安徽省淮北市闸河煤田二叠系山西组和下石盒子组主要煤层成煤条件差异分析

胡斌 刘运标

摘要：淮北闸河煤田主要煤层为山西组的C煤层和D煤层及下石盒子组的F煤层和G煤层。经研究发现各煤层沉积条件各不相同，通过对山西组和下石盒子组主要煤层沉积岩性和岩相分析得出，C煤层是近海型煤，为滨海沼泽相沉积环境下形成的；D煤层属于远海型泥炭沼泽相沉积类型煤；F煤层是远海型沉积的大陆湖沼相型煤；G煤层是标准的大陆沼泽相环境产物。掌握这些沉积条件和岩相特征，能夠判断煤层的大致位置，对找煤勘查具有重要意义。

关键词：陆相；过渡相；旋回；煤层

1.引言

沉积岩相-旋回研究是找煤工作中的重要方法，笔者根据淮北闸河煤田含煤地层的沉积特点，收集前人对该井田勘查成果资料，对其岩性特征及沉积旋回进行综合研究，发现二叠系山西组和下石盒子组主要煤层（C、D、F、G煤层）沉积条件各不相同。如果掌握各煤层的沉积条件及含地层岩相特征，对皖北地区找煤判层具有一定重要意义。

2.山西组和下石盒子组岩性特征

2.1山西组

厚度110m～130m，以灰色砂质页岩，灰白色砂岩为主，含C、D煤层，D煤层为主要煤层，底部为15m左右的稳定页岩，与太原统的沿海淤泥相页岩一样，含黄铁矿结核，为海退时沿海淤泥沉积，页岩之上为35m厚稳定的砂质页岩。再向上为大陆盆地型沉积，即河床相砂岩河漫相砂质页岩，静水池胶结物以泥质为主，胶结不紧，分选性中等，圆度不好，具有单向急斜层理。

2.2下石盒子组

厚度220m～250m，分上部和下部。

下部厚度70m～90m，以黑灰色、块状，富含化石的静水池沼相页岩为主，中夹有具单向斜层理的河漫相砂质页岩或细砂岩，底部有一层很稳定的湖泊相铝土泥岩，厚一般4m，作为本区标志层（K2），是下石盒子组与山西组的分界线。铝土泥岩为灰白色，底部常夹有紫色杂色并含直经为0.5至2mm的菱铁矿鲕子。本层为主要含煤带，含E、F、G1、G2、G3、L1、L2等煤层。

上部厚度—井田90m～120m，本层以杂色湖泊相页岩为主，一般为灰色带绿，块状无层理，一般不含化石，常含菱铁矿鲕子，其中夹有不厚的具有单向急斜层理的河床相细砂岩，具有单向缓斜层理的河漫相砂质页岩和灰色块状含少量植物化石的静水池沼相页岩，不含煤。

3.岩相的标志层

3.1煤层

泥炭沼泽岩相的标准相层。

3.2铝土泥岩

平原干燥湖泊岩相层。岩性为灰白～灰黄～灰绿或带有紫红色，致密块状，具滑感，常含菱铁矿细鲕子，大面积发育，层位稳定，厚度一般在2m～6m。

3.3薄层石灰岩

只见于太原组，呈灰～深灰色，结晶～隐晶质。该组顶部薄层灰岩厚1m～2m左右，质不纯，含泥质，多方解石脉，见黄铁矿颗粒，富含完好的珊瑚、海百合茎化石及腕足类碎片，是典型的浅海相标准相层。

3.4菱铁矿层

多呈薄层（0.2m～0.9m）分布于煤层间或铝土泥岩间，呈灰黑—灰褐色，致密块状，异常坚硬，比重特大，具弱玻璃—油脂光泽，因而特征明显，易于辨认，是良好的相层，是深水沼泽的相层。

3.5条带状砂岩

在山西组上部，全区普遍发育，特征明显，为薄层的灰色砂岩与黑色泥岩互层呈条带状，是海湾—泻湖波浪带岩相的标准相层。

3.6黑色泥岩

山西组底部，全区发育，厚5m～15m，由泥质、细粉砂组成，富含炭质及大量炭化植物碎屑，多黄铁矿细脉，见硅质或白云石结核。应为还原条件下平静的海湾相沉积。

4.岩相划分及各岩相主要特征

根据闸河煤田各井田资料分析，本井田二叠系含煤建造是由陆相系和过渡相系组成，且以陆相系沉积为主。含煤地层沉积是在由滨海环境逐渐过渡到大陆冲积盆地的环境形成。

现把陆相系和过渡相系简介如下：

4.1陆相系

陆相系主要是由河流和湖泊及其周边环境形成的陆相沉积岩系，其空间分布见图1。

（1）河床相。主要由细砾岩、粗砂岩、中粒砂岩等岩层组成。分选、磨圆度均较差。具有大的同方向倾斜层理及同方向微收敛状倾斜层理，层面往往有云母碎片，夹不规则的菱铁矿结核。底部常见夹以砾石及泥质冲刷块，与下部常为冲刷接触。

