要可采煤層。地層厚度62.77m～90.54m，平均厚度83.78m。

2.層序地層格架

龍?zhí)督M特指貴州省內(nèi)的一套位于峨嵋山玄武巖或茅口組之上、三疊系之下的海陸交互的含煤巖系，屬海陸過(guò)渡相地層，分布于習(xí)水、仁懷、金沙、織金、六枝、興義一帶，總體呈北東向展布。研究區(qū)龍?zhí)督M屬于典型的海陸過(guò)渡環(huán)境，受河流和海洋潮汐的雙重影響，沉積物既有河流攜帶的陸源碎屑，也有海侵期沉積的灰?guī)r和泥巖；原生沉積構(gòu)造，既有河流作用形成的各種交錯(cuò)層理，又有潮汐波浪作用形成的潮汐層理；植物化石與海相動(dòng)物化石混生，在時(shí)間和空間上，都表現(xiàn)為河流沉積和海洋沉積彼此過(guò)渡，犬牙交錯(cuò)。

筆者通過(guò)對(duì)研究區(qū)鉆孔巖芯以及實(shí)測(cè)剖面資料的分析，結(jié)合區(qū)內(nèi)龍?zhí)督M古生物特征、巖石學(xué)特征、垂向?qū)有蚣吧皫r展布特征、結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征、地球物化特征進(jìn)行了研究。在研究區(qū)內(nèi)共識(shí)別出三角洲、有障壁海岸2種沉積相類(lèi)型、5種沉積亞相和13種沉積微相（表1.圖2）。主要發(fā)育溻湖一潮坪亞相、三角洲相，以潮控三角洲平原亞相為主。上部發(fā)育潮控三角洲平原亞相、三角洲前緣亞相及溺湖一潮坪相，以平原亞相及前緣亞相為主，下部發(fā)育河控三角洲平原亞相、渴湖一潮坪亞相。

海侵體系域早期，研究區(qū)處于脈動(dòng)式海侵作用過(guò)程中，區(qū)內(nèi)地殼緩慢下沉，海水侵入該區(qū)，在古風(fēng)化面上發(fā)育了溻湖一潮坪沉積體系。主要發(fā)育于初期古風(fēng)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12煤層，初期的沉積反映了基底的不平整，沉積作用以填平補(bǔ)齊為特征，聚煤作用是在古風(fēng)化面上低洼地帶發(fā)育，隨著海侵作用的繼續(xù)，12煤層全區(qū)發(fā)育，厚度變化較大，但連續(xù)性較好，研究區(qū)以潮坪一渴湖亞相為主；隨后的海侵形成了B4灰?guī)r標(biāo)志層，之后在局部形成多層薄煤層，區(qū)內(nèi)以河控上三角后平原為主。此后，進(jìn)入層序高位體系域發(fā)展階段，造成了以潮控下三角洲平原亞相為主的沉積環(huán)境，在過(guò)渡區(qū)間發(fā)育了全區(qū)最厚的8煤層。隨著海平面震蕩式頻繁海侵與海退作用的交替作用，在8煤層之上發(fā)育了多層煤層，以5煤層及7煤層為代表，然而，由于物源的供給不足，導(dǎo)致龍?zhí)锻砥诔练e主體轉(zhuǎn)變?yōu)榭屎橹?，發(fā)育了多層灰?guī)r（圖2）。

3.巖相古地理分析

通過(guò)巖相巖性等特征分析地質(zhì)歷史中地理面貌及環(huán)境變遷是巖相古地理分析的主要方法，主要的編圖理論包括古生物地層學(xué)、大地構(gòu)造學(xué)、單因素綜合作圖法等。其中單因素分析綜合作圖法因其直觀、簡(jiǎn)易以及定量的特征，在研究中得到廣泛的應(yīng)用，也成為了最重要的一種編圖方法。筆者根據(jù)該方法通過(guò)對(duì)研究區(qū)龍?zhí)督M巖性、古生物及厚度、陸源物質(zhì)、顆粒以及特定的巖石或礦物等特征進(jìn)行了分析；運(yùn)用統(tǒng)計(jì)法對(duì)區(qū)域范圍的各單因素?cái)?shù)據(jù)（主要選取了層序內(nèi)地層總厚、砂巖厚度、泥巖厚度、灰?guī)r厚度、煤層厚度、含砂率等幾種能反映古地理面貌的參數(shù)）進(jìn)行研究，結(jié)合單井柱狀、連井剖面的分析以及區(qū)域地質(zhì)背景資料，編制了研究區(qū)龍?zhí)督M巖相古地理圖，恢復(fù)了研究區(qū)晚二疊世龍?zhí)镀诘墓诺乩砻婷病?/p>

研究區(qū)龍?zhí)督M層序總厚度分布于60m～70m左右，全區(qū)分布穩(wěn)定（圖3）；泥巖分布呈中間厚達(dá)25m左右，向東西兩方向逐漸變薄展布特征，最后達(dá)20m左右；灰?guī)r厚度較小，呈北東厚西南薄展布，最厚在研究區(qū)北東部達(dá)5m左右，顯示該區(qū)海侵過(guò)程中發(fā)育了有障壁海岸相渴湖亞相；砂巖則呈北東厚南西薄展布，含砂率以南西部最大，最大超過(guò)60%，斷續(xù)發(fā)育砂巖優(yōu)勢(shì)區(qū)，主要發(fā)育陸相沉積一河控三角洲平原亞相，向南或北方向砂巖含量逐漸較小，漸變?yōu)榉凵皫r、泥巖、砂巖混合沉積，主要為潮控三角洲平原亞相。由此，研究區(qū)形成了自南東向北西下三角洲平原至上三角洲平原過(guò)渡轉(zhuǎn)變的沉積相格局，并伴生溻湖一潮坪沉積體系。在此基礎(chǔ)上，筆者總結(jié)出龍?zhí)督M層序內(nèi)沉積相分布模式（圖4）。

