貴州納雍比德向斜北西翼龍?zhí)督M巖相古地理及聚煤模式

李 享，周 澤

(貴州省煤田地質(zhì)局一七四隊(duì)，貴州 貴陽 550000)

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貴州納雍比德向斜北西翼龍?zhí)督M巖相古地理及聚煤模式

李 享，周 澤

(貴州省煤田地質(zhì)局一七四隊(duì)，貴州 貴陽 550000)

根據(jù)研究區(qū)野外地質(zhì)調(diào)查及50余口鉆孔巖心觀察，結(jié)合相應(yīng)的測井資料，運(yùn)用室內(nèi)測試分析方法及地層學(xué)、沉積學(xué)、地球化學(xué)、煤炭地質(zhì)學(xué)等理論方法，對該區(qū)龍?zhí)督M沉積相特征進(jìn)行了系統(tǒng)研究，全面分析了層序地層、沉積相及巖相古地理特征，總結(jié)了區(qū)內(nèi)龍?zhí)督M的聚煤模式。結(jié)果顯示：龍?zhí)督M共識別出三角洲、有障壁海岸2種沉積相類型、3種沉積亞相和11種沉積微相，總體呈現(xiàn)出其下部為潮坪亞相，中上為三角洲平原亞相，上部為三角洲前緣亞相。龍?zhí)督M主要發(fā)育區(qū)域不整合面、最大海泛面及初始海泛面三種層序界面類型，據(jù)此將研究區(qū)龍?zhí)督M劃分為2個三級層序，4個體系域。綜合研究認(rèn)為三角洲平原沉積環(huán)境是研究區(qū)晚二疊世龍?zhí)镀谧钪匾某擅涵h(huán)境，其次為潮坪沉積環(huán)境。在此基礎(chǔ)上結(jié)合研究區(qū)晚二疊世沉積相特征，提出了三角洲平原及潮坪成煤模式。

關(guān)鍵詞：煤炭地質(zhì);古地理特征;聚煤模式;比德向斜;納雍

煤炭資源的開發(fā)利用在我國很長的歷史時(shí)期中一直發(fā)揮著舉足輕重的作用，對我國煤化工、電廠、動力用煤等產(chǎn)業(yè)起到的也是十分重要的支撐能力[1-2]。貴州省納雍縣作為我國素有“織納煤田”之稱的重要的能源儲藏地之一，無煙煤的儲量達(dá)123億t，占全省煤儲量的14.4%，備受地質(zhì)工作者關(guān)注[3-5]。尤其是針對納雍比德向斜北西翼晚二疊世的構(gòu)造演化、煤礦的成藏模式進(jìn)行了深入而廣泛的研究工作，取得了豐碩的成果[6-7]，但針對沉積環(huán)境類型、特征以及沉積演化類型的研究還有所缺乏。因此，有必要在該研究區(qū)進(jìn)一步開展煤炭地質(zhì)沉積環(huán)境方面的地質(zhì)研究，總結(jié)該區(qū)龍?zhí)督M煤層特征及分布規(guī)律，以期更好的為該區(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)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺—黔北臺隆—遵義斷拱—畢節(jié)北東向構(gòu)造變形區(qū)—比德向斜北西翼，區(qū)域構(gòu)造形跡為一系列北西-南東向的背、向斜[5,8]。通過鉆孔揭露和地層厚度統(tǒng)計(jì)，含煤地層龍?zhí)督M(P3l)在向斜南西翼402、501、601一線鉆孔地層厚度大于350m，大于地層平均厚度；而在北東翼僅403、502鉆孔地層厚度大于350m；且向軸部和向斜北西向過渡，厚度逐漸變薄，厚度326.61～378.55m，平均349.87m；含可采煤層8層(3、4、5、6、14、16、28、31號煤層)，煤層厚度9.02～16.94m，平均12.33m(圖1)。

圖1 研究區(qū)龍?zhí)督M厚度圖Figure 1 Study area Longtan Formation strata thicknesses

2層序地層特征

2.1 層序界面識別

通過鉆井巖心觀察及測井、沉積地球化學(xué)響應(yīng)等研究，在上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M識別出3類層序界面(圖2)，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區(qū)域不整合面。典型的層序界面包括古構(gòu)造運(yùn)動形成的不整合面[9-10]。本區(qū)普遍發(fā)育且易于識別的層序界面是上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M與下伏峨眉山玄武巖組之間的區(qū)域性不整合面及長興組與龍?zhí)督M之間的平行不整合面(圖2)。

