崔崇海

(中國煤炭地質(zhì)總局 第一勘探局，河北 邯鄲 056004)

邯邢煤田煤系沉積相及聚煤規(guī)律分析

崔崇海

(中國煤炭地質(zhì)總局 第一勘探局，河北 邯鄲 056004)

以沉積學(xué)、巖石學(xué)理論和方法為指導(dǎo)，以野外露頭、鉆井巖心、測井曲線等資料為基礎(chǔ)，宏觀分析與微觀研究相結(jié)合，并結(jié)合華北盆地其它地區(qū)的研究成果，分析探討了邯邢煤田煤系沉積相類型和聚煤作用。結(jié)果表明：邯邢煤田煤系地層從中石炭世開始沉積到早二疊世，主要經(jīng)歷了潮坪、淺水三角洲沉積環(huán)境的演化過程，二疊紀(jì)淺水三角洲平原發(fā)育了全區(qū)穩(wěn)定可采的2號煤層。

邯邢煤田；煤系地層；沉積相；聚煤規(guī)律

邯邢煤田位于河北省南部，北起臨城南至峰峰，包括邢臺礦區(qū)臨城、邢臺、邯鄲和峰峰礦區(qū)。研究區(qū)為石炭-二疊紀(jì)含煤巖系，煤炭資源豐富，煤類齊全，成為我國重要的煤炭生產(chǎn)基地。為此，本文以野外露頭、鉆井巖心、測井曲線等為基礎(chǔ)，結(jié)合前人研究成果[1-2]，采用多手段綜合分析研究方法，宏觀分析與微觀分析相結(jié)合，分析了邯邢煤田沉積相類型、垂向分布規(guī)律及發(fā)育特征，同時(shí)研究了本區(qū)煤炭資源的分布規(guī)律。

1 地質(zhì)概況

陶系、石炭系、二疊系、三疊系、古近系、新近系和第四系，含煤地層為石炭系太原組和二疊系山西組。燕山和喜馬拉雅山運(yùn)動控制了區(qū)域的構(gòu)造形態(tài)，煤田呈北東-北北東向展布。主要褶皺鼓山復(fù)背斜和紫山背斜位于南部，縱貫?zāi)媳?，軸向北北東。斷裂構(gòu)造密集，以高角度（45°～70°）正斷層為主，斷裂方向以北北東-北東向最為發(fā)育，北西向斷裂構(gòu)造次之，組成一系列地塹、地壘和階梯狀斷塊，斷隆、斷陷呈雁行狀斜列展布。

2 沉積相類型及特征

邯邢煤田屬于華北晚古生代聚煤盆地，煤田為半掩蓋區(qū)，地層出露順序由老至新為：寒武系、奧

結(jié)合前人對華北地區(qū)沉積相研究成果，運(yùn)用沉積學(xué)、古生物學(xué)和地球物理等基礎(chǔ)資料，通過對巖石、地球物理以及含煤建造沉積特征綜合分析[3-5]，在宏觀沉積相分析及室內(nèi)綜合研究的基礎(chǔ)上，認(rèn)為本區(qū)晚古生代煤系地層主要發(fā)育碳酸鹽臺地相、潮坪相、淺水三角洲三大沉積相類型。

2.1 碳酸鹽臺地

本區(qū)碳酸鹽臺地主要發(fā)育在本溪組和太原組地層中，尤其在太原組廣泛發(fā)育。自下而上分別發(fā)育下架灰?guī)r、大青灰?guī)r、中青灰?guī)r、小青灰?guī)r、伏青灰?guī)r、山青灰?guī)r、野青灰?guī)r和一座灰?guī)r，其中下架灰?guī)r、小青灰?guī)r、山青灰?guī)r和一座灰?guī)r分布不穩(wěn)定，在區(qū)內(nèi)沉積不連續(xù)，大青灰?guī)r、伏青灰?guī)r和野青灰?guī)r發(fā)育穩(wěn)定，成為研究區(qū)良好的標(biāo)志層。自然伽馬曲線表現(xiàn)為齒狀負(fù)偏移，電阻率曲線為高值，幅度較大，呈指狀（圖1）。

圖1 碳酸鹽電性特征Fig.1 The electrical characteristic of calk

2.2 潮坪

潮坪主要發(fā)育在本溪組及太原組，根據(jù)其沉積物結(jié)構(gòu)、沉積構(gòu)造、生物特征及垂向序列，可進(jìn)一步劃分為潮道、砂坪、泥坪、砂泥混合坪、泥炭坪等微相（圖2）。

