平頂山煤田二疊系含煤地層沉積特征

廉欽龍

摘要:通過對平頂山煤田二疊系含煤地層沉積環境和巖性特征分析,從沉積體系上描述了該區二疊系含煤地層的巖性變化和煤層賦存特點,為該區地質“三邊”工作提供了分析和對比方法。

關鍵詞:二疊系沉積環境沉積體系

中圖分類號:TD82 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)04(c)-0119-01

1地質概況

平頂山煤田位于華北晚古生代聚煤盆地的南帶,東西走向38km,南北寬10km～20km,含煤面積550km2,是我國大型煤炭生產基地之一。含煤地層由石炭系上統的太原組、二疊系下統山西組、下石盒子組及二疊系上統上石盒子組、石千峰組組成,地層平均總厚度1000m左右,自下而上共分9個煤段,含煤層數多達50層以上,其中主要可采煤層有5個煤段、6～8層,分別為:一5煤、二1煤(含二11、二12煤層)、四2煤(含四21、四22煤層)、五2煤、六2煤。二疊系地層是本區主要含煤地層,除上統石千峰組不含煤外,其它各組均含煤,總厚度850m～1000m,含煤地層總厚度750m左右。自晚石炭世晚期開始,海水從本區向東南方向發生大規模海退,形成了本區山西組二1煤段的障壁島沉積體系,隨后發生的短暫海浸,為二1煤的賦存創造了良好的條件,形成了本區二1煤層全區發育、厚度大(一般煤厚2.27m～7.92m,平均厚度5.37m)、沉積穩定的特點。自二1煤頂板大占砂巖段開始,本區進入三角洲沉積體系,陸續發育了三～九煤段,除三煤段局部可采,其它可采煤層變質程度、煤厚及煤層穩定性依次降低。

2地層序列

2.1 下統山西組(P1s)

與下伏太原組灰巖整合接觸,頂界為砂鍋窯砂巖底面,發育2層～8層煤,為二煤段。本組一般厚度70m～95m,平均厚82.50m,下部由深灰色、灰色泥巖、砂質泥巖及條帶狀砂巖組成。中部為灰白色富含云母碎片及炭層面的中細粒砂巖,俗稱“大占砂巖”,為二1煤頂板砂巖,是控制二1煤層的良好標志。上部由香炭砂巖、砂質泥巖、泥巖及薄煤組成,頂部為紫斑泥巖,含鮞粒,俗稱“小紫泥巖”。

2.2 下統下石盒子組(P1x)

本組連續沉積于山西組之上,以田家溝砂巖之底為頂界,砂鍋窯砂巖之底為底界,總厚275m～390m,平均厚325m,含三、四、五、六煤段。底部為淺灰－灰白色含礫長石石英砂巖,俗稱“砂鍋窯砂巖”,其上為含鋁土質斑塊泥巖(大紫泥巖),全區基本發育,為區域良好對比標志。三煤段平均厚82m,局部達到可采厚度,其余為炭質泥巖或煤線,其上以老君廟砂巖與四煤段分界。四煤段平均厚75m,含煤5層～9層,其中四2煤大部可采。五煤段平均厚85m,頂部為五、六煤段分界砂巖,底部為四、五煤段分界砂巖,含煤3層～9層,五2煤大部可采,與四2煤同為本區主要可采煤層之一。六煤段平均厚90m,含煤2層～5層,除六2煤偶爾可采,其余為炭質泥巖或煤線。

2.3 上統上石盒子組(P2s)

頂界止于平頂山砂巖之底,以田家溝砂巖之底為底界,與下石盒子組呈連續沉積,含七、八、九煤段。本組總厚240m～375m,一般厚312m,底部田家溝砂巖,為淺灰色～灰白色中粗粒砂巖,具有大型板狀交錯層理,正反復合粒序結構,沉積穩定,為本區良好對比標志。

七煤段平均厚92m,為灰色、灰綠色砂質泥巖、青灰色砂巖互層,頂部為七、八煤段分界砂巖,含煤2層～7層,七2煤局部可采,在十三礦淺部為主要可采煤層之一。八煤段平均厚80m,含煤2層～5層,八3煤偶爾可采,以炭質泥巖及薄煤線居多。九煤段平均厚142m,由灰色～灰綠色泥巖、砂質泥巖、粉砂巖及灰白色細～粗粒石英砂巖和薄煤層組成,含煤6層～9層,煤質較差,均不可采。本段底部砂巖含礫,局部含泥質包體。

