重慶石壕煤礦龍潭組沉積特征分析

(1.成都理工大學 四川 成都 610059；2.重慶市地質調查院 重慶 400020)

石壕煤礦地區在龍潭時期位于揚子盆地的東部，此地區顯示海陸過渡的沉積特征，是華南的主要聚煤地區。在石壕煤研究區內主要的含煤地層為二疊系龍潭組，龍潭組中的M8煤層儲量占整個松藻研究區的60%，因此選取龍潭組作為研究對象，研究其沉積特征及聚煤規律，對整個松藻研究區乃至西南地區的煤田開采具有重要的理論和現實意義。

一、地質概況

石壕煤礦位于重慶市的南部，緊臨渝黔兩省(市)交界處。行政區劃屬重慶市綦江縣石壕鎮所轄。石壕煤礦平面上大致呈菱形，南北平均長約7.2km，東西寬平均約3.1km，平面面積約22.3km2。

石壕煤研究區內出露的最老地層為二疊系中統茅口組，最新地層為三疊系上統須家河組。其中可開采含煤地層為二疊系龍潭組。龍潭組含煤地層最大厚度82.34m，最小厚度64.18m，平均74.32m。沿南北向，厚度呈波浪式分布，波峰位于中部。該含煤巖系屬碎屑巖～碳酸鹽巖型煤系，巖性以碎屑巖為主，約占69%，成分以巖屑為主，分選性與滾圓度較差，普遍含鈣質。碳酸鹽巖約占20%，炭質巖約占11%。砂體的存在對煤層有直接影響，尤其是對M7-2煤層影響大。碳酸鹽巖分布無論在平面上和剖面上都比較穩定。

通過分析石壕煤礦研究區內的測井曲線，地層剖面等資料，含煤地層內共識別出了砂巖、泥巖、化學巖和可燃有機巖4大巖相類型共計11種巖石(表1)。其中以碎屑巖類(砂巖、泥巖)最多，其次為碳酸鹽巖類。因此該煤系碳酸鹽巖型煤系。

表1 石壕煤礦含煤地層主要巖相類型

二、龍潭組沉積特征

(一)沉積體系及沉積模式特征

本區晚二疊時期，地殼發生相對升降，引起了大面積的海水進退，其中的聚煤作用也因此在一定的范圍內進行或中斷，是良好的成煤期[1]。研究區在該背景下接受了沉積，沉積類型包括了碎屑巖類、海陸交互相的含煤沉積以及碳酸鹽巖類。區內含煤地層二疊系龍潭組的沉積體系屬于碳酸鹽潮坪沉積體系組(圖1)，具體可識別劃分為障壁海岸沉積體系和碳酸鹽巖沉積體系(表2)。

圖1 二疊世上揚子區域古構造與沉積相帶示意圖[2]

表2 石壕煤礦上二疊系龍潭組沉積體系

本區龍潭期沉積期的時候地形坡度較小，水體較淺，加上西部康滇古陸為本區唯一陸源區，對本區的供給有限，所以只在局部地區形成了障壁砂，但也足以形成了區內的半局限的水文環境。正是這種半局限的水文環境，使得區內的泥炭沼澤發育，形成了有利的聚煤環境，同時局部障壁島砂壩的存在，也限制了泥炭沼澤環境的向東發展，故區內煤層的分布主要位于西側。

本區晚二疊世含煤巖系是在東吳運動末期所造成的殘積風化殼上發展形成的。地殼的相對升降，也可以引起較大面積的海侵和海退，聚煤作用常在一定范圍內同時發生和中斷，因而從區域上煤系厚度變化較大，但就松藻研究區而論，巖性、巖相組合，煤層層位間距比較穩定。砂體以透鏡狀和席砂體為主，但也有一定數量的潮溝，潮道砂體出現。潮汐作用不強，屬低潮差類型，潮道和潮汐三角洲沉積不發育。瀉湖水體淺，障壁砂壩不典型，旋迴內煤層間距比較小，潮汐作用形成的砂質障壁帶不太發育，僅形成部分水下障壁坪，可造成局限流動的水文狀況，這種障壁帶的瀉湖與潮坪區別不大，均為臺地內側海的近岸部分(圖2)。綜上，研究區形成了潮坪—瀉湖—障壁島—淺海陸棚的沉積模式。

圖2 上二疊統沉積模式圖[3]

(二)沉積相特征

在研究區龍潭組中共識別出了潮坪、障壁島、瀉湖、碳酸鹽陸棚四個亞相，若干個微相。

(1)潮坪相

潮坪相是研究區龍潭組中主要的沉積相類型，主要表現出的巖性組合為細粒碎屑巖及煤層，具有潮坪特征的沉積構造為小型的交錯層理、平行層理等。根據其沉積特征可進一步識別為砂坪、泥坪、泥炭坪、泥炭沼澤和混合坪五種微相。在波浪作用和潮汐作用較為顯著的區域，往往由于長時間的活動而形成砂坪沉積；相比之下，在那些波浪作用較弱的地方則形成細碎屑的泥坪沉積；介于這二者之間的過渡水動力環境中，海水活動強弱變化，因而砂質和泥質的沉積在這些地區混合堆積，形成砂泥混合坪。

