安家岭井工矿二号井含煤岩系沉积环境

郄润来

(山西省煤炭地质115勘查院)

0 引言

目前，研究平朔矿区含煤地层沉积环境的文献较多，但尚无人对安家岭井工矿二号井含煤岩系沉积环境进行过研究。该矿位于宁武煤田北端，面积13.77km2，煤炭储量为4.3亿t，。该矿主采煤层风氧化规律不明显,陷落柱等井田构造复杂,4号煤层生产大巷顶板由于其风氧化致使顶板难以管理,经常造成跨塌、冒落，直接威胁到矿井综采设备的安全，因此研究安家岭井工矿二号井含煤岩系沉积环境，通过对太原组山西组砂体T1、T2、T3、T4及山西组砂体K3的研究，尤其是一些主要可采煤层上部的薄层砂体带的研究对井工矿的开采和巷道支护、顶底板管理具有一定的指导意义。

1 岩石类型特征

安家岭二号井工矿含煤地层的岩石类型有粗碎屑岩(砂岩)、粉砂岩、泥岩(包括黏土岩)、煤(可燃有机岩)、碳酸盐岩、铝质岩和铁质岩等。

1.1 太原组岩石类型

1.1.1 砂岩

太原组共沉积了五层砂体，其矿物成分粒度和类型等与本溪组砂体有较大的差别。

①晋祠砂岩体(K2砂体)。为太原组与本溪组的分界砂体，厚度0.60～12.40 m，一般3.60 m，岩石类型为富岩屑杂砂岩和石英杂砂岩。

②T1砂体(11号煤层底板)。砂体厚度0～23.55 m，矿物成分中石英类占95%，岩屑等含量占5%。岩石类型为石英(杂)砂岩，局部为净砂岩。

③T2砂体(9-11号煤层)。厚度0～5.60 m，岩石类型为岩屑长石(杂)砂岩。

④T3砂体(9-7号煤层)。厚度0～18.40 m，为中-细粒砂岩。

⑤T4砂体(5号煤层底)。厚度0～14.0 m，仅个别地段有沉积，矿物成分中石英占31%，含量最低，长石类7.1%。

1.1.2 粉砂岩

太原组地层沉积了三层粉砂岩，总厚3～6 m。

1.1.3 泥质(黏土)岩

在5、7-1、9、10号煤层底板和顶板均为泥质岩沉积。但底板泥岩中含植物根化石和炭质，铝质较高，局部为黏土岩。

1.1.4 碳酸盐岩

除了菱铁质结核外，太原组沉积了一层泥(质)灰岩，局部沉积了透镜体状钙质泥岩或结晶灰岩。

1.2 煤层特征

含煤地层包括山西组、太原组和本溪组。地层总厚度82.04～259.79 m，平均为184.55 m。其中山西组0-88.60 m，平均为58.50 m，太原组60.64～110.50 m，平均为87.15 m，本溪组平均38.90 m。共含13层煤。煤层总厚度平均为36.56 m，可采和局部可采煤层总厚度达35 m，而4(4-1、4-2)，9和11号煤层在本井田平均厚度为32.01 m。太原组是主要含煤地层，其中4-1、9和11号煤层全井田稳定发育，具有层位稳定，厚度大的特征。

2 沉积环境和沉积体系

平朔矿区由于其所处整个华北陆台遭受了长期的风化剥蚀，在中石炭世随着地壳的缓慢沉降，海水逐渐侵入，在本溪期形成了广阔的陆表海环境，太原期出现了以广阔陆表海为主体，并与过度环境并存的古地理景观。安家岭井工矿二号井所在的平朔矿区，距陆缘较近，其沉积环境则是以海陆过渡相为主。

对井田本溪组、太原组和山西组含煤地层进行综合分析研究后，可将其划分为11个沉积旋迴，前7个旋迴以海侵为起点，海退结束为终点，即划在煤层的顶面；后4个旋迴则以湖泊为起点，泥炭沼泽相为终点。(图1)分述如下。

2.1 第一旋迴

从奥陶系顶面到K1灰岩，地层厚度平均为12.80 m。

2.2 第二旋迴

从K1灰岩到12号煤层顶，平均厚度13.20 m。岩性由灰岩、砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩和煤组成。为浅海环境沉积物。第三旋迴，包括本溪组顶部和太原组下部到11号煤层顶，为跨组旋迴。主要岩性有粉砂岩、砂质泥岩、中-粗粒砂岩，煤和灰岩。本旋迴沉积环境主要是潮坪沉积。

