山西省寧武煤田朔南礦區(qū)麻家梁井田含煤建造分析

孟建勇

山西省寧武煤田朔南礦區(qū)麻家梁井田含煤建造分析

孟建勇

闡述了寧武煤田麻家梁井田含煤沉積建造的沉積環(huán)境、聚煤期的古地理背景，通過(guò)含煤建造的旋回結(jié)構(gòu)分析了形成時(shí)沉積條件的周期性變化，陳述了含煤沉積建造中賦存煤層及其他礦產(chǎn)資源的賦存特征和分布規(guī)律。

沉積建造；古地理背景；旋回；礦產(chǎn)；寧武煤田

麻家梁井田屬寧武煤田的一部分，位于寧武煤田的北端，為我國(guó)華北晚古生代石炭-二疊紀(jì)含煤沉積建造，聚煤期的古地理背景為多物源區(qū)，多河系圍繞的淺陸表海。當(dāng)時(shí)我國(guó)北方的古大陸是陸表海的主要物源，穩(wěn)定的大地構(gòu)造條件，形成了寬緩的淺陸表海，本區(qū)成煤期的沉積體系自本溪組沉積，經(jīng)太原組、山西組直到下石盒子組形成一總體海退序列。晚石炭世海水自東南方向侵入，南部海進(jìn)速度快，往北逐漸變緩，北部又靠近陸源區(qū)，提供陸源碎屑物豐富，沉積速度快，因此沉積物總的為不斷上升，逐漸形成濱海沖積平原環(huán)境，有利于煤層的沉積。含煤建造的特征主要表現(xiàn)在巖石性質(zhì)、沉積相、旋回結(jié)構(gòu)三個(gè)方面。組成含煤建造的沉積巖主要是灰色、灰黑色、黑色和灰綠色，也有雜色的各種粒度的碎屑巖和黏土巖，并夾有石灰?guī)r、燧石層等，此外還有鋁土巖、耐火黏土、油頁(yè)巖，黃鐵礦等。含煤建造常見的沉積相為陸相、過(guò)渡相和淺海相。含煤建造的旋回結(jié)構(gòu)反映了其形成時(shí)沉積條件的周期性變化。陸相含煤建造大致可分為河流型旋回和湖泊型旋回。海陸交互相含煤建造大致分為濱海型旋回和三角洲型旋回。本區(qū)的含煤巖系為石炭系中統(tǒng)本溪組、石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組。

1 中石炭世本溪組

本溪組沉積環(huán)境是以淺海潮下帶、濱海潮坪、潮坪沙壩為主的沉積，少量海灣瀉湖和沼澤、泥炭沼澤相，但這種沼澤在沉積過(guò)程中也不同程度受海水的影響。

第一旋回：從奧陶系頂面到分段灰?guī)r底，主要巖性為砂礫巖、鐵鋁質(zhì)巖和泥巖。鐵鋁層是本溪組底部層位穩(wěn)定的巖層，其沉積原因和華北地臺(tái)其他地方一樣，是富含鐵鋁的風(fēng)化殼被海水淹沒(méi)之后，Al2O3首先溶解進(jìn)入海水中，F(xiàn)e2O3則在弱還原條件下與海水中的CO3-2作用形成FeCO3，與鋁土質(zhì)一起沉積了下來(lái)。鐵礦層由于海水的深淺變化，深水地區(qū)為黃鐵礦，淺水區(qū)形成菱鐵礦或赤鐵礦，向上逐漸過(guò)渡為水平層理的泥巖層，含黃鐵礦小結(jié)核。第一旋回沉積環(huán)境以淺海沉積為主，其次為水下沙壩和半咸水泥沼相沉積，起到填平補(bǔ)齊的作用。

