川南煤田古敘礦區(qū)含煤地層格架及聚煤作用

梁萬林，魏文金，鄧野平

（四川省煤田地質(zhì)局，成都 610072）

古敘礦區(qū)是四川省重要的無煙煤賦存地。礦區(qū)主要含煤地層為上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M，已累計探獲煤炭資源量38.6 億噸，加強該區(qū)含煤地層格架和聚煤作用的研究對礦區(qū)科學(xué)開發(fā)以及深部找礦具有重要現(xiàn)實指導(dǎo)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

古敘礦區(qū)在大地構(gòu)造位置上處于四川前陸盆地南緣的敘永～筠連疊加褶皺帶。其東西兩側(cè)分別與川黔、川滇南北向構(gòu)造帶相鄰，北接華鎣山滑脫褶皺帶南部之低緩褶皺帶，西側(cè)屬于鹽津～威信東西向構(gòu)造帶的雷波隆起。礦區(qū)構(gòu)造由古藺復(fù)式背斜和若干個次級褶曲組成，是本區(qū)的主要控煤構(gòu)造。晚二疊世龍?zhí)镀冢緟^(qū)在經(jīng)歷了長期的剝蝕夷平后，又復(fù)下沉，形成濱海－湖沼盆地，沉積了厚達100m 余的以陸相為主的海陸交互相含煤沉積建造。

2 上二疊統(tǒng)含煤地層格架

2.1 層序邊界的識別

圖1 川南煤田龍?zhí)督M河流下切谷砂體分布特征圖

層序的關(guān)鍵界面是劃分層序的主要依據(jù)，不同地區(qū)的沉積環(huán)境、巖性組合各不相同，層序界面的表現(xiàn)也不同，該區(qū)層序界面識別標(biāo)志主要有以下幾種：

1）區(qū)域不整合面。廣泛分布于四川東部，其重要識別標(biāo)志為茅口組灰?guī)r風(fēng)化殼上廣泛發(fā)育的高嶺石粘土巖（局部富集為鋁土礦）或鐵鋁質(zhì)泥巖，分布范圍廣。

2）深切谷和古土壤，也是一種不整合面。下切谷的充填物與其下伏沉積層存在明顯的沉積相錯位，河流下切谷在古敘礦區(qū)龍?zhí)督M較發(fā)育（圖1）。此外，在川南一帶普遍發(fā)育的C23、C7-10煤層底板即為古土壤（為淺灰～灰白色高嶺石粘土巖，俗稱“下砂鍋土”、“砂鍋土”）。

3）石灰?guī)r發(fā)育的旋回性與延伸范圍。在含煤巖系地層剖面中，向陸方向延伸最遠的石灰?guī)r反映了海侵達到最大，即最大海泛面；石灰?guī)r向海方向退卻到最遠的石灰?guī)r，指示海退達到最大，代表了最大海退面，可作為層序界面。在四川-重慶地區(qū)，自東北向西南方向石灰?guī)r逐漸向古陸方向延伸，代表著每次旋回中的向陸地海侵的范圍，每次海侵后，伴隨著海退，石灰?guī)r層分布范圍會向海方向逐漸退卻，向海方向達到最大后，再次發(fā)生向陸入侵。石灰?guī)r向海退卻達到最大時，代表了一個層序的結(jié)束，含有此層灰?guī)r旋回的頂界面即代表了層序界面，如本區(qū)C16煤層頂板。

2.2 三級最大海泛面的識別與追蹤

在一個層序范圍內(nèi)，石灰?guī)r向陸延伸最遠的灰?guī)r代表了最大海泛期的沉積，而該灰?guī)r的底界面則代表了最大海泛面。在沒有石灰?guī)r發(fā)育的地區(qū)，最大海泛期往往沉積大套厚層泥巖，或反映為海相沉積的巖石組合，與代表最大海泛期沉積的石灰?guī)r層或相應(yīng)的煤層可以對比，也代表了該地區(qū)最大海泛期沉積，進而識別出最大海泛面。

