淺析南屯煤礦太原組沉積環(huán)境與聚煤規(guī)律

摘 要：以沉積巖石學(xué)、巖相古地理學(xué)和古生物學(xué)為理論指導(dǎo)，按照分析煤盆地的思路和程序，運用大量的鉆孔資料分析了南屯煤礦太原組沉積環(huán)境。鑒別了沉積相，繪制了沉積相劃分圖并探討了聚煤規(guī)律。研究表明：南屯煤礦太原組沉積相以三角洲相及瀉湖相為主，三角洲時期是聚煤的最佳時期，三角洲平原是聚煤的最佳場所。

關(guān)鍵詞：太原組；沉積環(huán)境；沉積相；聚煤規(guī)律

引言

南屯煤礦在2000年至2015年期間內(nèi)積累了大量礦井開拓開采的地質(zhì)資料，包括各類科研成果報告、地震勘探資料、礦井采掘工程揭露的地質(zhì)資料，以及這期間生產(chǎn)鉆探資料等。但以往的地質(zhì)研究對全區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造、沉積特征及含煤特征等有待進(jìn)一步的深化。文章以山東科技大學(xué)與兗州煤田南屯煤礦合作編寫的生產(chǎn)礦井地質(zhì)報告項目為基礎(chǔ)，對南屯煤礦的沉積環(huán)境聚煤規(guī)律進(jìn)行了深刻研究，對其以后的礦區(qū)的詳查及煤炭開采具有重要的現(xiàn)實意義。

1 太原組沉積環(huán)境分析

1.1 礦井區(qū)域地質(zhì)概況

南屯井田位于兗州向斜南翼，總體呈單斜構(gòu)造，但井田東北部、東部存在多個褶曲，井田西部發(fā)育著次一級褶皺及小斷層，東部斷裂構(gòu)造發(fā)育，并伴有較大幅度的褶曲，井田構(gòu)造復(fù)雜程度屬于中等類型。在區(qū)域上，除東北部有太古界、震旦系、寒武系和奧陶系出露外，其余均被第四系覆蓋。礦區(qū)最主要的含煤巖系為石炭系太原組，厚155.06～186.02m，平均厚170.60m，厚度變化規(guī)律不明顯。由深灰～灰黑色泥質(zhì)巖、粉砂巖、砂巖、灰?guī)r和煤層組成，為較典型的海陸交替型含煤沉積。

1.2 太原組沉積相分析

1.2.1 沉積相標(biāo)志。（1）巖石結(jié)構(gòu)特征。巖石的結(jié)構(gòu)特征直接反應(yīng)巖石沉積時期的介質(zhì)條件，不同的介質(zhì)條件下所形成的沉積物一般都具有不同的結(jié)構(gòu)特征，即便是在同種介質(zhì)條件下，比如隨著水動力條件的由強(qiáng)變?nèi)酰练e物顆粒也會出現(xiàn)由粗到細(xì)的變化。南屯煤礦太原組第一段特點自下而上巖石顆粒粒度逐漸變粗，表明水動力條件由弱變強(qiáng)。（2）原生沉積構(gòu)造標(biāo)志。太原組發(fā)育的主要層理有：水平層理、砂泥互層層理、雙向交錯層理、潮汐層理等，根據(jù)巖相古地理學(xué)知識，潮道和障壁砂壩沉積中發(fā)育板狀交錯層理，水平層理發(fā)生在比較穩(wěn)定的水動力條件下，波狀層理是在水動力交替的情況下形成的，主要發(fā)生于潮汐環(huán)境中。通過觀察發(fā)現(xiàn)太原組十下灰?guī)r的上部為粉砂巖、砂巖互層或者是由砂巖、煤層和鋁質(zhì)泥巖組成的互層。其中含有薄層的14、15上、15下煤和九、十上灰?guī)r；砂巖層具波狀層理、透鏡狀層理，和交錯層理，判斷的潮汐三角洲相沉積。太原組泥巖、粉砂巖和砂質(zhì)泥巖中常見有菱鐵礦結(jié)核、黃鐵礦結(jié)核。黃鐵礦結(jié)核與菱鐵礦結(jié)核共生，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)在瀉湖泥巖中。由此可以發(fā)現(xiàn)瀉湖沉積也是太原組主要的沉積期。（3）生物標(biāo)志。在南屯煤礦太原組采集到蜓類化石7屬18種，腕足類達(dá)13屬17種，還有頭足類、腹足類、瓣腮類等屬種。腕足類在濱海、淺海和深海水域都有分布，但主要生活在海水動蕩、懸浮食料豐富的淺海環(huán)境，多營海底固著生活；海百合營海底固著生活。

