贵州文家坝井田晚二叠世龙潭组沉积环境与层序地层研究

2018-07-30李峰

西部探矿工程 2018年7期

李峰

（贵州煤矿地质工程咨询与地质环境监测中心，贵州贵阳550081）

贵州是我国西南地区煤炭储量最大的省份，其中省内中西部地区又是本省最集中的区域。织金县文家坝井田就是位于煤炭集中区，龙潭组是本井田的主要含煤地层，以烟煤和无烟煤为主，煤质优良，易开采。本文从沉积环境与层序地层学方面着手，分析本井田煤层的形成环境与层序分布规律，为煤矿的开采提供理论支撑。

1 区域地质背景

贵州织金地区除火山喷发岩以外，均为沉积岩分布，二叠系、三叠系地层发育较全，且分布广泛。织金煤田在大地构造单元上属扬子陆块（Ⅰ级）黔北隆起（Ⅱ级）遵义断拱（Ⅲ级）毕节北东向构造变形区（IV级）的南缘。在北西—南东向主压力作用下，形成一系列轴向大致互相平行、呈北东45°方向展布的华夏式背斜与向斜组成，由西向东包括张维背斜、三塘向斜、后寨背斜、阿弓向斜、地贵背斜、珠藏向斜、小猫场向斜、白果寨向斜、补郎向斜及北部的八步向斜、马鞍山背斜、关寨向斜、牛场向斜等20余个褶曲，文家坝井田位于阿弓向斜北段中部。

井田范围内及周边地层由下至上有二叠系中统茅口组、二叠系上统峨眉山玄武岩组、龙潭组、长兴组、三叠系下统飞仙关组及第四系，其中龙潭组为井田内主要含煤地层，在向斜两翼地表均出露。岩性由细砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、泥岩、炭质泥岩、煤层、铝土质泥岩、铝土岩、灰岩、燧石灰岩、泥灰岩及硅质菱铁岩等组成。含煤21～44层，一般30层，其中可采煤层6层。富含腕足类、腹足类、瓣鳃类及头足类等动物化石和大羽羊齿、蕉羊齿、栉羊齿等植物化石。厚度246.03～314.81m，平均厚度282.83m，与上覆长兴组呈整合接触。

2 沉积环境分析

2.1 沉积体系划分

文家坝井田晚二叠世沉积特征受到西侧陆源河流作用与东侧海洋潮汐作用的双重影响。陆源河流从西侧的威宁哈喇河进入本区，入海后形成三角洲沉积，在三角洲朵体外侧和远端方向，在海洋潮汐作用的影响下，常形成潮坪沉积，由于井田处于海陆交互的特殊地带，同时又有泻湖沉积发育，因此本区煤层的形成是在三角洲沉积、潮坪沉积与泻湖沉积三者共同作用的结果。

根据本井田钻孔岩芯以及实测剖面资料，从含煤岩系岩石学特征、结构构造特征、垂向层序及砂岩展布特征、古生物特征、地球物理及化学特征和文家坝井田勘探施工所获得的综合资料分析，在井田内识别出了三角洲、泻湖-潮坪、碳酸盐台地3种沉积相类型、7种沉积亚相和16种沉积微相（表1）。

2.2 沉积相垂向序列特征

本次通过对文家坝井田钻孔岩芯资料的综合研究，绘制了沉积相层序综合柱状图（图1）。井田内龙潭组地层发育完整，是区内主要含煤地层，可分为上中下三段，下段含煤5～19层，一般10层，23、27、30号煤层可采，主要为细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥

沉积相三角洲沉积亚相河控上三角洲平原河流潮汐双重控制过渡带三角洲平原潮控下三角洲平原泻湖—潮坪碳酸盐台地三角洲前缘泻湖潮坪局限潮下沉积微相分流河道、天然堤、决口扇、分流间洼地、泥炭沼泽潮汐影响的分流河道、分流间洼地、泥炭沼泽分流潮汐水道、分流间洼地、泥炭沼泽河口砂坝、水下分流河道、分流间湾、远砂坝泥坪、砂泥混合坪、砂坪、潮道、泥炭坪、泥炭沼泽