2.3 層序劃分方案

通過對上二疊統(tǒng)含煤地層層序關(guān)鍵界面的識別，上二疊統(tǒng)含煤地層可以劃分為2個三級層序，即以C16煤頂界及其對應(yīng)面為層序界面，劃分為下部的層序Ⅰ和上部的層序Ⅱ，分別與龍?zhí)督M一段＋二段中下部和龍?zhí)督M二段中上部＋三段及長興階相對應(yīng)。

層序Ⅰ中良村灰?guī)r底界面代表最大海泛面，層序Ⅱ以石寶灰?guī)r底界面為最大海泛面，每個層序3個體系域發(fā)育完整，即包括低位體系域（LST）、海侵體系域（TST）和高位體系域（HST），見圖2、圖3。

2.4 層序地層對比及橫向展布

層序地層對比和層序地層格架的建立對于含煤盆地分析具有重要的意義。在含煤盆地中，三級海平面變化控制著區(qū)域范圍內(nèi)聚煤中心的遷移，因此，層序?qū)Ρ裙ぷ鲗τ趯ふ矣欣勖簠^(qū)域十分重要。

研究區(qū)在層序I 沉積時期不發(fā)育石灰?guī)r沉積，最大海泛面的追蹤需要對比與良村灰?guī)r底界面相對應(yīng)的地層界面，良村灰?guī)r沉積在C21煤層和C20煤層之間，但是研究區(qū)內(nèi)這兩層煤層均不太發(fā)育，難以識別和對比，而C19煤層沉積厚度大，分布較穩(wěn)定，因此以該煤層底板泥巖的底界面作為與良村灰?guī)r底界面對應(yīng)的界面具有重要的現(xiàn)實意義和可操作性。因此，我們把該界面定為本層序的最大海泛面。層序II的最大海泛面為石寶灰?guī)r底界面，最大海泛面的追蹤較為容易。

2.4.1 層序I

層序Ⅰ發(fā)育在中二疊統(tǒng)茅口組灰?guī)r風(fēng)化殼上，主要發(fā)育瀉湖—潮坪體系和三角洲—潮坪體系，以瀉湖、河控上三角洲平原、過渡帶三角洲平原和潮控下三角洲平原沉積環(huán)境為主。本層序平均厚度為98m，共發(fā)育煤層10層，即C25～C16煤層，其中C25～C18煤層厚度較大、分布穩(wěn)定，為研究區(qū)主要的煤層。本層序包括低位體系域、海侵體系域和高位體系域。

低位體系域：該時期主要為瀉湖沉積環(huán)境，并在瀉湖泥炭沼澤中發(fā)育了一層較厚煤層（C25煤），該煤層為全區(qū)廣泛分布的一層主要可采煤層。由于煤層沉積在瀉湖沼澤環(huán)境，為半咸水泥炭沼澤，受海水的影響，煤層全硫含量較高。

海侵體系域，主要的成煤層序組：該時期沉積環(huán)境主要為濱淺湖、過渡帶三角洲平原及河控上三角洲平原等，煤層多發(fā)育在體系域中部，共發(fā)育四層煤（C24～C21煤），其中C24、C23為主要可采煤層。

高位體系域，研究區(qū)的主要可采煤層之一：沉積體系主要為河控上三角洲平原、過渡帶三角洲平原及邊緣潮汐平原，發(fā)育河道、分流潮汐水道、潮汐砂壩、分流間灣、泥炭沼澤等環(huán)境。共發(fā)育煤層5層（C20～C16煤），主要發(fā)育于高位體系域的下部，其C19和C18煤層厚度最大，分布最穩(wěn)定。

圖2 上二疊統(tǒng)三級層序劃分示意圖(據(jù)四川省煤炭資源潛力評價)

