靖远煤田中侏罗统龙凤山组沉积环境及赋煤规律研究

张百禄

（甘肃煤田地质局一三三队，甘肃白银730913）

靖远煤田中侏罗统龙凤山组沉积环境及赋煤规律研究

张百禄

（甘肃煤田地质局一三三队，甘肃白银730913）

靖远煤田是甘肃主要煤炭基地之一，在大地构造位置处于祁连造山带东段北祁连加里东褶皱带东部。地层区划属祁连-北秦岭地层分区，北祁连-终南山地层小区，中侏罗统龙凤山组是本区主要的含煤地层，按岩性成分、结构、构造等原生成因标志，可划分五个旋回，其中Ⅰ、Ⅴ两个主要成煤旋迴，平均含煤系数为31%。三叠纪末期的印支运动形成的近东西向系列构造制约着本区构造格局，为侏罗纪煤田提供了沉积场所。推断沉积中心以远应有含煤远景区存在。

含煤地层；龙凤山组；赋煤规律；靖远煤田

0概况

靖远煤田位于甘肃中部，是该省主要煤炭基地之一，煤炭资源储量11.37亿t，侏罗纪资源量约占97%。区域构造位置处于祁连褶皱系北祁连褶皱带东端与鄂尔多斯台向斜的结合部位。构造体系属祁吕贺兰“山”字型构造体系阿宁盾地东南缘与陇西旋卷构造体系主旋迴褶带的中段，北部靠近中卫—中宁区域性东西向构造带的南侧。陇西旋卷构造体系为区域内的主体构造，其展布影响着整个区域构造格局，主旋迴褶带在本区分为中部松山—黄家洼山隆褶带和北侧的井儿川—王家山拗褶带及南侧的宝积山—红会拗褶带。区域构造线基本走向为N60°～70°W。本区地层区划属秦祁昆地层区，祁连-北秦岭地层分区，北祁连-终南山地层小区（图1），从震旦纪以来各时代地层都有出露，侏罗系从下到上依次为大西沟组、龙凤山组、新河组、苦水峡组（图2），其中：龙凤山组是本区主要的含煤层段，靖远煤田的勘查始于20世纪50年代，建设开发于70年代，矿区煤层的煤层编号从上到下“1层煤、2层煤……”为历史沿用。通过对龙凤山组含煤地层岩性、岩相特征、煤层赋存规律探讨及研究，推测原含煤地层和厚煤带沉积中心以远，应当有中侏罗世早期沉积，推断三大矿区周边应有含煤远景区存在。

1龙凤山组岩性、岩相特征

龙凤山组由灰白色砾岩、砂砾岩、中粗粒砂岩、灰色细砂岩、灰、深灰、灰黑色粉砂岩、砂质泥岩泥岩及煤层组成。是一套粗、细碎屑岩特别发育，并伴有泥岩、煤层的内陆山间浅盆地沉积，其中粗碎屑占40%～50%，细碎屑岩占15%～30%，泥岩、煤层占17%～25%。全区已知总厚度10～154 m，平均厚80 m，主要分布区红会，厚10～70 m，平均厚39 m；宝积山厚14～120 m，平均厚70 m；王家山厚10～154 m，平均厚80 m（表1）。

图1　靖远煤田区域构造图Figure 1 Regional tectonic map of Jingyuan coalfield

图2　综合柱状图Figure 2 Comprehensive column

纵向上，由下往上，沉积粒度由粗变细并作有规律的交替出现。横向上盆地中部冲积相发育，两侧河漫滩相、湖相、沼泽相发育，按岩性成分、结构、构造等原生成因标志，可划分五个旋迴（图3），其中Ⅰ、Ⅴ两个旋迴为主。每个旋迴均以河流相的粗碎屑岩开始，而以湖相或沼泽相告终，主要旋迴的相序完整、结构清晰，标志明显，煤层位于每个旋迴上部，比较稳定，容易对比。次要旋迴横向、纵向变化皆较大，时有分岔、尖灭，不易对比（表2）。

表1　龙凤山组含煤地层厚度及含煤性统计一览表Table 1 Statistics of Longfengshan Formation coal-bearing strata thicknesses and coal-bearing properties

图3　王家山、宝积山、红会各区域龙凤山组旋回对比图Figure 3 Comparison of Wangjiashan，Baojishan and Honghui areas Longfengshan Formation depositional cycles