②初始海泛面。初始海泛面是指在一個層序中，發(fā)育于下切谷充填沉積的砂體之上的第1個海泛面，通常是灰色泥巖或薄煤層，這些泥巖和薄煤層常共生有古土壤層[10-11]。研究區(qū)的初始海泛面位于河道砂巖之上覆蓋的煤層或泥巖的底面，實(shí)現(xiàn)三角洲沉積環(huán)境相變?yōu)槟嗵空訚苫蚓窒蕹毕鲁练e環(huán)境(圖2)。

③最大海泛面。最大海泛面是指一個層序中海侵范圍最大的一個面，同時(shí)反映當(dāng)時(shí)水體最深的巖石單元的底面[11]。研究區(qū)最為發(fā)育海相石灰?guī)r標(biāo)志層，最大海泛面為向古陸方向延伸最遠(yuǎn)的一層石灰?guī)r的底面。在煤系中，區(qū)域穩(wěn)定發(fā)育的厚煤層頂面常代表最大海泛面[12](圖2)。

圖2 研究區(qū)層序界面的識別Figure 2 Study area sequence interfaces identification

2.2 層序地層

貴州省龍?zhí)督M沉積時(shí)限為257～251Ma[13-14]，延限約6Ma。通過綜合分析研究，將研究區(qū)內(nèi)的龍?zhí)督M沉積體系自下而上劃分為2個三級層序(SQ1～SQ2)，4個沉積體系域，每個三級層序平均時(shí)限約為3Ma(圖3)。

2.3 沉積相特征

結(jié)合研究區(qū)內(nèi)鉆井資料及前人資料[15-16]，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(xì)，垂向上具有旋迴性特征。

龍?zhí)督MSQ1劃分為含煤地層底界的鋁土巖層至B4頂部，厚約140m，由鋁土質(zhì)泥巖、煤層(14、15、16、28、31煤)及泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖等組成一個完整的由海進(jìn)—海退的沉積旋迴，并夾有部分灰?guī)r，該灰?guī)r層屬潮下低能環(huán)境沉積。SQ2劃分為B4至長興組底界，厚約140m，主要由泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖、煤(2、3、4、5、6煤)組成，并夾有石灰?guī)r(B1、B2)，灰?guī)r為煤層的直接或間接頂板，其間發(fā)育了2層石灰?guī)r，表明當(dāng)時(shí)海進(jìn)較頻繁，該地層為三角洲—潮坪相沉積。

根據(jù)鉆井、測井、古生物特征等資料分析，識別出三角洲、有障壁海岸2種沉積相類型、3種沉積亞相和11種沉積微相(圖3、表1)。

3 古地理特征

層序和體系域是由不連續(xù)面所分開的等時(shí)地質(zhì)體，我們可以在鉆孔或露頭剖面上對層序、體系域界面進(jìn)行識別[17]。筆者對研究區(qū)內(nèi)十余口鉆井巖心進(jìn)行了詳細(xì)的編錄，系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)了龍?zhí)督M內(nèi)砂巖、灰?guī)r、泥巖、煤層含量特征，應(yīng)用優(yōu)勢相的劃分方法，并結(jié)合層序地層特征及前人研究成果，分析了該區(qū)晚二疊世龍?zhí)镀趲r相古地理特征。

圖3 研究區(qū)內(nèi)201孔沉積相與層序地層綜合柱狀圖Figure 3 Comprehensive sedimentary facies and sequence stratigraphic column in study area borehole No.201

沉積相沉積亞相沉積微相三角洲三角洲平原分流河道、天然堤、分流間洼地、泥炭沼澤、局限潮下三角洲前緣水下分流河道、分流間灣、遠(yuǎn)砂壩、泥炭沼澤、局限潮下有障壁海岸潮坪砂泥混合坪、泥坪、砂坪、泥炭沼澤

3.1 SQ1古地理特征及沉積演化

層序SQ1對應(yīng)龍?zhí)对缙?。研究區(qū)靠近陸區(qū)，處于脈動式海侵作用過程中，三角洲相發(fā)育剛顯雛形。這一時(shí)期內(nèi)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)育了潮坪沉積體系，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(bǔ)齊為特征，聚煤作用是在古風(fēng)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31煤，研究區(qū)以潮坪相為主。之后，海水對陸區(qū)侵進(jìn)頻繁，成煤環(huán)境多受海水影響，煤系發(fā)育分布面積小，煤層少，厚度薄。此后，海水退卻，造成了以三角洲平原亞相為主的沉積環(huán)境，發(fā)育了可采煤層5層(14、15、16、28、31煤層)，煤層全層真厚0.54～2.64 m，平均厚度1.22m。

