徐沛煤田晚古生代成煤環(huán)境與聚煤規律研究

第23卷11期中國煤炭地質(zhì)Vol.23 No.11COAL GEOLOGY OF CHINANov.2011doi 10396/j.ssn.1674- 103.211.11.1文章編號:1674-1803(2011)11-0001-05徐沛煤田晚古生代成煤環(huán)境與聚煤規律研究廖家隆,袁振麗,王慧軍,劉茜清,韓鵬(江蘇煤炭地質(zhì)局,江蘇南京210046)摘要:根據已有研究成果及大量鉆孔資料,運用沉積學(xué)煤田地質(zhì)學(xué)的基本理論和方法,分析了徐沛煤田晚古生代的成煤環(huán)境,并總結了其聚煤規律及控制因素。結果表明,石炭一二疊紀聚煤作用主要發(fā)生在海岸帶的堡島體系和過(guò)渡相中,由海岸帶向兩側,聚煤條件逐漸變差;堡島體系泥炭坪形成的煤層厚度小，結構單一;三角洲體系分流間.灣泥炭坪和泛濫平原泥炭沼澤形成的煤層厚度大;煤層在垂向上由薄至厚,結構由簡(jiǎn)單至復雜,穩定性逐漸變差;平面上,自北而南含煤層數逐漸增多,含煤層位逐漸抬高,條帶狀富煤帶有向南遷移趨勢。關(guān)鍵詞:徐沛煤田;晚古生代;成煤環(huán)境;聚煤規律中圖分類(lèi)號: P618.11文獻標識碼: AA Study on Late Paleozoic Coal-forming Environment andCoal- accumulation Pattern in Xupei ColfieldLiao Jialong, Yuan Zhenli, Wang Huijun, Liu Qianqing and Han Peng(iangsu Bureau of Coal Geological Exploration, Nanjing, Jiangsu 210046)Abstract: By the means of the principle and methods of sedimentology and coal geology, based on the detailed coring data and thecoal- forming environment analysis, the paper has summarized the coal-accumulation pattem and the controling factors of the Xupeicoalfeld during Late Paleozoic Era. The study has demonstrated that the Permo-Carboniferous coal accumulation has been happenedmostly in the offshore barrier island system and transitional facies, and the coal -accumulation conditions gotten worse increasinglyfrom coastal zone to both sides. The thickness of coal seams is smal1 and structurally unitary in the peat flats of barier island system,while the thickness of coal seams is large in peat flats of interdistributary bay and peat swamps in flood plain. The spatial distributionof coal seams is regular: vetically, thickness increases from thin to thick and structure from simple to complex, but the stabilitydegraded; horizontally, the number of coal seams is gradually increasing and the coal-bearing horizon gradually elevating from northto south, and the banded coal-rich belt tending to migrate from north to south.Keywords: Xupei coalfield; Late Paleozoic Era; coal-forming environment; coal-accumulation patter徐沛煤田地處江蘇省西北部、郯廬斷裂帶以西系新近系和第四系。