表2　龙凤山组各旋回含煤稳定性情况一览表Table 2 Data sheet of Longfengshan Formation cycles coal-bearing stabilities

Ⅰ旋迴：厚30～70 m，自下而上为河床相、河漫滩相、湖相、沼泽相、泥炭沼泽相，以湖相或沼泽相而告终。相序完整，结构清晰，横向变化大，在王家山有厚煤层形成，宝积山有薄煤层形成，红会缺失沉积。

Ⅱ-Ⅲ旋迴：厚16～20 m，均为相序不齐全的不完整旋迴，顶部常被河流相冲刷不全，横向纵向上变化较大，虽有煤层形成，但厚度不稳定，难以对比。王家山、宝积山均有沉积，红会缺失。

Ⅳ旋迴：厚18～20 m，相序相对齐全，横向纵向变化均较大，顶部多为河流相冲刷，含有煤层，厚度不太稳定，但尚可对比，全区均有沉积。

Ⅴ旋迴：厚29～35 m，自下而上为河流相、河漫滩相、湖相、沼泽相、泥炭沼泽相，最后为湖相。相序完整齐全，横向纵向上均较稳定，全区分布，标志明显，对比容易，全区都有厚煤层形成，煤层位于旋迴的上部，比较稳定，是本区含煤的主要旋迴。

2含煤性

靖远煤田煤层赋存于中侏罗统窑街组（J2y），共含煤4层，主要可采煤层为1层煤和4层煤，分别位于Ⅰ和Ⅴ旋迴，煤层总厚度16～69 m，平均40 m，其余煤层为不稳定煤层，仅局部可采，平均含煤系数31%，含煤系数较高；经多年的生产开采、探采对比，煤层对比可靠。

王家山矿区共含煤四层，从上到下编号为2层煤、2下层煤、3层煤和4层煤，主要可采煤层有两层。2层煤厚0.19～45.33 m，平均厚度13.98 m，4层煤厚0.27～30.00 m，平均厚度14.79 m；含煤系数19.7%。

宝积山矿区共含煤四层，编号为1、未、2、3层煤，主要可采煤层为1层煤，厚度0.82～46.27 m，平均21.36 m，含煤系30%。

红会矿区共含煤2层，主要可采煤层为1层煤，厚度0.50～52.31 m，平均13.38 m，含煤系43%。

3含煤地层形成时间及空间上分布规律

中侏罗统龙凤山组含煤地层自下而上可划分五个沉积旋迴，均以河床相开始，以湖相或沼泽相而告终。其中第Ⅰ旋迴在王家山含编号为4层煤，在宝积山含编号为3层煤（不稳定），在红会没有沉积，第Ⅱ-Ⅲ旋迴在王家山含不稳定的编号为3层煤，宝积山含不稳定的为2层煤，红会没有沉积；第Ⅳ旋迴在王家山含不稳定的编号为2下层煤，在宝积山含不稳定的编号为2层煤，在红会编号为2层煤；第V旋迴全区均含主要可采煤层，在王家山含编号为2层煤，宝积山编号为1层煤，红会编号为1层煤。上述五个旋迴的特征是：自下而上，粒度由粗变细，这和地形逐渐夷平过程相适应，每个旋迥的开始均为河床相，底部常有一个明显冲刷面，这和地壳活动的重新加剧，地形高差增大相吻合，I、V旋迴厚度大，含煤性好，加上煤层常形成于每个旋迴的上部，这些特点反映出中侏罗统早期龙凤山组当时是处于内陆山间盆地型沉积，同时地壳升降频繁。

