四川省達(dá)竹礦區(qū)晚二疊世層序地層及巖相古地理

何曼如，閔思斯，孟昱璋，徐仁波

（四川省煤田地質(zhì)局地質(zhì)測(cè)量隊(duì)，四川 成都610072）

1 前言

達(dá)竹礦區(qū)位于四川省東北部，行政區(qū)劃隸屬于達(dá)州市所屬萬源市、宣漢縣、開江縣、通川區(qū)、達(dá)縣、大竹縣和渠縣所轄。北起萬源市石人～宣漢縣的五寶一線，南至廣安市北界，西起萬源市的河口鎮(zhèn)～渠縣的李渡一線，面積約8824km2。地理坐標(biāo):東經(jīng)107°01′03″～108°07′19″、北緯30°20′47″～31°47′36″。

達(dá)竹礦區(qū)是四川省主要煙煤產(chǎn)地之一，2020年以后僅有12對(duì)年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力279萬t的中、小型及小煤礦繼續(xù)生產(chǎn)[1]。對(duì)礦區(qū)進(jìn)行層序地層和巖相古地理分析對(duì)研究該區(qū)聚煤規(guī)律，科學(xué)預(yù)測(cè)礦區(qū)煤炭資源潛力，為達(dá)州市和四川省煤炭工業(yè)乃至能源工業(yè)、國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展宏觀決策提供動(dòng)態(tài)的資源數(shù)據(jù)和科學(xué)依據(jù)都具有重要意義。

2 層序地層分析

2.1 建立層序地層格架

2.1.1 關(guān)鍵界面的識(shí)別與對(duì)比

（1）層序邊界的識(shí)別

a.不整合面:在茅口組灰?guī)r風(fēng)化殼上廣泛發(fā)育鋁土礦或鐵鋁質(zhì)泥巖，分布范圍極廣，是重要的層序界面識(shí)別標(biāo)志。

b.上切谷及古土壤:古土壤C23、C7-10煤層的底板即“上砂鍋土”“砂鍋土”在川南很發(fā)育。這些層序界面在海相區(qū)達(dá)竹礦區(qū)都不發(fā)育，本文采取追蹤綜合分析的方法來判定[2-3]。

c.石灰?guī)r發(fā)育的旋回性與延伸范圍:在含煤巖系地層剖面中，石灰?guī)r的周期性發(fā)育，代表了海侵-海退的周期性發(fā)生，每層石灰?guī)r的發(fā)育都代表了一次海泛事件。因此，可用石灰?guī)r的分布來判斷最大海泛面和最大海退面，而后者與層序界面共生[4]。

（2）三級(jí)最大海泛面的識(shí)別與追蹤

經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，在層序Ⅰ時(shí)期，溫水-良村海侵達(dá)到最大，良村灰?guī)r向陸延伸最遠(yuǎn)，代表了最大海泛期沉積，即以良村灰?guī)r底界面作為該層序的最大海泛面，達(dá)竹礦區(qū)則為同期沉積的大鐵板灰?guī)r底界面作為該層序的最大海泛面；同理在層序Ⅱ時(shí)期，以石寶灰?guī)r底界面作為該時(shí)期的最大海泛面。在無石灰?guī)r發(fā)育的地區(qū)，大套厚層泥巖或反映海相沉積的巖石組合與代表最大海泛期沉積的石灰?guī)r層或相應(yīng)煤層可以對(duì)比，也可識(shí)別出最大海泛面[5]。

