川南煤田古叙矿区含煤地层格架及聚煤作用

2013-07-10梁万林魏文金邓野平

四川地质学报 2013年3期

梁万林，魏文金，邓野平

（四川省煤田地质局，成都 610072）

古叙矿区是四川省重要的无烟煤赋存地。矿区主要含煤地层为上二叠统龙潭组，已累计探获煤炭资源量38.6 亿吨，加强该区含煤地层格架和聚煤作用的研究对矿区科学开发以及深部找矿具有重要现实指导意义。

1 区域地质背景

古叙矿区在大地构造位置上处于四川前陆盆地南缘的叙永～筠连叠加褶皱带。其东西两侧分别与川黔、川滇南北向构造带相邻，北接华蓥山滑脱褶皱带南部之低缓褶皱带，西侧属于盐津～威信东西向构造带的雷波隆起。矿区构造由古蔺复式背斜和若干个次级褶曲组成，是本区的主要控煤构造。晚二叠世龙潭期，本区在经历了长期的剥蚀夷平后，又复下沉，形成滨海－湖沼盆地，沉积了厚达100m 余的以陆相为主的海陆交互相含煤沉积建造。

2 上二叠统含煤地层格架

2.1 层序边界的识别

图1 川南煤田龙潭组河流下切谷砂体分布特征图

层序的关键界面是划分层序的主要依据，不同地区的沉积环境、岩性组合各不相同，层序界面的表现也不同，该区层序界面识别标志主要有以下几种：

1）区域不整合面。广泛分布于四川东部，其重要识别标志为茅口组灰岩风化壳上广泛发育的高岭石粘土岩（局部富集为铝土矿）或铁铝质泥岩，分布范围广。

2）深切谷和古土壤，也是一种不整合面。下切谷的充填物与其下伏沉积层存在明显的沉积相错位，河流下切谷在古叙矿区龙潭组较发育（图1）。此外，在川南一带普遍发育的C23、C7-10煤层底板即为古土壤（为浅灰～灰白色高岭石粘土岩，俗称“下砂锅土”、“砂锅土”）。

3）石灰岩发育的旋回性与延伸范围。在含煤岩系地层剖面中，向陆方向延伸最远的石灰岩反映了海侵达到最大，即最大海泛面；石灰岩向海方向退却到最远的石灰岩，指示海退达到最大，代表了最大海退面，可作为层序界面。在四川-重庆地区，自东北向西南方向石灰岩逐渐向古陆方向延伸，代表着每次旋回中的向陆地海侵的范围，每次海侵后，伴随着海退，石灰岩层分布范围会向海方向逐渐退却，向海方向达到最大后，再次发生向陆入侵。石灰岩向海退却达到最大时，代表了一个层序的结束，含有此层灰岩旋回的顶界面即代表了层序界面，如本区C16煤层顶板。

2.2 三级最大海泛面的识别与追踪

在一个层序范围内，石灰岩向陆延伸最远的灰岩代表了最大海泛期的沉积，而该灰岩的底界面则代表了最大海泛面。在没有石灰岩发育的地区，最大海泛期往往沉积大套厚层泥岩，或反映为海相沉积的岩石组合，与代表最大海泛期沉积的石灰岩层或相应的煤层可以对比，也代表了该地区最大海泛期沉积，进而识别出最大海泛面。

2.3 层序划分方案

通过对上二叠统含煤地层层序关键界面的识别，上二叠统含煤地层可以划分为2个三级层序，即以C16煤顶界及其对应面为层序界面，划分为下部的层序Ⅰ和上部的层序Ⅱ，分别与龙潭组一段＋二段中下部和龙潭组二段中上部＋三段及长兴阶相对应。

层序Ⅰ中良村灰岩底界面代表最大海泛面，层序Ⅱ以石宝灰岩底界面为最大海泛面，每个层序3个体系域发育完整，即包括低位体系域（LST）、海侵体系域（TST）和高位体系域（HST），见图2、图3。

2.4 层序地层对比及横向展布

层序地层对比和层序地层格架的建立对于含煤盆地分析具有重要的意义。在含煤盆地中，三级海平面变化控制着区域范围内聚煤中心的迁移，因此，层序对比工作对于寻找有利聚煤区域十分重要。

研究区在层序I 沉积时期不发育石灰岩沉积，最大海泛面的追踪需要对比与良村灰岩底界面相对应的地层界面，良村灰岩沉积在C21煤层和C20煤层之间，但是研究区内这两层煤层均不太发育，难以识别和对比，而C19煤层沉积厚度大，分布较稳定，因此以该煤层底板泥岩的底界面作为与良村灰岩底界面对应的界面具有重要的现实意义和可操作性。因此，我们把该界面定为本层序的最大海泛面。层序II的最大海泛面为石宝灰岩底界面，最大海泛面的追踪较为容易。