研究區(qū)層序SQ1總厚度較大，全區(qū)分布穩(wěn)定，基本在140m以上，最厚處在區(qū)內(nèi)西南部分，厚度超過220m(圖4)；泥巖較厚呈東厚西薄展布，最厚在研究區(qū)西部，厚度大于84m(圖5)；灰?guī)r在該時(shí)期發(fā)育較少，顯示該時(shí)期海侵作用不是很強(qiáng)烈，表現(xiàn)出震蕩海侵過程(6)； 砂巖厚度等值線圖顯示呈東厚西薄展布，最厚處超過120m，位于區(qū)內(nèi)東部，含砂率在區(qū)內(nèi)以南部最大，最大超過60%，發(fā)育大量砂巖優(yōu)勢區(qū)(圖7)，向北漸變?yōu)榉凵皫r、泥巖、砂巖混合沉積，主要為三角洲平原沉積環(huán)境，由此，研究區(qū)形成了自北向南三角洲前緣亞相向三角洲平原亞相轉(zhuǎn)變的沉積相格局(圖8)。

圖4 SQ1沉積總厚等值線圖Figure 4 Isogram of SQ1 sedimentary total thicknesses

圖5 SQ1泥巖厚度等值線圖Figure 5 Isogram of SQ1 mudstone thicknesses

圖6 SQ1灰?guī)r等值線圖Figure 6 Isogram of SQ1 limestone thicknesses

圖7 SQ1含砂率等值線圖Figure 7 Isogram of SQ1 sand contents

SQ1聚煤中心位于研究區(qū)東部，形成煤層厚度由東向西變薄的煤層分布趨勢(圖9)，沉積相分布模式顯示三角洲平原亞相環(huán)境對聚煤作用有利，區(qū)內(nèi)沉積了較厚的煤層。從垂向上看煤層主要形成于該時(shí)期高位體系域中，該時(shí)段陸源碎屑供應(yīng)與海水進(jìn)退達(dá)到相對平衡，沉積了較厚的泥炭沼澤，發(fā)育了14、15、16、28、31號煤，但由于海水震蕩進(jìn)退，成煤環(huán)境受海水作用較強(qiáng)，泥炭沼澤存在的時(shí)間短，導(dǎo)致煤層多層分布，單層厚度不大，穩(wěn)定性較差。

圖8 SQ1巖相古地理圖Figure 8 SQ1 lithofacies-paleogeographic map

圖9 SQ1煤層厚度等值線圖Figure 9 Isogram of SQ1 coal seam thicknesses

3.2 SQ2沉積相特征

層序SQ2對應(yīng)于龍?zhí)锻砥?，該時(shí)期海水大幅度減退，陸區(qū)面積向東延伸，海水潮汐作用明顯減弱。研究區(qū)處于水城-納雍長形三角洲平原的中心地區(qū)，這一時(shí)期氣候溫暖，降水豐富，碎屑供應(yīng)充足，同時(shí)構(gòu)造活動減少平緩，成煤環(huán)境主要受到河流沉積作用的影響，煤系發(fā)育分布面積大，煤層多，厚度大，發(fā)育可采煤層5層(可采2、3、4、5、6煤)，煤層全層真厚0.3～4.91m，平均厚度1.77m。

該層序底部以B4標(biāo)志層為界，頂部以區(qū)域性不整合面(長興組底界)之下B1灰?guī)r標(biāo)志層為界。底部海侵過程中發(fā)育了薄層灰?guī)r，并形成了碎屑和煤層為主的沉積。海侵過程中的聚煤作用主要發(fā)育于由三角洲平原分流間灣、泛濫平原等廢棄后形成的泥炭沼澤中，該期沉積受海水作用較SQ1減弱，煤層穩(wěn)定性較之前要好，所以形成的煤層較厚，且連續(xù)性較好，隨后海退，造成以三角洲前緣亞相為主的粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖等的沉積，隨后又是大規(guī)模的海侵，形成的B1灰?guī)r標(biāo)志層向古陸方向延伸，其后又有幾次小規(guī)模的海侵，至此結(jié)束龍?zhí)督M沉積。

