利用單因素綜合作圖法分析習水福平煤礦龍譚組巖相古地理

劉任重 何香群

摘要：依據研究區15口鉆孔巖心錄井及觀察、測井資料，結合室內測試分析和野外調查等手段，綜合運用地層學、沉積學、地球化學、煤炭地質學等理論。利用單因素綜合作圖法對習水福平煤礦區龍潭組巖相古地理進行了系統研究且分析了龍潭組聚煤規律。結果顯示：研究區發育三角洲、有障壁海岸2種沉積相類型、5種沉積亞相和13種沉積微相，包括一個三級層序，海侵體系域和高位體系域2個體系域。龍潭早期發生脈動式海侵，以慢速海侵為特征，聚煤主體環境為潮坪沉積環境；其后發生海退，發育潮控下三角洲平原亞相，該時期三角洲沉積環境分布范圍擴大，成為沉積主體，煤層主要形成于海退一海侵轉折期之后。從而形成了自南東向北西下三角洲平原至上三角洲平原過渡轉變的古地理格局，并伴生渴湖一潮坪沉積體系。

關鍵詞：煤炭地質；單因素綜合作圖法；巖相古地理；聚煤規律；習水縣

貴州省是我國煤炭資源蘊藏極為豐富的省份，素有“江南煤?！敝Q。習水福平煤礦屬于二郎礦區，依據《國家發展改革委關于貴州省黔北礦區二朗區總體規劃的批復》（發改能源[2006]679號），黔北礦區二郎區煤炭礦井建設總規模為510萬噸/年。因此，為了適應《黔北礦區二郎區總體規劃》及《貴州省煤礦企業兼并重組方案》，中電投貴州金元集團股份有限公司下屬的貴州習水福平煤業投資有限公司擬對研究區進行進一步勘探，以期能有所突破，提高煤礦的煤炭資源儲量，不僅能緩解地方能源緊張壓力，也能為當地甚至貴州省未來的發展提供燃料能源保障。筆者作為勘探項目負責人，對研究區煤田地質資料進行了充分分析研究，總結了該區上二疊統含煤地層特征及分布規律，尤其對其沉積環境巖相古地理進行了系統研究，希望可以指導新的煤炭資源找礦工作，為該區煤炭生產提供更準確的基礎地質資料。

1.地質背景

研究區大地構造位置處于揚子準地臺一黔北臺隆—遵義斷拱一畢節北東向構造變形區東部的桑木背斜南東翼，研究區內為單斜構造，地層傾向122°～162°，一般135°左右，傾角22°～43°，一般為30°左右，未見明顯的次級皺曲現象，斷裂構造不發育。二疊系上統龍潭組巖性主要以灰、深灰色細砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、泥巖等細碎屑巖為主，薄層狀、中厚層狀，水平層理、波狀層理，夾炭質泥巖、煤層。產大量植物及植物根部化石。含煤及煤線9-12層，其中5、6、8、12號煤層為主要可采煤層。地層厚度62.77m～90.54m，平均厚度83.78m。

2.層序地層格架

龍潭組特指貴州省內的一套位于峨嵋山玄武巖或茅口組之上、三疊系之下的海陸交互的含煤巖系，屬海陸過渡相地層，分布于習水、仁懷、金沙、織金、六枝、興義一帶，總體呈北東向展布。研究區龍潭組屬于典型的海陸過渡環境，受河流和海洋潮汐的雙重影響，沉積物既有河流攜帶的陸源碎屑，也有海侵期沉積的灰巖和泥巖；原生沉積構造，既有河流作用形成的各種交錯層理，又有潮汐波浪作用形成的潮汐層理；植物化石與海相動物化石混生，在時間和空間上，都表現為河流沉積和海洋沉積彼此過渡，犬牙交錯。

筆者通過對研究區鉆孔巖芯以及實測剖面資料的分析，結合區內龍潭組古生物特征、巖石學特征、垂向層序及砂巖展布特征、結構構造特征、地球物化特征進行了研究。在研究區內共識別出三角洲、有障壁海岸2種沉積相類型、5種沉積亞相和13種沉積微相（表1.圖2）。主要發育溻湖一潮坪亞相、三角洲相，以潮控三角洲平原亞相為主。上部發育潮控三角洲平原亞相、三角洲前緣亞相及溺湖一潮坪相，以平原亞相及前緣亞相為主，下部發育河控三角洲平原亞相、渴湖一潮坪亞相。

海侵體系域早期，研究區處于脈動式海侵作用過程中，區內地殼緩慢下沉，海水侵入該區，在古風化面上發育了溻湖一潮坪沉積體系。主要發育于初期古風化面上的低洼地帶，以含鋁土質、凝灰質的高嶺石泥巖為特征，其上發育了12煤層，初期的沉積反映了基底的不平整，沉積作用以填平補齊為特征，聚煤作用是在古風化面上低洼地帶發育，隨著海侵作用的繼續，12煤層全區發育，厚度變化較大，但連續性較好，研究區以潮坪一渴湖亞相為主；隨后的海侵形成了B4灰巖標志層，之后在局部形成多層薄煤層，區內以河控上三角后平原為主。此后，進入層序高位體系域發展階段，造成了以潮控下三角洲平原亞相為主的沉積環境，在過渡區間發育了全區最厚的8煤層。隨著海平面震蕩式頻繁海侵與海退作用的交替作用，在8煤層之上發育了多層煤層，以5煤層及7煤層為代表，然而，由于物源的供給不足，導致龍潭晚期沉積主體轉變為渴湖為主，發育了多層灰巖（圖2）。

