安徽省淮北市閘河煤田二疊系山西組和下石盒子組主要煤層成煤條件差異分析

胡斌 劉運(yùn)標(biāo)

摘要：淮北閘河煤田主要煤層為山西組的C煤層和D煤層及下石盒子組的F煤層和G煤層。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)各煤層沉積條件各不相同，通過對山西組和下石盒子組主要煤層沉積巖性和巖相分析得出，C煤層是近海型煤，為濱海沼澤相沉積環(huán)境下形成的；D煤層屬于遠(yuǎn)海型泥炭沼澤相沉積類型煤；F煤層是遠(yuǎn)海型沉積的大陸湖沼相型煤；G煤層是標(biāo)準(zhǔn)的大陸沼澤相環(huán)境產(chǎn)物。掌握這些沉積條件和巖相特征，能夠判斷煤層的大致位置，對找煤勘查具有重要意義。

關(guān)鍵詞：陸相；過渡相；旋回；煤層

1.引言

沉積巖相-旋回研究是找煤工作中的重要方法，筆者根據(jù)淮北閘河煤田含煤地層的沉積特點(diǎn)，收集前人對該井田勘查成果資料，對其巖性特征及沉積旋回進(jìn)行綜合研究，發(fā)現(xiàn)二疊系山西組和下石盒子組主要煤層（C、D、F、G煤層）沉積條件各不相同。如果掌握各煤層的沉積條件及含地層巖相特征，對皖北地區(qū)找煤判層具有一定重要意義。

2.山西組和下石盒子組巖性特征

2.1山西組

厚度110m～130m，以灰色砂質(zhì)頁巖，灰白色砂巖為主，含C、D煤層，D煤層為主要煤層，底部為15m左右的穩(wěn)定頁巖，與太原統(tǒng)的沿海淤泥相頁巖一樣，含黃鐵礦結(jié)核，為海退時沿海淤泥沉積，頁巖之上為35m厚穩(wěn)定的砂質(zhì)頁巖。再向上為大陸盆地型沉積，即河床相砂巖河漫相砂質(zhì)頁巖，靜水池膠結(jié)物以泥質(zhì)為主，膠結(jié)不緊，分選性中等，圓度不好，具有單向急斜層理。

2.2下石盒子組

厚度220m～250m，分上部和下部。

下部厚度70m～90m，以黑灰色、塊狀，富含化石的靜水池沼相頁巖為主，中夾有具單向斜層理的河漫相砂質(zhì)頁巖或細(xì)砂巖，底部有一層很穩(wěn)定的湖泊相鋁土泥巖，厚一般4m，作為本區(qū)標(biāo)志層（K2），是下石盒子組與山西組的分界線。鋁土泥巖為灰白色，底部常夾有紫色雜色并含直經(jīng)為0.5至2mm的菱鐵礦鮞子。本層為主要含煤帶，含E、F、G1、G2、G3、L1、L2等煤層。

上部厚度—井田90m～120m，本層以雜色湖泊相頁巖為主，一般為灰色帶綠，塊狀無層理，一般不含化石，常含菱鐵礦鮞子，其中夾有不厚的具有單向急斜層理的河床相細(xì)砂巖，具有單向緩斜層理的河漫相砂質(zhì)頁巖和灰色塊狀含少量植物化石的靜水池沼相頁巖，不含煤。

3.巖相的標(biāo)志層

3.1煤層

泥炭沼澤巖相的標(biāo)準(zhǔn)相層。

3.2鋁土泥巖

平原干燥湖泊巖相層。巖性為灰白～灰黃～灰綠或帶有紫紅色，致密塊狀，具滑感，常含菱鐵礦細(xì)鮞子，大面積發(fā)育，層位穩(wěn)定，厚度一般在2m～6m。

3.3薄層石灰?guī)r

只見于太原組，呈灰～深灰色，結(jié)晶～隱晶質(zhì)。該組頂部薄層灰?guī)r厚1m～2m左右，質(zhì)不純，含泥質(zhì)，多方解石脈，見黃鐵礦顆粒，富含完好的珊瑚、海百合莖化石及腕足類碎片，是典型的淺海相標(biāo)準(zhǔn)相層。

