(1.成都理工大學(xué) 四川 成都 610059；2.重慶市地質(zhì)調(diào)查院 重慶 400020)

石壕煤礦地區(qū)在龍?zhí)稌r(shí)期位于揚(yáng)子盆地的東部，此地區(qū)顯示海陸過渡的沉積特征，是華南的主要聚煤地區(qū)。在石壕煤研究區(qū)內(nèi)主要的含煤地層為二疊系龍?zhí)督M，龍?zhí)督M中的M8煤層儲(chǔ)量占整個(gè)松藻研究區(qū)的60%，因此選取龍?zhí)督M作為研究對(duì)象，研究其沉積特征及聚煤規(guī)律，對(duì)整個(gè)松藻研究區(qū)乃至西南地區(qū)的煤田開采具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

一、地質(zhì)概況

石壕煤礦位于重慶市的南部，緊臨渝黔兩省(市)交界處。行政區(qū)劃屬重慶市綦江縣石壕鎮(zhèn)所轄。石壕煤礦平面上大致呈菱形，南北平均長約7.2km，東西寬平均約3.1km，平面面積約22.3km2。

石壕煤研究區(qū)內(nèi)出露的最老地層為二疊系中統(tǒng)茅口組，最新地層為三疊系上統(tǒng)須家河組。其中可開采含煤地層為二疊系龍?zhí)督M。龍?zhí)督M含煤地層最大厚度82.34m，最小厚度64.18m，平均74.32m。沿南北向，厚度呈波浪式分布，波峰位于中部。該含煤巖系屬碎屑巖～碳酸鹽巖型煤系，巖性以碎屑巖為主，約占69%，成分以巖屑為主，分選性與滾圓度較差，普遍含鈣質(zhì)。碳酸鹽巖約占20%，炭質(zhì)巖約占11%。砂體的存在對(duì)煤層有直接影響，尤其是對(duì)M7-2煤層影響大。碳酸鹽巖分布無論在平面上和剖面上都比較穩(wěn)定。

通過分析石壕煤礦研究區(qū)內(nèi)的測井曲線，地層剖面等資料，含煤地層內(nèi)共識(shí)別出了砂巖、泥巖、化學(xué)巖和可燃有機(jī)巖4大巖相類型共計(jì)11種巖石(表1)。其中以碎屑巖類(砂巖、泥巖)最多，其次為碳酸鹽巖類。因此該煤系碳酸鹽巖型煤系。

表1 石壕煤礦含煤地層主要巖相類型

二、龍?zhí)督M沉積特征

(一)沉積體系及沉積模式特征

本區(qū)晚二疊時(shí)期，地殼發(fā)生相對(duì)升降，引起了大面積的海水進(jìn)退，其中的聚煤作用也因此在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行或中斷，是良好的成煤期[1]。研究區(qū)在該背景下接受了沉積，沉積類型包括了碎屑巖類、海陸交互相的含煤沉積以及碳酸鹽巖類。區(qū)內(nèi)含煤地層二疊系龍?zhí)督M的沉積體系屬于碳酸鹽潮坪沉積體系組(圖1)，具體可識(shí)別劃分為障壁海岸沉積體系和碳酸鹽巖沉積體系(表2)。

圖1 二疊世上揚(yáng)子區(qū)域古構(gòu)造與沉積相帶示意圖[2]

表2 石壕煤礦上二疊系龍?zhí)督M沉積體系

本區(qū)龍?zhí)镀诔练e期的時(shí)候地形坡度較小，水體較淺，加上西部康滇古陸為本區(qū)唯一陸源區(qū)，對(duì)本區(qū)的供給有限，所以只在局部地區(qū)形成了障壁砂，但也足以形成了區(qū)內(nèi)的半局限的水文環(huán)境。正是這種半局限的水文環(huán)境，使得區(qū)內(nèi)的泥炭沼澤發(fā)育，形成了有利的聚煤環(huán)境，同時(shí)局部障壁島砂壩的存在，也限制了泥炭沼澤環(huán)境的向東發(fā)展，故區(qū)內(nèi)煤層的分布主要位于西側(cè)。