根据上述侏罗系的岩性、岩相特征，旋迴结构变化及厚度变化，追溯侏罗纪时期本区地理变迁如下：

图4　靖远煤田古地理分布图Figure 4 Jingyuan coalfield paleogeographical map

三叠纪末期的印支运动晚期，于三叠纪以远形成的古构造基础上，产生了一系列成煤构造拗陷，这些拗陷因受古构造的干扰、制约，大体作近东西向展布于三个褶带之间，其中古松山—古黄家洼山褶带南北两侧的拗陷，因受这个主要成煤带的制约，为侏罗纪煤田提供了沉积场所，而印支运动晚期形成的次级构造形迹，即是当时的古地理面貌。也即是沉积环境。当时古松山—古黄家洼山褶带隆起的地貌就是正向区（剥蚀区），褶带两侧的拗陷带就是负向区（沉积区），早侏罗世时，气候潮湿，雨量充沛，水系发育，主要水系受古地理地形制约，基本上是由西向东，流经山谷之间，水流湍急，下蚀作用强，剥蚀区、沉积区距离不远，靠山近，沉积很快，形成一套厚100余米的河流，山麓相沉积，这就是现在称为下侏罗统大西沟组。其分布的局限性很大，厚度变化也较大。早侏罗世时的河流起着削高垫低填平补齐的作用，使当时的地貌由山间谷地向山间盆地发展，为中侏罗世早期沉积提供了前提，褶带南北两侧的拗陷总的还在下沉，由于地壳沉降幅度不同时期的不均一性，加上地壳振荡运动的不一致性，因此，在王家山、宝积山两地才形成了龙凤山组自下而上的五个旋迴，每一个旋迴的由粗到细的沉积现象在剖面上交替有规律的出现都说明在总下沉条件下的一次下沉加剧和变缓的全过程，但是每个过程每次都不是完全相同的，重复的，实际上是有区别的，如I、V两个旋迴相序就比较齐全，岩相也比较稳定，但Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ三个旋迴不但相序不齐全，岩性也不稳定，就是说明这个道理。每一个旋迴岩相在剖面上和横向上变化即说明河流在每个旋迴形成的古地理沉积环境中不是固定的，是来回迁移的，河道迁移又是受构造制约的，但总是偏向下沉快的一侧。中侏罗世早期的沉积在宝积山区为南厚北薄，在王家山区为北厚南薄，说明前者在南部沉降快，幅度大，而后者则相反，在北部沉降快，幅度大，但是河流在旋迴过程中逐渐迁移，它的位置可能前后重复，也就是不论沉积如何不同，始终和河流的形成、迁移有关系，而湖沼和形成煤层的泥炭沼泽密不可分，这就要研究河流的发生、发展和迁移等才好研究具体的沉积环境。龙凤山组I旋迴沉积开始时，本区王家山和宝积山地区各有一条古水系，它们的流向均大致自西向东流，由于各地区地壳沉降幅度不同，致使河流来回迁移，古王家山北部一带沉降大，河流主要偏向北部，因而沉积上就形成北厚南薄。古宝积山一带南部沉降大，河流就偏向南部，故而沉积上南厚北薄，而红会地区当时地形较高，所以缺失I旋迴沉积，随着时间的推移，在上述两条古河流的迁移中，紧随河道在河泛区形成河漫滩相，一些低凹地形形成湖泊，其后湖泊覆水变浅，湖泊演变成沼泽，据王家山地区植物化石、孢粉组合多数属于银杏、松柏类的植物和煤岩组分中木质和大孢子很多的资料分析，当时的气候是属于亚热带，雨量充沛，气候潮湿，植物生长茂密，沼泽被死亡植物填塞成泥炭沼泽，在地壳下降缓慢、稳定并与植物堆积速度相一致的条件下，形成了巨厚的泥炭层。后来地壳下降速度加快，泥炭沼泽成为湖泊，泥炭层被泥沙物质迅速掩埋，经成煤作用便形成了I旋迴中的4层煤。宝积山地区虽有I旋迴的沉积，但成煤环境短暂又改变了沉积环境，因而形成的3层煤厚度薄，不太稳定。I旋迴沉积后，地壳微有上升。Ⅱ-Ⅲ旋迴虽各有I旋迴沉积时的过程，但总的地壳沉降动荡不定，水流方向也是时南时北，虽有泥炭沼泽的成煤环境，但非常不稳定，因而只形成了2～3层不稳定的薄煤层。王家山、宝积山都有沉积，红会仍因地形较高而无沉积。Ⅳ旋迴较之Ⅱ-Ⅲ旋迴沉积为好，但仍未具备厚煤层的形成条件，王家山、宝积山都形成了1～2层不太稳定的薄煤层，当时红会地形因侵蚀沉降，也比较低，同时可能有一条古河大致自北向南汇入古宝积山河，沉积环境大致同上述两地因而形成较薄不稳定的2层煤。V旋迴开始沉积时全区具有相近似的沉积环境，都是从河床相开始，经过河漫滩相、湖相、沼泽相、泥炭沼泽相而以湖相或沼泽相告终。沉积厚度相近，在河湖、沼、泥炭沼泽的转变中情况类似I旋迴，因此在王家山、宝积山及红会三地区都形成了厚煤层，并且全区可对比。而且厚度比较稳定，古宝积山和红会区在V旋迴沉积时由于盆地扩张连为一体。

