四川省达竹矿区晚二叠世层序地层及岩相古地理

何曼如，闵思斯，孟昱璋，徐仁波

（四川省煤田地质局地质测量队，四川 成都610072）

1 前言

达竹矿区位于四川省东北部，行政区划隶属于达州市所属万源市、宣汉县、开江县、通川区、达县、大竹县和渠县所辖。北起万源市石人～宣汉县的五宝一线，南至广安市北界，西起万源市的河口镇～渠县的李渡一线，面积约8824km2。地理坐标:东经107°01′03″～108°07′19″、北纬30°20′47″～31°47′36″。

达竹矿区是四川省主要烟煤产地之一，2020年以后仅有12对年设计生产能力279万t的中、小型及小煤矿继续生产[1]。对矿区进行层序地层和岩相古地理分析对研究该区聚煤规律，科学预测矿区煤炭资源潜力，为达州市和四川省煤炭工业乃至能源工业、国民经济的可持续发展宏观决策提供动态的资源数据和科学依据都具有重要意义。

2 层序地层分析

2.1 建立层序地层格架

2.1.1 关键界面的识别与对比

（1）层序边界的识别

a.不整合面:在茅口组灰岩风化壳上广泛发育铝土矿或铁铝质泥岩，分布范围极广，是重要的层序界面识别标志。

b.上切谷及古土壤:古土壤C23、C7-10煤层的底板即“上砂锅土”“砂锅土”在川南很发育。这些层序界面在海相区达竹矿区都不发育，本文采取追踪综合分析的方法来判定[2-3]。

c.石灰岩发育的旋回性与延伸范围:在含煤岩系地层剖面中，石灰岩的周期性发育，代表了海侵-海退的周期性发生，每层石灰岩的发育都代表了一次海泛事件。因此，可用石灰岩的分布来判断最大海泛面和最大海退面，而后者与层序界面共生[4]。

（2）三级最大海泛面的识别与追踪

经过分析发现，在层序Ⅰ时期，温水-良村海侵达到最大，良村灰岩向陆延伸最远，代表了最大海泛期沉积，即以良村灰岩底界面作为该层序的最大海泛面，达竹矿区则为同期沉积的大铁板灰岩底界面作为该层序的最大海泛面；同理在层序Ⅱ时期，以石宝灰岩底界面作为该时期的最大海泛面。在无石灰岩发育的地区，大套厚层泥岩或反映海相沉积的岩石组合与代表最大海泛期沉积的石灰岩层或相应煤层可以对比，也可识别出最大海泛面[5]。

2.1.2 建立层序地层格架

图1 四川东部晚二叠世层序地层格架图示

图2 四川省晚二叠世层序Ⅰ时期岩相古地理图

图3 四川省晚二叠世层序Ⅱ时期岩相古地理图

通过对晚二叠世层序地层关键界面的识别，可将该地区晚二叠世地层划分为2个三级层序，即以C16煤顶界及其对应面为层序界面，上部为层序Ⅰ、上部为层序Ⅱ，与龙潭组一段＋二段中上部和龙潭组二段中上部＋三段及长兴组相对应[6]。每个层序3个体系域发育完整，即包括低水位体系域（LST）、海侵体系域（TST）和高水位体系域（HST）（图1）。

2.2 层序地层格架中煤层的赋存特征

结合四川省不同矿区晚二叠世煤层在层序格架中发育情况、晚二叠世富煤带在层序格架中的迁移规律的研究，可知达竹矿区煤层只发育于层序Ⅰ低位体系域。此后，在总体海侵背景之上有利的聚煤环境节节向西南方向迁移，煤层的分布范围也节节向西南方向收缩，自此本区终止了煤的聚积，不再有含煤层。

3 岩相古地理格局

达竹矿区岩相古地理的研究应放在四川省晚二叠世岩相古地理大格局中去研究方能彰显全貌，避免管中窥豹。晚二叠世四川省大部分地区属于华南板块，只有西部甘孜-稻城以西位于华南板块和藏滇板块之间的活动带，处于板块拉张边缘。华南板块区域，以龙门山-康滇古陆为界，界线以西为构造活动的区域，主要发育陆缘盆地、洋盆、边缘盆地等，由于该时期构造活动频繁，且覆水较深，基本不具备成煤的基本条件；界线以东为稳定的扬子克拉通盆地，该时期由于康滇古陆作为扬子克拉通盆地的边界，接受剥蚀，为东部沉积区主要的物源区，加之康滇古陆东缘，地势较平缓，构造较为稳定，覆水不深，植被繁盛，为有利的聚煤地区（据马永生，2005）。