本區(qū)晚二疊世含煤巖系是在東吳運(yùn)動(dòng)末期所造成的殘積風(fēng)化殼上發(fā)展形成的。地殼的相對(duì)升降，也可以引起較大面積的海侵和海退，聚煤作用常在一定范圍內(nèi)同時(shí)發(fā)生和中斷，因而從區(qū)域上煤系厚度變化較大，但就松藻研究區(qū)而論，巖性、巖相組合，煤層層位間距比較穩(wěn)定。砂體以透鏡狀和席砂體為主，但也有一定數(shù)量的潮溝，潮道砂體出現(xiàn)。潮汐作用不強(qiáng)，屬低潮差類型，潮道和潮汐三角洲沉積不發(fā)育。瀉湖水體淺，障壁砂壩不典型，旋迴內(nèi)煤層間距比較小，潮汐作用形成的砂質(zhì)障壁帶不太發(fā)育，僅形成部分水下障壁坪，可造成局限流動(dòng)的水文狀況，這種障壁帶的瀉湖與潮坪區(qū)別不大，均為臺(tái)地內(nèi)側(cè)海的近岸部分(圖2)。綜上，研究區(qū)形成了潮坪—瀉湖—障壁島—淺海陸棚的沉積模式。

圖2 上二疊統(tǒng)沉積模式圖[3]

(二)沉積相特征

在研究區(qū)龍?zhí)督M中共識(shí)別出了潮坪、障壁島、瀉湖、碳酸鹽陸棚四個(gè)亞相，若干個(gè)微相。

(1)潮坪相

潮坪相是研究區(qū)龍?zhí)督M中主要的沉積相類型，主要表現(xiàn)出的巖性組合為細(xì)粒碎屑巖及煤層，具有潮坪特征的沉積構(gòu)造為小型的交錯(cuò)層理、平行層理等。根據(jù)其沉積特征可進(jìn)一步識(shí)別為砂坪、泥坪、泥炭坪、泥炭沼澤和混合坪五種微相。在波浪作用和潮汐作用較為顯著的區(qū)域，往往由于長時(shí)間的活動(dòng)而形成砂坪沉積；相比之下，在那些波浪作用較弱的地方則形成細(xì)碎屑的泥坪沉積；介于這二者之間的過渡水動(dòng)力環(huán)境中，海水活動(dòng)強(qiáng)弱變化，因而砂質(zhì)和泥質(zhì)的沉積在這些地區(qū)混合堆積，形成砂泥混合坪。

泥炭沼澤微相是在泥坪之上的潮上地帶形成的，為潮坪中的主要成煤環(huán)境，研究區(qū)內(nèi)龍?zhí)督M的成煤作用主要發(fā)生在該沉積環(huán)境之中。該微相巖性較為多樣，但總體以粉砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖與煤層的組合為主，主要為厚度較大的泥質(zhì)沉積。這樣的巖性組合反映了沉積環(huán)境中較弱的水動(dòng)力條件，在這樣的環(huán)境之中往往擁有豐富的成煤物質(zhì)基礎(chǔ)，當(dāng)海平面退去的時(shí)候，該區(qū)域廣泛的淤泥與沼澤富含養(yǎng)分，此時(shí)的植物生長繁茂，當(dāng)海水上升的時(shí)候，這些植物的遺體在一定的海水深度之下避免了氧化而得以很好的堆積與保存，經(jīng)過長時(shí)間的泥炭化作用最后形成煤層。

(2)障壁島相

障壁島相在研究區(qū)內(nèi)以局部的不典型的沙壩形式呈現(xiàn)。巖性主要為細(xì)砂、粉砂巖一類的細(xì)粒碎屑巖。其中可見介殼碎片生物化石及由生物造成的擾動(dòng)構(gòu)造，具一定的沖刷層理、水平層理、交錯(cuò)層理，主要位于龍?zhí)督M一段和二段之間。由于表現(xiàn)不典型，沒有進(jìn)一步劃分微相。

(3)瀉湖相

瀉湖沉積主要由泥質(zhì)碎屑巖為主，如灰黑色的泥巖、鋁質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖等等，可見少量的細(xì)粒砂巖及粉砂巖，其中含有少量的植物碎片化石。巖性方面鋁質(zhì)泥巖為瀉湖沉積的重要標(biāo)志，另一個(gè)重要標(biāo)志是在這套沉積中可見大量的菱鐵礦質(zhì)成分及黃鐵礦結(jié)核。菱鐵礦作為典型的淡水礦物，指示了這套沉積為淡水沉積，同時(shí)黃鐵礦的出現(xiàn)顯示了沉積環(huán)境的還原性，整體而言這兩類礦物指示了一套淡水、缺氧的趁機(jī)特征。沉積構(gòu)造方面則發(fā)育了水平層理，也指示了較弱的水動(dòng)力條件。主要發(fā)育于龍?zhí)督M一段。

