新庄矿区玉京山段晚二叠世含煤地层沉积环境与聚煤规律探讨

陈方达

摘要：本文以新庄矿区玉京山段晚二叠世含煤地层的钻井岩芯及样品分析测试成果资料为基础，运用地层学理论和方法，对研究区内的沉积特征进行分析，认为该矿区长兴组为碳酸盐台地沉积环境，龙潭组为障壁－泻湖和三角洲沉积环境，共识别出3种沉积相和9种亚相类型。通过垂直层序分析，沉积环境对煤层的展布及煤质特征具显著的控制作用，三角洲中泥炭沼泽是成煤的有利地带，煤层较厚且稳定，灰分和硫分相对较低，而泻湖、碳酸盐潮坪相则正好相反。

关键词：新庄矿区；特征

新庄矿区玉京山段位于云南东北部威信县境内，面积约30km2，地处扬子准地台西南缘。钻孔揭露矿区地层由老至新依次为：上二叠统峨眉山玄武岩组、龙潭组、长兴组，下三叠统卡以头组、飞仙关组及第四系，其中龙潭组和长兴组含煤。受构造沉降、海平面变化、陆源物质补给影响，长兴组与龙潭组沉积体系具多样化。经对矿区内的晚二叠世煤系地层的岩石组合、沉积特征、垂向序列、生物组合、地球化学特征等研究分析认为，该矿区为碳酸盐台地－障壁－泻湖－三角洲沉积，形成于陆源碎屑岩和碳酸盐岩的海陆交互相含煤沉积，其三角洲以河控浅水三角洲为主。

1含煤地层沉积特征

研究区龙潭组（P3l）和长兴组（P3c）为一套海陆交互相的含煤地层，根据对钻井资料岩性组合、沉积构造、生物组合等特征，在研究区晚二叠世煤系地层中由上而下识别出碳酸盐台地、三角洲、泻湖－障壁砂坝3种沉积类型（体系），以及9种亚相和3种微相（图1）。

1.1碳酸盐台地相

主要为长兴组，岩性为灰－深灰色粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩、泥晶生物屑灰岩及薄煤层，含腕足类与瓣鳃类动物碎屑化石，生物扰动构造发育，富含植物碎片化石及大量黄铁矿晶粒。显水平互层、韵律层理及波状或交错层理。可分为泥炭沼泽、半局限潮下、局限潮下（泻湖）、开阔潮下4种亚相。

①泥炭沼泽亚相：主要由煤及炭质泥岩组成，煤层少且厚度小，因受潮汐作用的影响，泥炭不易堆积，煤层薄不稳定且易尖灭。

②半局限潮下亚相：岩性为深灰－灰黑色中厚层藻屑粉晶含有机质灰岩、泥质灰岩组成。含燧石结核及大量黄铁矿，生物组合有腕足、瓣鳃、藻等，其生物扰动构造发育，具水平－波状层理。

③开阔潮下亚相：岩性为浅灰色、灰色中厚－厚层状生物碎屑灰岩。含少量黄铁矿、方解石细脉及条带充填，生物组合有腕足、腹足、藻等，生物扰动强烈，具瘤状构造和波状层理。

④局限潮下（泻湖相）亚相：灰－深灰色，薄至中厚层状粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩，夹薄层泥质灰岩和薄煤层及煤线。含腹足类动物化石，富含植物碎片化石及大量黄铁矿晶粒。具波状层理或水平层理，层理中炭质纹层较多。

1.2三角洲相

三角洲沉积主要为龙潭组中－上段，海陆之间的过渡地带，总体属浅水三角洲，其特征是分流河道和分流间湾发育。分流河道对下伏沉积物呈冲刷或弱冲刷接触，切割先期沉积物。

1.2.1三角洲平原亚相

该相带除受河流作用控制外，还普遍受到潮汐作用的影响，表现为发育一些向上变细的河流沉积旋回，富含植物化石，同时见有腕足和瓣腮类化石，以及薄层菱铁矿层和鲕粒状黄铁矿。

①分流河道微相：由灰色薄－中厚层状细砂岩、粉砂岩组成，常与下伏岩层呈侵蚀冲刷接触，粒度向上逐渐变细，体现了河流和潮汐双重作用的结果。下部砂岩中常含植物根茎，具槽状、板状交错层理；上部含完整的植物叶片化石，具沙纹层理、交错层理及水平层理。河流砂体厚度一般3～10m。

②分流间湾微相：由灰色薄－中厚层粉砂质泥岩、泥岩组成，夹菱铁质粉砂岩，植物碎片化石丰富，生物扰动作用强烈，常含星散状黄铁矿及结核，具水平层理，鲕粒状构造，有虫迹和泥裂。

③沼泽和泥炭沼泽微相：在三角洲亚相中较为发育，沉积了C5、C6煤组，有时煤层出现分叉。煤层多发育于三角洲分流河道间的低洼地区（泛滥平原），沼泽中植物繁盛，排水不良，为滞留还原环境，煤层中含黄铁矿结核，是良好的聚煤环境。

