四川省達竹礦區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

（四川省煤田地質局地質測量隊，四川 成都610072）

1 前言

達竹礦區位于四川省東北部，行政區劃隸屬于達州市所屬萬源市、宣漢縣、開江縣、通川區、達縣、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～渠縣的李渡一線，面積約8824km2。地理坐標:東經107°01′03″～108°07′19″、北緯30°20′47″～31°47′36″。

達竹礦區是四川省主要煙煤產地之一，2020年以后僅有12對年設計生產能力279萬t的中、小型及小煤礦繼續生產[1]。對礦區進行層序地層和巖相古地理分析對研究該區聚煤規律，科學預測礦區煤炭資源潛力，為達州市和四川省煤炭工業乃至能源工業、國民經濟的可持續發展宏觀決策提供動態的資源數據和科學依據都具有重要意義。

2 層序地層分析

2.1 建立層序地層格架

2.1.1 關鍵界面的識別與對比

（1）層序邊界的識別

a.不整合面:在茅口組灰巖風化殼上廣泛發育鋁土礦或鐵鋁質泥巖，分布范圍極廣，是重要的層序界面識別標志。

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”在川南很發育。這些層序界面在海相區達竹礦區都不發育，本文采取追蹤綜合分析的方法來判定[2-3]。

c.石灰巖發育的旋回性與延伸范圍:在含煤巖系地層剖面中，石灰巖的周期性發育，代表了海侵-海退的周期性發生，每層石灰巖的發育都代表了一次海泛事件。因此，可用石灰巖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）三級最大海泛面的識別與追蹤

經過分析發現，在層序Ⅰ時期，溫水-良村海侵達到最大，良村灰巖向陸延伸最遠，代表了最大海泛期沉積，即以良村灰巖底界面作為該層序的最大海泛面，達竹礦區則為同期沉積的大鐵板灰巖底界面作為該層序的最大海泛面；同理在層序Ⅱ時期，以石寶灰巖底界面作為該時期的最大海泛面。在無石灰巖發育的地區，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巖層或相應煤層可以對比，也可識別出最大海泛面[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時期巖相古地理圖

圖3 四川省晚二疊世層序Ⅱ時期巖相古地理圖

通過對晚二疊世層序地層關鍵界面的識別，可將該地區晚二疊世地層劃分為2個三級層序，即以C16煤頂界及其對應面為層序界面，上部為層序Ⅰ、上部為層序Ⅱ，與龍潭組一段＋二段中上部和龍潭組二段中上部＋三段及長興組相對應[6]。每個層序3個體系域發育完整，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

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

3 巖相古地理格局

達竹礦區巖相古地理的研究應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帶，處于板塊拉張邊緣。華南板塊區域，以龍門山-康滇古陸為界，界線以西為構造活動的區域，主要發育陸緣盆地、洋盆、邊緣盆地等，由于該時期構造活動頻繁，且覆水較深，基本不具備成煤的基本條件；界線以東為穩定的揚子克拉通盆地，該時期由于康滇古陸作為揚子克拉通盆地的邊界，接受剝蝕，為東部沉積區主要的物源區，加之康滇古陸東緣，地勢較平緩，構造較為穩定，覆水不深，植被繁盛，為有利的聚煤地區（據馬永生，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，石灰巖標志層不太發育，在海陸過渡地區石灰巖標志層發育，在東部海相環境因石灰巖標志層合并而失去其標志作用。區內有煤田鉆孔控制及露頭分布，地層和層序劃分與對比相對較為清楚，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層序，既可以反映沉積時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）的預測[7]。

3.1 層序Ⅰ時期巖相古地理分析

層序Ⅰ時代上相當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／龍潭組一段及二段上部／吳家坪組一段及二段上部。該時期由于海西期（東吳）運動的影響，相對早中二疊世而言，普遍呈現海退，一些地區褶皺隆升成為山地或平原，康滇地區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，逐漸向外變為海陸交替相為主的龍潭組-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），為穩定的揚子克拉通盆地，構造較穩定，加之康滇古陸東北部斜坡地勢平緩，自西南向東北由陸相環境到過渡相環境再到海相環境，相帶變化明顯。該層序直接沉積在中二疊世茅口組石灰巖風化殼上。在茅口階晚期，研究區發生整體坳陷沉降，在無玄武巖分布地區廣泛發生C25聚煤作用，在C25聚煤中期，發生了規模不大的溪口海侵，沉積了華鎣山地區的溪口灰巖、古敘地區的黑色魚鱗泥巖、古宋一帶C25-1頂板灰巖，這層灰巖代表了區域海侵正式開始，進入了海侵體系域沉積時期。達竹礦區在層序Ⅰ沉積期發育碳酸鹽臺地、臺地邊緣、深水盆地巖相；煤層形成于低水位體系域期的瀉湖-潮坪環境[8]。

3.2 層序Ⅱ時期巖相古地理分析

層序Ⅱ時期整體上繼承了層序Ⅰ時期的古地理格局，但是由于海水的不斷入侵，宏觀海陸格局發生了一定變化，海相環境范圍明顯變大、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，沉積環境依次為陸相-海陸過渡相-海相，相帶呈規律性變化。海侵作用不斷加強，沖積平原逐漸向西退卻，在廣元-旺蒼-巴中-達州地區發育廣旺海槽和開江-梁平海槽。該時期成煤帶在縱向上和橫向上都發生了較大的遷移，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，體現了成煤帶隨古地理格局變遷而變遷的一致性。達竹礦區在層序Ⅱ沉積期自南向北發育碳酸鹽臺地、臺地邊緣、深水盆地巖相，已不發生聚煤作用。

4 結論

（1）通過對區域晚二疊世層序地層關鍵界面的識別，將達竹礦區晚二疊世地層劃分為2個三級層序，即以C16煤頂界及其對應面為層序界面，上部為層序Ⅰ、上部為層序Ⅱ，與龍潭組一段＋二段中上部和龍潭組二段中上部＋三段及長興組相對應。層序Ⅰ中以大鐵板灰巖底界面作為最大海泛面，層序Ⅱ以石寶灰巖底界面為最大海泛面，每個層序均發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）根據巖相古地理的研究，達竹礦區在層序Ⅰ沉積期發育碳酸鹽臺地、臺地邊緣、深水盆地巖相，煤層形成于低水位體系域期的瀉湖-潮坪環境；在層序Ⅱ沉積期發育碳酸鹽臺地、臺地邊緣、深水盆地巖相，此時在總體海侵背景之上有利的聚煤環境已向西南方向遷移，不發生聚煤作用。