第二旋回：從分段灰?guī)r到本組頂部，巖性由灰?guī)r、砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖和煤組成。在灰?guī)r中含大量筳類、有孔蟲、腕足類、珊瑚和海百合莖等淺海生物化石；往上為黑色泥巖，含黃鐵礦小結(jié)核，腕足類等化石，巖性中無(wú)巖屑，水平層理，為淺海環(huán)境沉積物。之后海水進(jìn)一步變淺，沉積了水下砂體，一般為中粒，含2～3層海相薄層灰?guī)r，分選較差，具河口沙壩沉積特點(diǎn)，含較多腕足類、雙殼類化石；向上為粉砂質(zhì)泥巖，含植物根化石，之后沉積了厚度變化大不穩(wěn)定的薄煤層，為一受海水影響的半咸水沼澤、泥炭沼澤環(huán)境。

第三旋回：從不穩(wěn)定的薄煤層頂板到本組頂部，巖性有粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，沉積較穩(wěn)定的粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖夾灰?guī)r透鏡體和砂體，泥巖含植物葉化石，灰?guī)r中產(chǎn)腕足類、腹足類、海百合莖等淺海生物化石，砂巖中亦含腕足類、腹足類化石。本旋回沉積環(huán)境主要是潮坪、潮坪沙壩沉積。

2 晚石炭世太原組

太原組是弱障壁瀉湖潮坪和水下三角洲平原體系沉積。太原組沉積是在本溪組沉積環(huán)境的基礎(chǔ)上演化而來(lái)。本溪組按陸源物質(zhì)的多少，可分為下部含較多碳酸鹽巖的旋回和上部以陸源物質(zhì)為主的旋回。后者的出現(xiàn)構(gòu)成太原組早期沉積的先驅(qū)，彼此的繼承性極為突出，所差異者不過(guò)出現(xiàn)了較好的成煤環(huán)境而已。K4砂巖以下的5，6，8，9，11號(hào)煤層硫分明顯增加，一般在1.5%～4.0%之間，以硫化鐵硫?yàn)橹鳌＿@是因?yàn)樘M的煤層在濱海的咸水至半咸水環(huán)境中形成，硫化鐵含量較高。太原組大致由兩種沉積體系構(gòu)成兩個(gè)旋回。

第一旋回：從太原組底到9號(hào)煤層頂，為由濱海弱障壁瀉湖潮坪體系形成的旋回。主要沉積相有瀉湖相、潮坪和潮道相、沼澤相。該旋回可以11號(hào)煤層頂為界，分為下部以潮坪、潮道環(huán)境為主的亞旋回，和以瀉湖、潮坪為主的上部亞旋回。底部的K1砂巖為白色中細(xì)粒石英砂巖，石英含量90%左右，長(zhǎng)石9%左右，以鉀長(zhǎng)石為主，含粒狀海綠石，膠結(jié)物多為硅質(zhì)，填隙物中有有孔蟲和骨針化石，層面具覓食跡，具交錯(cuò)、波狀及水平層理，為三角洲前緣瀉湖、潮坪環(huán)境中形成的席狀砂體，厚度多在4 m左右，層位較穩(wěn)定。其上巖性為粉砂質(zhì)泥巖和中粒石英砂巖透鏡體。粉砂質(zhì)泥巖中含雙殼類、腕足類、腹足類化石，頂部含植物根化石，沉積環(huán)境由沼澤演化為泥炭沼澤，沉積了厚度較大的11號(hào)煤層。之后又一次的海浸，使本區(qū)變?yōu)闉a湖環(huán)境，大部分地區(qū)沉積了一套泥灰?guī)r和泥巖，產(chǎn)腕足類化石碎片，僅有個(gè)別介型蟲保存完好。本區(qū)瀉湖相往往缺少或有極少量的砂巖層，顯示了弱障壁乃至無(wú)障壁瀉湖的特征。之后海水退出本區(qū)，在瀉湖之上發(fā)育了潮坪及泥炭沼澤相，形成了10號(hào)煤層，并在此沉積環(huán)境基礎(chǔ)上，聚集了本區(qū)厚度最大而又穩(wěn)定的9號(hào)煤層。