圖2 潮坪沉積特征Fig.2 The sedimentary characteristics of tide fl at

2.2.1 潮道

潮道巖性在垂向剖面自下而上粒度變細(xì)，砂體形態(tài)在剖面上呈頂?shù)捉缑娑急容^平直的透鏡狀，在其底部有明顯的侵蝕底面。其礦物成分主要以石英為主（約占75%），長石約占15%，含少量巖屑，分選磨圓較好，接觸式膠結(jié)（圖3(a)）。粒度概率累積曲線表現(xiàn)為兩段式（圖4(a)），缺乏牽引總體，跳躍總體斜率大約為60°，分選性較好，含量在70% 左右。2.2.2 砂坪

砂坪主要由純凈的砂巖組成，其巖石類型以細(xì)—中粒石英砂巖為主，夾薄層粉砂巖。砂體形態(tài)在橫切面上呈毯狀或席狀，成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度比較高，石英含量大于90%，分選磨圓好(圖3(b))。粒度概率累積曲線一般表現(xiàn)為兩段式(圖4(b))，由跳躍總體和懸浮總體組成，跳躍總體一般占80%，斜率陡，說明分選好，個(gè)別反映兩個(gè)次總體，可能受潮汐和波浪兩種作用的影響，S截點(diǎn)為突變形。具有低角度的交錯(cuò)層理、脈狀層理和沙紋層理。

2.2.3 泥坪

在潮坪沉積中只有短時(shí)間被海水淹沒，屬低能環(huán)境，主要由灰色和淺灰色泥巖、炭質(zhì)泥巖和砂質(zhì)泥巖組成，即沉積物以懸浮載荷為主，偶爾夾有大潮時(shí)帶來的粉砂質(zhì)沉積。含有植物化石，并發(fā)育生物擾動構(gòu)造，層理構(gòu)造多為水平層理和緩波狀層理。

2.2.4 砂泥混合坪

介于泥坪和砂坪之間的過度類型沉積，巖性以粉砂巖為主，以薄層淺色細(xì)砂巖與深色泥巖或砂質(zhì)泥巖頻繁交替的互層為特征(圖3(c))。波狀、脈狀和透鏡狀等潮汐層理十分發(fā)育，此外有薄的砂泥互層，常見生物擾動構(gòu)造。

圖3 沉積微相粒度特征Fig.3 The character of sedimentary facies

2.2.5 泥炭坪

泥炭坪是潮坪上的成煤環(huán)境，在適宜的條件下，造成大面積的泥炭堆積，具有煤層層位穩(wěn)定，分布面積廣，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，夾矸層數(shù)多，煤質(zhì)差，灰分和硫分含量較高，常含黃鐵礦結(jié)合等特點(diǎn)。

2.3 淺水三角洲

主要發(fā)育于二疊統(tǒng)山西組，受古地形的影響，主要以側(cè)向加積為特征，其平面形狀為鳥足狀或朵狀[6-7]。主要發(fā)育三角洲平原分流河道、天然堤、分流間灣和泥炭沼澤等微相。三角洲前緣主要發(fā)育河口壩和前緣席狀砂微相。三角洲平原的大面積發(fā)育造就了廣泛的成煤環(huán)境。

2.3.1 三角洲平原

三角洲平原是三角洲的水上部分，三角洲平原及其發(fā)育是邯邢煤田石炭-二疊紀(jì)聚煤盆地三角洲的主要特征。主要發(fā)育為流河道、天然堤、分流間灣和泥炭沼澤等微相（圖5）。

分流河道構(gòu)成三角洲平原的主體，巖石類型以中粒巖屑長石石英砂巖及中粒巖屑長石砂巖，分選磨圓中等（圖3(d)），具有向上變細(xì)的正粒序，發(fā)育大型板狀、槽狀交錯(cuò)層理，底部常具有滯積層或明顯的沖刷面，自然伽馬曲線呈不規(guī)則箱形。粒度概率累積曲線一般表現(xiàn)為三段式（圖4(c)），由跳躍總體和懸浮總體組成，跳躍總體一般占80%以上，斜率陡，截點(diǎn)為突變型，一般在1.8～3.0左右。

天然堤發(fā)育在河道堤岸的兩側(cè)，在垂向上位于分流河道之上，是洪水期由洪水中懸浮的較粗物質(zhì)在兩岸堆積而成。巖石主要為細(xì)砂巖和粉砂巖（圖4(e)），具有小型交錯(cuò)層理、水平層理，局部生物攪動構(gòu)造。

