沁水煤田柿莊區(qū)塊太原組K4層位砂體沖刷特征分析

張 璐

（山西省煤炭地質(zhì)114勘查院，山西長(zhǎng)治046011）

沁水煤田作為我國(guó)目前煤產(chǎn)量最大的石炭—二疊紀(jì)煤田，經(jīng)過多年的地質(zhì)調(diào)查及生產(chǎn)實(shí)踐，其晚古生界含煤地層的地質(zhì)研究程度已經(jīng)很高。眾多作者在沁水煤田含煤地層的標(biāo)志層（煤層）對(duì)比方面做了大量工作。本文在眾多前輩、學(xué)者研究成果的基礎(chǔ)上，就在本區(qū)勘探過程中發(fā)現(xiàn)的太原組K4石灰?guī)r缺失、變薄的現(xiàn)象，分析原因、并研究了區(qū)塊內(nèi)K4層位砂體沖刷特征。

1 研究區(qū)背景

1.1 位置

柿莊區(qū)塊地處山西省晉城市沁水縣的東北部，位于沁水縣柿莊鎮(zhèn)北郞溝村—柿莊鎮(zhèn)峪里村—高平市野川鎮(zhèn)模凹村一帶，面積約93km2，距晉城市103km。

1.2 地質(zhì)概況

勘查區(qū)位于沁水塊坳次級(jí)構(gòu)造單元沾尚—武鄉(xiāng)—陽城北北東向褶帶南段東部。受區(qū)域構(gòu)造的影響，勘查區(qū)總體為走向北東、傾向北西的單斜，在此基礎(chǔ)上發(fā)育了次一級(jí)寬緩褶曲，產(chǎn)狀較為平緩，發(fā)育斷層不發(fā)育，無巖漿侵入體。構(gòu)造屬簡(jiǎn)單類。地層沉積規(guī)律與晉東南地區(qū)一致，以元古界為結(jié)晶基底，向上依次沉積了下古生界(寒武系、奧陶系)、上古生界(石炭系、二疊系)、中生界(三疊系)，第四系分布于區(qū)內(nèi)山梁及溝谷中。

2 研究區(qū)K4石灰?guī)r沉積特征

2.1 太原組巖性特征及沉積特點(diǎn)

太原組為本區(qū)主要含煤地層。平均厚度80～100m。本組為典型的海陸交互相旋回沉積，由多層石灰?guī)r及砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖及煤層組成。按沉積旋回可分為3段，見圖1。

（1）一段(C3t1)。K1砂巖底部—K2灰?guī)r底部。厚7～30m。K1細(xì)粒砂巖為一層灰白色薄層狀，石英為主，硅質(zhì)膠結(jié)，脈狀層理，夾泥巖條帶，偶含星散狀黃鐵礦；K1砂巖頂部—15#煤底部：深—黑灰色泥巖、粉砂巖、含鋁泥巖，夾中粒砂巖，含星散狀黃鐵礦及黃鐵礦結(jié)核，較多不完整植物化石，上部含菱鐵礦結(jié)核，頂部產(chǎn)豐富植物根化石。夾16#煤層。

（2）二段(C3t2)。K2灰?guī)r底部—K4灰?guī)r頂部。厚20～35m。由深灰色、灰黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖夾中細(xì)粒砂巖、粉砂巖及灰—深灰色石灰?guī)r、泥灰?guī)r和薄煤層組成。以海侵石灰?guī)r發(fā)育為特征，由K2、K3、K4等深灰色石灰?guī)r構(gòu)成主體格架，與其上深—黑灰色泥巖、灰—淺灰色中細(xì)粒砂巖及13、12、11號(hào)煤層等薄煤層組成向上變淺的海退層序；石灰?guī)r中均勻?qū)永頌橹?，含完整及不完整?dòng)物化石。

（3）三段(C3t3)。K4灰?guī)r頂部—K7砂巖底部。厚34～55m。以碎屑巖發(fā)育為特征，夾K5、K6等石灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r及7、8-1、8-2、9號(hào)等薄煤層；石灰?guī)r為深灰色，均勻?qū)永頌橹?，具波狀層理，含豐富的動(dòng)物化石；碎屑巖中砂巖為中粗粒及細(xì)粒結(jié)構(gòu)，脈狀波狀層理，大型交錯(cuò)層理，夾泥巖條帶，層面較多植物碎屑。泥巖、粉砂巖較多，為深灰色、黑灰色，具水平紋理、透鏡狀層理、波狀層理，含較多完整及不完整植物化石，含菱鐵礦結(jié)核，具星散狀黃鐵礦，偶見黃鐵礦結(jié)核。每一旋回頂部泥巖中含大量植物根化石。