1.2.2 沉積相劃分及特征。通過分析太原組巖層的特征得出太原組的沉積體系有：濱海 湖潮坪-三角洲沉積體系。據(jù)太原組沉積特征、古生物群，太原組可劃分出下列沉積相：泥坪、砂坪、潮渠或潮溝、潮道、瀉湖及瀉湖環(huán)潮坪帶、三角洲平原沼澤及潮坪泥炭沼澤（如圖1）。主要沉積相如下：（1）瀉湖相。太原組第一段以及第四段中巖層和煤層（16上）沉積即為瀉湖環(huán)境。巖性為灰色-灰黑色泥巖，水平層理發(fā)育，含少量動植物化石。見有動藻跡、蠕蟲跡等生物擾動構(gòu)造，該相常與潮坪相共存。（2）潮坪相。根據(jù)潮坪沉積的特征，又可分為泥坪相、混合坪相和沙坪相等。泥坪相發(fā)育于潮間坪上部至高潮線附近，巖性以泥質(zhì)巖、砂質(zhì)泥巖為主，發(fā)育透鏡狀、波狀層理。混合坪發(fā)育于潮間坪中部，以細(xì)砂巖、粉砂巖和泥巖互層為特征，發(fā)育典型的潮汐層理、砂泥互層層理。砂坪相主要發(fā)育于潮間帶下部至低潮線附近，主要為砂質(zhì)沉積，巖性以細(xì)-中粒石英砂巖為主，成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度，發(fā)育潮汐層理。（3）沼澤相。太原組下段巖層和煤層中含大量的黃鐵礦結(jié)核，指示該段沉積為濱海瀉湖和沼澤相的強(qiáng)還原環(huán)境。該段的巖性特征為：巖性以黑色泥巖、粉砂巖為主，層理不發(fā)育，含大量植物根莖化石碎片，雜亂排列。這個時期是三角洲平原上的聚煤環(huán)境，聚煤條件較好，煤層分布較連續(xù)，但厚度變化較大，常因河道沖刷、改造使得煤層變薄泥炭沼澤常與封閉沼澤以及覆水沼澤共生。

2 聚煤規(guī)律分析

南屯煤礦太原組煤層的形成主要發(fā)生在陸表海環(huán)境時期，晚石炭世太原組經(jīng)歷了陸表海盆地變?yōu)殛懴嗯璧氐暮Ｍ诉^程，泥炭沼澤的形成主要有兩個時期，一是在早期的潮坪環(huán)境和瀉湖環(huán)境；二是在海退后的辮狀河三角洲平原地區(qū)，而后者是泥炭沼澤最發(fā)育的時期。瀉湖沼澤是太原組下段最主要的聚煤環(huán)境，潮坪演化來的泥炭沼澤分布范圍廣且穩(wěn)定性強(qiáng)，形成了17煤層和18層煤層。瀉湖淤淺沼澤化所演化形成的煤層，因為其長軸平行于沉積走向，所以導(dǎo)致這一時期的煤層分布較為廣泛；與此同時此區(qū)域生長了大量的植被和微生物，加快了泥炭的發(fā)育速度，今兒形成了規(guī)模宏大的動態(tài)聚煤模式。但是這一時期形成的煤層硫份高、厚度小，并且含有大量的黃鐵礦結(jié)核，不利于開發(fā)利用。三角洲平原沼澤相沉積和三角洲前緣相沉積是太原組上段的主要沉積方式，三角洲平原廣闊平坦，并且生長著大量的動植物，再加上廢棄階段形成的穩(wěn)定的構(gòu)造環(huán)境為泥炭沼澤的發(fā)育提供了有利條件，形成了16層煤層，煤層厚度大，為穩(wěn)定可采煤層。三角洲后期廢棄階段，聚煤沼澤面積最廣，持續(xù)時間最長，形成的煤層層數(shù)多、累計厚度大。而在三角洲平原時期，形成的煤層層數(shù)少、單層厚度大。

3 結(jié)束語

（1）海陸交互相沉積是南屯煤礦太原組的主要沉積環(huán)境，濱海瀉湖潮坪-三角洲沉積體系是其主要發(fā)育的沉積體系。根據(jù)太原組的巖層沉積特征、富含的古生物群化石等標(biāo)志，得知太原組沉積相以瀉湖相、三角洲相為主。（2）南屯煤礦含煤巖系較為穩(wěn)定、分布范圍廣，瀉湖沼澤為太原組下段主要聚煤環(huán)境，三角洲平原時期形成的泥潭沼澤是太原組上段的主要聚煤環(huán)境。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)三角洲邊緣成煤煤層層數(shù)多、累計厚度大；而在廢棄的三角洲平原區(qū)煤層層數(shù)少、單層厚度大。

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