（2）河漫相。由细砂岩、粉砂岩等组成。矿物成分简单，分选较好，磨圆度由次棱角—半滚圆状，常夹菱铁矿结核及镜煤条带，见碳化植物茎及植物化石碎片，有同方向微收鲕状、斜波状、浑浊状等类型层理。多位于河床相之上。其上一般多为沼泽相，若当地壳急剧下降则往往为湖泊相所淹没。

（3）沼泽相。是陆相系中的主要组成部分，依其沉积条件及沉积物特点又可分为深水沼泽、泥炭沼泽、浅水沼泽和动水沼泽四个亚相。

沼泽相岩石成分以粉砂、泥质岩为主，含炭质，铝土质及夹泥炭沉积。颜色多为深灰—灰黑色，当含铝质高时则呈灰白、淡黄绿色。常保存有完整的植物化石，富含鲕状菱铁矿或薄层菱铁矿层。以微波状层理为主，亦见不规则的水平层理。当地壳振荡作用，处于相对稳定的条件下，有机物质充足时是成煤的良好环境（泥炭沼泽亚相）；当振荡运动频繁时，又成为不利于成煤或破坏成煤的因素（动水沼泽亚相）。沼泽相与下接触关系多为逐渐过渡，亦少见有明显接触。下伏岩相多为河漫相，或湖泊相；上覆多为湖泊相，当地壳处于较大振幅振荡运动时则形成薄层砂岩与泥岩交替沉积的动水沼泽亚相。

（4）湖泊相。由灰白或紫红色及黄绿杂色泥岩与铝土质岩石组成，次为粉砂岩及细砂岩。颜色浅，一般不显层理，或见水平层理。多致密团块状构造。极少见化石，富含瘤状及鲕状菱铁矿结核。

4.2过渡相系

主要是滨海环境下的沉积，分砂洲-砂坝相和海湾-泻湖波浪带相等，其空间分布见图2。

（1）砂咀—砂坝相及水下三角洲亚相：由细—中粒砂岩组成，成分单一，分选较好，磨圆较差，多呈棱角状—滚圆状。矿物成分中含极少海绿石，胶结物多为钙质、硅质。含较多黄铁矿结核，硅质结核，少见有白云石，铁白云石结核。以斜波状及敛聚状层理为主。其下往往与海湾、泻湖亚相共生。其上往往为波浪带亚相，或滨海沼泽亚柏。

（2）河口三角洲亚相：由中—粗粒砂岩组成，成分复杂、分选差，呈半棱角—棱角状。成分以石英为主，长石较多，另外含碳酸盐成分，多方解石脉，偶见有少量黑云母、钾微斜长石。并夹有泥质、炭质包裹体。胶结类型复杂，多为混合型。层理不明显。底与其他相常为冲刷接触，上覆往往为湖泊相或泻湖亚相。

（3）滨海沼泽亚相：由粉砂、泥岩组成，夹镜煤线，见硅质、钙质、铁质结核，可见细小的水平、微波状层理，当地壳相对稳定，腐殖物质充足时亦可形成泥炭沉积的环境，但其分布是不稳定的，煤层厚度变化大，多成透镜状。常与泥炭沼泽亚相、海湾泻湖亚相共生，当地壳急剧下降则其上往往为浅海相所掩覆。

（4）滨海波浪带亚相：由薄层泥岩、粉砂以及细砂岩组成，接触明显，韵律清楚，见硅质、白云石及黄铁矿结核，成不规则的直线型倾斜层理及微波状层理，上部为河床相或滨海沼泽亚相，下部为砂洲—砂坝或浅海相。

（5）海湾及泻湖亚相：以灰黑色泥岩，粉砂质泥岩为主，成分单一，一般不显层理或显小的平行水平层理，见有较多炭化植物碎屑，含硅质结核及黄铁矿、方解石脉、腕足类等。在地壳振荡的作用下往往与滨海沼泽亚相交替而生成薄泥炭层。

