郴耒煤田白沙礦區(qū)含煤地層特征及成煤環(huán)境分析

顏淼奇劉軍 闕心濤（湖南楚湘建設(shè)工程有限公司 湖南 長沙 404）

郴耒煤田位于南華準(zhǔn)地臺贛湘桂上古臺坳南東，屬華夏臺隆北西部分。含煤面積約19500km2，它包括了郴州市地區(qū)內(nèi)到耒陽市內(nèi)的各個主要煤礦，其探明儲量11.79億噸，占全省已探明煤炭儲量的1/3，耒陽市白沙礦區(qū)位于郴耒煤田北端，開采白沙向斜煤層，現(xiàn)有生產(chǎn)礦井20對，年產(chǎn)煤250萬多萬噸。是湖南省重要的煤炭基地。筆者通過對白沙礦區(qū)多年來的勘查工作，總結(jié)了本區(qū)龍?zhí)督M含煤地層煤層賦存規(guī)律，分析白沙礦區(qū)成煤環(huán)境，以便對礦區(qū)各礦井今后資源接替邊深部勘查提供理論依據(jù)。

1 引言

白沙向斜位于湖南省耒陽市以東，地處郴耒復(fù)式向斜北段，屬臨耒南北向構(gòu)造北段東緣的一部分，受東西向構(gòu)造應(yīng)力的作用，發(fā)育有近南北向的一系列褶皺和壓扭性斷裂，白沙向斜為該南北構(gòu)造中的一個二級構(gòu)造。該向斜東臨永耒向斜，其南依石里山向斜與和平圩向斜。向斜軸部地層均為三疊系下統(tǒng)大冶組，兩翼地層為二疊系上統(tǒng)大隆組和龍?zhí)督M。區(qū)內(nèi)主要含煤地層為晚古生代上二疊系龍?zhí)督M，層厚420m，主要含煤共9層，分為上段與下段，上段含煤6-7層，以2、5、6號煤發(fā)育較為穩(wěn)定，其中主要可采煤層為6煤層，龍?zhí)督M下段含煤2層，為8煤層、9煤層，在區(qū)內(nèi)屬局部可采至不可采煤層。現(xiàn)就區(qū)內(nèi)含煤地層特征及沉積環(huán)境淺析如下。

2 含煤地層特征

2.1 龍?zhí)督M下段（P2l1）

為不含煤段，以薄—中厚層狀砂質(zhì)泥巖、粉砂巖為主，含煤兩層，為8煤、9煤。8煤在向斜東翼淝江～前進(jìn)一帶賦存，9煤僅在向斜東翼前進(jìn)～夏壙一帶賦存，均屬局部可采。其上覆為粉砂巖、砂巖、砂質(zhì)泥巖。該層位上部的砂質(zhì)泥巖常相變?yōu)槟鄮r，常含“龜背形”菱鐵質(zhì)結(jié)核，產(chǎn)植物碎片化石和小型動物化石，該泥巖俗稱“龜形結(jié)核泥巖”，層厚約8.5m，是上、下段劃分的重要標(biāo)志層。下段中部夾中厚層狀砂巖—“托底砂巖”， 含菱鐵質(zhì)結(jié)核，產(chǎn)羊齒類植物或植物碎片化石。底部主要為含量卵形結(jié)核的砂質(zhì)泥巖、粉砂巖和泥巖互層。與下伏地層呈假整合接觸。下段厚約235m。

2.2 龍?zhí)督M上段（P2l2）

主要由中～細(xì)粒砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖及煤組成，為本區(qū)的主要含煤段，分別編號為1、2、3、5、6、7煤，層組厚110～300m，平均厚約185m。本文作較詳細(xì)敘述，上段自下而上劃分為：

①7煤組（P2l2-1）：下部以淺灰色中粒砂巖為主，夾砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，7煤層位于其中；上部以砂質(zhì)泥巖為主夾粉砂巖及少量細(xì)砂巖；頂部為6煤底板細(xì)砂巖，該砂巖含綠泥石，因裂隙發(fā)育，巖性破碎，俗稱“破爛砂巖”，是明顯的標(biāo)志層，其上的砂質(zhì)泥巖僅部分區(qū)段出現(xiàn)。本組厚約45m。