2.4.1 层序I

层序Ⅰ发育在中二叠统茅口组灰岩风化壳上，主要发育泻湖—潮坪体系和三角洲—潮坪体系，以泻湖、河控上三角洲平原、过渡带三角洲平原和潮控下三角洲平原沉积环境为主。本层序平均厚度为98m，共发育煤层10层，即C25～C16煤层，其中C25～C18煤层厚度较大、分布稳定，为研究区主要的煤层。本层序包括低位体系域、海侵体系域和高位体系域。

低位体系域：该时期主要为泻湖沉积环境，并在泻湖泥炭沼泽中发育了一层较厚煤层（C25煤），该煤层为全区广泛分布的一层主要可采煤层。由于煤层沉积在泻湖沼泽环境，为半咸水泥炭沼泽，受海水的影响，煤层全硫含量较高。

海侵体系域，主要的成煤层序组：该时期沉积环境主要为滨浅湖、过渡带三角洲平原及河控上三角洲平原等，煤层多发育在体系域中部，共发育四层煤（C24～C21煤），其中C24、C23为主要可采煤层。

高位体系域，研究区的主要可采煤层之一：沉积体系主要为河控上三角洲平原、过渡带三角洲平原及边缘潮汐平原，发育河道、分流潮汐水道、潮汐砂坝、分流间湾、泥炭沼泽等环境。共发育煤层5层（C20～C16煤），主要发育于高位体系域的下部，其C19和C18煤层厚度最大，分布最稳定。

图2 上二叠统三级层序划分示意图(据四川省煤炭资源潜力评价)

2.4.2 层序II

图3 古叙矿区大村矿段上二叠统沉积相与层序划分柱状图

层序II 的底界面为C16煤层顶界面，顶界面为二叠系和三叠系的界面，发育低位体系域、海侵体系域和高位体系域，层序平均沉积厚度为122.6m。该时期沉积环境以河控上三角洲平原、过渡带三角洲平原和局限碳酸盐岩台地等为主。本层序共发育5层煤，即C15～C11，其中C12-13、C14煤层在局部地区厚度较大、连续性较好。

低位体系域：本层序中低位体系域不太发育，沉积地层厚度较小，为一套三角洲平原相细砂岩，不发育煤层。

海侵体系域：沉积环境主要为潮控下三角洲平原的潮坪、潮道、潮汐砂坝、潮道间湾、泥炭沼泽环境和泻湖-海湾体系的泻湖、泥炭沼泽等。共发育5层煤（C15～C11煤层），煤层主要发育在体系域的中部，其中C11煤为本层序最顶部的煤层。随着海平面的逐渐升高，聚煤作用逐渐移出研究区，开始接受碳酸盐岩沉积。

高位体系域：该体系域岩性较为单一，全部为碳酸盐岩沉积，为局限碳酸盐岩台地环境。由于海平面的升高，本地区的成煤作用随着海侵作用的不断增强，逐渐向西移出研究区，研究区由海陆过渡环境进入了海相环境沉积时期。

3 层序地层格架中的聚煤作用

研究区位于川南—黔北隆起带的北侧，地壳沉降以区域性拗陷沉降为主，沉降速度较为缓慢、平稳，对本区聚煤作用的影响作用较为稳定。影响研究区聚煤作用的主控因素为海平面升降，海平面的升降导致可容空间的增减，可容空间的增减与沉积物堆积之间的匹配关系决定了成煤作用的强弱。

在层序I 中，低位体系域中煤层位于体系域沉积的晚期，即海平面缓慢上升期；在海侵体系域，厚煤层主要发育在体系域的中期；在高位体系域，体系域的中期容易形成厚煤层。

在层序II 中，低水位体系域沉积不发育厚煤层；海侵体系域中厚煤层主要发育在体系域的中部，在高位体系域沉积时期，研究区主要为碳酸盐岩台地沉积环境，没有聚煤作用发生。

综上研究，结合单井及连井层序地层格架分析发现，研究区利于成煤的沉积体系主要为潮坪-三角洲体系，厚煤层多发育在海侵体系域的中部，研究区海侵体系域为最佳的成煤时期，尤其是海侵体系域的中部；高位体系域成煤强度次之，厚煤层主要发育体系域中期；低位体系域的成煤作用相对较弱，主要位于体系域沉积的晚期。煤层在层序地层格架中的分布特征见表1。