沁水煤田柿莊區塊太原組K4層位砂體沖刷特征分析

張 璐

（山西省煤炭地質114勘查院，山西長治046011）

沁水煤田作為我國目前煤產量最大的石炭—二疊紀煤田，經過多年的地質調查及生產實踐，其晚古生界含煤地層的地質研究程度已經很高。眾多作者在沁水煤田含煤地層的標志層（煤層）對比方面做了大量工作。本文在眾多前輩、學者研究成果的基礎上，就在本區勘探過程中發現的太原組K4石灰巖缺失、變薄的現象，分析原因、并研究了區塊內K4層位砂體沖刷特征。

1 研究區背景

1.1 位置

柿莊區塊地處山西省晉城市沁水縣的東北部，位于沁水縣柿莊鎮北郞溝村—柿莊鎮峪里村—高平市野川鎮模凹村一帶，面積約93km2，距晉城市103km。

1.2 地質概況

勘查區位于沁水塊坳次級構造單元沾尚—武鄉—陽城北北東向褶帶南段東部。受區域構造的影響，勘查區總體為走向北東、傾向北西的單斜，在此基礎上發育了次一級寬緩褶曲，產狀較為平緩，發育斷層不發育，無巖漿侵入體。構造屬簡單類。地層沉積規律與晉東南地區一致，以元古界為結晶基底，向上依次沉積了下古生界(寒武系、奧陶系)、上古生界(石炭系、二疊系)、中生界(三疊系)，第四系分布于區內山梁及溝谷中。

2 研究區K4石灰巖沉積特征

2.1 太原組巖性特征及沉積特點

太原組為本區主要含煤地層。平均厚度80～100m。本組為典型的海陸交互相旋回沉積，由多層石灰巖及砂巖、粉砂巖、砂質泥巖、泥巖及煤層組成。按沉積旋回可分為3段，見圖1。

（1）一段(C3t1)。K1砂巖底部—K2灰巖底部。厚7～30m。K1細粒砂巖為一層灰白色薄層狀，石英為主，硅質膠結，脈狀層理，夾泥巖條帶，偶含星散狀黃鐵礦；K1砂巖頂部—15#煤底部：深—黑灰色泥巖、粉砂巖、含鋁泥巖，夾中粒砂巖，含星散狀黃鐵礦及黃鐵礦結核，較多不完整植物化石，上部含菱鐵礦結核，頂部產豐富植物根化石。夾16#煤層。

（2）二段(C3t2)。K2灰巖底部—K4灰巖頂部。厚20～35m。由深灰色、灰黑色泥巖、砂質泥巖夾中細粒砂巖、粉砂巖及灰—深灰色石灰巖、泥灰巖和薄煤層組成。以海侵石灰巖發育為特征，由K2、K3、K4等深灰色石灰巖構成主體格架，與其上深—黑灰色泥巖、灰—淺灰色中細粒砂巖及13、12、11號煤層等薄煤層組成向上變淺的海退層序；石灰巖中均勻層理為主，含完整及不完整動物化石。

（3）三段(C3t3)。K4灰巖頂部—K7砂巖底部。厚34～55m。以碎屑巖發育為特征，夾K5、K6等石灰巖、泥質灰巖及7、8-1、8-2、9號等薄煤層；石灰巖為深灰色，均勻層理為主，具波狀層理，含豐富的動物化石；碎屑巖中砂巖為中粗粒及細粒結構，脈狀波狀層理，大型交錯層理，夾泥巖條帶，層面較多植物碎屑。泥巖、粉砂巖較多，為深灰色、黑灰色，具水平紋理、透鏡狀層理、波狀層理，含較多完整及不完整植物化石，含菱鐵礦結核，具星散狀黃鐵礦，偶見黃鐵礦結核。每一旋回頂部泥巖中含大量植物根化石。

2.2 太原組K4石灰巖厚度特征及其遭沖刷程度

(1)K4石灰巖厚度特征。據研究區內及附近鉆孔資料顯示（見圖2），K4石灰巖厚度一般為1.33～4.65m，平均厚度為2.46m。整體趨勢呈現東部薄于西部，但平均厚度低于沁水盆地區域均值。其中，302#孔是揭露正斷層導致K4石灰巖缺失。在排除構造因素影響后對比發現：多數鉆孔于K4層位或K4石灰巖上覆賦存一套厚度極不均勻的沖刷砂體。受此套砂體影響，501#、502#孔K4石灰巖完全缺失；103#、0401#、0701#、0702#、1103#及2806#孔K4石灰巖均有不同程度的變薄現象。

圖2 K4石灰巖厚度等值線圖

(2)K4層位沖刷砂體巖性及物性特征。此套砂體巖性以灰白色細粒砂巖、中粒砂巖為主，礦物成分以石英為主，長石次之，發育交錯層理—平行層理，顆粒呈次圓狀，正粒序為主。物性方面，視電阻率曲線（NR）由淺至深總體呈中—中高反映，自然伽馬曲線（GR）呈現中—中低反映，見圖3。巖性及物性特征明顯，易于對比。

圖3 砂體物性曲線圖

(3)K4層位沖刷砂體平面及剖面展布特征。剖面上，此套砂體以501#、502#孔最厚，分別為10.70m、21.45m，呈透鏡狀。在巖性對比的基礎上（圖4中以102—0401—502—0701—1102一線為例），可分析各鉆孔內K4石灰巖受砂體沖刷程度，并劃定其在平面上的展布范圍。K4層位砂體在區內較發育，平面上呈現條帶狀或鳥足狀，見圖5。

3 結論

(1)在明晰了區域石炭系上統太原組地層和沉積特征的基礎上，對研究區孔內K4石灰巖缺失、變薄現象進行了分析、對比，確定了沖刷砂體的巖性、物性特征和砂體在平面及剖面上的展布特征。

圖4 A-A′線剖面圖

圖5 K4層位沖刷砂體圖

(2)K4石灰巖沉積后，海水漸退，代之為分流間灣[3]。從研究區K4層位砂體的以上特征分析，其來源應屬分流河道沖刷后沉積形成。

(3)需要指出的是，此套砂體在晉東南沁水一帶影響范圍較大，當地礦井生產中常將此套砂巖命名為“黃水溝砂巖”。但以往文獻中多認為“黃水溝砂巖”屬山西組底界，是與太原西山北岔溝砂巖相當的第一砂巖[4]。從沉積層位上看，兩種說法尚存爭議，且對此套砂巖研究較少。還有必要在沁水盆地南部范圍內從遺跡學、礦物結晶學、古生物地層學、沉積學等方面進行大量工作，來確定分流河道流向、沖刷范圍及砂體區域對比情況等。

[1]山西省煤炭地質114勘查院.山西省沁水煤田沁水縣柿莊勘查區煤炭詳查報告[R].2014.

[2]程保洲.山西晚古生代沉積環境與聚煤規律[M].山西科學技術出版社，1992.

[3]舒符瑩.山西省沁水煤田長治礦區晚石炭世的沉積聚煤演化[J].山西地質，1990,5（4）.

[4]張志存，夏國英.晉東南上石炭統山西組的竹蜓類分帶[J].中國區域地質，1985（2）.