淮南煤田劉莊深部研究區(qū)二疊系沉積環(huán)境研究

劉昊

摘 ?要：通過對淮南煤田劉莊深部研究區(qū)大量鉆孔資料分析，運用沉積學(xué)、煤田地質(zhì)學(xué)的基本理論和方法，分析了該區(qū)二疊系的地層特征、沉積序列和沉積環(huán)境及其演化規(guī)律，鑒別了沉積相。研究表明，該區(qū)經(jīng)歷了從海灣逐步發(fā)育演化為下三角洲平原，再經(jīng)歷了河灣充填體系，網(wǎng)狀、樹枝狀河流體系，隨后轉(zhuǎn)入河口灣、海灣環(huán)境，再到演化為上三角洲平原，最后為陸相沖積平原沉積環(huán)境。其中以上、下三角洲平原過渡帶和網(wǎng)狀河道體系對成煤極為有利。

關(guān)鍵詞：淮南煤田;二疊系;沉積環(huán)境

中圖分類號：P534 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

劉莊深部研究區(qū)位于淮南煤田西南部，劉莊煤礦的深部，基巖全隱伏于第四系和新近系松散層之下。據(jù)鉆探揭露，受F1斷層組的逆沖推覆作用，奧陶系部分地層覆蓋于三疊系或二疊系地層之上。原地地層層序與淮南煤田各礦區(qū)相同。

1 二疊系地層特征

該區(qū)二疊系平均厚度826.39 m，整合于石炭系太原組之上，底部以第一層灰?guī)r頂界面與太原組為界分開。自下而上分為下統(tǒng)的山西組、下石盒子組，上統(tǒng)的上石盒子組、孫家溝組。山西組和上、下石盒子組是主要勘查對象、含煤地層，揭露平均厚度708.90 m，含煤近30余層，總厚31.55 m，含煤系數(shù)為4.45%，自下而上劃分為7個含煤段。

1.1 下統(tǒng)山西組

即第一含煤段。底界為石炭系太原組第一層灰?guī)r之頂，上至4煤組下部鋁質(zhì)泥巖下的駱駝缽砂巖之底。該組厚度為55.45 m～86.84 m，平均厚度71.96 m，該組巖性底部為灰黑色致密泥巖，富含腕足類化石，其上為灰黑色、深灰色砂泥巖互層，混濁層理發(fā)育，具蟲孔構(gòu)造，夾有菱鐵結(jié)核，含煤0～3層。中上部以中厚層石英砂巖、中細砂巖為主，間夾泥巖，局部含礫及泥質(zhì)包體。

1.2 下統(tǒng)下石盒子組

即第二含煤段。底界為鋁質(zhì)泥巖下駱駝缽砂巖之底，上界至9煤層頂砂巖之底。該組厚度98.03 m～129.20 m，平均約112.94 m。底部為灰白色粗中砂巖、中細砂巖或石英砂巖，其上發(fā)育一層花斑狀泥巖或鋁質(zhì)泥巖;中上部為細砂巖、粉砂巖和石英砂巖夾泥巖、砂質(zhì)泥巖，煤層較發(fā)育。本組含煤約10層，平均總厚13.30 m。其中8煤、5煤為穩(wěn)定煤層，4煤為較穩(wěn)定煤層。

1.3 上統(tǒng)上石盒子組

底界為9煤層頂板砂巖之底，上至孫家溝組底界。揭露厚度503.50 m～539.60 m，平均厚約523 m，分為5個含煤段。

第三含煤段：厚90 m～120 m，平均100 m。巖性以灰色泥巖為主，夾淺灰、灰白色細砂巖。含煤4～5層，平均總厚3.71 m。其中11-2、11-1煤為穩(wěn)定和較穩(wěn)定煤層。

第四含煤段：厚71 m～103 m，平均81 m。以灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖為主，含煤1～5層，其中13-1煤為穩(wěn)定煤層。頂部和13-1煤下部發(fā)育花斑狀泥巖，底部常見厚層狀中粒砂巖、石英砂巖，俗稱K3砂巖，作為第三、第四含煤段的分界。

第五含煤段：厚58 m～91 m，平均74 m。該段以灰綠色、青灰色為主要特征，以泥巖、砂質(zhì)泥巖和花斑狀泥巖為主，夾有粉砂巖和細砂巖。含煤2～6層，平均總厚2.30 m。其中16-1、17-1為大部可采煤層。

第六含煤段：厚95 m～128 m，平均103 m，以灰色、深灰色、灰綠色泥巖、砂質(zhì)泥巖為主，間夾粉砂巖、細砂巖。20煤層附近常有薄層燧石層，富含海綿骨針（海綿巖），18煤層底板常見鋁質(zhì)泥巖或鮞狀泥巖。該段含煤0～6層，平均總厚2.30 m，其中18煤層為大部可采煤層。

第七含煤段：厚120 m～218 m，平均165 m，以灰色、青灰色泥巖和砂質(zhì)泥巖為主。該段含煤2～10層，平均厚約2.50 m，其中23和25煤層為大部可采煤層。

1.4 上統(tǒng)孫家溝組（P2sj）

揭露厚度87.44 m～166.70 m，平均厚約118.49 m。主要由灰色、灰綠色、紫紅、灰紫以及銹黃等一套雜色巖層組成。巖性為泥巖、砂質(zhì)泥巖、中細-中粗粒砂巖及石英砂巖。底界為灰白色中、粗粒砂巖，與下伏地層呈整合接觸。