3.4菱鐵礦層

多呈薄層（0.2m～0.9m）分布于煤層間或鋁土泥巖間，呈灰黑—灰褐色，致密塊狀，異常堅硬，比重特大，具弱玻璃—油脂光澤，因而特征明顯，易于辨認(rèn)，是良好的相層，是深水沼澤的相層。

3.5條帶狀砂巖

在山西組上部，全區(qū)普遍發(fā)育，特征明顯，為薄層的灰色砂巖與黑色泥巖互層呈條帶狀，是海灣—瀉湖波浪帶巖相的標(biāo)準(zhǔn)相層。

3.6黑色泥巖

山西組底部，全區(qū)發(fā)育，厚5m～15m，由泥質(zhì)、細(xì)粉砂組成，富含炭質(zhì)及大量炭化植物碎屑，多黃鐵礦細(xì)脈，見硅質(zhì)或白云石結(jié)核。應(yīng)為還原條件下平靜的海灣相沉積。

4.巖相劃分及各巖相主要特征

根據(jù)閘河煤田各井田資料分析，本井田二疊系含煤建造是由陸相系和過渡相系組成，且以陸相系沉積為主。含煤地層沉積是在由濱海環(huán)境逐漸過渡到大陸沖積盆地的環(huán)境形成。

現(xiàn)把陸相系和過渡相系簡介如下：

4.1陸相系

陸相系主要是由河流和湖泊及其周邊環(huán)境形成的陸相沉積巖系，其空間分布見圖1。

（1）河床相。主要由細(xì)礫巖、粗砂巖、中粒砂巖等巖層組成。分選、磨圓度均較差。具有大的同方向傾斜層理及同方向微收斂狀傾斜層理，層面往往有云母碎片，夾不規(guī)則的菱鐵礦結(jié)核。底部常見夾以礫石及泥質(zhì)沖刷塊，與下部常為沖刷接觸。

（2）河漫相。由細(xì)砂巖、粉砂巖等組成。礦物成分簡單，分選較好，磨圓度由次棱角—半滾圓狀，常夾菱鐵礦結(jié)核及鏡煤條帶，見碳化植物莖及植物化石碎片，有同方向微收鮞狀、斜波狀、渾濁狀等類型層理。多位于河床相之上。其上一般多為沼澤相，若當(dāng)?shù)貧ぜ眲∠陆祫t往往為湖泊相所淹沒。

（3）沼澤相。是陸相系中的主要組成部分，依其沉積條件及沉積物特點(diǎn)又可分為深水沼澤、泥炭沼澤、淺水沼澤和動水沼澤四個亞相。

沼澤相巖石成分以粉砂、泥質(zhì)巖為主，含炭質(zhì)，鋁土質(zhì)及夾泥炭沉積。顏色多為深灰—灰黑色，當(dāng)含鋁質(zhì)高時則呈灰白、淡黃綠色。常保存有完整的植物化石，富含鮞狀菱鐵礦或薄層菱鐵礦層。以微波狀層理為主，亦見不規(guī)則的水平層理。當(dāng)?shù)貧ふ袷幾饔茫幱谙鄬Ψ€(wěn)定的條件下，有機(jī)物質(zhì)充足時是成煤的良好環(huán)境（泥炭沼澤亞相）；當(dāng)振蕩運(yùn)動頻繁時，又成為不利于成煤或破壞成煤的因素（動水沼澤亞相）。沼澤相與下接觸關(guān)系多為逐漸過渡，亦少見有明顯接觸。下伏巖相多為河漫相，或湖泊相；上覆多為湖泊相，當(dāng)?shù)貧ぬ幱谳^大振幅振蕩運(yùn)動時則形成薄層砂巖與泥巖交替沉積的動水沼澤亞相。