第二旋回：從9號(hào)煤層頂開始，本區(qū)進(jìn)入水下三角洲環(huán)境，至太原組頂，構(gòu)成由潮汐影響的淺水三角洲體系。主要沉積相有分流河道相、支流間灣相、沼澤相以及水下天然堤相和河口砂壩相。垂向上的組合為：底部為三角洲前緣的泥質(zhì)沉積，向上發(fā)育河口砂壩，再向上為支流間灣；其上發(fā)育天然堤，分流河道滯留沉積，邊灘，最后由于河道的廢棄而被充填，再在上面發(fā)育煤層。該旋回可再分為3個(gè)亞旋回，即8號(hào)煤層以下、6號(hào)煤層以下及5號(hào)煤層以下。各旋回大多顯示出自上而下的正遞變粒序，或以自下而上變粗的層序，但由于貧乏前三角洲沉積，使得前述垂向特征不很明顯。同時(shí)根據(jù)本層段有許多類型的潮汐層理和構(gòu)造，說(shuō)明當(dāng)時(shí)潮汐作用的影響較大。其中8號(hào)和9號(hào)煤層之間的地層以水下分流河道沉積為主，主要沉積了一套平面上呈朵狀，剖面上呈透鏡狀的分流河道砂體。由于分流河道的迅速?gòu)U棄，在其上發(fā)育沼澤，形成了8號(hào)煤層。6號(hào)到8號(hào)煤層之間，以支流間灣，河口砂壩，分流河道和水下天然堤沉積為主，自下而上主要沉積了8號(hào)煤層上部的厚層鋁土泥巖和K2砂巖。K2砂巖之下發(fā)育厚層鋁土質(zhì)泥巖一層，厚度0 m～10 m，淺灰色，塊狀，易風(fēng)化破碎，主要成分為高嶺石，一般與上覆的K2砂巖呈明顯接觸，局部為沖刷接觸。K2砂巖呈淺灰色，為中細(xì)粒凝灰質(zhì)巖屑砂巖或粉砂巖，正粒序，明顯接觸，石英含量36%，長(zhǎng)石7%，巖屑57%。巖屑成分主要為凝灰?guī)r、火山玻璃、長(zhǎng)石巖屑及隧石等，分選較差。膠結(jié)物主要為凝灰質(zhì)、泥質(zhì)，膠結(jié)疏松，故俗稱“槽砂巖”，具波狀、交錯(cuò)層理，為三角洲前緣河口砂壩環(huán)境下形成的席狀砂體，厚度0 m～20 m。其上發(fā)育沼澤形成6號(hào)煤層。5號(hào)到6號(hào)煤層之間，主要為水下分流河道與分流間灣沉積，K3砂巖為灰色中細(xì)粒砂巖，石英含量75%左右，長(zhǎng)石5%，巖屑20%，硅質(zhì)、鐵質(zhì)膠結(jié)，分選較好，具水平及緩波狀層理，反粒序，為三角洲水下分流河道與分流間灣環(huán)境下形成的指狀、席狀砂體，厚度0 m～5 m。5號(hào)煤層即是在分流間灣環(huán)境上發(fā)展起來(lái)的泥炭沼澤中聚積的。本段泥巖以6號(hào)煤層頂板泥巖發(fā)育較好，黑色，以含大量同生菱鐵質(zhì)結(jié)核，不含植物化石為特征，巖性細(xì)膩，俗稱海相泥巖，含舌形貝化石，局部相變?yōu)榉凵皫r，是本區(qū)良好巖性標(biāo)志層。

3 早二疊世早期山西組

山西組是水上三角洲平原和內(nèi)陸曲流河沖積平原體系沉積，而從K4砂巖底開始是水下三角洲平原環(huán)境向水上三角洲平原環(huán)境過(guò)渡的起始點(diǎn)。山西組K4砂巖以上的2，3，4號(hào)煤層，原煤硫分都小于1%，一般為0.5%左右，以有機(jī)硫?yàn)橹鳎簩有纬捎陉懴嗟h(huán)境，硫酸鹽少故硫化鐵少，致使煤層中全硫含量亦較低。山西組亦由兩種沉積體系構(gòu)成兩個(gè)旋回。

