陕北三叠纪煤田子长矿区贯屯井田瓦窑堡地层沉积环境分析

宋 景，王 璐，褚俊洁

(1.陕西省一九四煤田地质有限公司，陕西 铜川 727000；2.陕西陕煤韩城矿业有限公司桑树坪二号井，陕西 渭南 715400)

0 引言

贯屯井田位于子长矿区中部，大地构造位置处于鄂尔多斯盆地的延安斜坡上，总体构造形态为一向西缓倾的单斜构造，地层倾角小于3°，发育有宽缓的波状起伏，构造属简单类。井田在勘探工作后，由于井田西部施工钻孔稀疏，对区域沉积环境及煤层对比分析研究不足，导致井田西部应为3号煤层对比为5号煤层，使5号煤层可采范围变小，3号煤层可采面积变大，对煤矿实际生产中造成了重大决策性错误；因此煤矿后期经过补充勘探后，收集了区域大量地质资料及区内施工的钻孔资料，综合分析认为井田在三叠纪晚期-早侏罗纪受古构造影响，地层不均匀抬升，瓦窑堡地层受大范围的冲刷剥蚀，使井田西部区内瓦窑堡第5段地层缺失，第4段地层保存不全，主采5号煤层冲刷剥蚀殆尽；研究瓦窑堡地层沉积环境分析对井田煤层对比及后期煤矿接续工作面布置具有重要指导意义。

1 地质背景

陕北三叠纪煤田子长矿区处于鄂尔多斯盆地的延安斜坡中部。鄂尔多斯盆地为中生代大型内陆坳陷盆地，在地质历史上大致经历了二叠纪海相沉积到中新代陆相沉积的发展阶段，晚三叠世发育成为大型泊水湖泊。晚三叠世末该湖盆演化为成煤沼泽，如图1所示。印支运动时期使盆地整体抬升，遭受冲刷剥蚀，发育成丘陵地貌，在沉积上实现了由海相、过渡相向陆相的转变，使盆地自晚三叠世以来发育完整和典型的陆相碎屑岩沉积体系，它的发展和演化客观记录了这个大型淡水湖盆从发生、发展到消亡的历史。晚三叠纪瓦窑堡地层以湖泊-三角洲相体系沉积为主；早侏罗世早期，盆地开始下降接受了红色充填式堆积，再到延安组地层沉积在子长一带属深湖相沉积不含煤。

2 井田含煤地层及沉积相

子长矿区三叠系上统瓦窑堡组(T3w)为井田的含煤地层，从下至上划分为5个含煤段，含煤层(煤线)30余层，最多34层，具对比意义的煤层6层，含煤层依次为1、2、3-1、3、4、5、6号煤层，其中3、4、5号煤为可采煤层，1、2、3-1、6号煤为不可采煤层；通过对贯屯井田区内128个钻孔资料分析，井田内瓦窑堡组地层厚度变化在265.12～371.64 m，平均厚度290.67 m，煤层总平均厚度9.55 m，含煤系数平均为3.1%。由于井田西部含煤地层瓦窑堡组由于受沉积后期冲刷剥蚀，瓦窑堡组第5段缺失、第4段保存不全，延安组第一、二、三段全区分布。

图1 鄂尔多斯盆地晚三叠世瓦窑堡期古地理示意Fig.1 Paleogeography of the late triassic Wayaopu period in Ordos basin

2.1 三叠系上统瓦窑堡组第一段(T3w1)

该段自瓦窑堡组底界至1号煤层顶面，全区分布，下部为灰色中 -细粒砂岩夹灰黑色泥岩、粉砂岩及薄煤层，具波状层理及水平层理；中上部为灰黑色砂质泥岩，灰色粉砂岩夹灰白色中 -细粒砂岩、黑色泥岩夹不可采的1号煤层，具水平、微波状层理，含植物碎片化石；为一套河流 -湖泊相沉积。

据钻孔资料，该段地层厚78.50～106.68 m，平均92.88 m。与下伏永坪组地层整合接触。

2.2 三叠系上统瓦窑堡组第2段(T3w2)

该段自1号煤层顶面至2号煤层顶面，全区分布，下部为一套巨厚层灰绿、灰白色中粒砂岩，具有波状交错层理；中下部以泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、中细粒砂岩为主，夹不可采的2号煤层；中上部岩石具微波状层理，含植物化石碎片；该地层沉积韵律明显，粒序结构清楚，为较典型的河流相-滨湖沼泽相沉积。

据钻孔资料，该段地层厚48.37～160.38 m，平均94.23 m。

2.3 三叠系上统瓦窑堡组第3段(T3w3)

该段自2号煤层顶面至3号煤层顶面，全区分布，底部为厚层状灰色白色细粒砂岩，含黄铁矿结核；下部为灰黑色砂质泥岩、泥岩夹薄层灰色粉、细粒砂岩及薄煤层，具水平层理；中上部为灰色粉、细粒砂岩夹灰黑色砂质泥、泥岩具微波层理，含黄铁矿结核；上部或顶部沉积大部可采3号煤，中下部为3-1煤，岩相组合上反映为为滨湖三角洲 -浅湖泊沼泽沉积相。

据钻孔资料，该段地层厚42.92～83.93 m，平均58.61 m。

2.4 三叠系上统瓦窑堡组第4段(T3w4)

