川南屏山地区宣威组煤层对比及聚煤分析

2019-03-07田绍海欧少华黄俊儒

云南地质 2019年1期

余乐，田绍海，，欧少华，黄俊儒

(1.成都理工大学地球科学学院，四川成都，610051；2.四川省地质矿产勘查开发局二0二地质队，四川宜宾，644000)

四川盆地是我国煤炭资源的重要产地[2]，其中川南地区煤炭资源具有重要的经济意义及战略意义，并被广大专家、学者关注，在成煤期的沉积环境[3][5]、聚煤规律[6][7]、煤层变化规律及控制因素[8]等方面取得了一定的成果。大量研究及实践表明，该区的主要成煤期为晚二叠世[8]～[10]，但对区内的可采煤层变化规律及聚煤分析较为缺乏，因此，对区内可采煤层的空间变化规律进行研究显得很有必要，为进一步煤炭资源开发提供地质研究依据。根据区内的煤矿特征、产状及地区煤炭资源供需情况，再结合地理条件因素，本次研究中，煤的最低可采厚度确定为0.6m，即煤层厚度达到0.6m及以上视为可采。研究区内为大部分可采煤层和局部可采煤层。

1 区域地质背景

研究区位于扬子地台西部，上扬子台坳与四川台坳交接的凉山陷褶束中的雷波穹褶束带[11]。由于多期构造活动的影响，使区内构造形迹趋于复杂化，但构造形态规律仍较明显，主要构造形迹表现为北西向及北东向褶皱：即五指山背斜，龙华寺向斜，天宫堂背斜、冒水向斜、于溪沟向斜、大乘向斜、楼东背斜、其余均为次级褶皱及断裂。

区内主要沉积的地层为二叠系、三叠系、侏罗系。自下而上划分为宣威组(P3x)、飞仙关组(T1f)、铜街子组(T1t)、嘉陵江组(T1j)、雷口坡组(T2l)、须家河组(T3x)及自流井组(J1z)。其中，宣威组(P3x)为区内含煤地层(图1)。

2 含煤地层及煤层

2.1 含煤地层

上二叠统宣威组(P3x)厚度106m，根据其岩性组合特征，可分为上部含煤段(P3x2)和下部非含煤段(P3x1)，其中含煤段(P3x2)一般厚度约52m，含煤层或煤线10余层，主要岩性为浅灰-深灰色薄层状砂质泥岩、粘土岩、菱铁质粉砂岩，含菱铁矿结核。其中的普遍可采煤层为C1、C2、C3，局部可采煤层为C4、C5；非含煤段(P3x1)主要岩性为深灰色薄层状砂质泥岩、泥岩、粘土岩，夹菱铁质粉砂岩，偶夹碳质泥岩，含植物化石，底部为灰白-深灰色致密状粘土岩。

图1 研究区地质简图

2.2 可采煤层特征

研究区内主要可采煤层为C1、C2、C3和局部可采煤层C4、C5。现将各煤层特征分述如下：

(1)C1煤层：位于飞仙关组(T1f)底界之下20m左右，为黑、灰黑色半暗型～暗淡型煤，以暗煤为主，含少量亮煤条带及粉末。煤层厚0.73m～2.22m，平均厚约1.21m，不含夹矸或含夹矸1层，夹矸厚约0.04m～0.26m，夹矸炎性多为炭质泥岩，个别为粉砂质泥岩。顶板岩性为砂质泥岩，底板为泥岩或粘土岩。

(2)C2煤层：位于C1底板之下3m～10m，以灰黑色暗煤为主，夹少量亮煤条带及颗粒。煤层厚0.33m～1.02m，平均厚约0.73m，一般不含夹矸，局部含夹矸1层，厚约0.04m～0.06m，夹矸多为黑色炭质泥岩，中含煤线1mm～2mm，硬度较大。顶板岩性为深灰色泥岩0.50m属伪顶，老顶为菱铁质砂岩。底板为灰色～深灰色泥岩，该段煤层局部薄化。

(3)C3煤层：位于C2底板之下7m～15m左右，为半暗型～暗淡型煤，夹少量亮煤条带及颗粒。煤层厚0.47m～1.00m，平均厚约0.71m，不含夹矸或含夹矸1层，夹矸为黑色炭质泥岩，厚约0.05m～0.08m，呈透镜状产出。顶板岩性为泥岩，砂质泥岩，底板为粘土岩，遇水膨胀。该层较稳定。