2.1.2 建立層序地層格架

圖1 四川東部晚二疊世層序地層格架圖示

圖2 四川省晚二疊世層序Ⅰ時(shí)期巖相古地理圖

圖3 四川省晚二疊世層序Ⅱ時(shí)期巖相古地理圖

通過對(duì)晚二疊世層序地層關(guān)鍵界面的識(shí)別，可將該地區(qū)晚二疊世地層劃分為2個(gè)三級(jí)層序，即以C16煤頂界及其對(duì)應(yīng)面為層序界面，上部為層序Ⅰ、上部為層序Ⅱ，與龍?zhí)督M一段＋二段中上部和龍?zhí)督M二段中上部＋三段及長興組相對(duì)應(yīng)[6]。每個(gè)層序3個(gè)體系域發(fā)育完整，即包括低水位體系域（LST）、海侵體系域（TST）和高水位體系域（HST）（圖1）。

2.2 層序地層格架中煤層的賦存特征

結(jié)合四川省不同礦區(qū)晚二疊世煤層在層序格架中發(fā)育情況、晚二疊世富煤帶在層序格架中的遷移規(guī)律的研究，可知達(dá)竹礦區(qū)煤層只發(fā)育于層序Ⅰ低位體系域。此后，在總體海侵背景之上有利的聚煤環(huán)境節(jié)節(jié)向西南方向遷移，煤層的分布范圍也節(jié)節(jié)向西南方向收縮，自此本區(qū)終止了煤的聚積，不再有含煤層。

3 巖相古地理格局

達(dá)竹礦區(qū)巖相古地理的研究應(yīng)放在四川省晚二疊世巖相古地理大格局中去研究方能彰顯全貌，避免管中窺豹。晚二疊世四川省大部分地區(qū)屬于華南板塊，只有西部甘孜-稻城以西位于華南板塊和藏滇板塊之間的活動(dòng)帶，處于板塊拉張邊緣。華南板塊區(qū)域，以龍門山-康滇古陸為界，界線以西為構(gòu)造活動(dòng)的區(qū)域，主要發(fā)育陸緣盆地、洋盆、邊緣盆地等，由于該時(shí)期構(gòu)造活動(dòng)頻繁，且覆水較深，基本不具備成煤的基本條件；界線以東為穩(wěn)定的揚(yáng)子克拉通盆地，該時(shí)期由于康滇古陸作為揚(yáng)子克拉通盆地的邊界，接受剝蝕，為東部沉積區(qū)主要的物源區(qū)，加之康滇古陸東緣，地勢(shì)較平緩，構(gòu)造較為穩(wěn)定，覆水不深，植被繁盛，為有利的聚煤地區(qū)（據(jù)馬永生，2005）。

四川省晚二疊世含煤巖系主要分布在康滇古陸東部斜坡，其西部巖性以碎屑巖為主，石灰?guī)r標(biāo)志層不太發(fā)育，在海陸過渡地區(qū)石灰?guī)r標(biāo)志層發(fā)育，在東部海相環(huán)境因石灰?guī)r標(biāo)志層合并而失去其標(biāo)志作用。區(qū)內(nèi)有煤田鉆孔控制及露頭分布，地層和層序劃分與對(duì)比相對(duì)較為清楚，為古地理圖的繪制提供了合適的繪圖單元。本次巖相古地理圖的作圖單元為三級(jí)層序，既可以反映沉積時(shí)期的古地理面貌及其演化，還可以用于沉積礦床（特別是煤層）的預(yù)測(cè)[7]。

3.1 層序Ⅰ時(shí)期巖相古地理分析

層序Ⅰ時(shí)代上相當(dāng)于晚二疊世早期的吳家坪階早中期，在巖石地層上包括宣威組一段和二段上部／龍?zhí)督M一段及二段上部／吳家坪組一段及二段上部。該時(shí)期由于海西期（東吳）運(yùn)動(dòng)的影響，相對(duì)早中二疊世而言，普遍呈現(xiàn)海退，一些地區(qū)褶皺隆升成為山地或平原，康滇地區(qū)由于峨眉山玄武巖的噴溢堆積，其外圍反映為以陸相為主的宣威組分布，逐漸向外變?yōu)楹ｊ懡惶嫦酁橹鞯凝執(zhí)督M-長興組分布，以及以海相為主的吳家坪組-長興組/大隆組分布。