该段自3号煤层顶面至油页岩(K1)标志层底面，分为2个沉积旋回，分别含4、5、6号煤层。各旋回底部主要为灰白色中 -细粒砂岩，向南部粒度变细，该段地层煤矿区西部由于受后期冲刷剥蚀，仅东部保存该段。为前缘三角州相。下部为灰黑色砂质泥岩夹薄层灰色粉砂岩，具微波状层理及水平层理；中部为灰色粉砂岩、细粒砂岩夹灰黑色砂质泥岩、薄煤层及不可采的4号煤层，具波状层理，含植物化石碎片。为滨湖三角州沉积 -沼泽相沉积；上部为黑色泥岩、砂质泥岩，具水平层理，含大量植物化石，顶部为不可采的6号煤层，大部可采的5号煤层(K2)位于6号煤之下。

据钻孔资料，该段地层厚0～55.75 m，平均37.28 m。

2.5 三叠系上统瓦窑堡组第5段(T3w5)

该段自油页岩(K1)底面至富县组底。下部为黑色泥岩、油页岩及夹薄层黄绿色铝土质泥岩，层位较稳定，定为标志层(K1)。岩性灰黑 -黑色，致密，易分化为薄片状，含油，油页岩中夹数层含铝土质泥岩薄层，颜色呈浅黄灰色、灰白色，团块状，较致密，易风化、遇水变软、粘手、弱可塑；中部为灰黑色砂质泥岩、泥岩夹薄层灰色粉砂岩和细粒砂岩。具波状层理及小型交错层理；上部厚层状灰绿、灰白色中粒砂岩，夹粉砂岩薄层；该段地层在因受后期冲刷剥蚀，井田西部缺失，仅井田东部残存。

据钻孔资料，该段地层厚0～15.09 m，平均7.67 m。

3 沉积环境分析

鄂尔多斯盆地在印支运动时期主要表现为大型内陆型沉积，以垂向的升降运动为主；瓦窑堡组早期，总体为一走向北西，向西倾伏，南陡北缓的不对称向斜构造；瓦窑堡晚期盆地中部受定边-吴堡断裂影响，北部地势相对较高，广泛发育河流相沉积；南部为盆地坳陷区，以湖泊沉积为主；通过对大量钻孔瓦窑堡地层的分析，瓦窑堡组地层在沉积时地壳垂直升降运动十分频繁，表现为湖泊水体的扩张与进退频繁，周期较短，造成煤层层数较多，无厚煤层的发育特征。

第4勘探线沉积相剖面如图2所示。

图2 第4勘探线沉积相剖面Fig.2 Sedimentary facies profile of 4th exploration line

由图2可知，井田由东向西瓦窑堡地层沉积相对比(煤层对比)情况，客观地体现了早侏罗世瓦窑堡地层遭受冲刷剥蚀现象；井田东部的4-11钻孔瓦窑堡地层保留比较完整，沉积相由滨湖 -三角洲相到沼泽相交替出现，体现出瓦窑堡组地层沉积时期，盆地内部湖泊水体进退现象；井田中西部的4-13钻孔瓦窑堡地层被冲刷剥蚀，第4段(T3w4)保留不全，第5段严重缺失；相同层位被侏罗系下统富县组地层填充补齐，表明井田西部晚三叠纪 -早侏罗世时期，井田中西部地区瓦窑堡组地层遭受古河流的冲刷剥蚀，瓦窑堡地层缺失。

富县组地层沉积在三叠系瓦窑堡组古剥蚀面之上，如图3所示，印支运动时期，形成了一系列隆起与低洼地段相间的现象，至燕山运动初期运动处于平稳时期，以夷平作用为主，沉积了早侏罗富县组，富县组的沉积受古地形制约，在低洼地处沉积厚度大，向隆起处变薄或尖灭。

井田内富县组地层不稳定，主要分布于井田中西部，厚度变化较大，东部薄，西部厚，为河流相沉积；据勘查钻孔资料厚0～51.01 m，平均19.70 m，与下伏地层为平行不整合接触。岩性主要为一套灰褐色、紫红色泥岩、砂质泥岩及中细粒石英砂岩为主，在井田中西部富县组地层中有厚层状浅灰黑色砂质泥岩，含石英砾，砾径1～8 cm，疏松，易风化，易碎；地球物理测井时，由于井径扩大严重，造成测得长、短源距伽玛值呈高值反应，计算出的密度也呈明显似煤异常，且与井田东部5号煤层位相同，易误判为5号煤层。

图3 井田三叠纪地层顶面等高线Fig.3 Top contour of triassic strata in the mine field

4 结论

(1)子长矿区贯屯井田在晚三叠纪 -早侏罗世时期，井田中西部大范围的瓦窑堡组地层遭受古河流的冲刷剥蚀，使瓦窑堡第5段严重缺失，第4段地层缺失或保存不全，其中5号煤被剥蚀缺失，可采范围变小，资源储量减少，对瓦窑堡第3段地层中3号煤层影响较小，导致侏罗纪下统的富县组地层增厚。

(2)现井田东部煤矿先期开采地段实际开采5号煤层井巷工程揭露2条横向宽度100～350 m左右的中细粒砂岩的冲刷带，给煤矿正常接续布置工作面造成重大影响。分析研究井田内冲刷剥蚀范围对煤层对比和煤矿今后有效布置工作面接续安全生产有指导意义。

(3)井田通过补充勘探，区内大致查明冲刷剥蚀的范围，但受钻探工程线距的制约，仅限于相邻2个钻孔之间，最终需要查明冲刷剥蚀边界的准确位置或摆动范围，建议矿方后期通过井下钻探或专项地面钻探工程予以控制。