第一旋回：從山西組底部K4砂巖至4號(hào)煤層頂板。K4砂巖由灰白色、灰色礫巖、含礫粗砂巖、粗中細(xì)粒砂巖組成，石英含量20%～92%，長(zhǎng)石3%～10%，巖屑5%～55%，膠結(jié)物為硅質(zhì)、泥巖，孔隙式膠結(jié)，具楔狀、交錯(cuò)及緩波狀層理，正粒序，垂向上常呈由粗到細(xì)的完整層序或幾個(gè)不完整的層序組合，橫向上呈厚薄相間的條帶狀、分枝狀，總體形態(tài)呈席狀，為三角洲水上平原網(wǎng)狀河沉積，為淺水三角洲體系的水上平原環(huán)境。主要沉積相有：分流河道相、天然堤相、泛濫盆地相、決口扇相以及沼澤相。垂向上，底部為礫質(zhì)沉積的滯留相，向上為邊灘，天然堤環(huán)境的粗、中、細(xì)粒砂巖，再向上為泛濫盆地沉積，頂部為煤層，為一典型的分流河道沉積序列。4號(hào)煤層即是在此環(huán)境基礎(chǔ)上沉積的，由于成煤環(huán)境比較穩(wěn)定，故形成了厚度大而又穩(wěn)定的煤層，但其厚度變化及夾矸層數(shù)、灰分變化均明顯受沉積環(huán)境的控制和影響。K5砂巖由灰白色、灰色含礫粗砂巖、粗中細(xì)粒砂巖組成，石英60%～95%，長(zhǎng)石2%～10%，巖屑3%～30%，膠結(jié)物硅質(zhì)、泥質(zhì)，孔隙式膠結(jié)，具斜層理、小型斜層理及交錯(cuò)層理，正粒序，垂向上與K4砂巖有共性，橫向上砂體規(guī)模較K4砂巖小，為典型的三角洲水上平原分流河道沉積，對(duì)其下的4號(hào)煤層有不同程度的沖刷影響。

4 號(hào)煤層受河流同生沖刷作用明顯，頂板砂巖巖性多變，并含有煤屑及炭化樹干，沖刷嚴(yán)重地段最上部?jī)蓪訆A矸缺失，垂向上煤層呈槽型，為典型的河流相沉積。

第二旋回：從4號(hào)煤層頂至山西組頂部，為由內(nèi)陸多曲流河沖積平原體系構(gòu)成，多為3個(gè)以上正粒序旋回層序，旋回層序較大，層序構(gòu)造豐富多彩，沉積相以分流河道相、泛濫盆地相為主。本旋回聚煤作用明顯變差，僅沉積了1～2層不可采煤層。山西組是水上三角洲平原和內(nèi)陸曲流河沖積平原體系沉積，而從K4砂巖底開始是水下三角洲平原環(huán)境向水上三角洲平原環(huán)境過(guò)渡的起始點(diǎn)。

Coal-bearing Construction Analysis to Ma Jialiang Mine Field in ShuoNan,NingWu Coalfield,ShanXi Province

Meng Jianyong

This article indicates the depositional environment of the construction of coal deposits,and the ancient coal geographical background in Ma Jialiang mine field,Ningwu coalfield.The author analyzes the the periodicity changes of depositional conditions during the spinning back structure formed,and states the characteristics and distribution rule of coal and other mineral resources during the coal-bearing sedimentary contructions period.

sedimentary constructions;the Ancient Coal Geographical Background;the spinning back;minerals;Ningwu Coalfield

P611

A

1000-4866（2011）01-0024-03

孟建勇，男，1971年出生，1992年畢業(yè)于陽(yáng)泉煤炭專科學(xué)校（礦井地質(zhì)與測(cè)量專業(yè)），現(xiàn)在大同煤礦集團(tuán)浙能麻家梁煤業(yè)有限責(zé)任公司工作，助理工程師。

2010-10-20

2010-11-26