2.4.2 層序II

圖3 古敘礦區(qū)大村礦段上二疊統(tǒng)沉積相與層序劃分柱狀圖

層序II 的底界面為C16煤層頂界面，頂界面為二疊系和三疊系的界面，發(fā)育低位體系域、海侵體系域和高位體系域，層序平均沉積厚度為122.6m。該時期沉積環(huán)境以河控上三角洲平原、過渡帶三角洲平原和局限碳酸鹽巖臺地等為主。本層序共發(fā)育5層煤，即C15～C11，其中C12-13、C14煤層在局部地區(qū)厚度較大、連續(xù)性較好。

低位體系域：本層序中低位體系域不太發(fā)育，沉積地層厚度較小，為一套三角洲平原相細砂巖，不發(fā)育煤層。

海侵體系域：沉積環(huán)境主要為潮控下三角洲平原的潮坪、潮道、潮汐砂壩、潮道間灣、泥炭沼澤環(huán)境和瀉湖-海灣體系的瀉湖、泥炭沼澤等。共發(fā)育5層煤（C15～C11煤層），煤層主要發(fā)育在體系域的中部，其中C11煤為本層序最頂部的煤層。隨著海平面的逐漸升高，聚煤作用逐漸移出研究區(qū)，開始接受碳酸鹽巖沉積。

高位體系域：該體系域巖性較為單一，全部為碳酸鹽巖沉積，為局限碳酸鹽巖臺地環(huán)境。由于海平面的升高，本地區(qū)的成煤作用隨著海侵作用的不斷增強，逐漸向西移出研究區(qū)，研究區(qū)由海陸過渡環(huán)境進入了海相環(huán)境沉積時期。

3 層序地層格架中的聚煤作用

研究區(qū)位于川南—黔北隆起帶的北側(cè)，地殼沉降以區(qū)域性拗陷沉降為主，沉降速度較為緩慢、平穩(wěn)，對本區(qū)聚煤作用的影響作用較為穩(wěn)定。影響研究區(qū)聚煤作用的主控因素為海平面升降，海平面的升降導(dǎo)致可容空間的增減，可容空間的增減與沉積物堆積之間的匹配關(guān)系決定了成煤作用的強弱。

在層序I 中，低位體系域中煤層位于體系域沉積的晚期，即海平面緩慢上升期；在海侵體系域，厚煤層主要發(fā)育在體系域的中期；在高位體系域，體系域的中期容易形成厚煤層。

在層序II 中，低水位體系域沉積不發(fā)育厚煤層；海侵體系域中厚煤層主要發(fā)育在體系域的中部，在高位體系域沉積時期，研究區(qū)主要為碳酸鹽巖臺地沉積環(huán)境，沒有聚煤作用發(fā)生。

綜上研究，結(jié)合單井及連井層序地層格架分析發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)利于成煤的沉積體系主要為潮坪-三角洲體系，厚煤層多發(fā)育在海侵體系域的中部，研究區(qū)海侵體系域為最佳的成煤時期，尤其是海侵體系域的中部；高位體系域成煤強度次之，厚煤層主要發(fā)育體系域中期；低位體系域的成煤作用相對較弱，主要位于體系域沉積的晚期。煤層在層序地層格架中的分布特征見表1。

表1 煤層在層序地層格架中的分布特征

4 結(jié)論

1）古敘礦區(qū)上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M含煤地層根據(jù)區(qū)域性不整合面、下切谷充填砂巖底部沖刷面、石灰?guī)r發(fā)育的旋回性及延伸范圍等特征可劃分為2個三級層序，層序Ⅰ對應(yīng)龍?zhí)督M一段+二段中下部，層序Ⅱ?qū)?yīng)龍?zhí)督M二段中上部+三段。每個層序3個體系域發(fā)育完整，可劃分為相應(yīng)的低位體系域、海侵體系域和高位體系域。

2）層序Ⅰ含煤性最好，層序Ⅱ含煤性次之。層序地層格架內(nèi)海侵體系域成煤最好；高位體系域也是成煤期，也能形成厚煤層；低位體系域成煤能力相對最差，僅在體系域晚期發(fā)育一層厚煤層。

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