②6煤組（P2l2-2）

本層組巖性比較穩(wěn)定，由中細(xì)粒砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖及煤組成，可分為5層。層組中下部的中細(xì)粒砂巖地表風(fēng)化后呈黃褐色、灰黃色，質(zhì)地疏松，俗稱“疏松砂巖”。是6煤層對比標(biāo)志層，層組底部6煤層是勘查區(qū)主采煤層。6煤層不穩(wěn)定，煤厚變化大，產(chǎn)羊齒類及科達(dá)植物化石及碎片。本組厚約35m。

③5煤組（P2l2-3）

5煤組：本組以含條帶狀、指狀菱鐵質(zhì)結(jié)核的砂質(zhì)泥巖為特征，產(chǎn)單網(wǎng)羊齒、大羽羊齒等植物化石及舌形貝動物化石，是5煤層對比標(biāo)志層。上部含1層細(xì)砂巖，5煤層位于本層組底部。層組厚約18m。

④3煤組（P2l2-4）

本組以細(xì)砂巖、粉砂巖及砂質(zhì)泥巖，頂部細(xì)粒石英砂巖巖脈發(fā)育，硅質(zhì)膠結(jié)，致密堅(jiān)硬，斷口有較強(qiáng)的油脂光澤，以區(qū)別本段的其他砂巖，為3煤組標(biāo)志層，3煤層位于本組底部，層組厚約22m。

⑤2煤結(jié)核泥巖組（P2l2-5）

本層組主要為砂質(zhì)泥巖，以含扁豆?fàn)睢⒀矍驙盍忤F質(zhì)結(jié)核為特征，同時(shí)含有細(xì)層狀、瘤狀、星點(diǎn)狀黃鐵礦為標(biāo)志。產(chǎn)較豐富的瓣鰓類、腕足類、螺類動物化石，有的被黃鐵礦交代為“金螺”、“金瓣”。

本層組下部局部地段含粒度增粗過渡為泥質(zhì)粉砂巖，當(dāng)泥質(zhì)粉砂巖厚度較大時(shí)，2煤層賦存較好。本層組底部為2煤層。本層組平均39m。

⑥薄層砂巖組（P2l2-k）

間夾薄層狀粉砂巖與砂質(zhì)泥巖。淺灰至灰白色，薄層狀，硅質(zhì)膠結(jié)，致密堅(jiān)硬。緩波狀層理為主，局部為波狀層理及小型交錯層理。層面凹凸不平，成分以石英為主，含量高，硅質(zhì)膠結(jié)，致密堅(jiān)硬。夾1～2層薄層狀砂質(zhì)泥巖或粉砂巖。含瘤狀黃鐵礦及似層狀菱鐵質(zhì)結(jié)核。產(chǎn)少量植物碎片化石，層面上蠕蟲狀、坑點(diǎn)狀象形印模。本層組以獨(dú)特的層面構(gòu)造區(qū)別于其它地層。層組厚約20m。是主要標(biāo)志層之一。

⑦1煤組（P2l2-6）

本層組主要為砂質(zhì)泥巖，含不規(guī)則瘤狀黃鐵礦結(jié)核及線理狀黃鐵礦集合體，少量透鏡狀菱鐵質(zhì)結(jié)核，產(chǎn)大羽羊齒等植物化石和動物化石，底部為1煤層。本層穩(wěn)定，厚度小，易于辯認(rèn)，為進(jìn)入煤系地層的標(biāo)志，層組厚約6m。

3 成煤環(huán)境分析

在早二疊世早期，湘中、湘南沉煤盆地的北西為江南古陸，東南為九嶷古陸～羅霄古陸，晚二疊世的東吳運(yùn)動表現(xiàn)為古陸與盆地之間的地形高差進(jìn)一步加大，盆地西北發(fā)育雙牌～長壽街?jǐn)嗔眩瑬|南發(fā)育臨武～茶陵斷裂，盆地內(nèi)部接受大規(guī)模的三角洲沉積與濱岸平原沉積，斷裂凹陷方向總體為北東向，在三角洲的朵葉分布區(qū)和濱海平原地帶，泥炭沼澤發(fā)育，形成煤層。