泥炭沼澤微相是在泥坪之上的潮上地帶形成的，為潮坪中的主要成煤環境，研究區內龍潭組的成煤作用主要發生在該沉積環境之中。該微相巖性較為多樣，但總體以粉砂質泥巖、炭質泥巖與煤層的組合為主，主要為厚度較大的泥質沉積。這樣的巖性組合反映了沉積環境中較弱的水動力條件，在這樣的環境之中往往擁有豐富的成煤物質基礎，當海平面退去的時候，該區域廣泛的淤泥與沼澤富含養分，此時的植物生長繁茂，當海水上升的時候，這些植物的遺體在一定的海水深度之下避免了氧化而得以很好的堆積與保存，經過長時間的泥炭化作用最后形成煤層。

(2)障壁島相

障壁島相在研究區內以局部的不典型的沙壩形式呈現。巖性主要為細砂、粉砂巖一類的細粒碎屑巖。其中可見介殼碎片生物化石及由生物造成的擾動構造，具一定的沖刷層理、水平層理、交錯層理，主要位于龍潭組一段和二段之間。由于表現不典型，沒有進一步劃分微相。

(3)瀉湖相

瀉湖沉積主要由泥質碎屑巖為主，如灰黑色的泥巖、鋁質泥巖、炭質泥巖、砂質泥巖等等，可見少量的細粒砂巖及粉砂巖，其中含有少量的植物碎片化石。巖性方面鋁質泥巖為瀉湖沉積的重要標志，另一個重要標志是在這套沉積中可見大量的菱鐵礦質成分及黃鐵礦結核。菱鐵礦作為典型的淡水礦物，指示了這套沉積為淡水沉積，同時黃鐵礦的出現顯示了沉積環境的還原性，整體而言這兩類礦物指示了一套淡水、缺氧的趁機特征。沉積構造方面則發育了水平層理，也指示了較弱的水動力條件。主要發育于龍潭組一段。

(4)淺水陸棚相

淺水陸棚沉積相主要發育在研究區的二疊系龍潭組三段，厚度不大，一般10-20m，同時，在一段中也有一定程度的發育。在該沉積環境之中，巖性主要為深色的有機質灰巖，包含了生物碎屑灰巖和微晶灰巖，在灰巖中可見大量的生物化石及生物碎片。在龍潭組三段中的灰巖沉積以中層、厚層狀的灰巖為主，含有黃鐵礦結核，產腕足類、珊瑚類動物化石，局部具有水平層理，水體較為動蕩，為開闊臺地的沉積環境。在龍潭組一段中的灰巖沉積以泥質灰巖、薄層細晶灰巖為主，含有黃鐵礦結核及生物碎屑化石，水體趨于平靜，為半局限的海灣環境。

(三)沉積環境分析

研究區遭受古陸的抬升以及東吳運動的波及致使該地區形成了西高東低構造特征，促使了含煤地層的形成[4]。研究區晚二疊世龍潭組多次出現海侵現象，龍潭組的第三段地層受到海侵的影響較大且持續時間較長，因此形成的層位較為穩定，沉積物中多以細—粉晶灰巖、硅質灰巖為主，含有識別標志燧石結核，為典型的碳酸巖開闊臺地相。研究區的龍潭組第二段中頻繁受到持續較長的海侵影響，巖性中以泥質灰巖為主要沉積物，局部地區發育灰巖，沉積物厚度較薄，為局限臺地環境。此外，在該段中發現了潮汐通道，這也很好的解釋了下部不發育煤層的原因。一段的海退沉積物較多，以泥巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖及少量細砂巖為主，發育泥炭沼澤，瀉湖與潮坪環境交替出現。龍潭期后，研究區開始了二疊紀以來第二次大規模海侵，海水向西侵入康滇古陸東側。

研究資料顯示，含煤系地層中受到潮汐作用的影響促使了渾水沉積(碎屑巖沉積)與清水沉積(碳酸鹽巖沉積)相輔相成共同發育[5]。沉積物中多為砂巖和粉砂巖，潮汐層理廣泛發育，含鈣質和透鏡狀砂巖，含有完整的動植物化石，發育黃鐵礦結核，表明潮汐作用在減弱，潮坪出現了沼澤化，并進一步泥炭沼澤化，形成受海水影響的近海低位沼澤。綜上所述，本區沉積環境屬潮坪—瀉湖—碳酸鹽臺地內側海沉積體系中潮坪環境。

三、結論

1.研究區龍潭組含煤巖系屬碎屑巖—碳酸鹽巖型煤系。沉積體系屬于碳酸鹽潮坪沉積體系組，具體可識別為障壁海岸沉積體系和碳酸巖沉積體系。其中障壁海岸沉積體系在垂向上主要位于龍潭組一段及二段，在橫向上位于研究區的西部和西北部，是主要的聚煤區域；碳酸巖沉積體系在垂向上主要位于龍潭組三段，在平面上主要位于研究區東部及東南部。

2.研究區內含煤地層二疊系龍潭組的研究區含煤地層龍潭組內共識別出了潮坪、障壁島、瀉湖、碳酸鹽陸棚四個亞相。其中潮坪相進一步劃分為砂坪、泥坪、混合坪、泥炭坪和泥炭沼澤共五個微相。潮上泥炭沼澤是研究區最重要的聚煤沉積環境，其次為泥炭坪。

3.受東吳運動的影響，上揚子地塊抬升，使得研究區形成了西高東低的古地形格局，也使得沉積基底茅口組暴露風化剝蝕。后由于海水的侵入而在茅口組上沉積了龍潭組，同時康滇古陸的抬升客觀上為研究區的沉積作用提供了物源。這種古地理格局為聚煤作用及其沉積相的展布特征奠定了基礎。