以上为本溪组地层的沉积环境，其主要的环境为澙湖、潮坪、潮坪砂坝和浅海潮下带沉积。

2.3 第三旋迴

上部太原组地层的沉积环境。K2砂体分布面积广且稳定，一般距11号煤层下约7.49 m，为灰白、灰褐色中粒石英砂岩，层厚0.60～18.10 m，平均3.60 m，为层状砂体，具大型楔状交错层理。K2砂体的沉积作用是面状水流的特点，其沉积环境为广泛的潮坪沉积。

11号煤层底板砂体(T1)。为透镜体状，平面上为一系列岛状豆荚状，长轴方向以北东向占优势，厚度0～23.55 m，一般2～3 m，主要分布在马关河以西。成分成熟度好，石英类占95%。结构成熟度好，其沉积环境为潮坪砂坝沉积物。11号煤层沉积环境是在潮坪和潮坪砂坝为基底的背景上发育起来的泥炭沼泽。

2.4 第四旋迴

从11号煤层顶板泥灰岩到9或8号煤层顶板。地层平均厚度约为25m，含8、9和10号煤层。主要岩性有煤、含砾粗砂岩或粗砂岩、泥岩和泥灰岩。从岩性岩相组合特征看，本旋迴为一完整的三角洲体系，井田西部厚层楔状砂体为前积层，在砂体前端，井田中、东部岛状砂体，为其砂坝，而砂体上面的沉积层则是顶积层。泥灰岩层厚度0～3.60 m，平均0.60 m。产腕足类等生物碎片。本层为滨海波浪带沉积环境，之后海水退出本区，发生了局部地壳不均匀沉降，本井田开始了9号煤层的沉积。10号煤层的出现，是9号煤层在沉积过程中，东部砂体向西推进时，使9号煤层短暂地被碎屑沉积物所取代而形成的煤层，故10号煤层是9号煤层的分叉，并指向砂体尖灭，它只分布在分叉地带。

T2砂体(9-10号煤层间)。厚度0～5.60 m，平均2.50 m，其平面分布，在井田中东部有二个岛状砂体，厚度大于3.0 m，向西及向东南方向逐渐变为0 m和1～5 m区，这些地区9号煤层厚度最大在砂体最厚的地方，对下部具有冲刷作用。9号煤层的沉积环境：煤层厚度大，全井田平均13.60m，结构复杂，岩性为泥岩、砂质泥岩，厚度为0.05～0.20 m。综上所述，9号煤层沉积环境为半咸水三角洲前缘和三角洲成煤。在9号煤层形成的后期，沉降的速度要快于成煤物质的堆积，故在局部地方沉积了8号煤层。

2.5 第五旋迴

包括9(8)号煤层顶到7-1号煤层顶面，地层平均厚度13.20 m。岩性有粉砂质、钙质泥岩，含7-1号煤层的透镜状砂体。底部为褐黄色粉砂质钙质泥岩，为一澙湖环境。7-1号煤层及其底板的沉积环境：煤层底板为粉砂岩、泥岩，含根化石，块状构造，为淡水或微咸水环境的沼泽。7-1号煤层分布层位较稳定，厚度0～2.36 m，平均1.35 m。

2.6 第六旋迴

地层包括7号煤层到5号煤层顶， 厚度平均19.35 m，含5号煤层。岩性为砂岩、泥岩、粉砂岩和煤，底部为黑色泥岩。上部则含大量保存完好的植物叶化石，如科达和羊齿类等，具水平层理。下部含黄铁矿结核，中部含菱铁质结核，上部不含铁质结核。其沉积环境从生物标志可以肯定其下部为海相，中部为潮坪环境，顶部泥岩中夹灰岩透镜体，为一半咸水环境，因此顶部泥岩为滨海湖泊相。

1浅海相；2澙湖相；3滨海相；4三角洲砂坝相；5湖泊相；6沼泽相；7泥炭沼泽相；8河漫滩相；9河床相 10决口扇；11水平层理；12楔状层理；13槽状层理；14潮汐层理；15波状层理；16变形层理；17块状构造图1 安家岭井工矿二号井含煤地层岩性和沉积旋迴图Figure 1 Anjialing underground coalmine No.2 coal-bearing strata lithology and sedimentary cycle

T4砂体，厚度一般10～15 m，全井田平均13.50 m，为席状砂体。内有一些岛状砂体，似为支流的心滩特征。逆粒序， 成分成熟度差。在三角洲的砂体上，发育了一系列分流河道，上面开始发育网状河流，其间低凹处则开始了沼泽和泥炭沼泽相的沉积。

5号煤层的沉积条件是在三角洲平原上，分流河边之间泛滥盆地中沉积而成的，厚度变化较大，煤岩类型为半暗和半亮煤。本井田5号煤层不发育，为淡水条件。底板为微咸水相。

2.7 第七旋迴

从5号煤层顶板至4-1号煤层顶，岩性为泥岩、砂岩和煤。旋迴底部为泥岩，含淡水弗氏斜碳蚌化石和植物叶化石，具水平层理。为淡水-微咸水湖泊相。见图2-图6。

上述为太原组沉积相(图5，图6)，其沉积环境从下向上为淡化潮坪，半咸水泥炭沼泽，下三角体系。主要为海陆过渡相沉积。太原组所含化石：

Sigillariasp.

