淮南煤田刘庄深部研究区二叠系沉积环境研究

刘昊

摘  要：通过对淮南煤田刘庄深部研究区大量钻孔资料分析，运用沉积学、煤田地质学的基本理论和方法，分析了该区二叠系的地层特征、沉积序列和沉积环境及其演化规律，鉴别了沉积相。研究表明，该区经历了从海湾逐步发育演化为下三角洲平原，再经历了河湾充填体系，网状、树枝状河流体系，随后转入河口湾、海湾环境，再到演化为上三角洲平原，最后为陆相冲积平原沉积环境。其中以上、下三角洲平原过渡带和网状河道体系对成煤极为有利。

关键词：淮南煤田;二叠系;沉积环境

中图分类号：P534                     文献标志码：A

刘庄深部研究区位于淮南煤田西南部，刘庄煤矿的深部，基岩全隐伏于第四系和新近系松散层之下。据钻探揭露，受F1断层组的逆冲推覆作用，奥陶系部分地层覆盖于三叠系或二叠系地层之上。原地地层层序与淮南煤田各矿区相同。

1 二叠系地层特征

该区二叠系平均厚度826.39 m，整合于石炭系太原组之上，底部以第一层灰岩顶界面与太原组为界分开。自下而上分为下统的山西组、下石盒子组，上统的上石盒子组、孙家沟组。山西组和上、下石盒子组是主要勘查对象、含煤地层，揭露平均厚度708.90 m，含煤近30余层，总厚31.55 m，含煤系数为4.45%，自下而上划分为7个含煤段。

1.1 下统山西组

即第一含煤段。底界为石炭系太原组第一层灰岩之顶，上至4煤组下部铝质泥岩下的骆驼钵砂岩之底。该组厚度为55.45 m～86.84 m，平均厚度71.96 m，该组岩性底部为灰黑色致密泥岩，富含腕足类化石，其上为灰黑色、深灰色砂泥岩互层，混浊层理发育，具虫孔构造，夹有菱铁结核，含煤0～3层。中上部以中厚层石英砂岩、中细砂岩为主，间夹泥岩，局部含砾及泥质包体。

1.2 下统下石盒子组

即第二含煤段。底界为铝质泥岩下骆驼钵砂岩之底，上界至9煤层顶砂岩之底。该组厚度98.03 m～129.20 m，平均约112.94 m。底部为灰白色粗中砂岩、中细砂岩或石英砂岩，其上发育一层花斑状泥岩或铝质泥岩;中上部为细砂岩、粉砂岩和石英砂岩夹泥岩、砂质泥岩，煤层较发育。本组含煤约10层，平均总厚13.30 m。其中8煤、5煤为稳定煤层，4煤为较稳定煤层。

1.3 上统上石盒子组

底界为9煤层顶板砂岩之底，上至孙家沟组底界。揭露厚度503.50 m～539.60 m，平均厚约523 m，分为5个含煤段。

第三含煤段：厚90 m～120 m，平均100 m。岩性以灰色泥岩为主，夹浅灰、灰白色细砂岩。含煤4～5层，平均总厚3.71 m。其中11-2、11-1煤为稳定和较稳定煤层。

第四含煤段：厚71 m～103 m，平均81 m。以灰色泥岩、砂质泥岩为主，含煤1～5层，其中13-1煤为稳定煤层。顶部和13-1煤下部发育花斑状泥岩，底部常见厚层状中粒砂岩、石英砂岩，俗称K3砂岩，作为第三、第四含煤段的分界。

第五含煤段：厚58 m～91 m，平均74 m。该段以灰绿色、青灰色为主要特征，以泥岩、砂质泥岩和花斑状泥岩为主，夹有粉砂岩和细砂岩。含煤2～6层，平均总厚2.30 m。其中16-1、17-1为大部可采煤层。

第六含煤段：厚95 m～128 m，平均103 m，以灰色、深灰色、灰绿色泥岩、砂质泥岩为主，间夹粉砂岩、细砂岩。20煤层附近常有薄层燧石层，富含海绵骨针（海绵岩），18煤层底板常见铝质泥岩或鲕状泥岩。该段含煤0～6层，平均总厚2.30 m，其中18煤层为大部可采煤层。

第七含煤段：厚120 m～218 m，平均165 m，以灰色、青灰色泥岩和砂质泥岩为主。该段含煤2～10层，平均厚约2.50 m，其中23和25煤层为大部可采煤层。