3.巖相古地理分析

通過巖相巖性等特征分析地質歷史中地理面貌及環境變遷是巖相古地理分析的主要方法，主要的編圖理論包括古生物地層學、大地構造學、單因素綜合作圖法等。其中單因素分析綜合作圖法因其直觀、簡易以及定量的特征，在研究中得到廣泛的應用，也成為了最重要的一種編圖方法。筆者根據該方法通過對研究區龍潭組巖性、古生物及厚度、陸源物質、顆粒以及特定的巖石或礦物等特征進行了分析；運用統計法對區域范圍的各單因素數據（主要選取了層序內地層總厚、砂巖厚度、泥巖厚度、灰巖厚度、煤層厚度、含砂率等幾種能反映古地理面貌的參數）進行研究，結合單井柱狀、連井剖面的分析以及區域地質背景資料，編制了研究區龍潭組巖相古地理圖，恢復了研究區晚二疊世龍潭期的古地理面貌。

研究區龍潭組層序總厚度分布于60m～70m左右，全區分布穩定（圖3）；泥巖分布呈中間厚達25m左右，向東西兩方向逐漸變薄展布特征，最后達20m左右；灰巖厚度較小，呈北東厚西南薄展布，最厚在研究區北東部達5m左右，顯示該區海侵過程中發育了有障壁海岸相渴湖亞相；砂巖則呈北東厚南西薄展布，含砂率以南西部最大，最大超過60%，斷續發育砂巖優勢區，主要發育陸相沉積一河控三角洲平原亞相，向南或北方向砂巖含量逐漸較小，漸變為粉砂巖、泥巖、砂巖混合沉積，主要為潮控三角洲平原亞相。由此，研究區形成了自南東向北西下三角洲平原至上三角洲平原過渡轉變的沉積相格局，并伴生溻湖一潮坪沉積體系。在此基礎上，筆者總結出龍潭組層序內沉積相分布模式（圖4）。

龍潭組聚煤中心位于研究區南西北東過渡區域，構成中部向東、西向逐漸變薄的煤層分布趨勢（圖5），巖相古地理圖顯示上、下三角洲平原過渡沉積環境對聚煤作用最為有利，區內沉積了較厚的煤層。從垂向上看煤層主要形成于海侵體系域與高位體系域過渡時期中，該時段陸源碎屑供應逐漸較多，沉積了較厚的泥炭沼澤，研究區內發育了最厚的8煤層，但隨著陸源碎屑的減少，高位體系域中泥炭沼澤發育較差，僅僅在局部低洼處發育的煤層較厚。

4.層序格架內煤層聚煤規律

研究區龍潭組發育主要煤層四層，包括5、6、8、12煤層。主要聚煤規律簡述如下：

（1）5煤層形成于層序內高位體系域中的三角洲前緣沉積環境，該期海平面處于震蕩海退過程中，導致三角洲前緣和三角洲沉積的頂積部分，代之于一套區域上穩定的潮坪沉積，形成了發育砂泥薄互層層理的細砂巖和粉砂巖及煤層交替的沉積，聚煤作用發生于水下三角洲朵葉體在海平面下降后淤淺演變成泥炭沼澤沉積環境，且泥炭沼澤厚度較大，形成了全區可采，而煤層厚度變化較大的5煤層。

（2）7煤層形成于層序內高位體系域下三角洲平原沉積環境，該時期研究區處于三角洲建設或廢棄時期，7煤層即是三角洲分流間洼地演變而來的泥炭沼澤沉積，或者由于三角洲的破壞或廢棄，導致三角洲沉積的頂積部分發展成泥炭沼澤沉積，形成厚度較大，大部可采的7煤層。

（3）8煤層形成于層序內海侵體系域結束，高位體系域開始時期，該時期研究區位于上、下三角洲平原過渡地帶，廣泛分布著泥炭沼澤，發育了聚煤的最佳場所，含煤最好，可采率最高，為富煤地帶，且煤層的硫分、灰分含量均較低，形成了研究區龍潭組最厚的8煤層。

（4）12煤層形成于層序內海侵體系域潮坪沉積環境，該時期研究區以障壁砂壩一渴湖一潮坪復合沉積體系發育為主，該期海平面上升速率增大，沉積物堆積速率增大，發生區域性海侵作用，形成了潮坪環境演變而來的泥炭沼澤，且泥炭沼澤比較發育，形成了發育砂泥薄互層層理的細砂巖和粉砂巖及煤層交替的沉積，聚煤作用發生于由潮坪演化而來的泥炭沼澤中，聚煤期盆地相對穩定而緩慢的下沉和開闊平坦的潮上帶環境，利于聚煤，形成了厚度較大全區可采的12煤層。

5.結論

（1）研究區龍潭組共識別出三角洲、有障壁海岸2種沉積相類型、5種沉積亞相和13種沉積微相。發育渴湖一潮坪亞相、三角洲相，以潮控三角洲平原亞相為主。

（2）研究區龍潭期發育一個完整三級層序，海侵體系域和高位體系域2個體系域。龍潭早期發生脈動式海侵，以慢速海侵為特征，聚煤主體環境為潮坪沉積環境；其后發生海退，發育潮控下三角洲平原亞相，該時期三角洲沉積環境分布范圍擴大，成為沉積主體，煤層主要形成于海退一海侵轉折期之后。

（3）三角洲沉積環境是研究區內主要聚煤沉積環境，自龍潭組中下部到中上部均有發育，但成煤期主要為龍潭組中上部發育的潮控下三角洲沉積環境，尤其區內最厚的8煤層主要發育在上、下三角洲平原之間，即過渡區域。其次為潮坪沉積環境的聚煤作用通常發育在淺淤后形成的泥炭沼澤之中，以全區可采的12煤為代表，屬低灰、中高硫煤。