龍?zhí)督M聚煤中心位于研究區(qū)南西北東過(guò)渡區(qū)域，構(gòu)成中部向東、西向逐漸變薄的煤層分布趨勢(shì)（圖5），巖相古地理圖顯示上、下三角洲平原過(guò)渡沉積環(huán)境對(duì)聚煤作用最為有利，區(qū)內(nèi)沉積了較厚的煤層。從垂向上看煤層主要形成于海侵體系域與高位體系域過(guò)渡時(shí)期中，該時(shí)段陸源碎屑供應(yīng)逐漸較多，沉積了較厚的泥炭沼澤，研究區(qū)內(nèi)發(fā)育了最厚的8煤層，但隨著陸源碎屑的減少，高位體系域中泥炭沼澤發(fā)育較差，僅僅在局部低洼處發(fā)育的煤層較厚。

4.層序格架內(nèi)煤層聚煤規(guī)律

研究區(qū)龍?zhí)督M發(fā)育主要煤層四層，包括5、6、8、12煤層。主要聚煤規(guī)律簡(jiǎn)述如下：

（1）5煤層形成于層序內(nèi)高位體系域中的三角洲前緣沉積環(huán)境，該期海平面處于震蕩海退過(guò)程中，導(dǎo)致三角洲前緣和三角洲沉積的頂積部分，代之于一套區(qū)域上穩(wěn)定的潮坪沉積，形成了發(fā)育砂泥薄互層層理的細(xì)砂巖和粉砂巖及煤層交替的沉積，聚煤作用發(fā)生于水下三角洲朵葉體在海平面下降后淤淺演變成泥炭沼澤沉積環(huán)境，且泥炭沼澤厚度較大，形成了全區(qū)可采，而煤層厚度變化較大的5煤層。

（2）7煤層形成于層序內(nèi)高位體系域下三角洲平原沉積環(huán)境，該時(shí)期研究區(qū)處于三角洲建設(shè)或廢棄時(shí)期，7煤層即是三角洲分流間洼地演變而來(lái)的泥炭沼澤沉積，或者由于三角洲的破壞或廢棄，導(dǎo)致三角洲沉積的頂積部分發(fā)展成泥炭沼澤沉積，形成厚度較大，大部可采的7煤層。

（3）8煤層形成于層序內(nèi)海侵體系域結(jié)束，高位體系域開(kāi)始時(shí)期，該時(shí)期研究區(qū)位于上、下三角洲平原過(guò)渡地帶，廣泛分布著泥炭沼澤，發(fā)育了聚煤的最佳場(chǎng)所，含煤最好，可采率最高，為富煤地帶，且煤層的硫分、灰分含量均較低，形成了研究區(qū)龍?zhí)督M最厚的8煤層。

（4）12煤層形成于層序內(nèi)海侵體系域潮坪沉積環(huán)境，該時(shí)期研究區(qū)以障壁砂壩一渴湖一潮坪復(fù)合沉積體系發(fā)育為主，該期海平面上升速率增大，沉積物堆積速率增大，發(fā)生區(qū)域性海侵作用，形成了潮坪環(huán)境演變而來(lái)的泥炭沼澤，且泥炭沼澤比較發(fā)育，形成了發(fā)育砂泥薄互層層理的細(xì)砂巖和粉砂巖及煤層交替的沉積，聚煤作用發(fā)生于由潮坪演化而來(lái)的泥炭沼澤中，聚煤期盆地相對(duì)穩(wěn)定而緩慢的下沉和開(kāi)闊平坦的潮上帶環(huán)境，利于聚煤，形成了厚度較大全區(qū)可采的12煤層。

5.結(jié)論

（1）研究區(qū)龍?zhí)督M共識(shí)別出三角洲、有障壁海岸2種沉積相類(lèi)型、5種沉積亞相和13種沉積微相。發(fā)育渴湖一潮坪亞相、三角洲相，以潮控三角洲平原亞相為主。

（2）研究區(qū)龍?zhí)镀诎l(fā)育一個(gè)完整三級(jí)層序，海侵體系域和高位體系域2個(gè)體系域。龍?zhí)对缙诎l(fā)生脈動(dòng)式海侵，以慢速海侵為特征，聚煤主體環(huán)境為潮坪沉積環(huán)境；其后發(fā)生海退，發(fā)育潮控下三角洲平原亞相，該時(shí)期三角洲沉積環(huán)境分布范圍擴(kuò)大，成為沉積主體，煤層主要形成于海退一海侵轉(zhuǎn)折期之后。

（3）三角洲沉積環(huán)境是研究區(qū)內(nèi)主要聚煤沉積環(huán)境，自龍?zhí)督M中下部到中上部均有發(fā)育，但成煤期主要為龍?zhí)督M中上部發(fā)育的潮控下三角洲沉積環(huán)境，尤其區(qū)內(nèi)最厚的8煤層主要發(fā)育在上、下三角洲平原之間，即過(guò)渡區(qū)域。其次為潮坪沉積環(huán)境的聚煤作用通常發(fā)育在淺淤后形成的泥炭沼澤之中，以全區(qū)可采的12煤為代表，屬低灰、中高硫煤。