層序SQ2海侵期研究區(qū)主要發(fā)育三角洲平原亞相，河控三角洲平原為主，沉積相狀況延續(xù)了SQ1時(shí)期三角洲平原亞相為主體的特征，海水作用較之前更弱，含煤性好；但高位體系域含煤性較差。該時(shí)期地層總厚度較大，呈北薄南厚趨勢，最厚在南部，達(dá)到175m以上(圖10)；泥巖分不穩(wěn)定在40～60m(圖11)；灰?guī)r較薄，僅發(fā)育一直兩層，全區(qū)穩(wěn)定發(fā)育(圖12)； 砂巖厚度較大， 北薄南厚， 最厚處在南部，達(dá)100m以上，向北轉(zhuǎn)變?yōu)橐苑凵皫r、泥巖占優(yōu)(圖13)，沉積相繼承了龍?zhí)对缙诘某练e模式，自北向南由三角洲前緣亞相轉(zhuǎn)變?yōu)槿侵奁皆瓉喯?圖14)。該時(shí)期含煤性較穩(wěn)定，厚度在全區(qū)基本處于11m左右(圖15)；與巖相沉積相特征對比顯示該時(shí)期三角洲平原亞相聚煤條件較好，全區(qū)煤層厚度均較大，是聚煤作用的有利沉積環(huán)境。

4 聚煤模式

研究區(qū)龍?zhí)督M聚煤盆地以海侵式為主，31號煤的成煤環(huán)境格局為潮坪沉積環(huán)境；3、4、5、6、14、15、16、28號煤則均屬于三角洲沉積環(huán)境。從而可以看出成煤環(huán)境發(fā)生于三角洲相-潮坪相共存的古沉積體系，并且以三角洲平原亞相沉積環(huán)境為主要的聚煤環(huán)境，結(jié)合前人資料將研究區(qū)聚煤模式歸納為潮坪成煤模式、三角洲平原成煤模式(圖16)。

①潮坪成煤模式。潮坪環(huán)境是晚二疊世較常見的成煤環(huán)境類型，主要發(fā)育于龍?zhí)对缙?，一般以潮坪作為聚煤場所，是煤層形成的良好場所。發(fā)育的煤層一般穩(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，區(qū)內(nèi)發(fā)育31號煤。

圖10 SQ2沉積總厚等值線圖Figure 10 Isogram of SQ2 total sedimentary thicknesses

圖11 SQ2泥巖厚度等值線圖Figure 11 Isogram of SQ2 mudstone thicknesses

圖12 SQ2灰?guī)r厚度等值線圖Figure 12 Isogram of SQ2 limestone thicknesses

圖13 SQ2含砂率等值線圖Figure 13 Isogram of SQ2 sand contents

圖14 SQ2巖相古地理圖Figure 14 SQ2 lithofacies-paleogeographic map

圖15 SQ2煤層厚度等值線圖Figure 15 Isogram of SQ2 coal seam thicknesses

圖16 研究區(qū)龍?zhí)督M聚煤模式圖Figure 16 Study area Longtan Formation coal accumulation model

②三角洲平原聚煤模式。三角洲平原環(huán)境是該區(qū)龍?zhí)督M最主要的成煤類型，寬廣的三角洲平原為泥炭沼澤的發(fā)生、發(fā)展提供了廣闊的空間。該環(huán)境下發(fā)育的煤層層數(shù)多，厚度大，硫分、灰分含量較低，分布廣，穩(wěn)定性較好。區(qū)內(nèi)煤層幾乎都是在此環(huán)境中形成的煤層。

5 結(jié)論

①研究區(qū)識別出三角洲、有障壁海岸2種沉積相類型、3種沉積亞相和11種沉積微相，總體呈現(xiàn)出龍?zhí)督M下部為潮坪亞相，中上為三角洲平原亞相，上部為三角洲前緣亞相。

②龍?zhí)督MSQ1發(fā)生脈動式海侵，以快速海侵，慢速海退為特征，沉積主體為三角洲平原亞相；SQ2主要發(fā)育三角洲相，慢速海侵，快速海退為特征，此時(shí)期三角洲范圍擴(kuò)大，沉積主體地位更加明顯，煤層發(fā)育多層。

③三角洲平原沉積環(huán)境是研究區(qū)晚二疊世龍?zhí)镀谧钪匾某擅涵h(huán)境，特別是SQ2海侵體系域三角洲平原區(qū)廣泛發(fā)育泥炭沼澤，聚煤條件最佳，形成了區(qū)內(nèi)最厚的5號煤。根據(jù)區(qū)內(nèi)龍?zhí)镀趲r相古地理特征，提出了三角洲平原及潮坪成煤模式。

[1]丁述理，唐書恒.織納煤田西部坐拱地區(qū)龍?zhí)督MC3煤形成環(huán)境和聚煤特征[J].河北煤炭建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，1993，(3)：5-9.