受區(qū)域海平面下降的控制，凹陷內(nèi)沉積相向盆地中心移動，形成從南到北煤層逐漸增多的規(guī)律及富煤帶往盆地中心及物源方向變薄尖滅，白沙向斜成為富煤帶的聚煤中心。

加里東運(yùn)動是本地臺型建造的基礎(chǔ)，該運(yùn)動后礦區(qū)為淺海環(huán)境，形成一套以淺海相灰?guī)r及碎屑巖為主的沉積。

東吳運(yùn)動時(shí)，地殼上升，晚二疊世沉積為遠(yuǎn)離古陸的濱海潮坪環(huán)境、壁障環(huán)境及三角洲環(huán)境。沉積物為中～粗粒巖屑，細(xì)砂占中等比例，礦物圓度和分選性較好，雜基含量少。層理主要為水平、波狀、緩波狀和小型斜層理。

龍?zhí)督M沉積早期，區(qū)內(nèi)海灣和瀉湖廣布，由于積水相對較深，未形成較好的聚煤環(huán)境，因此，下段下部基本不含煤，巖性以砂巖及砂巖砂質(zhì)泥巖互層為主。

8、9煤組沉積期間，龍?zhí)督M下段初期地殼開始上升，沉積了以砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖及薄煤層組成的濱海相沉積，厚度大于200米。下段晚期在幾個洼陷區(qū)內(nèi)，沉積了8煤層、9煤層和10煤層。其中8煤層、9煤層具有開采價(jià)值，但分布范圍不廣，煤層不穩(wěn)定，常呈“煤包”狀產(chǎn)出，局部煤厚可達(dá)20m。白沙礦區(qū)東中部為郴耒煤田沉降凹陷區(qū)之一，形成聚煤中心，在淝江、南陽、夏塘一帶近于南北向。其后礦區(qū)水動力作用為中低型，地勢較平緩，發(fā)育了幾條東西向的分流河道和近南北向的點(diǎn)砂壩。

下段末期地殼緩慢下降，水深加大，沉積一套含螺化石及“龜形”菱鐵質(zhì)結(jié)核的泥巖或砂質(zhì)泥巖，層位穩(wěn)定，分布廣泛，是龍?zhí)督M上、下段分界的標(biāo)志層。

龍?zhí)督M沉積中晚期，地殼上、下震動，出現(xiàn)4～6個沉積旋!，沉積一套中粒砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖及煤的濱海相沉積物。含煤7層。是白沙礦區(qū)主要含煤段。在成煤中心地帶，普遍都有7煤層沉積，但具有可采價(jià)值的7煤層多沉積在向斜東翼洼陷區(qū)內(nèi)，向斜西翼7煤層變薄，一般不可采。

6煤組沉積期間，全區(qū)沉積環(huán)境變化不大，泥炭沼澤相較普遍，沉降時(shí)間較長，小振蕩運(yùn)動不頻繁和較均衡，沉積環(huán)境較為穩(wěn)定，因而6煤層在白沙礦區(qū)較發(fā)育較好。成為本區(qū)最重要的主采煤層。除6煤層外本區(qū)大部分地區(qū)還發(fā)育有60煤層以及62煤層。這個時(shí)期，坦家沖至里王廟井田～前進(jìn)井田一帶位于最大一條近東西向河道的中心部位，該條帶處形成聚煤中心，煤層厚度大。

6煤層沉積后，本區(qū)又過渡到波浪帶—湖泊相沉積，海平面總體下降，盆地多為濱海沼澤環(huán)境，因其基底較平，海水進(jìn)退較少，且地殼相對穩(wěn)定，有得于有機(jī)物的聚集和煤層的形成，巖性分層厚度大，以交錯層理、斜層理為主，化石為櫛羊齒、科達(dá)植物化石。該期沉積了5煤層。煤層較穩(wěn)定，礦區(qū)大部分均有分布。