3沉積體系特征

3.1 障壁海岸沉積體系

晚石炭世晚期開始,海水逐漸由本區向東南方向撤退,在海退過程中,由晚石炭世的廣闊陸表碳酸鹽－濱海碎屑沉積環境演化為半咸水海灣環境,接受碎屑潮坪和瀉湖相為主的沉積,形成了本區山西組二1煤段下部的障壁海岸沉積體系,由障壁島相、潮坪相、瀉湖相、泥巖沼澤相組成。障壁島相在二1煤底部發育,巖性主要由細粒或中粒石英砂巖或巖屑石英砂巖組成,底部為沖刷面,局部含有大量泥礫,具交錯層理。泥炭沼澤相以發育二1煤為主,分布穩定,從二1煤的鏡質組含量及硫分與下伏石炭系淺海相煤層相比明顯降低的特點,反映了泥炭沼澤的沉積受海水的影響較小的沉積特征,與煤系下部的海退背景相吻合。

3.2 三角洲沉積體系

山西組上部自二1煤頂板大占砂巖開始,本區進入三角洲沉積體系。三角洲沉積體系由前三角洲—三角洲前緣—三角洲平原的沉積序列組成,包括分流河道相、分流間灣相、決口扇相、河口砂壩相等。二1煤直接頂板巖性大多數以灰黑色泥巖、砂質泥巖為主,局部為中、細粒砂巖(大占砂巖),這是分流河道相砂巖對下伏泥巖沖刷所致,在本區二1煤頂板的黑色泥巖中發現半咸水雙殼類化石古泥羅蛤(Palaeonielo sp.)(據陳振國、趙元振、韓文俊等,1978),說明在二1煤泥炭形成后,有一次短暫的海浸發生,大占砂巖為河口砂壩相沉積,具向上變粗的逆粒序特征,含豐富的云母片。

上、下石盒子組仍然延續了山西組上部的三角洲沉積層序,形成了以陸源碎屑為主的復合三角洲體系,由前三角洲—三角洲前緣—三角洲平原組成的沉積韻律,自下而上大致可劃分為7個旋回,每個旋回正好為一個煤段,分別對應三、四、五、六、七、八、九煤段,每兩個煤段之間均沉積有分界砂巖,其中以砂鍋窯砂巖、五六煤段分界砂巖、田家溝砂巖沉積較穩定,為本區巖層對比的主要標志層。基于巖性特征的分析對比,上、下石盒子組的三角洲沉積體系具有總體向上變粗的沉積層序特征,巖性由泥巖逐漸變為泥質粉砂巖、粉砂巖、砂巖,說明了本區三角洲在形成過程中,不斷從陸地向海方向推進,形成了以前三角洲泥巖為底,向上依次沉積三角洲前緣砂巖和粉砂巖、三角洲平原分流河道砂巖和細粒沼澤泥巖,具有下細上粗的反粒序沉積序列,為一套多旋回的復雜三角洲沉積體系。

4討論

二疊系自山西組上部開始即進入三角洲沉積體系,砂鍋窯砂巖的沉積在本區呈現具逆粒序特征的河口砂壩沉積環境,說明在砂鍋窯砂巖沉積期,本區已經進入三角洲前緣地帶。之后轉入大紫泥巖段的沉積,形成了厚15m～30m、具有區域對比特征的紫紅色泥巖,俗稱“大紫泥巖”,呈紫紅色、灰黃色、灰綠色斑塊狀,含鮞狀和豆狀鐵質結核。從本區鉆探資料顯示,三煤段的聚煤作用并未形成有效的可采煤層,大多以煤線、炭質泥巖為主,偶爾可采,局部連炭質泥巖都未形成。大紫泥巖段的沉積環境一直以來多有爭議,有干燥環境和潮濕環境之爭,有氧化環境和還原環境之爭。不論大紫泥巖段形成于哪種環境,其對三煤段聚煤作用的影響是顯而易見的。因此,進一步研究分析大紫泥巖段的沉積環境和紫斑的成因,將對了解三煤段的聚煤作用和當時的古地理環境有著重要的意義。

參考文獻

[1] 楊起,韓德馨.中國煤田地質學[M].北京:煤炭工業出版社,1979.

[2] 郭熙年,唐仲林,等.河南省晚古生代聚煤規律[M].北京:中國地質大學出版社,1991.

[3] 戴明勛,邵筱娥.古生物地層學[M].北京:煤炭工業出版社,1985.