康滇古陸-龍門山一線以東（圖2），為穩(wěn)定的揚(yáng)子克拉通盆地，構(gòu)造較穩(wěn)定，加之康滇古陸東北部斜坡地勢(shì)平緩，自西南向東北由陸相環(huán)境到過渡相環(huán)境再到海相環(huán)境，相帶變化明顯。該層序直接沉積在中二疊世茅口組石灰?guī)r風(fēng)化殼上。在茅口階晚期，研究區(qū)發(fā)生整體坳陷沉降，在無玄武巖分布地區(qū)廣泛發(fā)生C25聚煤作用，在C25聚煤中期，發(fā)生了規(guī)模不大的溪口海侵，沉積了華鎣山地區(qū)的溪口灰?guī)r、古敘地區(qū)的黑色魚鱗泥巖、古宋一帶C25-1頂板灰?guī)r，這層灰?guī)r代表了區(qū)域海侵正式開始，進(jìn)入了海侵體系域沉積時(shí)期。達(dá)竹礦區(qū)在層序Ⅰ沉積期發(fā)育碳酸鹽臺(tái)地、臺(tái)地邊緣、深水盆地巖相；煤層形成于低水位體系域期的瀉湖-潮坪環(huán)境[8]。

3.2 層序Ⅱ時(shí)期巖相古地理分析

層序Ⅱ時(shí)期整體上繼承了層序Ⅰ時(shí)期的古地理格局，但是由于海水的不斷入侵，宏觀海陸格局發(fā)生了一定變化，海相環(huán)境范圍明顯變大、陸相范圍逐漸縮小。

康滇古陸-龍門山一線以東（圖3），自西南向東北方向，沉積環(huán)境依次為陸相-海陸過渡相-海相，相帶呈規(guī)律性變化。海侵作用不斷加強(qiáng)，沖積平原逐漸向西退卻，在廣元-旺蒼-巴中-達(dá)州地區(qū)發(fā)育廣旺海槽和開江-梁平海槽。該時(shí)期成煤帶在縱向上和橫向上都發(fā)生了較大的遷移，自東北向西南，成煤帶位置逐漸向西南方向遷移，垂向上煤層層位逐漸提升，體現(xiàn)了成煤帶隨古地理格局變遷而變遷的一致性。達(dá)竹礦區(qū)在層序Ⅱ沉積期自南向北發(fā)育碳酸鹽臺(tái)地、臺(tái)地邊緣、深水盆地巖相，已不發(fā)生聚煤作用。

4 結(jié)論

（1）通過對(duì)區(qū)域晚二疊世層序地層關(guān)鍵界面的識(shí)別，將達(dá)竹礦區(qū)晚二疊世地層劃分為2個(gè)三級(jí)層序，即以C16煤頂界及其對(duì)應(yīng)面為層序界面，上部為層序Ⅰ、上部為層序Ⅱ，與龍?zhí)督M一段＋二段中上部和龍?zhí)督M二段中上部＋三段及長興組相對(duì)應(yīng)。層序Ⅰ中以大鐵板灰?guī)r底界面作為最大海泛面，層序Ⅱ以石寶灰?guī)r底界面為最大海泛面，每個(gè)層序均發(fā)育完整的低水位體系域（LST）、海侵體系域（TST）和高水位體系域（HST）。

（2）根據(jù)巖相古地理的研究，達(dá)竹礦區(qū)在層序Ⅰ沉積期發(fā)育碳酸鹽臺(tái)地、臺(tái)地邊緣、深水盆地巖相，煤層形成于低水位體系域期的瀉湖-潮坪環(huán)境；在層序Ⅱ沉積期發(fā)育碳酸鹽臺(tái)地、臺(tái)地邊緣、深水盆地巖相，此時(shí)在總體海侵背景之上有利的聚煤環(huán)境已向西南方向遷移，不發(fā)生聚煤作用。