圖4 累積曲線特征圖Fig.4 The character of grain size

分流間灣相發(fā)育在指狀分流河道之間的低洼地區(qū)和廢棄的三角洲朵葉體不斷下陷地區(qū)。以懸浮沉積為主，巖性為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，具水平層理，含大量植物化石碎片。

泥炭沼澤發(fā)育于分流河道間地勢低洼的地帶以及廣闊的被廢棄的三角洲平原上，是一重要的成煤環(huán)境[8-9]。泥炭沼澤沉積物主要為含有機(jī)質(zhì)的灰黑色泥巖、炭質(zhì)泥巖或煤層為主，偶見薄層粉砂巖或細(xì)粒砂巖，一般發(fā)育水平層理或水平波狀層理，含有豐富的植物化石碎片和根化石。

2.3.2 三角洲前緣

三角洲前緣是三角洲水下部分的主體，主要由河口壩和前緣席狀砂組成。

河口壩在垂向上位于分流河道的下部，主要由細(xì)砂巖和中粒砂巖組成，成熟度和分選為中等—較好(圖4(f))。粒度概率曲線多為兩段式，跳躍總體占80%以上，最大特點(diǎn)是S截點(diǎn)處常發(fā)育一較寬的混合帶(圖5(d))，發(fā)育有板狀、楔形交錯(cuò)層理或沙紋層理等。

前緣席狀砂砂體成分為細(xì)砂和粉砂，分選很好，成熟度非常高，常發(fā)育平行紋層或小水流波痕層理構(gòu)造，很難發(fā)現(xiàn)化石。本區(qū)山西組地層為淺水三角洲沉積，由于三角洲前緣下陷程度較小，河水流速變得十分緩慢，受海水、潮汐影響顯著，各砂體遭受強(qiáng)烈改造再次分布形成席狀砂。

圖5 淺水三角洲沉積特征Fig.5 The sedimentary characteristics of shallow delta

3 聚煤規(guī)律分析

邯邢煤田屬于華北晚古生代含煤建造，聚煤作用主要發(fā)育在石炭世和早二疊世早期地層中，經(jīng)過對本區(qū)太原組、山西組煤層厚度、穩(wěn)定性等特征的分析，并結(jié)合海平面變化對聚煤規(guī)律進(jìn)行分析研究[10]。

3.1 石炭紀(jì)聚煤規(guī)律

晚石炭世太原組為研究區(qū)主要含煤層段，共含煤7～9層，局部或全部達(dá)到可采厚度的為6層?？v觀全區(qū)聚煤作用，煤層在地層中的位置具有一定的共性，煤層頂部直接或間接有灰?guī)r沉積，如3、4、6、7、8和9號煤層頂部分別對應(yīng)一座灰?guī)r、野青灰?guī)r、山青或伏青灰?guī)r、小青灰?guī)r、大青灰?guī)r和下架灰?guī)r。研究區(qū)在經(jīng)受本溪組地層沉積之后，海侵方向由東北轉(zhuǎn)向南東，岸線近東北展布，在海平面上升時(shí)，西北部地區(qū)最晚被海水淹沒，在海水逐漸退去時(shí)，由西北向東南依次浮出水面，因此西北部地區(qū)泥炭堆積持續(xù)時(shí)間較長，而東南部地區(qū)受海水影響較大，暴露時(shí)間相對較短，泥炭堆積持續(xù)時(shí)間較短，最終出現(xiàn)太原組煤層由西北向東南逐漸變薄的趨勢(圖6、圖7)。

圖6 太原組早期煤層厚度等值線Fig.6 The coal thickness of Early Taiyuan formation

圖7 太原組晚期煤層厚度等值線Fig.7 The coal thickness of late Taiyuan formation

3.2 二疊紀(jì)聚煤規(guī)律

早二疊世早期山西組含兩層煤，其中1號煤不可采，2號煤在研究區(qū)廣泛分布，且厚度大，層位穩(wěn)定，易于對比，是本區(qū)最重要的可采煤層。該時(shí)期海水逐漸由東南退出本區(qū)，由潮坪沉積體系轉(zhuǎn)變?yōu)闇\水三角洲沉積體系。三角洲體系沉積區(qū)對聚煤作用非常有利[11-12]，尤其是三角洲平原上的分流間灣，此處地勢較低洼，覆水較淺，營養(yǎng)豐富，有利于植物的生長和泥炭堆積，形成的厚煤層厚度較大。但是由于淺水三角洲沉積體系的發(fā)展演化，分流河道的遷移更疊，造成煤層厚度變化較大，分叉合并現(xiàn)象普遍，而且由于后期構(gòu)造活動和成煤后河流沖刷，煤層沖蝕現(xiàn)象也比較普遍，造成煤層在全區(qū)分布上的差異性。