龍?zhí)督M晚期，小振蕩運(yùn)動較頻繁和不均衡，盆地內(nèi)海水進(jìn)退往復(fù)，地殼運(yùn)動相對不穩(wěn)定，礦區(qū)在平面和剖面上，巖相變化較大，由于基底的起伏不平及三角洲發(fā)育，控制了泥炭沼澤的發(fā)生和演變，礦區(qū)在不同的區(qū)段內(nèi)沉積4煤層、3煤層，這些煤層在全區(qū)發(fā)育不均衡，形成局部極不穩(wěn)定煤層。

2煤組沉積期間，該期本區(qū)氣候潮濕，雨量充沛，水位較深，地層中菱鐵質(zhì)含量較高，產(chǎn)瓣鰓類、腕足類動物化石，煤層的含硫量較高，此環(huán)境全區(qū)較均衡，泥炭沼澤相發(fā)育時(shí)間較短，故2煤層位在全區(qū)較穩(wěn)定，但煤層厚度薄。1煤組沉積時(shí)間較短，小振蕩運(yùn)動較頻繁。此后，地殼開始下沉，海平面開始上升，本區(qū)淪為濱海及淺海環(huán)境，成煤作用消失，沉積物為泥質(zhì)、硅質(zhì)巖類即大隆組。

4 沉積環(huán)境對煤厚的影響

層間距反映沉降速度，巖性是沉積相的主要標(biāo)志之一。其變化在通常情況下具有延續(xù)性和繼承性，可作為沉積環(huán)境分析依據(jù)。現(xiàn)對白沙礦區(qū)含煤地層龍?zhí)督M上下段有代表性的9煤層和6煤層沉積環(huán)境對煤層的影響作出分析。

9煤層沉積環(huán)境分析：地勢較低、水較深，泥質(zhì)巖類含量高時(shí)為薄煤層。地勢較高、水較淺，砂質(zhì)巖類含量較高時(shí)且砂質(zhì)巖類中粉砂巖有一定比例則為中厚煤層及厚煤層。層間距在60m～70m左右時(shí)成煤環(huán)境較好。而此時(shí)，礦區(qū)大部分地勢較低，水較深，為薄煤層。局部地段地勢較商，水淺，煤層為中厚煤層及厚煤層，如淝江、南陽、夏塘井田等，9煤層發(fā)育很好，局部煤厚達(dá)20m以上。

6煤層沉積環(huán)境分析：礦區(qū)此時(shí)沉降速度中等，地質(zhì)活動少，大部分地勢較高，水較淺，中粒砂巖、細(xì)砂巖含量高，且有一定數(shù)量的粉砂巖，煤層沉積環(huán)境好，為中厚煤層或厚煤層的形成創(chuàng)造了條件，局部井田為特厚煤層，如白沙向斜南段的前進(jìn)礦、坦家沖礦及伍家沖礦等，賦存條件較好。因此普遍6煤層發(fā)育良好，成為白沙礦區(qū)的主采煤層。

5 結(jié)束語

煤系地層特征及所形成的標(biāo)志層，是基于該區(qū)沉煤環(huán)境影響而成，對煤田和礦區(qū)沉積環(huán)境形成的分析與推斷，加強(qiáng)煤系地層標(biāo)志層的辨識及區(qū)域構(gòu)造的認(rèn)識，能很好的確定礦井各種斷裂構(gòu)造的性質(zhì)和煤層的位置，以確保礦井的正常生產(chǎn)，因此，是礦井地質(zhì)和野外勘查工作的重點(diǎn)，又因其分布廣泛及巖性穩(wěn)定，對研究一個煤田范圍內(nèi)的各礦區(qū)或各井田之間的煤層對比具有十分重要的意義。

[1]陳鐘惠 煤和含煤巖系的沉積環(huán)境.中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1988第45頁.