中侏罗世新河组初期，地壳上升，对龙凤山组普遍有冲刷作用。可能因上升幅度较大，河流湍急，下蚀作用较强，沉积了新河组草黄色砂岩段的第一亚段一套较粗的河流相沉积物，局部的牛轭湖演变成泥炭沼泽后形成了不稳定的2上层煤（王家山）。之后地壳下降，这一时期下降速度大于植物堆积速度，在黄色砂岩段第二亚段顶部（王家山）形成了较稳定，但含煤性较差的湖沼相沉积物，即一层煤层位，在宝积山、红会两地区形成了含炭质泥岩。到第三亚段开始沉积时地壳又复上升，河流在较宽广的平原上往复迁移，形成了数百米厚的地层，当时，虽然气候仍较湿热，植物繁茂，但是由于地壳升降幅度小而频繁，植物边死亡堆积，边氧化分解，未能形成煤层。到新河组油页段沉积时，地壳下降速度加快，幅度加大，最后成为广泛的湖泊，沉积了湖相含油页岩夹粉砂岩。随着气候日趋干燥，渐渐沉积了巨厚的上侏罗统苦水峡组红色岩层，结束了本区侏罗系的沉积历史。

4结论

综上所述：中侏罗世早期含煤地层、煤层的沉积规律可以概括为以下几点：

（1）印支运动晚期形成的构造拗陷带是形成含煤拗陷的基础，构造带复合部位最有利于煤田沉积的形成。

（2）松山—黄家洼山主旋褶带南北两侧分别有一个含煤拗陷，时代相同，一在山北，一在山南。

（3）三叠纪末印支运动晚期形成的次级构造形迹，是当时的古地貌，先是山间河谷，后是山同盆地。具有内陆山间盆地沉积的一切特征。

（4）总沉降中由于地壳沉降幅度不同，沉降大的沉积厚，古河流的作用很重要，河道来回迁移偏向沉降大的一侧，河、湖，沼的关系中首先是河流，其次是湖、沼。

（5）五个沉积旋迴中I、V两个旋迴是主要成煤旋迴，尤其以V旋迴为最佳。

（6）宝积山南部沉积最厚、王家山北部沉积最厚，现在的边界为后期改造边界，推想原来约含煤地层和厚煤带沉积中心以远，宝积山至吴家川间、王家山至沙泉子一带应当有中侏罗世早期沉积，也应有含煤远景。

［1］甘肃省煤田地质勘探公司一三三队.甘肃省靖远煤田地质说明书［R］.甘肃白银：甘肃省煤田地质勘探公司一三三队，1982.

［2］韩德鑫，杨起.中国煤田地质学［M］.北京：煤炭工业出版社，1980.

［3］张泓.中国西北侏罗纪含煤地层与聚煤规律［M］.北京：地质出版社，1998.

［4］陈钟惠.含煤岩系沉积环境分析［M］.武汉地质学院煤田教研室，1984.

［5］杨雨.甘肃省岩石地层［M］.湖北武汉：中国地质大学出版社，1997.

Middle Jurassic Longfengshan Formation Sedimentary Environment Analysis and Coal Hosting Pattern Study in Jingyuan Coalfield

Zhang Bailu
（No.133 Exploration Team，Gansu Bureau of Coal Geological Exploration，Baiyin，Gansu 730913）

The Jingyuan coalfield is one of major coal bases in Gansu Province.Its tectonic setting is in the eastern part of North Qilian Caledonian folded belt，Qilian orogenic belt eastern sector.Stratigraphic zoning belongs to Qilian-North Qinling subregion，North Qilian-Zhongnanshan subarea.The middle Jurassic Longfengshan Formation is the main coal-bearing strata in the area，according to lithological component，texture，structure can partition five cycles，in which，the cycle I and cycle V are the principals，average coal-bearing coefficient is 31%.The Indosinian movement during the end of Triassic had formed near EW serial structures restricted tectonic framework in the area，and provided depositional place for Jurassic coalfield.It is deduced that depart from the depositional center can exist coal-bearing prospective areas.

coal-bearing strata；Longfengshan Formation；coal hosting pattern；Jingyuan coalfield

P168.110.1

A

10.3969/j.issn.1674-1803.2016.09.05

1674-1803（2016）09-0021-05

张百禄（1966—），男，汉族，甘肃靖远人，1989年毕业于中国地质大学，高级工程师。

2016-09-06

责任编辑：宋博辇