魯西地區(qū)淺水三角洲環(huán)境下的聚煤特征

張 燕

（兗礦東華建設(shè)公司地礦建設(shè)分公司 ，山東 鄒城 273500）

淺水三角洲是三角洲體系的一種特別形式，主要形成在淺水環(huán)境和地勢(shì)相對(duì)平緩穩(wěn)定的沉積區(qū)[1-2]。但前人對(duì)陡坡三角洲研究較多，與陡坡三角洲相比，緩坡三角洲物源分散多變、橫向?qū)Ρ壤щy、煤層分布穩(wěn)定。以魯西地區(qū)為例，分析河控淺水三角洲的沉積特點(diǎn)和聚煤作用。

1 研究區(qū)構(gòu)造特征

魯西地區(qū)總體構(gòu)造演化復(fù)雜，受多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，形成了如今的構(gòu)造格局。東西以郯廬斷裂帶和聊考斷裂為界分別和魯東隆起、臨清坳陷隔開(kāi)，南北邊界是豐沛斷裂和廣饒-齊河斷層分別與南華北盆地和濟(jì)陽(yáng)坳陷毗鄰[3-4]，如圖1所示。

圖1 魯西地區(qū)斷裂分布圖

2 沉積組合

2.1 沉積特征

早二疊世魯西地區(qū)在華北陸塊整體海退的背景下，沉積環(huán)境也大致經(jīng)歷了從海洋到陸地的轉(zhuǎn)變，大量的陸源碎屑沉積物快速供給堆積，三角洲體系經(jīng)歷了從發(fā)育、演化然后逐漸廢棄的過(guò)程[5-6]。通過(guò)野外實(shí)測(cè)和分析鉆井巖芯資料，概述了魯西地區(qū)早二疊世的沉積相發(fā)育特征，認(rèn)為魯西地區(qū)山西組主要是河流作用為主的淺水三角洲沉積，巖性以各種砂泥為主，主要發(fā)育三角洲平原亞相，三角洲前緣亞相和前三角洲亞相不甚發(fā)育。

2.2 沉積相特征

1）泥巖顏色。魯西地區(qū)山西組的泥巖一般以灰色、灰黑色為主，部分地區(qū)夾有粉砂質(zhì)泥巖，局部地區(qū)含灰綠色夾紫紅色斑塊紫斑泥巖、紫紅色泥巖，反映了地質(zhì)時(shí)期水體較淺的還原-弱氧化沉積環(huán)境；煤線、碳質(zhì)泥巖分布廣泛（圖2），為典型的三角洲平原泥炭沼澤化的結(jié)果。

2）砂巖巖石學(xué)特征。以魯西地區(qū)菏澤煤田薄片鑒定為例，砂巖類(lèi)型主要包括長(zhǎng)石石英砂巖、巖屑石英砂巖和長(zhǎng)石石英雜砂巖等[7]。長(zhǎng)石主要為斜長(zhǎng)石和正長(zhǎng)石，遭受強(qiáng)烈的次生變化，主要發(fā)生碳酸鹽化，絹云母化，有些斜長(zhǎng)石碎屑全部被方解石交代僅保留碎屑假象。巖屑主要為泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖、千枚巖、燧石巖屑，含量在0～25%之間。碎屑顆粒分選性中等，磨圓度較好，碎屑顆粒多成渾圓狀，膠結(jié)物以硅質(zhì)和鈣質(zhì)為主，巖石類(lèi)型主要包括粗-中砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥巖等。

圖2 山西組砂泥互層夾煤線（淄博八陡）

3）生物化石。魯西地區(qū)完整的動(dòng)植物化石發(fā)育不好，大部分地區(qū)均可見(jiàn)植物莖葉、根部化石碎片及碳質(zhì)碎屑，由于三角洲沉積在海陸過(guò)渡環(huán)境中，研究區(qū)在局部層位受海水影響，部分層位可見(jiàn)有雙殼類(lèi)或腕足類(lèi)化石，底部深灰色海相成因的泥巖中發(fā)現(xiàn)有Lingula sp.[8]。