2 沉積環(huán)境

通過對研究區(qū)內(nèi)巖石的顏色、粒度特征、礦體形態(tài)、黏土礦物、沉積構(gòu)造、古流向、古生物、地球化學(xué)、測井曲線、煤巖及煤質(zhì)特征等研究，對該區(qū)煤系沉積環(huán)境研究得到如下認識。

2.1 早二疊世早期山西組

第一含煤段其底部為一套塊狀構(gòu)造黑色泥巖為主，夾菱鐵礦以及富含腹足類、腕足類等化石為特征，屬于海灣前三角洲沉積。在底部泥巖之上為一套砂泥巖互層特征的地層，富含蟲孔，層理具有透鏡狀，屬遠砂壩沉積。再上為一套白色石英細砂巖，分選好，質(zhì)地純，波狀層理，是河口砂壩沉積。1煤為一套厚度大、煤質(zhì)好，低硫、低灰煤層;1煤頂部為一套細中粒長石石英砂巖，富含炭屑和云母片，具楔形交錯層理，粒度概率圖為河口砂壩特征;砂巖中常有泥礫、煤屑等，具河流沖刷現(xiàn)象，指狀砂體，為三角洲前緣沉積。因此，該段沉積環(huán)境應(yīng)屬從海灣演化來的下三角洲平原，地形切割不強，因此對成煤比較有利。

2.2 早二疊世晚期下石盒子組

第二含煤段中存在幾層厚層砂巖，一般富含植物碎屑、云母片，具板狀層理、楔形交錯層理;砂體呈指狀，砂巖中常含大量棱角狀的崩塌堆積物，以反粒序為主，兼顧正粒序，粒度概率圖顯示為河口砂壩及分流河道型，屬三角洲沉積。除5煤、8煤頂富產(chǎn)植物化石外，還常見有舌形貝化石，表示該區(qū)具陸海過渡相沉積。煤層層數(shù)較多，且多為薄至中厚層狀，厚度變化大，具有合并分叉，沖刷現(xiàn)象（如5煤），說明三角洲沉積速度快，河道發(fā)育。各煤層煤質(zhì)以低硫、中灰為主;煤巖組分以相對較高絲炭組分和穩(wěn)定組分、相對低凝膠化組分的特點，進一步反映出三角洲沉積的特征。因此，該段巖相組合屬上、下三角洲平原過渡帶，即為下三角洲平原河灣充填體系。其中，三角洲平原沉積較為發(fā)育，次為河口砂壩，該體系發(fā)育煤層層數(shù)多，含煤性較好。

2.3 晚二疊世早期上石盒子組

該組包括了第三、四、五、六、七共5個含煤段。第三、四含煤段繼承了第二含煤段的三角洲環(huán)境，其特點是崩塌積物發(fā)育，所含砂巖大部分為正粒序，具板狀交錯層理，粒度概率圖顯示為分流河道型，是三角洲平原河道沉積。此外，含鮞泥巖和花斑狀泥巖比較發(fā)育，反映三角洲平原上的天然堤、湖泊相發(fā)育和分支河道相發(fā)育。13-1煤和11-2煤頂植物化石豐富。其沉積環(huán)境屬于長期發(fā)育而形成的比較廣闊的三角洲平原，從樹枝狀河道體系過渡到網(wǎng)狀河道體系，再向蛇曲河道體系轉(zhuǎn)化。由于處于海浸前夕，地殼運動比較穩(wěn)定，成煤條件好，形成全區(qū)普遍發(fā)育的11-2煤層和13-1煤層。

第五、六、七含煤段，巖性多出現(xiàn)青灰、灰綠色，具波狀層理，砂巖中含海綠石，有的還含有碳酸鈣結(jié)核，粒度概率圖顯示為港灣砂壩或潮渠型，為潮汐通道及港灣砂壩沉積，粉砂巖存在垂直蟲孔，具有交互層理、透鏡狀層理，此種情況更傾向于潮間帶沉積。在16、17煤組頂、底板泥巖中常見舌形貝，20煤附近產(chǎn)海綿骨針。18、20煤的硫含量較高，應(yīng)是海灣環(huán)境。該段由于沉積速度快并伴有潮汐作用，環(huán)境變化較快且復(fù)雜，因此成煤環(huán)境較差，所成煤質(zhì)也差，灰分偏高。

結(jié)合周邊勘查資料分析，該區(qū)煤系地層沉積環(huán)境與整個淮南煤田整體一致。該區(qū)經(jīng)歷了從海灣逐步發(fā)育演化為下三角洲平原，再經(jīng)歷了河灣充填體系，網(wǎng)狀、樹枝狀河流體系，隨后轉(zhuǎn)入河口灣、海灣環(huán)境，再到演化為上三角洲平原，最后為陸相沖積平原沉積環(huán)境。其中以上、下三角洲平原過渡帶和網(wǎng)狀河道體系對成煤極為有利。

參考文獻

[1]韓作振等編寫，李增學(xué)，魏久傳主編.華北陸表海盆地南部層序地層分析[M].北京：地質(zhì)出版社，1998.

[2]魏久傳，李增學(xué)，金秀昆.淮南煤田二疊系基準面旋回劃分與煤聚積規(guī)律[J].煤田地質(zhì)與勘探，1999，27（5）：4-9.