图1 文家坝井田晚二叠世沉积环境及层序地层柱状图

表1 文家坝井田含煤地层沉积相类型岩、煤、灰岩及泥质灰岩组成。底部的铝土质泥岩，发育于初期古风化面上的低洼地带，代表着泻湖沉积环境。向上发育粉砂岩夹有薄层状菱铁岩和2～3层灰岩层。上部夹薄层黄绿色常含完整植物叶片化石的细砂岩，代表着潮坪沉积环境。中段和上段岩性以细砂岩、粉砂岩、灰岩、泥质粉砂岩及煤为主，中段含煤7～23层，一般15层，仅16号煤层可采，以灰、黄绿、灰绿色粉砂岩为主，夹细砂岩、泥岩薄层，厚度不等，为分流河道砂体，

代表着龙潭组中段沉积环境为三角洲。上段含煤2～8层，一般5层，6、7号煤层可采，以灰黄色泥质粉砂岩为主夹有细砂岩，为分流河道砂体，含较多完整植物化石和大量碎片，代表着龙潭组上段沉积环境同为三角洲。因此从垂向沉积序列分析，研究区的沉积环境为三角洲及潮坪环境。

3 层序地层格架

通过钻孔岩芯观察及测井、沉积地球化学等研究，在文家坝井田晚二叠世识别出5个层序界面，并将上二叠统划分为4个三级层序及8个体系域（见图2），具体阐述如下：

（1）SQ1。此层序从龙潭组底部的玄武岩顶界到上标7石灰岩底面，层序底界为一区域性不整合面。此层序包括海侵和高位2个体系域。

①海侵体系域：从35号煤底到标12石灰岩底，岩性包括细砂岩、粉砂岩及石灰岩，以及35、34及33号煤层。砂岩中板状交错层理及槽状交错层理发育，石灰岩中产海相动物化石。主要沉积相为潮坪、泻湖及泥炭沼泽，35号煤层厚度小，连续性差，局部可采。35号煤层形成以后，随后的海侵形成了标13石灰岩，并局部形成34、33薄煤层，随着海侵的持续增大，又形成了标12石灰岩。此时，海侵体系域结束。

②高位体系域：从标12石灰岩底到上标7石灰岩底面，主要由细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩和石灰岩及煤层组成，有潮坪及泥炭沼泽2种沉积相。标12代表此区较大的一次海侵，是一次最大海泛面沉积。之后，海平面处于平稳状态，沉积物得以持续堆积，形成了以潮坪为主的环境，在此环境中形成了厚度较大，连续性好的30号煤层。

（2）SQ2。此层序从上标7底到标5底，层序底界发育发育厚层河道砂体，属于下切谷充填沉积。该层序发育有海侵和高位2个体系域。

①海侵体系域：从上标7底到14号煤层底，由细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、泥岩、炭质泥岩、石灰岩和煤组成。主要发育潮坪和泻湖2种沉积相，此环境有利于煤层的形成，因此在研究区形成了厚度大且连续性好且全区可采的16号煤层。

②高位体系域：从14号煤层底到标5底，由细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、泥岩、石灰岩、硅质岩和煤组成。同样发育潮坪和泻湖2种沉积相，包括分流潮汐水道、潮汐砂坝和泥炭沼泽等沉积类型。该体系域煤层厚度大，连续性好。

（3）SQ3。此层序从标5底到长兴组底，长兴组与龙潭组为一整合接触面。该层序发育海侵和高位2个体系域。

①海侵体系域：从标5底到下标3石灰岩底，由细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩、炭质泥岩、石灰岩和煤组成。研究区发育潮坪和泻湖相，此沉积环境有利于煤层的形成，在研究区范围内形成了厚度大，连续性好，全区可采的6号煤层。

②高位体系域：从下标3石灰岩底到长兴组底，由细砂岩、钙质细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩、炭质泥岩、石灰岩和煤组成，以石灰岩和泥岩等细粒沉积为主，该体系域在研究区基本不发育煤层。

（4）SQ4。此层序为整个长兴组，层序结构包括海侵体系域和高位体系域。海侵体系域由粉砂岩、粉砂质泥岩、泥灰岩及厚煤层组成，生物扰动构造发育，含瘤状黄铁矿，主要由泻湖潮坪及局限潮下沉积组成。高位体系域由粉砂岩、粉砂质泥岩及薄煤层组成，主要由碳酸盐台地沉积所构建，在研究区不发育煤层。