纳雍县木兰煤矿二叠系上统龙潭组沉积相特征研究

2021-06-05杨通保唐长根

山东煤炭科技 2021年5期

杨通保 , 唐长根

（1.贵州煤矿地质工程咨询与地质环境监测中心，贵州贵阳 550008；2.贵州省煤田地质局地质勘察处，贵州贵阳 550008）

岩石中各种地球化学指标对沉积环境有重要的指示作用[1]。目前元素地球化学分析在海相地层划分、物源区岩石成分分析、沉积古气候条件与海平面变化曲线恢复及古氧化还原环境等方面已经得到越来越广泛的应用[2]。

贵州地区煤炭资源丰富，分布广泛[3]。二叠系上统龙潭组是主要的含煤地层，由一套海陆过渡相沉积岩组成[4]。本文以木兰煤矿为例，利用煤层中硫分及煤灰成分中氧化物（常量元素）含量的变化对沉积环境的指示作用，对沉积相进行了划分，探讨了地球化学元素对沉积环境识别的可靠性，并分析了不同沉积环境下的聚煤作用。

1 地质概况

研究区位于扬子准地台黔北台隆遵义断拱毕节北东向构造变形区白泥菁向斜南翼。受向斜影响，研究区地层走向近E-W，倾向近340°～40°，倾角20°～35°。区内地层由下至上发育二叠统峨嵋山玄武岩组（P3β）、龙潭组（P3l）、长兴组（P3c）、下三叠统飞仙关组（T1f）及第四系（Q）。

含煤地层为二叠系上统龙潭组（P3l），为一套海陆交互相含煤沉积，以碎屑岩为主。地层厚169.17～321.25 m，平均厚235.49 m，含煤11～42 层，含煤总厚平均16.56 m，含煤系数7.03%。其中含可采煤层8 层，可采煤层总厚平均9.62 m，可采含煤系数4.08%。本组地层根据岩性特征、含煤性及化石特征等分为上、中、下三段，其中下段含28、31、32 号可采煤层3 层，中段含8、19 号可采煤层2 层，上段含2、5、6 号可采煤层3 层。

2 煤中地球化学特征

2.1 煤中硫分特征

原煤中全硫含量与沉积环境有关，原煤各种形态硫分为有机硫和无机硫，各种形态硫中无机硫含量的高低是影响全硫含量的主要因素，高含量的无机硫指示了还原环境，与海平面升降呈正相关性[3,5]。通过对研究区26 件煤样各种形态硫测试统计，全硫（St,d）含量为0.94%，硫化铁硫（Sp,d）含量为0.54%，硫酸盐硫（Ss,d）含量为0.12%，有机硫（So,d）含量为0.23%。这表明原煤中的硫主要是以无机硫化铁硫的形态存在，占总硫分的60.67%，硫酸盐硫很少，只占总硫分的13.48%。

从表1 看出，研究区全硫含量以19 号煤层的2.29%最高，龙潭组下段煤层中全硫含量普遍低于上段，整体含量由下至上呈增大趋势。无机硫（包括硫铁矿硫和硫酸盐硫）含量以2 号煤层的1.32%最高，其次为8 号煤层，龙潭组下段煤层中无机硫含量低于上段，这与全硫含量的变化规律基本一致。

2.2 煤灰成分

煤灰成分主要以氧化物的形式存在，而沉积岩中氧化物（常量元素）的分布与沉积环境有密切联系。CaO 和MgO 的含量表明碳酸盐岩的发育程度，SiO2的含量代表陆源碎屑的供应情况。Al2O3是黏土矿物的主要组分，Fe2O3代表了氧化作用特征，Fe2O3、Al2O3随着海平面的升降，呈现出有规律的变化，低值说明了较强的氧化环境，意味着水体变浅的可能[6]。因此，氧化物含量的变化是沉积环境识别的有力依据。

从表2 分析得出，研究区原煤主要煤层煤灰成分中以含SiO2为主，含量为58.05%～72.90%，平均含量66.07%，以5 号煤层和31 号煤层中SiO2含量最高，分别为70.30%和72.90%；2、19 号煤层中SiO2的含量最少，为65.81%和58.05%。CaO 和MgO 的含量变化呈现正相关性，研究区可采煤层CaO 含量以2、8、32 号煤层含量最高，分别为3.98%、2.95%、2.49%，MgO 的含量以2、8、32 号煤层含量最高。Al2O3和Fe2O3含量均以19号煤层含量最高，分别为22.66%和11.43%。

表1 原煤各种形态硫含量统计表

表2 研究区各煤层含常量元素统计表

3 沉积相特征

根据研究区纵向上岩性变化规律及各煤层地球化学指标变化，将其划分为障壁型海岸相、三角洲相两种沉积相类型，及潟湖、三角洲平原、三角洲前缘三种沉积亚相。

潟湖亚相：主要分布在龙潭组顶部，分为潟湖泥微相，以深灰色泥岩、粉砂质泥岩为主，发育水平层理、缓波状层理及透镜状层理。以水体滞留的还原环境为特点，由于物源碎屑物相对较少，因此地球化学特征表现为低Al2O3、Fe2O3，高CaO 和MgO。

三角洲平原亚相：主要分布在龙潭组下段，该相带以河流控制作用为主，同时受到潮汐作用的影响，表现为发育一些向上变细的河流沉积旋回[7]。三角洲平原亚相可划分为分流河道、沼泽两个沉积微相。分流河道主要为细砂岩、粉砂岩，发育平行层理、小型交错层理及波状层理。沼泽是主要的聚煤环境，是三角洲平原中的低洼地带，以植被繁盛、水体滞留为特点。三角洲平原亚相煤层的地球化学特点是高Al2O3、Fe2O3，低CaO 和MgO。

三角洲前缘亚相：主要分布在龙潭组中段、上段，可分为水下分流河道、分流间湾两个微相。水下分流河道微相以灰色细砂岩、泥质粉砂岩为主，分选较差，磨圆较好，见小型交错层理、波状层理。分流间湾微相主要由粉砂质泥岩和泥岩组成，富含菱铁矿结核和散星状、蠕虫状黄铁矿结核。分流间湾是三角洲前缘亚相的主要聚煤场所，其煤层因受潮汐作用的影响，泥炭不容易堆积，煤层易分叉、尖灭[8]。