（4）湖泊相。由灰白或紫紅色及黃綠雜色泥巖與鋁土質(zhì)巖石組成，次為粉砂巖及細(xì)砂巖。顏色淺，一般不顯層理，或見水平層理。多致密團(tuán)塊狀構(gòu)造。極少見化石，富含瘤狀及鮞狀菱鐵礦結(jié)核。

4.2過渡相系

主要是濱海環(huán)境下的沉積，分砂洲-砂壩相和海灣-瀉湖波浪帶相等，其空間分布見圖2。

（1）砂咀—砂壩相及水下三角洲亞相：由細(xì)—中粒砂巖組成，成分單一，分選較好，磨圓較差，多呈棱角狀—滾圓狀。礦物成分中含極少海綠石，膠結(jié)物多為鈣質(zhì)、硅質(zhì)。含較多黃鐵礦結(jié)核，硅質(zhì)結(jié)核，少見有白云石，鐵白云石結(jié)核。以斜波狀及斂聚狀層理為主。其下往往與海灣、瀉湖亞相共生。其上往往為波浪帶亞相，或濱海沼澤亞柏。

（2）河口三角洲亞相：由中—粗粒砂巖組成，成分復(fù)雜、分選差，呈半棱角—棱角狀。成分以石英為主，長石較多，另外含碳酸鹽成分，多方解石脈，偶見有少量黑云母、鉀微斜長石。并夾有泥質(zhì)、炭質(zhì)包裹體。膠結(jié)類型復(fù)雜，多為混合型。層理不明顯。底與其他相常為沖刷接觸，上覆往往為湖泊相或瀉湖亞相。

（3）濱海沼澤亞相：由粉砂、泥巖組成，夾鏡煤線，見硅質(zhì)、鈣質(zhì)、鐵質(zhì)結(jié)核，可見細(xì)小的水平、微波狀層理，當(dāng)?shù)貧は鄬Ψ€(wěn)定，腐殖物質(zhì)充足時亦可形成泥炭沉積的環(huán)境，但其分布是不穩(wěn)定的，煤層厚度變化大，多成透鏡狀。常與泥炭沼澤亞相、海灣瀉湖亞相共生，當(dāng)?shù)貧ぜ眲∠陆祫t其上往往為淺海相所掩覆。

（4）濱海波浪帶亞相：由薄層泥巖、粉砂以及細(xì)砂巖組成，接觸明顯，韻律清楚，見硅質(zhì)、白云石及黃鐵礦結(jié)核，成不規(guī)則的直線型傾斜層理及微波狀層理，上部為河床相或濱海沼澤亞相，下部為砂洲—砂壩或淺海相。

（5）海灣及瀉湖亞相：以灰黑色泥巖，粉砂質(zhì)泥巖為主，成分單一，一般不顯層理或顯小的平行水平層理，見有較多炭化植物碎屑，含硅質(zhì)結(jié)核及黃鐵礦、方解石脈、腕足類等。在地殼振蕩的作用下往往與濱海沼澤亞相交替而生成薄泥炭層。

5.山西組和下石盒子組主要煤層成煤條件差異分析

沉積旋回是沉積巖在地殼振蕩作用下形成的，在剖面上按一定周期有系統(tǒng)規(guī)律交替重復(fù)出現(xiàn)的巖相共生組合體。根據(jù)閘河煤田各井田資料分析，結(jié)合巖性特征和上述巖相特征，煤田二疊系山西組和下石盒子組含煤建造是由過渡相系和陸相系組成（見圖3），從圖3中可以看出，山西組下部為過渡相沉積，上部及整個下石盒子組為陸相沉積。

閘河煤田山西組統(tǒng)主要煤組為D組和C煤組，下石盒子統(tǒng)主要煤組為F煤組和G煤組。各煤層的成煤條件有所不同，各有差異。

5.1山西組C煤層和D煤層成煤條件分析

山西統(tǒng)地層有2個旋回，第一個旋回（Ⅲ1）為海退以后的上升階段，為該統(tǒng)的下段，包含C煤層和D煤層。該旋回整體上升，但成煤期為該旋回短暫下降時期形成的。