其中,石炭一二疊系太原組、山的華北板塊南緣，大致位于北緯34°10'~35930' ,東西組和下石盒子組是主要含煤地層。經(jīng)116*15'~117930' ,自北而南分布有豐沛九里山、1.1本溪組賈汪三個(gè)礦區，區內含煤面積約1500km2,是我國重下界為紫紅色鐵質(zhì)泥巖(山西式鐵礦),平行不要的煤炭基地之--。本文通過(guò)對大量野外剖面的調整合于奧陶系灰巖之上，上界為淺灰色灰巖(十四查研究，詳細分析晚古生代煤系地層沉積環(huán)境和聚灰)頂。本組厚度一般在20m左右。巖性由紫紅色鐵煤規律,為煤田開(kāi)采提供了有益的地質(zhì)依據。質(zhì)泥巖、鋁質(zhì)泥巖、鋁土巖和石灰巖組成,局部見(jiàn)煤線(xiàn)及1~2層薄煤層。1地層特征1.2太原組研究區地層屬華北地層，發(fā)育比較完整,分布亦下界為十四灰頂,與本溪組假整合接觸,上界為較廣。區域發(fā)育地層有:太古界泰山群震旦系、寒武一灰上部的黑色海相泥巖頂。本組厚度為129~系、奧陶系、石炭系、二疊系、侏羅系、白堊系、古近192m。巖性由灰、深灰、灰黑色泥巖、粉砂巖和薄層基金項目:江蘇省(含上海市)煤炭資源潛力評價(jià)項目砂巖組成,夾14層生物屑灰巖及12層左右薄煤層,作者簡(jiǎn)介:廖家隆(1983- -).男,碩士.2008年畢業(yè)于南京大學(xué),工程.(1212010813009)。其中含可采煤層1~6層。中國煤化工1.3山西組師,現從事煤炭地質(zhì)勘探與研究工作。下界為灰黑YHCNMHG結核的粉砂收稿日期:2011-08-18責任編輯:唐錦秀質(zhì)泥巖底，與太原組連續沉積，上界為灰綠色含礫11期廖家隆,等:徐沛煤田晚古生代成煤環(huán)境與聚煤規律研究煤田較為重要的煤層。層為另一個(gè)分煤組。山西組含煤性最好,煤層分布廣,單層厚度大,下石盒子組是徐沛煤田的又一個(gè)重要含煤層尤以7煤層最發(fā)育,全區可采,是本區最重要的可采段,主要發(fā)育煤層為1煤和2煤,其中2煤為本組主煤層。但從平面分布看,山西組煤層橫向變化大,徐要可采煤層,含煤性較好,但平面分布上差異明顯，沛煤田各礦區間差異顯著(zhù),從北而南,含煤系數逐漸從北而南,含煤性逐漸增強,煤層厚度逐漸增大,結減小,煤層厚度逐漸變薄(表1.圖2B、圖2C)。同時(shí)，構也由復雜向簡(jiǎn)單轉化(表1、圖2D)。其主煤層由山東境內的“單層結構”2叫發(fā)展到本區總體而言，各組地層的含煤特征在空間展布上的“雙重結構”,即以7.8煤層為一分煤組,9.10煤有著(zhù)很大的差異,垂向上總的表現為由下而上,煤層舢湖責迂●'刁煤層厚度口物原供給方向101煤層厚度口物源供給方煤田邊界圖毒退向2 t LOkm煤田邊界區刁海退胸A.21煤山●艷山縣衢山湖注A想(物州市徐州市2刁煤層厚度區刁物源供給方向刁煤層厚度物源供給方向煤田邊界為退方向]煤田邊界團海退方向0. L0kmC.7燒D.2煤圖2徐沛煤田主要煤層等厚線(xiàn)圉Figure 2 Xupei coalfield main coal seam thickness contour表1徐沛煤田各礦區各含煤地層的含煤特征厚度由薄至厚，結構由簡(jiǎn)單至復雜，穩定性逐漸變Table 1 Coal-bearing characteristics of差;平面上,自北而南,含煤層數逐漸增多,含煤層位each mine area in Xupei calfeld逐漸抬高,富煤帶有向南遷移的趨勢(表1、圖2)。礦區組厴度/m煤層數煤層總厚度含煤系數/%3.2成煤環(huán)境下石盒子組903~-90.20-1.350.67前已述及，本區主要可采煤層為太原組21煤，0.6豐沛礦區山西組132-5 223-8.875.0山西組7.9煤,和下石盒子組1.2煤。以下對主要煤5.68層的沉積環(huán)境作進(jìn)一步的分析。太原組59 8~153.11-6.302.903.2.1太原組21煤層21煤層屬堡島體系的沉積，沉積相為泥炭坪下石盒子組110 3~92.40-5.04_3.3相,通過(guò)環(huán)境柱狀分析可以看出,泥炭坪主要發(fā)育于九里山礦區 山西組093-9 3.53-8.714.95障壁島后和渴湖后的潮坪上,其垂向沉積序列見(jiàn)圖2.85~4.3367 9~143.42.0921煤層沉積過(guò)程中，地殼穩定,泥炭坪平緩而下石盒子組。。。