沁水煤田柿庄区块太原组K4层位砂体冲刷特征分析

张 璐

（山西省煤炭地质114勘查院，山西长治046011）

沁水煤田作为我国目前煤产量最大的石炭—二叠纪煤田，经过多年的地质调查及生产实践，其晚古生界含煤地层的地质研究程度已经很高。众多作者在沁水煤田含煤地层的标志层（煤层）对比方面做了大量工作。本文在众多前辈、学者研究成果的基础上，就在本区勘探过程中发现的太原组K4石灰岩缺失、变薄的现象，分析原因、并研究了区块内K4层位砂体冲刷特征。

1 研究区背景

1.1 位置

柿庄区块地处山西省晋城市沁水县的东北部，位于沁水县柿庄镇北郞沟村—柿庄镇峪里村—高平市野川镇模凹村一带，面积约93km2，距晋城市103km。

1.2 地质概况

勘查区位于沁水块坳次级构造单元沾尚—武乡—阳城北北东向褶带南段东部。受区域构造的影响，勘查区总体为走向北东、倾向北西的单斜，在此基础上发育了次一级宽缓褶曲，产状较为平缓，发育断层不发育，无岩浆侵入体。构造属简单类。地层沉积规律与晋东南地区一致，以元古界为结晶基底，向上依次沉积了下古生界(寒武系、奥陶系)、上古生界(石炭系、二叠系)、中生界(三叠系)，第四系分布于区内山梁及沟谷中。

2 研究区K4石灰岩沉积特征

2.1 太原组岩性特征及沉积特点

太原组为本区主要含煤地层。平均厚度80～100m。本组为典型的海陆交互相旋回沉积，由多层石灰岩及砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩及煤层组成。按沉积旋回可分为3段，见图1。

（1）一段(C3t1)。K1砂岩底部—K2灰岩底部。厚7～30m。K1细粒砂岩为一层灰白色薄层状，石英为主，硅质胶结，脉状层理，夹泥岩条带，偶含星散状黄铁矿；K1砂岩顶部—15#煤底部：深—黑灰色泥岩、粉砂岩、含铝泥岩，夹中粒砂岩，含星散状黄铁矿及黄铁矿结核，较多不完整植物化石，上部含菱铁矿结核，顶部产丰富植物根化石。夹16#煤层。

（2）二段(C3t2)。K2灰岩底部—K4灰岩顶部。厚20～35m。由深灰色、灰黑色泥岩、砂质泥岩夹中细粒砂岩、粉砂岩及灰—深灰色石灰岩、泥灰岩和薄煤层组成。以海侵石灰岩发育为特征，由K2、K3、K4等深灰色石灰岩构成主体格架，与其上深—黑灰色泥岩、灰—浅灰色中细粒砂岩及13、12、11号煤层等薄煤层组成向上变浅的海退层序；石灰岩中均匀层理为主，含完整及不完整动物化石。

（3）三段(C3t3)。K4灰岩顶部—K7砂岩底部。厚34～55m。以碎屑岩发育为特征，夹K5、K6等石灰岩、泥质灰岩及7、8-1、8-2、9号等薄煤层；石灰岩为深灰色，均匀层理为主，具波状层理，含丰富的动物化石；碎屑岩中砂岩为中粗粒及细粒结构，脉状波状层理，大型交错层理，夹泥岩条带，层面较多植物碎屑。泥岩、粉砂岩较多，为深灰色、黑灰色，具水平纹理、透镜状层理、波状层理，含较多完整及不完整植物化石，含菱铁矿结核，具星散状黄铁矿，偶见黄铁矿结核。每一旋回顶部泥岩中含大量植物根化石。

2.2 太原组K4石灰岩厚度特征及其遭冲刷程度

(1)K4石灰岩厚度特征。据研究区内及附近钻孔资料显示（见图2），K4石灰岩厚度一般为1.33～4.65m，平均厚度为2.46m。整体趋势呈现东部薄于西部，但平均厚度低于沁水盆地区域均值。其中，302#孔是揭露正断层导致K4石灰岩缺失。在排除构造因素影响后对比发现：多数钻孔于K4层位或K4石灰岩上覆赋存一套厚度极不均匀的冲刷砂体。受此套砂体影响，501#、502#孔K4石灰岩完全缺失；103#、0401#、0701#、0702#、1103#及2806#孔K4石灰岩均有不同程度的变薄现象。

图2 K4石灰岩厚度等值线图

(2)K4层位冲刷砂体岩性及物性特征。此套砂体岩性以灰白色细粒砂岩、中粒砂岩为主，矿物成分以石英为主，长石次之，发育交错层理—平行层理，颗粒呈次圆状，正粒序为主。物性方面，视电阻率曲线（NR）由浅至深总体呈中—中高反映，自然伽马曲线（GR）呈现中—中低反映，见图3。岩性及物性特征明显，易于对比。

图3 砂体物性曲线图

(3)K4层位冲刷砂体平面及剖面展布特征。剖面上，此套砂体以501#、502#孔最厚，分别为10.70m、21.45m，呈透镜状。在岩性对比的基础上（图4中以102—0401—502—0701—1102一线为例），可分析各钻孔内K4石灰岩受砂体冲刷程度，并划定其在平面上的展布范围。K4层位砂体在区内较发育，平面上呈现条带状或鸟足状，见图5。

3 结论

(1)在明晰了区域石炭系上统太原组地层和沉积特征的基础上，对研究区孔内K4石灰岩缺失、变薄现象进行了分析、对比，确定了冲刷砂体的岩性、物性特征和砂体在平面及剖面上的展布特征。

图4 A-A′线剖面图

图5 K4层位冲刷砂体图

(2)K4石灰岩沉积后，海水渐退，代之为分流间湾[3]。从研究区K4层位砂体的以上特征分析，其来源应属分流河道冲刷后沉积形成。

(3)需要指出的是，此套砂体在晋东南沁水一带影响范围较大，当地矿井生产中常将此套砂岩命名为“黄水沟砂岩”。但以往文献中多认为“黄水沟砂岩”属山西组底界，是与太原西山北岔沟砂岩相当的第一砂岩[4]。从沉积层位上看，两种说法尚存争议，且对此套砂岩研究较少。还有必要在沁水盆地南部范围内从遗迹学、矿物结晶学、古生物地层学、沉积学等方面进行大量工作，来确定分流河道流向、冲刷范围及砂体区域对比情况等。

[1]山西省煤炭地质114勘查院.山西省沁水煤田沁水县柿庄勘查区煤炭详查报告[R].2014.

[2]程保洲.山西晚古生代沉积环境与聚煤规律[M].山西科学技术出版社，1992.

[3]舒符莹.山西省沁水煤田长治矿区晚石炭世的沉积聚煤演化[J].山西地质，1990,5（4）.

[4]张志存，夏国英.晋东南上石炭统山西组的竹蜓类分带[J].中国区域地质，1985（2）.