四川省晚二叠世含煤岩系主要分布在康滇古陆东部斜坡，其西部岩性以碎屑岩为主，石灰岩标志层不太发育，在海陆过渡地区石灰岩标志层发育，在东部海相环境因石灰岩标志层合并而失去其标志作用。区内有煤田钻孔控制及露头分布，地层和层序划分与对比相对较为清楚，为古地理图的绘制提供了合适的绘图单元。本次岩相古地理图的作图单元为三级层序，既可以反映沉积时期的古地理面貌及其演化，还可以用于沉积矿床（特别是煤层）的预测[7]。

3.1 层序Ⅰ时期岩相古地理分析

层序Ⅰ时代上相当于晚二叠世早期的吴家坪阶早中期，在岩石地层上包括宣威组一段和二段上部／龙潭组一段及二段上部／吴家坪组一段及二段上部。该时期由于海西期（东吴）运动的影响，相对早中二叠世而言，普遍呈现海退，一些地区褶皱隆升成为山地或平原，康滇地区由于峨眉山玄武岩的喷溢堆积，其外围反映为以陆相为主的宣威组分布，逐渐向外变为海陆交替相为主的龙潭组-长兴组分布，以及以海相为主的吴家坪组-长兴组/大隆组分布。

康滇古陆-龙门山一线以东（图2），为稳定的扬子克拉通盆地，构造较稳定，加之康滇古陆东北部斜坡地势平缓，自西南向东北由陆相环境到过渡相环境再到海相环境，相带变化明显。该层序直接沉积在中二叠世茅口组石灰岩风化壳上。在茅口阶晚期，研究区发生整体坳陷沉降，在无玄武岩分布地区广泛发生C25聚煤作用，在C25聚煤中期，发生了规模不大的溪口海侵，沉积了华蓥山地区的溪口灰岩、古叙地区的黑色鱼鳞泥岩、古宋一带C25-1顶板灰岩，这层灰岩代表了区域海侵正式开始，进入了海侵体系域沉积时期。达竹矿区在层序Ⅰ沉积期发育碳酸盐台地、台地边缘、深水盆地岩相；煤层形成于低水位体系域期的泻湖-潮坪环境[8]。

3.2 层序Ⅱ时期岩相古地理分析

层序Ⅱ时期整体上继承了层序Ⅰ时期的古地理格局，但是由于海水的不断入侵，宏观海陆格局发生了一定变化，海相环境范围明显变大、陆相范围逐渐缩小。

康滇古陆-龙门山一线以东（图3），自西南向东北方向，沉积环境依次为陆相-海陆过渡相-海相，相带呈规律性变化。海侵作用不断加强，冲积平原逐渐向西退却，在广元-旺苍-巴中-达州地区发育广旺海槽和开江-梁平海槽。该时期成煤带在纵向上和横向上都发生了较大的迁移，自东北向西南，成煤带位置逐渐向西南方向迁移，垂向上煤层层位逐渐提升，体现了成煤带随古地理格局变迁而变迁的一致性。达竹矿区在层序Ⅱ沉积期自南向北发育碳酸盐台地、台地边缘、深水盆地岩相，已不发生聚煤作用。

4 结论

（1）通过对区域晚二叠世层序地层关键界面的识别，将达竹矿区晚二叠世地层划分为2个三级层序，即以C16煤顶界及其对应面为层序界面，上部为层序Ⅰ、上部为层序Ⅱ，与龙潭组一段＋二段中上部和龙潭组二段中上部＋三段及长兴组相对应。层序Ⅰ中以大铁板灰岩底界面作为最大海泛面，层序Ⅱ以石宝灰岩底界面为最大海泛面，每个层序均发育完整的低水位体系域（LST）、海侵体系域（TST）和高水位体系域（HST）。

（2）根据岩相古地理的研究，达竹矿区在层序Ⅰ沉积期发育碳酸盐台地、台地边缘、深水盆地岩相，煤层形成于低水位体系域期的泻湖-潮坪环境；在层序Ⅱ沉积期发育碳酸盐台地、台地边缘、深水盆地岩相，此时在总体海侵背景之上有利的聚煤环境已向西南方向迁移，不发生聚煤作用。