該期主要發(fā)育了全區(qū)分布穩(wěn)定的2號煤。2號煤成煤為三角洲平原上發(fā)育起來的泥炭沼澤，在二疊紀(jì)該區(qū)處于熱帶—亞熱帶氣候，植物繁茂，有著充裕的成煤物質(zhì)。因離物源區(qū)較遠(yuǎn)，沉積作用微弱而沉積速度緩慢，加之遠(yuǎn)離海岸線，受古構(gòu)造運(yùn)動影響造成的短暫海侵幾乎影響不到該區(qū)，能使該區(qū)域的泥炭沼澤持續(xù)發(fā)育，形成了巨厚的泥炭層，經(jīng)后期成煤作用，造就了現(xiàn)在優(yōu)質(zhì)的2號煤（圖8）。

圖8 2煤層厚度等值線Fig.8 The thickness contour of NO. 2 coal

2號煤層是本區(qū)最為重要的開采煤層，從煤層厚度等值線圖上可以看出（圖9），煤層總體呈現(xiàn)由西北向東南變薄的趨勢，等值線在平面上呈朵葉狀，印證了該煤層是由三角洲上發(fā)育的泥炭層形成的。在邢臺和峰峰地區(qū)煤層厚度超過了6 m，為研究的聚煤中心。在武安市—邯鄲市以北一線及內(nèi)丘煤層厚度相對較小，一般在3.0～4.0 m之間。由2號煤層頂板砂巖等厚線圖分析，煤層形成之后可能受到河道沖刷而變薄。

圖9 2煤層頂板砂巖厚度等值線Fig.9 The thickness contour of roof sandstone of NO. 2 coal

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4 結(jié)論

1）研究區(qū)煤系地層主要發(fā)育碳酸鹽臺地、潮坪、三角洲沉積相。其中碳酸鹽臺地和潮坪主要為中晚石炭世沉積相類型，三角洲為早二疊世沉積相類型。

2）邯邢煤田晚古生代煤系地層主要經(jīng)歷了潮坪、淺水三角洲大沉積環(huán)境的演化過程。本溪組和太原組發(fā)育大型潮坪沉積體系，本研究區(qū)識別出潮道、潮汐沙脊、砂坪、砂泥混合坪和泥坪等沉積微相；山西組主要為淺水三角洲沉積體系，由于區(qū)內(nèi)地形平坦開闊，三角洲平原極其發(fā)育，加之氣候適宜形成了研究區(qū)的2#主采煤層，三角洲前緣和前三角洲沉積厚度較小。

3）太原組主要是由潮坪環(huán)境下發(fā)育的泥炭坪形成的煤層，山西組煤層由三角洲平原分流間灣形成。由于海水是有東南方向逐漸退出研究區(qū)，煤層總體呈現(xiàn)由西北向東南變薄的趨勢。

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The analysis of sedimentary facies and coal accumulation of coal measure strata in Hanxing Coal fi eld

CUI Chonghai
(The First Exploration Bureau of China's General Administration of Coal Geology，hebei，handan 056004，China)

This article is guided by the theory and method of sedimentology and petrology，based on the data of fi eld outcrop，drilling core，logging curve and other data，and combination of macroscopic analysis and microcosmic study. Combining with the research results of other areas in North China Basin，the sedimentary facies type and coalite effect of coal in the coal fi eld have been discussed. The results show that the coal strata of Hanxing coal field deposites from the Carboniferous to the Early Permian，and experiences the evolution of the sedimentary environment in the tidal flat and shallow water delta. The shallow water delta of Permian develops the stable and recoverable 2 Coal seam.

Hanxingcoal fi eld；coal measure strata；sedimentary facies；coal accumulation

P618.11

A

1673-9469（2017）04-0084-06

10.3969/j.issn.1673-9469.2017.04.019

2017-10-01

中國地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目 (121201001000150090)

崔崇海(1963-)，男，河南新鄉(xiāng)人，高級工程師，從事煤炭地質(zhì)與勘查相關(guān)研究工作。