Annulariasp.

Sphenophyllumottiongiteumllng

CordaitesPrineipalisgeinity

K3砂体(山西组和太原组地层分界)，厚度0～26.30m，平均7.62m。其分布为条带状和一些岛状砂体，长轴与条带走向一致，最大厚度是井田内B2503孔达29.74m，粒度粗，正粒序，下部具冲刷作用。成分成熟度和结构成熟度均差。

K3砂体的沉积环境，为上三角洲平原上的分流河道沉积，与之共生的组合有河漫滩，泛滥盆地及沼泽相，即开始了4-1号煤层(局部为4-2号煤层)底板的沉积，其岩性为含根泥岩、粉砂岩。可见4-1、或4-2号煤层底板为淡水沼泽环境。K3厚砂体带位于井田中部和东

图2 K3、T4、T3、T2、T1、K2砂体沉积断面图(Ⅰ-Ⅰ′)Figure 2 K3, T4, T3, T2, T1 and K2 sand bodies sedimentary section I-I’

图3 K3、T4、T3、T2、T1、K2砂体沉积断面图(Ⅱ-Ⅱ′)Figure 3 K3, T4, T3, T2, T1 and K2 sand bodies sedimentary section II-II’

图4 K3、T4、T3、T2、T1、K2砂体沉积断面图(Ⅲ-Ⅲ′)Figure 4 K3, T4, T3, T2, T1 and K2 sand bodies sedimentary section III-III’

图5 K3、T4、T3、T2、T1、K2砂体沉积断面图(Ⅳ-Ⅳ′)Figure 5 K3, T4, T3, T2, T1 and K2 sand bodies sedimentary section IV-IV’

图6 K3、T4、T3、T2、T1、K2砂体沉积断面图(Ⅴ-Ⅴ′)Figure 6 K3, T4, T3, T2, T1 and K2 sand bodies sedimentary section V-V’

4-1号煤层沉积条件：煤层厚度大，为-较简单结构煤层。4-1号煤层的沉积环境是形成在三角洲平原的网状河流之间的泛滥盆地的淡水泥炭沼泽相。在井田东部及西部中夹砂体，呈楔形状，为井田外蛇曲河流流入泥炭沼泽的结果，使4号煤层分叉为4-1和4-2号煤层。

4-2号煤层：分布在井田西部、中东部，厚度为0.40～6.30m，平均厚4.26m，中间以泥岩和透镜状砂体与4-1号煤层分隔。水平层理，为淡水或微咸水湖相沉积。

2.8 第八旋迴

从4-1号煤层顶板到3号煤层顶，厚度平均24m。岩性为砂岩、粉砂岩、泥岩(黏土岩)、少量煤和火成岩，为淡水湖泊相或微咸水条件。

K4砂体：厚度0～16.20m，平均5.60m。为中、粗粒砂岩，在席状砂体上又发育了一些枝状厚砂体。楔状层理等发育，成熟度很差。综上特征，K4砂体应为网状河流沉积相。

3号煤层及其底板黏土岩，中含大量根化石和直立树干化石，有的菱铁矿化，但多数炭化。为淡水或微咸水的沼泽相。3号煤层则为淡水泥炭沼泽环境。

第九、十、十一旋迴的沉积环境与第八旋迴基本一致。山西组地层在本井田尚未发现有海相层或过渡相的特征，典型的陆相沉积物。

3 结语

太原组11号煤层直接沉积在潮坪和潮坪砂坝的隆起基底上， 9号煤层发育在三角洲前缘的隆起区，成煤时间长，煤层厚度大，井田东部煤层最厚，薄煤带位于研究区南东角。8号和10号煤层为9号煤层在沉积过程中的局部分叉，而且分叉指向砂体和海。山西组4-1号煤层沉积在冲积平原的陆相环境，在平原上发育了一系列网状河流，在河流之间低洼地方为洪泛盆地，是成煤的良好场所。靠近河道砂体发育；泥炭沼泽发育差，煤层厚度变薄，煤层厚度受侧向(河流)砂体厚度的控制。

参考文献:

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