(4)C4煤层：位于C3之下7m左右。煤厚约0.7m，顶板为菱铁质粉砂岩，底板为砂质泥岩。

(5)C5煤层：位于C4煤层之下4m～8m。煤层厚0.6m左右，为单一煤层，顶板为泥质粉砂岩或砂质泥岩，底板为泥岩。

2.3 煤层对比

煤层对比以岩性组合、层间距、煤层顶底板、煤层特征等为主要依据。宣威组上部含煤段(P3x2)主含煤层或煤线10余层，研究区内主要可采煤层及局部可采煤层均位于该段内。

研究区内煤层间的宏观标志层不明显，各煤层之间的距离虽有一定变化，但变化幅度不大，且沿走向和倾斜方向有一定规律可循(表1)。

对比结果说明，煤层间距总体变化不大。煤层间距的变化有随砂体厚度和煤层所在含煤组厚度的增减，煤层间距亦相应增大和减小的规律，另外，当有C0煤层(即在C1煤层之上还有局部含煤层)时，层间距偏大。

表1 煤层特征变化对比表

研究区可采煤层的变化规律，主要建立在对研究区钻孔、探槽、坑道等资料的分析基础上。运用地质分析法研究煤层厚度的变化规律，形成煤层柱状对比图，根据柱状对比图(图2)可发现各煤层厚度变化规律明显。

图2 研究区煤层柱状对比图

C1煤层煤岩类型主要为半暗型～暗淡型煤，块状构造，含少量亮煤条带及粉末，平均厚度1.21m，属结构简单的煤层，不含夹矸或含1层夹矸，夹矸厚约0.04m～0.26m，夹矸为炭质泥岩。C1煤层在小于1m时，多不含夹矸，以亮煤为主，内生裂隙发育，呈蜂巢状，为方解石脉充填。C1煤层在厚度大于1m时多含夹矸，上分层以亮煤为主，蜂巢状裂隙发育；为方解石脉充填，下分层以暗煤为主。

C2煤层煤岩类型主要以暗煤为主，含少量亮煤条带及颗粒，平均厚度0.73m。属结构简单的煤层，不含夹矸或含1层夹矸，夹矸厚0.04m～0.08m，夹矸为炭质泥岩。

C3煤层煤岩类型主要为半暗型～暗淡型煤，夹少量亮煤条带及颗粒，主要为块状构造，平均厚度0.70m左右。局部地区可见内生节理，充填方解石。夹一层夹矸，厚约0.09m，为炭质泥岩。

3 聚煤分析

晚二叠世早期，地台西缘发生地裂运动，有大陆裂谷形成，在川西南区产生大面积陆相玄武岩即峨眉山玄武岩喷发。晚二叠世中晚期，为陆屑～碳酸盐岩建造。龙潭期，在川南地区的珙县、筠连县、屏山县一带为河湖沼泽～潮坪环境，形成海陆交替相含煤建造，是川南地区煤、硫铁矿的重要成矿期，且伴育粘土矿、赤铁矿、菱铁矿矿床形成。

3.1 古地理与沉积环境

本调查评价区位于沐川～盐津冲积平原，地处川滇古陆的东缘地带，主要是河流相沼泽相沉积和少量的湖泊相～湖沼相沉积。

晚二叠世后期，随着古陆的退缩，冲积平原的沉积物便逐步超覆在不同层位的玄武岩之上，该冲积平原东部在晚二叠世早期曾向东达到叙永、古蔺一带，晚期又向西退至盐津～筠连之间。评价区未发现粗碎屑岩构成的冲积扇，这样从古陆直接过渡为冲积平原体系的现象，说明川滇古陆与沉积区的高度差异不大。

图3 研究区晚二叠世早期古地理图

冲积平原上主要发育着小型短源河流，其特点是坡降小、流速缓、搬运能力低，但弯曲度大。河道之间是广阔的洪泛盆地，在低凹的地方覆水加深，则形成湖沼或浅水湖泊，其余大部分地区植物杂生，沼泽密布，有的沼泽则演化为泥炭沼泽(图3)。

在冲积平原的滨海地带，地形十分平缓。由于河流经常泛溢，岸后沼泽及泛滥盆地沼泽广泛发育。在临近泻湖潮坪的地带地势更为低洼，某些常年覆水的沼泽中，广泛地发育了泥炭沼泽，随着陆源碎屑物质的不断堆积向泻湖方向逐渐扩展，甚至将一个前期的泻湖全部填满，这时候可以形成比较广大的滨海平原泥炭沼泽。川南晚二叠世海陆过渡相层段的主要煤层都是在这种环境中形成的，比如区内主要的可采煤层之C1煤层(即区域上的C8、芙蓉矿区B3+4煤层)即形成于该类环境。由于在这种极为平缓的滨海～泻湖平原上，河流作用影响极弱，所以形成的煤层稳定性比较好。