4）特殊礦物。在野外露頭和鉆孔巖芯觀察中常可見(jiàn)到鐵質(zhì)和鈣質(zhì)等特殊礦物。其中鐵質(zhì)多以黃鐵礦晶體出現(xiàn)，也常見(jiàn)到菱鐵質(zhì)結(jié)核，反映了弱還原沉積環(huán)境；鈣質(zhì)礦物可見(jiàn)鈣質(zhì)膠結(jié)或方解石充填現(xiàn)象，一般形成于氧化性較弱的沉積環(huán)境中。

5）沉積構(gòu)造特征。研究區(qū)三角洲沉積體系以三角洲平原亞相為主，局部可見(jiàn)有三角洲前緣亞相，其中平原亞相以分流河道微相為主體，河道砂體底部常見(jiàn)沖刷構(gòu)造，具有少量泥礫，發(fā)育槽狀、板狀或收斂型交錯(cuò)層理（如圖3所示），沉積粒度向上逐漸變細(xì)，層理的規(guī)模變小，演變?yōu)椴顚永砗托⌒徒诲e(cuò)層理，是典型的正旋回序列。河道砂體常因河道擺動(dòng)而疊覆在一起出現(xiàn)。靠上的分流河道突然擺動(dòng)、改道或截彎取直會(huì)引起部分正在活動(dòng)的河道廢棄[9-10]。上述均是淺水三角洲獨(dú)有的沉積特征。

圖3 左：山西組砂巖中泥礫（淄博八陡）；右：山西組槽狀交錯(cuò)層理（淄博八陡）

3 淺水三角洲聚煤特點(diǎn)

魯西地區(qū)河控淺水三角洲發(fā)展過(guò)程中，以三角洲平原為主，特別以分流河道微相最為發(fā)育，且擺動(dòng)頻繁，次一級(jí)的分流河道密集。在河道不斷推進(jìn)過(guò)程中，兩側(cè)的分流間灣逐漸被泥質(zhì)填充，使得三角洲平原擴(kuò)大。隨著時(shí)間的演化，三角洲平原最終會(huì)趨于廢棄而終止，廢棄后的三角洲平原分流河道基本不活動(dòng)，植物開(kāi)始大量生長(zhǎng)，成為聚煤作用的有利場(chǎng)所。魯西地區(qū)早二疊世可大致分為三個(gè)聚煤階段。

3.1 第一聚煤階段

第一聚煤階段為三角洲活動(dòng)階段，魯西地區(qū)北部分流河道發(fā)育，覆水不深，南部受海水影響覆水相對(duì)較深，適合水下分流河道發(fā)育，河道密布，錯(cuò)綜復(fù)雜，遷移性較強(qiáng)，不易形成煤層或在分流間灣處形成的煤層較薄，分布不穩(wěn)定。

3.2 第二聚煤階段

第二聚煤階段淺水三角洲沉積體系向南進(jìn)積作用較強(qiáng)，三角洲平原面積擴(kuò)大。隨著時(shí)間的演化，三角洲平原最終會(huì)趨于廢棄而終止，分流河道活動(dòng)的部位不利于泥炭沼澤的發(fā)育，聚煤作用較差；而廢棄的三角洲平原中活動(dòng)的河道幾乎不存在，分流間洼地處大量的植物生長(zhǎng)發(fā)育，可以長(zhǎng)時(shí)間發(fā)育泥炭沼澤，成為煤炭聚集的有利場(chǎng)所。同一三角洲體系具有相對(duì)統(tǒng)一的廢棄階段，泥炭沼澤的發(fā)育也帶有普遍性，因此魯西地區(qū)3煤分布穩(wěn)定，在較大范圍內(nèi)連續(xù)分布。由于分流河道的遷移疊覆，分流間沼澤發(fā)育具有不均衡性和不穩(wěn)定性，3煤普遍出現(xiàn)分叉（3上、3下）、合并現(xiàn)象。三角洲在其發(fā)育過(guò)程中逐步廢棄，三角洲平原廣泛沼澤化，為聚煤作用發(fā)生創(chuàng)造了有利條件。例如滕南煤田煤層厚度一般大于3m，富煤?jiǎn)卧植加诜至鏖g洼地。3上煤層形成時(shí)期，由于三角洲向南推移，河流作用加強(qiáng)，煤層的穩(wěn)定性較下部為差，但仍形成了重要的主采煤層。由于總體環(huán)境的相似性，兩單元煤的聚積規(guī)律也相近。此時(shí)三角洲體系已大大向南推進(jìn)，三角洲平原擴(kuò)大，整個(gè)魯西南地區(qū)幾乎全為三角洲平原部分，分流河道密布，相距較近，同時(shí)對(duì)下部煤層具有沖蝕作用，造成大面積的無(wú)煤帶和煤層變薄帶，如在滕縣煤田和濟(jì)寧煤田，3下煤層上部分流河道的沖刷作用，大片煤層變薄甚至缺失。此時(shí)富煤?jiǎn)卧姆植寂c分流河道的分布格局有關(guān)。分流間沼澤和分流間灣等洼地是煤聚積的理想場(chǎng)所，可以形成較厚的煤層；其它部位的聚煤作用較弱，因而僅有薄煤層分布。由于后期構(gòu)造活動(dòng)和成煤后河流沖刷，煤層沖蝕現(xiàn)象也較普遍，這些原因都會(huì)造成煤層在全區(qū)分布上的差異性。