2.2 太原組K4石灰?guī)r厚度特征及其遭沖刷程度

(1)K4石灰?guī)r厚度特征。據(jù)研究區(qū)內(nèi)及附近鉆孔資料顯示（見圖2），K4石灰?guī)r厚度一般為1.33～4.65m，平均厚度為2.46m。整體趨勢(shì)呈現(xiàn)東部薄于西部，但平均厚度低于沁水盆地區(qū)域均值。其中，302#孔是揭露正斷層導(dǎo)致K4石灰?guī)r缺失。在排除構(gòu)造因素影響后對(duì)比發(fā)現(xiàn)：多數(shù)鉆孔于K4層位或K4石灰?guī)r上覆賦存一套厚度極不均勻的沖刷砂體。受此套砂體影響，501#、502#孔K4石灰?guī)r完全缺失；103#、0401#、0701#、0702#、1103#及2806#孔K4石灰?guī)r均有不同程度的變薄現(xiàn)象。

圖2 K4石灰?guī)r厚度等值線圖

(2)K4層位沖刷砂體巖性及物性特征。此套砂體巖性以灰白色細(xì)粒砂巖、中粒砂巖為主，礦物成分以石英為主，長(zhǎng)石次之，發(fā)育交錯(cuò)層理—平行層理，顆粒呈次圓狀，正粒序?yàn)橹?。物性方面，視電阻率曲線（NR）由淺至深總體呈中—中高反映，自然伽馬曲線（GR）呈現(xiàn)中—中低反映，見圖3。巖性及物性特征明顯，易于對(duì)比。

圖3 砂體物性曲線圖

(3)K4層位沖刷砂體平面及剖面展布特征。剖面上，此套砂體以501#、502#孔最厚，分別為10.70m、21.45m，呈透鏡狀。在巖性對(duì)比的基礎(chǔ)上（圖4中以102—0401—502—0701—1102一線為例），可分析各鉆孔內(nèi)K4石灰?guī)r受砂體沖刷程度，并劃定其在平面上的展布范圍。K4層位砂體在區(qū)內(nèi)較發(fā)育，平面上呈現(xiàn)條帶狀或鳥足狀，見圖5。

3 結(jié)論

(1)在明晰了區(qū)域石炭系上統(tǒng)太原組地層和沉積特征的基礎(chǔ)上，對(duì)研究區(qū)孔內(nèi)K4石灰?guī)r缺失、變薄現(xiàn)象進(jìn)行了分析、對(duì)比，確定了沖刷砂體的巖性、物性特征和砂體在平面及剖面上的展布特征。

圖4 A-A′線剖面圖

圖5 K4層位沖刷砂體圖

(2)K4石灰?guī)r沉積后，海水漸退，代之為分流間灣[3]。從研究區(qū)K4層位砂體的以上特征分析，其來源應(yīng)屬分流河道沖刷后沉積形成。

(3)需要指出的是，此套砂體在晉東南沁水一帶影響范圍較大，當(dāng)?shù)氐V井生產(chǎn)中常將此套砂巖命名為“黃水溝砂巖”。但以往文獻(xiàn)中多認(rèn)為“黃水溝砂巖”屬山西組底界，是與太原西山北岔溝砂巖相當(dāng)?shù)牡谝簧皫r[4]。從沉積層位上看，兩種說法尚存爭(zhēng)議，且對(duì)此套砂巖研究較少。還有必要在沁水盆地南部范圍內(nèi)從遺跡學(xué)、礦物結(jié)晶學(xué)、古生物地層學(xué)、沉積學(xué)等方面進(jìn)行大量工作，來確定分流河道流向、沖刷范圍及砂體區(qū)域?qū)Ρ惹闆r等。

[1]山西省煤炭地質(zhì)114勘查院.山西省沁水煤田沁水縣柿莊勘查區(qū)煤炭詳查報(bào)告[R].2014.

[2]程保洲.山西晚古生代沉積環(huán)境與聚煤規(guī)律[M].山西科學(xué)技術(shù)出版社，1992.

[3]舒符瑩.山西省沁水煤田長(zhǎng)治礦區(qū)晚石炭世的沉積聚煤演化[J].山西地質(zhì)，1990,5（4）.

[4]張志存，夏國(guó)英.晉東南上石炭統(tǒng)山西組的竹蜓類分帶[J].中國(guó)區(qū)域地質(zhì)，1985（2）.