1.4 上统孙家沟组（P2sj）

揭露厚度87.44 m～166.70 m，平均厚约118.49 m。主要由灰色、灰绿色、紫红、灰紫以及锈黄等一套杂色岩层组成。岩性为泥岩、砂质泥岩、中细-中粗粒砂岩及石英砂岩。底界为灰白色中、粗粒砂岩，与下伏地层呈整合接触。

2 沉积环境

通过对研究区内岩石的颜色、粒度特征、矿体形态、黏土矿物、沉积构造、古流向、古生物、地球化学、测井曲线、煤岩及煤质特征等研究，对该区煤系沉积环境研究得到如下认识。

2.1 早二叠世早期山西组

第一含煤段其底部为一套块状构造黑色泥岩为主，夹菱铁矿以及富含腹足类、腕足类等化石为特征，属于海湾前三角洲沉积。在底部泥岩之上为一套砂泥岩互层特征的地层，富含虫孔，层理具有透镜状，属远砂坝沉积。再上为一套白色石英细砂岩，分选好，质地纯，波状层理，是河口砂坝沉积。1煤为一套厚度大、煤质好，低硫、低灰煤层;1煤顶部为一套细中粒长石石英砂岩，富含炭屑和云母片，具楔形交错层理，粒度概率图为河口砂坝特征;砂岩中常有泥砾、煤屑等，具河流冲刷现象，指状砂体，为三角洲前缘沉积。因此，该段沉积环境应属从海湾演化来的下三角洲平原，地形切割不强，因此对成煤比较有利。

2.2 早二叠世晚期下石盒子组

第二含煤段中存在几层厚层砂岩，一般富含植物碎屑、云母片，具板状层理、楔形交错层理;砂体呈指状，砂岩中常含大量棱角状的崩塌堆积物，以反粒序为主，兼顾正粒序，粒度概率图显示为河口砂坝及分流河道型，属三角洲沉积。除5煤、8煤顶富产植物化石外，还常见有舌形贝化石，表示该区具陆海过渡相沉积。煤层层数较多，且多为薄至中厚层状，厚度变化大，具有合并分叉，冲刷现象（如5煤），说明三角洲沉积速度快，河道发育。各煤层煤质以低硫、中灰为主;煤岩组分以相对较高丝炭组分和稳定组分、相对低凝胶化组分的特点，进一步反映出三角洲沉积的特征。因此，该段岩相组合属上、下三角洲平原过渡带，即为下三角洲平原河湾充填体系。其中，三角洲平原沉积较为发育，次为河口砂坝，该体系发育煤层层数多，含煤性较好。

2.3 晚二叠世早期上石盒子组

该组包括了第三、四、五、六、七共5个含煤段。第三、四含煤段继承了第二含煤段的三角洲环境，其特点是崩塌积物发育，所含砂岩大部分为正粒序，具板状交错层理，粒度概率图显示为分流河道型，是三角洲平原河道沉积。此外，含鲕泥岩和花斑状泥岩比较发育，反映三角洲平原上的天然堤、湖泊相发育和分支河道相发育。13-1煤和11-2煤顶植物化石丰富。其沉积环境属于长期发育而形成的比较广阔的三角洲平原，从树枝状河道体系过渡到网状河道体系，再向蛇曲河道体系转化。由于处于海浸前夕，地壳运动比较稳定，成煤条件好，形成全区普遍发育的11-2煤层和13-1煤层。

第五、六、七含煤段，岩性多出现青灰、灰绿色，具波状层理，砂岩中含海绿石，有的还含有碳酸钙结核，粒度概率图显示为港灣砂坝或潮渠型，为潮汐通道及港湾砂坝沉积，粉砂岩存在垂直虫孔，具有交互层理、透镜状层理，此种情况更倾向于潮间带沉积。在16、17煤组顶、底板泥岩中常见舌形贝，20煤附近产海绵骨针。18、20煤的硫含量较高，应是海湾环境。该段由于沉积速度快并伴有潮汐作用，环境变化较快且复杂，因此成煤环境较差，所成煤质也差，灰分偏高。

结合周边勘查资料分析，该区煤系地层沉积环境与整个淮南煤田整体一致。该区经历了从海湾逐步发育演化为下三角洲平原，再经历了河湾充填体系，网状、树枝状河流体系，随后转入河口湾、海湾环境，再到演化为上三角洲平原，最后为陆相冲积平原沉积环境。其中以上、下三角洲平原过渡带和网状河道体系对成煤极为有利。

参考文献

[1]韩作振等编写，李增学，魏久传主编.华北陆表海盆地南部层序地层分析[M].北京：地质出版社，1998.

[2]魏久传，李增学，金秀昆.淮南煤田二叠系基准面旋回划分与煤聚积规律[J].煤田地质与勘探，1999，27（5）：4-9.