5.山西组和下石盒子组主要煤层成煤条件差异分析

沉积旋回是沉积岩在地壳振荡作用下形成的，在剖面上按一定周期有系统规律交替重复出现的岩相共生组合体。根据闸河煤田各井田资料分析，结合岩性特征和上述岩相特征，煤田二叠系山西组和下石盒子组含煤建造是由过渡相系和陆相系组成（见图3），从图3中可以看出，山西组下部为过渡相沉积，上部及整个下石盒子组为陆相沉积。

闸河煤田山西组统主要煤组为D组和C煤组，下石盒子统主要煤组为F煤组和G煤组。各煤层的成煤条件有所不同，各有差异。

5.1山西组C煤层和D煤层成煤条件分析

山西统地层有2个旋回，第一个旋回（Ⅲ1）为海退以后的上升阶段，为该统的下段，包含C煤层和D煤层。该旋回整体上升，但成煤期为该旋回短暂下降时期形成的。

C煤层下部几乎全部为近岸流水相砂质页岩，砂质页岩顶部有1m～2m厚的沼泽相页岩，C煤层夹在其中，该煤层薄，本身不稳定，但其相当层位很稳定，为沼泽相或富含植物化石的静水池相页岩，该煤层应是近海型煤，为滨海沼泽相沉积环境下形成的。

D煤层在第一个旋回（Ⅲ1）顶部，其下部为近岸流水相地层，在个别地区为河床相砂岩，说明D煤层接近相对稳定成煤阶段。该旋回上部为薄层静水池沼相页岩，D煤层夹在其中，其结构、煤岩、厚度，与K1标志层的间距，底板岩性都很稳定。D煤层底部为15m左右的稳定页岩，与太原统的沿海淤泥相页岩一样，含黄铁矿结核，为海退时沿海淤泥沉积；D煤层上部为河流相沉积砂岩，为地壳上升所致，该砂岩对D煤层影响很大，部分煤层被冲刷变薄。D煤层硫分0.4%～0.5%，结合其上岩性来看，应属于远海型泥炭沼泽相沉积类型。如上所述D煤层原生沉积是稳定的，但是受了局部后生冲刷。含黄铁矿结核，为海退时沿海淤泥沉积。

5.2下石盒子组F煤层和G煤层成煤条件分析

F煤层和G煤层分布在下石盒子组下部，处在成煤相对稳定阶段。

F煤层层位在K2铝土页岩之上，是在下石盒子统下部第一个旋回（Ⅲ3）下降阶段中沉积的，其成煤环境较好，沉积环境稳定，这与铝土页岩（K2）的稳定性有关，有沉积F煤层时铝土页岩成为大范围内的隔水层，使其以上之砂、泥处于饱和状态，但饱和水位达到地表，形成广泛的泥炭沼泽。F煤层下部为黑灰色、块状，富含化石的静水池沼相页岩为主，其中夹有具单向斜层理的河漫相砂质页岩或细砂岩。由以上可知F煤层是远海型沉积的大陆湖沼相型煤。

G煤层下距F煤层10m～15m，二煤层之间为河床相及河漫相砂岩。G煤层原生沉积是稳定的，处在下石盒子组第二旋回（Ⅲ4）下部，分布普遍，常分2层～3层，且薄，不甚稳定，层间距小，煤层沉积前后的岩相在横向变化大，旋回结构不明显。该旋回除底部为河床相及河漫相砂岩外，其余大部分均为泥页岩（见图3），泥页岩为深灰—灰黑色，保存有完整的植物化石，并含有鲕状菱铁矿，应为大陆沼泽相沉积产物。对照岩相标志层，参照该煤层所在旋回位置，说明G煤层是标准的大陆沼泽相环境产物。

6.结论

本文通过对山西组和下石盒子组主要煤层沉积岩性和岩相分析，主要得出如下结论：

C煤层是近海型煤，为滨海沼泽相沉积环境下形成的。

D煤层属于远海型泥炭沼泽相沉积类型煤。

F煤層是远海型沉积的大陆湖沼相型煤。

G煤层是标准的大陆沼泽相环境产物。

参考文献：

[1]高国江，卢奎运，吕其钰.闸河煤田山西组成煤控制因素的研究[J].江苏煤炭， 1995.

[2]胡宝林.淮北煤田下石盒子组七煤段沉积模式与聚煤特征[J].中国煤田地质， 1996.

[3]安徽省地质矿产勘查局325地质队，淮北闸河煤田二叠系岩相-旋回特征[R]. 1966.