3.3 第三聚煤階段

第三聚煤階段早期沉積物供給豐富，三角洲平原發(fā)育廣泛，局部地區(qū)發(fā)生沼澤化形成薄煤層，但大范圍內(nèi)并不連續(xù)。后期海水完全退出了盆地，氣候變得干旱、沉積物供給速率加大，盆地由穩(wěn)定到構(gòu)造活動(dòng)加劇，盆地地勢(shì)的北高南低勢(shì)態(tài)加劇，北部地區(qū)變?yōu)殛懴嗪雍璧兀谘芯繀^(qū)聚煤作用微弱，基本上不發(fā)生聚煤作用。

4 淺水三角洲的聚煤模式

通過(guò)本次研究可以認(rèn)為，研究區(qū)聚煤作用與水體深度和環(huán)境有關(guān)系，受沉積體系的影響。淺水三角洲的聚煤具有以下特點(diǎn)：

1）三角洲活動(dòng)階段河道側(cè)向遷移較強(qiáng)，僅在分流間灣處形成薄煤層，如圖4所示。

圖4 河控淺水三角洲活動(dòng)階段聚煤模式圖

圖5 河控淺水三角洲廢棄階段聚煤模式圖

2）厚度最大、分布穩(wěn)定而廣泛的主采煤層形成在三角洲廢棄階段（圖5），分流間沼澤和分流間灣等洼地是煤聚積的理想場(chǎng)所，可以形成較厚的煤層，其他部位煤層較薄。三角洲廢棄時(shí)間越長(zhǎng)，而且構(gòu)造因素也有利于泥炭沼澤的持續(xù)發(fā)育，就能形成廣闊而穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)富煤帶。

3）同一三角洲沉積體系具有相對(duì)統(tǒng)一的廢棄階段，使研究區(qū)內(nèi)泥炭沼澤的發(fā)育具有普遍性，從而使煤層在較大范圍內(nèi)連續(xù)分布。

4）富煤?jiǎn)卧姆植家彩芊至骱拥赖姆植几窬值目刂啤Ｈ侵奁皆戏至骱拥阑顒?dòng)的部位，不利于泥炭沼澤的發(fā)育，聚煤作用較差，煤層形成于河道廢棄階段；另外分流河道在遷移改道過(guò)程中，也可能會(huì)沖蝕已沉積的煤層，造成研究區(qū)內(nèi)煤層分布差異。

5 結(jié) 論

淺水三角洲體系活動(dòng)時(shí)聚煤作用較弱，廢棄階段相對(duì)統(tǒng)一，泥炭沼澤的發(fā)育具有普遍性，從而使煤層在較大范圍內(nèi)連續(xù)分布。聚煤作用與水體深度和水動(dòng)力條件有關(guān)，受沉積體系所控制。三角洲平原上分流河道活動(dòng)部位，聚煤作用較差，而在分流間洼地能較長(zhǎng)時(shí)間地發(fā)育沼澤及泥炭沼澤，形成厚煤層，三角洲廢棄階段時(shí)間越長(zhǎng)，聚煤作用越好。