(4)淺水陸棚相

淺水陸棚沉積相主要發(fā)育在研究區(qū)的二疊系龍?zhí)督M三段，厚度不大，一般10-20m，同時(shí)，在一段中也有一定程度的發(fā)育。在該沉積環(huán)境之中，巖性主要為深色的有機(jī)質(zhì)灰?guī)r，包含了生物碎屑灰?guī)r和微晶灰?guī)r，在灰?guī)r中可見大量的生物化石及生物碎片。在龍?zhí)督M三段中的灰?guī)r沉積以中層、厚層狀的灰?guī)r為主，含有黃鐵礦結(jié)核，產(chǎn)腕足類、珊瑚類動(dòng)物化石，局部具有水平層理，水體較為動(dòng)蕩，為開闊臺(tái)地的沉積環(huán)境。在龍?zhí)督M一段中的灰?guī)r沉積以泥質(zhì)灰?guī)r、薄層細(xì)晶灰?guī)r為主，含有黃鐵礦結(jié)核及生物碎屑化石，水體趨于平靜，為半局限的海灣環(huán)境。

(三)沉積環(huán)境分析

研究區(qū)遭受古陸的抬升以及東吳運(yùn)動(dòng)的波及致使該地區(qū)形成了西高東低構(gòu)造特征，促使了含煤地層的形成[4]。研究區(qū)晚二疊世龍?zhí)督M多次出現(xiàn)海侵現(xiàn)象，龍?zhí)督M的第三段地層受到海侵的影響較大且持續(xù)時(shí)間較長，因此形成的層位較為穩(wěn)定，沉積物中多以細(xì)—粉晶灰?guī)r、硅質(zhì)灰?guī)r為主，含有識(shí)別標(biāo)志燧石結(jié)核，為典型的碳酸巖開闊臺(tái)地相。研究區(qū)的龍?zhí)督M第二段中頻繁受到持續(xù)較長的海侵影響，巖性中以泥質(zhì)灰?guī)r為主要沉積物，局部地區(qū)發(fā)育灰?guī)r，沉積物厚度較薄，為局限臺(tái)地環(huán)境。此外，在該段中發(fā)現(xiàn)了潮汐通道，這也很好的解釋了下部不發(fā)育煤層的原因。一段的海退沉積物較多，以泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖及少量細(xì)砂巖為主，發(fā)育泥炭沼澤，瀉湖與潮坪環(huán)境交替出現(xiàn)。龍?zhí)镀诤?，研究區(qū)開始了二疊紀(jì)以來第二次大規(guī)模海侵，海水向西侵入康滇古陸東側(cè)。

研究資料顯示，含煤系地層中受到潮汐作用的影響促使了渾水沉積(碎屑巖沉積)與清水沉積(碳酸鹽巖沉積)相輔相成共同發(fā)育[5]。沉積物中多為砂巖和粉砂巖，潮汐層理廣泛發(fā)育，含鈣質(zhì)和透鏡狀砂巖，含有完整的動(dòng)植物化石，發(fā)育黃鐵礦結(jié)核，表明潮汐作用在減弱，潮坪出現(xiàn)了沼澤化，并進(jìn)一步泥炭沼澤化，形成受海水影響的近海低位沼澤。綜上所述，本區(qū)沉積環(huán)境屬潮坪—瀉湖—碳酸鹽臺(tái)地內(nèi)側(cè)海沉積體系中潮坪環(huán)境。

三、結(jié)論

1.研究區(qū)龍?zhí)督M含煤巖系屬碎屑巖—碳酸鹽巖型煤系。沉積體系屬于碳酸鹽潮坪沉積體系組，具體可識(shí)別為障壁海岸沉積體系和碳酸巖沉積體系。其中障壁海岸沉積體系在垂向上主要位于龍?zhí)督M一段及二段，在橫向上位于研究區(qū)的西部和西北部，是主要的聚煤區(qū)域；碳酸巖沉積體系在垂向上主要位于龍?zhí)督M三段，在平面上主要位于研究區(qū)東部及東南部。

2.研究區(qū)內(nèi)含煤地層二疊系龍?zhí)督M的研究區(qū)含煤地層龍?zhí)督M內(nèi)共識(shí)別出了潮坪、障壁島、瀉湖、碳酸鹽陸棚四個(gè)亞相。其中潮坪相進(jìn)一步劃分為砂坪、泥坪、混合坪、泥炭坪和泥炭沼澤共五個(gè)微相。潮上泥炭沼澤是研究區(qū)最重要的聚煤沉積環(huán)境，其次為泥炭坪。

3.受東吳運(yùn)動(dòng)的影響，上揚(yáng)子地塊抬升，使得研究區(qū)形成了西高東低的古地形格局，也使得沉積基底茅口組暴露風(fēng)化剝蝕。后由于海水的侵入而在茅口組上沉積了龍?zhí)督M，同時(shí)康滇古陸的抬升客觀上為研究區(qū)的沉積作用提供了物源。這種古地理格局為聚煤作用及其沉積相的展布特征奠定了基礎(chǔ)。