C煤層下部幾乎全部為近岸流水相砂質(zhì)頁巖，砂質(zhì)頁巖頂部有1m～2m厚的沼澤相頁巖，C煤層夾在其中，該煤層薄，本身不穩(wěn)定，但其相當(dāng)層位很穩(wěn)定，為沼澤相或富含植物化石的靜水池相頁巖，該煤層應(yīng)是近海型煤，為濱海沼澤相沉積環(huán)境下形成的。

D煤層在第一個旋回（Ⅲ1）頂部，其下部為近岸流水相地層，在個別地區(qū)為河床相砂巖，說明D煤層接近相對穩(wěn)定成煤階段。該旋回上部為薄層靜水池沼相頁巖，D煤層夾在其中，其結(jié)構(gòu)、煤巖、厚度，與K1標(biāo)志層的間距，底板巖性都很穩(wěn)定。D煤層底部為15m左右的穩(wěn)定頁巖，與太原統(tǒng)的沿海淤泥相頁巖一樣，含黃鐵礦結(jié)核，為海退時沿海淤泥沉積；D煤層上部為河流相沉積砂巖，為地殼上升所致，該砂巖對D煤層影響很大，部分煤層被沖刷變薄。D煤層硫分0.4%～0.5%，結(jié)合其上巖性來看，應(yīng)屬于遠(yuǎn)海型泥炭沼澤相沉積類型。如上所述D煤層原生沉積是穩(wěn)定的，但是受了局部后生沖刷。含黃鐵礦結(jié)核，為海退時沿海淤泥沉積。

5.2下石盒子組F煤層和G煤層成煤條件分析

F煤層和G煤層分布在下石盒子組下部，處在成煤相對穩(wěn)定階段。

F煤層層位在K2鋁土頁巖之上，是在下石盒子統(tǒng)下部第一個旋回（Ⅲ3）下降階段中沉積的，其成煤環(huán)境較好，沉積環(huán)境穩(wěn)定，這與鋁土頁巖（K2）的穩(wěn)定性有關(guān)，有沉積F煤層時鋁土頁巖成為大范圍內(nèi)的隔水層，使其以上之砂、泥處于飽和狀態(tài)，但飽和水位達(dá)到地表，形成廣泛的泥炭沼澤。F煤層下部為黑灰色、塊狀，富含化石的靜水池沼相頁巖為主，其中夾有具單向斜層理的河漫相砂質(zhì)頁巖或細(xì)砂巖。由以上可知F煤層是遠(yuǎn)海型沉積的大陸湖沼相型煤。

G煤層下距F煤層10m～15m，二煤層之間為河床相及河漫相砂巖。G煤層原生沉積是穩(wěn)定的，處在下石盒子組第二旋回（Ⅲ4）下部，分布普遍，常分2層～3層，且薄，不甚穩(wěn)定，層間距小，煤層沉積前后的巖相在橫向變化大，旋回結(jié)構(gòu)不明顯。該旋回除底部為河床相及河漫相砂巖外，其余大部分均為泥頁巖（見圖3），泥頁巖為深灰—灰黑色，保存有完整的植物化石，并含有鮞狀菱鐵礦，應(yīng)為大陸沼澤相沉積產(chǎn)物。對照巖相標(biāo)志層，參照該煤層所在旋回位置，說明G煤層是標(biāo)準(zhǔn)的大陸沼澤相環(huán)境產(chǎn)物。

6.結(jié)論

本文通過對山西組和下石盒子組主要煤層沉積巖性和巖相分析，主要得出如下結(jié)論：

C煤層是近海型煤，為濱海沼澤相沉積環(huán)境下形成的。

D煤層屬于遠(yuǎn)海型泥炭沼澤相沉積類型煤。

F煤層是遠(yuǎn)海型沉積的大陸湖沼相型煤。

G煤層是標(biāo)準(zhǔn)的大陸沼澤相環(huán)境產(chǎn)物。

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