1.3泻湖－障壁砂坝亚相

主要为龙潭组下段，岩性为灰－深灰色细－粉砂岩、粉砂质泥岩及泥岩和煤层组成，含腕足类动物化石，生物扰动构造发育，富含植物碎片化石，具水平层理、波状层理、小型交错层理。可分为潮坪、障壁砂坝、泻湖、泥炭沼泽亚相。①潮坪亚相：由泥坪、砂泥混合坪及沼泽等微相组成，以泥和粉砂沉积为主，见脉状层理、波状层理以及砂、泥薄层互层状的潮汐韵律层理等复合层理。

②障壁砂坝亚相：为主要沉积格架，由灰白－灰色中－细粒砂岩组成，砂岩成分成熟度较高，分选、磨圆度好，发育斜层理和水平层理。

③泻湖亚相：由灰色－深灰色粉砂质泥岩及泥岩组成，含腕足及植物碎片化石，生物扰动构造发育，以水平层理为主，有时层理不明显，常见菱铁矿结核及星散状黄铁矿。

④泥炭沼泽亚相：主要灰－深灰色泥岩、炭质泥岩和煤组成，煤层层数少且厚度薄，泥质岩中含丰富的植物碎片化石及黄铁矿颗粒，因受潮汐作用的影响，泥炭不容易堆积，煤层不稳定出现尖灭。

2聚煤规律分析

2.1煤层煤质特征

2.1.1煤层空间分布特征

含煤地层为上二叠统长兴组（P3c）与龙潭组（P3l）。龙潭组厚98～136m，一般厚120m。含煤3-14层，煤层总厚2.27-13.16m，含煤系数为2-11%。长兴组厚32-48m，一般厚44m。含煤线及薄煤1-5层，煤层总厚0.11-1.57m，含煤系数为0.3-4%。煤系总体含煤性差。其中全区可采煤层1层，为C5（C5a或C5b），属较稳定类型煤层；局部可采1层，为C9号煤层。其余C1、C6、C10为零星可采。

2.1.2煤化学性质特征

在本区施工的54个钻孔中，共采取可采及局部可采煤层煤质分析样161件，各煤层的水分、灰分、挥发分、全硫、二氧化硅指标特征见表1。

从该表中可知C1、C5煤层灰分为中灰煤外，其余煤层中高灰煤。硫分C5、C6煤层以中高硫煤为主，其余煤层为高硫煤。在垂向上变化幅度较大，总体由上至下，中间低、上下高的趋势。这表明C5煤层沉积时陆源物影响较小，煤灰中的SiO2的含量也较低，其余煤层沉积时陆源物和海水影响较大。

表1新庄矿区玉京山段煤质特征表（%）

2.2聚煤规律

①研究区主要成煤期有两次，分别为C5、C6煤组和C9、C10煤组。控制泥炭聚集的沉积体系为泻湖－三角洲平原体系，聚煤作用主要发育于三角洲上的泥炭沼泽中。

②受东吴运动的影响后，地壳逐渐沉降，海水由东向西迁移，形成泻湖－潮坪沼泽及泥炭沼泽环境，沉积了C9、C10煤组，但稳定性差，灰分高。C9煤层厚0－2.91m，局部地段平均厚0.90m。此时泻湖与正常海连通性较好，海水处于弱还原环境条件，但聚硫作用尚未停止，煤层中的硫分含量高。

③随着地壳沉降速度减慢，剥蚀区地形高差减小，海岸后退出现了沉积补偿性海退，由泻湖相过渡形成三角洲沉积体系。随着植物的生长堆积，在分流河道沉积旋迴最顶部发育泥炭沼泽，沉积了C5、C6煤组。其中C5煤层厚度大，灰分低，稳定性较好，厚0.69-10.51m，平均厚3.08m。之后，随着进一步沉降，本区由三角洲演化为碳酸盐台地沉积，聚煤作用变差。

④从沉积层序垂向上看，三角洲沉积体系中单个旋迴沉积发育愈充分、愈完整、厚度愈大，则煤层愈厚愈稳定。而泻湖由于海水动荡，时进时退，沉积环境不稳定，故煤层薄，且稳定性差，变化大。

3结语

①三角洲相与泻湖－碳酸盐潮坪相虽同属于海陆过渡相环境，但受海水影响强度的差异，前者更多具有陆相沉积的特征，后者则更多地体现海相沉积的特点。

②由于水动力条件的差异，三角洲相常发育代表弱水动力条件的层理，而碳酸盐潮坪相层理不太明显。

③由于环境的差异，三角洲相发育稳定性较好的可采煤层，煤层硫分、灰分相对较低，而泻湖－碳酸盐潮坪相则正好相反。导致中部及上部煤层沉积时陆源物影响较小，灰分较低，而下部煤层沉积时陆源物和海水影响均较大。

参考文献：

[1]张玉成主编.四川南部晚二叠世含煤地层沉积环境与聚煤规律[M].贵州科技出版社，1993.

[2]陈钟惠主编.含煤岩系沉积环境分析[M].武汉地质学院煤田教研室，1982.

[3]王双美，秦云虎.贵州水城发耳矿区龙潭组沉积特征及聚煤规律[J].中国煤田地质，2013，5（5）11－15.