3.2 富煤规律

3.2.1 与岩石组合关系

晚二叠世早期富煤带主要分布于砂泥岩比值小于1、碎屑岩比大于8的砂质泥岩、泥岩组成的岩石组合区；晚二叠世晚期富煤带落于砂泥岩比小于2、碎屑岩比大于8的泥岩、砂质泥岩与泥质砂岩及砂泥岩比小于2、碎屑岩比为2～8的含灰岩、泥岩共同组成的岩石组合区内，而聚煤中心仍主要在砂质泥岩、泥岩占主要成分的岩石组合区中。因此，含煤性最好的是砂泥岩比小于1、碎屑岩比大于8的砂质泥岩、泥岩区。

煤层发育好坏与岩石类别及组合状况密切有关。当区内灰岩发育时，煤层多为煤线或不含煤；若泥岩发育时，煤层也往往为煤线或薄煤层，只有当各类岩石较发育并作韵律式交替时，煤层才较发育，并常出现可采煤层。

3.2.2 与古构造的关系

古构造对成煤盆地起着主要的控制作用，进而影响了富煤带的展布。

西部南北向的川滇隆起和南部东西向的黔中隆起对评价区甚至整个川南的沉积盆地有明显的复合控制作用。在评价区东部，富煤带和岩相带的展布呈近东西向，在评价区则由于位于弧形转折带，故五指山富煤带展布方向较为离散，但总的呈北西向。

晚二叠世末期，盐津～宜宾古隆起成为滨海沼泽与冲积平原的分野界，五指山地区为冲积平原，接受沉积极薄，仅局部地段有沉积并形成了C0煤层。

3.2.3 与岩相古地理的关系

前已述及，区域上的古地理景观是西为川滇古陆，东接浅海，由西向东发育着冲积平原、潮坪泻期和碳酸盆台地等，评价区位于沐川～盐津冲积平原。冲积平原主要由河流及洪泛平原的沉积组成，其主要成煤场所应是河道边缘沼泽或岸后沼泽。岸后沼泽成煤在剖面上具明显的二元结构，下部的河道和天然堤沉积较发育，煤层位于顶部，平面上煤层在河道砂体的两侧平行河道断续分布。本区岸后沼泽所形成的煤层薄、变化大、常为透镜状，对比困难，灰分高，常为劣煤或炭质泥岩，故不具重要意义。

在冲积平原的下部，河道平缓，水速减慢，河流携带的大量陆源细碎屑物陆续沉积，经常发生的溢岸流使洪泛沉积漫延至整个泛滥盆地，地下水位的抬高使整个洪泛盆地沼泽化，从而形成分布较广、较稳定的低硫薄煤层。洪泛盆地沼泽所形成的煤层，剖面上河道沉积不发育，而主要是堤岸沉积和洪泛沉积的粉砂岩、泥质岩，平面上煤层分布较广、较稳定，但常被决口扇等沉积所间开，并向河道方向减薄尖灭。煤层常被河道、决口扇冲刷。本区洪泛盆地沼泽中煤的最好地段在与潮坪接壤的地区(图4)。

3.3 聚煤分析

调查区位于川南富煤区之西部，剖面岩层主要为冲积平原型，由于更近川滇古陆，故形成可采煤层较少，特别是顶部，由于成煤时的海岸线已西移，沉积环境和沉积速度适中，形成的C1煤层分布广而稳定。晚二叠世末期，评价区接受沉积极薄，仅局部地段有沉积并形成了C0煤层。这是因为当时海水西侵，岸线西迁，西部的盐津～宜宾古隆起制约了河道边缘沼泽或岸后沼泽的发育。

该区在晚二叠世从总体上看是一个海进的过程，海进的主要方向是从东向西，其基本方式是多次间断性的快速海进，与多次缓慢的海退沉积交替进行。煤层往往是河道淤填变浅，泥炭沼泽化形成的，即海退基本终止，海进尚未到来之时形成的。一次海进过程十分短暂，可使泻湖向西推进十几千米至几十千米，而仅能形成十几厘米至几十厘米厚的代表海进过程的沉积物，然后又开始了海退过程的进积作用，并且形成新的煤层。这就是评价区区海陆过渡地带沉积作用和成煤作用的基本过程。

图4 研究区晚二叠世含煤沉积模式图

综上，调查区富煤是宣威组沉积中期，地壳在振荡中逐渐下降，随着下降与堆积的进行，由于气候温湿，植物茂盛，为成煤提供了大量物源，加之地壳小幅振荡频繁，成煤物质堆积速度与地壳小振荡运动适应，因而沉积了多层的可采或局部可采煤层。煤层沉积之后，地壳仍在继续沉降，沉积的盖层厚达数千米，地温和压力不断增高使煤逐渐变质，而后的四川运动使岩层发生褶皱，煤层掀起，暴露地面，形成无烟煤产地。