[2]陳家良，邵震杰，秦勇.能源地質(zhì)學(xué)[M].江蘇徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2004.

[3]貴州省煤田地質(zhì)局. 貴州晚二疊世沉積環(huán)境及聚煤規(guī)律[M].北京：地質(zhì)出版社，1991.

[4]《中國煤炭志》編纂委員會編.中國煤炭志·貴州卷[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1994.

[5]徐彬彬，何明德.貴州煤田地質(zhì)[M].江蘇徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003.

[6]張宇，戴玉皇.貴州納雍查新煤礦地質(zhì)特征及煤炭資源評述[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2014，(4)：194-195.

[7]竇新釗，俞顯忠，胡廣青.水城—納雍地區(qū)構(gòu)造控制下的煤層氣成藏特征[J].非常規(guī)油氣，2015，(02)：5-9.

[8]熊孟輝，秦勇，易同生.貴州晚二疊世含煤地層沉積格局及其構(gòu)造控制[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，35(6)：778-782.

[9]邵龍義，竇建偉，張鵬飛.含煤巖系沉積學(xué)和層序地層研究現(xiàn)狀和展望[J].煤田地質(zhì)與勘探，1998，26(1)：4～9.

[10]邵龍義，魯靜，汪浩，等.近海型含煤巖系沉積學(xué)及層序地層學(xué)研究進(jìn)展[J].古地理學(xué)報(bào)， 2008b，10(6)：561-570.

[11]邵龍義，張鵬飛，陳代釗，等.滇東黔西晚二疊世早期辮狀河三角洲沉積體系及其聚煤特征[J].沉積學(xué)報(bào)，1994，12(4)：132-139.

[12]Michael Holz，Wolfgang Kalkreuth，Indranil Banerjee，Sequence stratigraphy of paralic coal bearing strata：an overview[J].Iernational Journal of Coal Geology，2002，(48)：147- 179.

[13]王鴻禎，史曉穎，王訓(xùn)練.中國層序地層研究[M].廣東：廣東科技出版社，2000.

[14]史曉穎，王訓(xùn)練.中國層序地層研究[M].廣東：廣東科技出版社，2000.

[15]肖建新.貴州西部晚二疊世晚期煤系沉積相和沉積體系[J].巖相古地理，1990，(4)：1-8.

[16]李增學(xué)，余繼峰，杜振川.含煤地層高分辨率層序地層研究的現(xiàn)狀與展望[J].山東科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2001，20(4)：8-12.

[17]李寶芳，溫顯端，李貴東.華北石炭、二疊系高分辨層序地層分析[J].地學(xué)前緣，1999，6(增刊)：81-94.

Longtan Formation Lithofacies-Paleogeography and CoalAccumulation Model inNorthwest Wing of Bide Syncline, Nayong County, Guizhou

Li Xiang, Zhou Ze

(No.174 Exploration Team, Guizhou Bureau of Coal Geological Exploration, Guiyang, Guizhou 550000)

Based on the study area field geological investigation and observation of core from 50 more boreholes, using laboratory test and analysis, theoretical theories of stratigraphy, sedimentology, geochemistry and coal geology carried out systematic study on the Longtan Formation coal measures sedimentary facies features. The paper has overall analyzed sequence stratigraphic, sedimentary facies, lithofacies and paleogeographic features; summed up coal accumulation model of Longtan Formation coal measures in the area. The result has identified delta, barrier coast 2 types of sedimentary facies, 3 subfacies and 11 microfacies in the Longtan Formation. As a whole, lower part is tidal flat subfacies, upper middle part delta plain subfacies and upper part delta front subfacies. In the formation has developed regional inconformity interface, maximum flooding surface and initial flooding surface 3 sequence interface types, accordingly partitioned the Longtan Formation in the area into 2 tertiary sequences and 4 systems tracts. The comprehensive study has considered that the delta plain environment is the most important environment of coal-forming during the Late Permian Epoch Longtan Stage in the area; tidal flat environment is the second. On this basis, combined with study area late Permian sedimentary facies features, the delta plain and tidal flat coal-forming model put forward.

coal geology; paleogeographic features; coal accumulation model; Bide syncline; Nayong County

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.06.02

1674-1803(2017)06-0007-07

李享(1984—)，男，貴州畢節(jié)人，職稱：中級工程師；學(xué)歷：本科；研究方向：煤田地質(zhì)。

2017-03-01

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責(zé)任編輯：宋博輦