3-1 4.43-6.455.9:中國煤化工。廣闊分布,植物繁盛,潮汐水流作用微弱,故形成的賈汪礦區HCNMH G2.0煤層結構簡(jiǎn)單,全區發(fā)育。在部分地區見(jiàn)有薄層含炭太原組.60 9-173.61-5.302.53質(zhì)硅質(zhì)砂巖夾矸,是由于潮汐水流局部作用形成的。4.21.4中國煤炭地質(zhì)第23卷開(kāi)調臺地相開(kāi)闊臺地相21煤層形成后,全區地殼普遍下降,海水廣泛侵入，沉積了一層較厚的穩定分布的碳酸鹽巖,構成21煤泥炭坪相層的直接頂板。潮坪相.?！埂埂毕杵合?.2.2山西組7、9煤層從山西組底界至9煤頂板砂巖，為一套堡島體系的沉積,主要沉積相為渴湖相,在南部賈汪區有少障壁島相洞湖相量障壁島相分布。從9煤層項板砂巖底界至7煤頂A. 鄭集S- 1孔B.景山3-12孔板砂巖底界,為一套潮控三角洲前緣相的含煤沉積,圖3 21煤層垂向沉積序列全區穩定分布(圖4)。Figure 3 Vertical sedimentary sequence of coal seam No.21山西期初期,本區地殼有所上升,但仍未脫離海另外,在煤層中常有較多的黃鐵礦結核、硅質(zhì)結核及水作用,構造運動(dòng)微弱,全區為一穩定的瀉湖環(huán)境,碳酸鹽結核,進(jìn)一步證實(shí)了太原組海相成煤的特點(diǎn)。在渴湖的四周,泥炭坪大面積發(fā)育,并逐漸向鴻湖中76-23檢1425-j-80補743-121V-10里7煤-)煤。20mof010km05 10km四田分流間灣相潤湖相1-豐沛礦區I1-九里山礦區-賈汪礦區潮道相河口砂壩相●-鉆孔圉4徐沛煤田山西組7煤層頂板砂巖以下沉積相剖面圖Figure 4 Sedimentary facies section of Shanxi Formation below No.7 coal roof sandstone in Xupei coalfeld心擴展,以致全區泥炭坪化,植物大量繁盛,形成全泛濫平原亞相區較穩定可采煤層--9煤層。9煤層沉積后,全區進(jìn)一步穩定上升,沉積環(huán)境發(fā)生根本性變化,由海相泥炭沼澤亞相演化為過(guò)渡相。在此過(guò)程中,隨著(zhù)海水的逐漸退出,漫灘沼澤亞相在三角洲分流間灣上發(fā)育廣泛的潮坪泥炭坪環(huán)境,持續穩定,形成本區最重要的可采煤層一-7煤層。3.2.3下石盒子組2煤層決口扇亞相下石盒子組為一套三角洲平原相的沉積,煤層天然堤亞相全部發(fā)育于泛濫平原上的泥炭沼澤中，其沉積垂向序列見(jiàn)圖5。分流河道亞相在三角洲平原相中，分流河道的作用占主導地位,它控制著(zhù)其它亞相的發(fā)育和分布57。徐沛煤田2圖5中國煤化工，13-12孔)煤沉積時(shí),泥炭沼澤相的分布范圍有所縮小，發(fā)育程Figure.fYHC N M H GrXishihed度全區有所差異,豐沛礦區泥炭沼澤相發(fā)育較差,時(shí)Formation in borehole Jingshan No.3-1211期廖家隆,籌:徐沛煤田晚古生代成煤環(huán)境與聚煤規律研究間短,變化快,常形成多層不穩定的薄煤層,被其它及,本區自晚石炭世至晚二疊世,為一個(gè)總的海退過(guò)亞相的沉積物所間隔;而在九里山和賈汪礦區,泥炭程,海水由北北西向南南東逐漸退出",因此富煤帶沼澤廣泛發(fā)育,穩定持久,成煤植物大量繁盛,水動(dòng)也由北向南逐漸遷移(圖2)。力條件弱,形成較厚的穩定煤層,其中尤以賈汪區為4結論最好。同時(shí)煤層的分帶現象明顯,常形成北東東向的富煤帶。在三角洲平原相中,靠近海岸帶的地方聚煤運用沉積學(xué)、煤田地質(zhì)學(xué)的基本理論和方法,采作用最強,因為此處成煤植物最繁盛,受河流或潮汐取“將今論古、以實(shí)論虛”的思想,從多角度探討了徐的作用最弱,植物死亡堆積后,埋藏條件最好的,故沛煤田晚古生代成煤環(huán)境和聚煤規律。石炭二疊紀常形成的富煤帶與海岸線(xiàn)位置平行。聚煤作用主要發(fā)生在海岸帶的堡島體系和過(guò)渡相3.3聚煤規律及控制因素中。從本溪組至山西組沉積初期,主要為--套陸表海聚煤規律受古構造、古氣候、古環(huán)境等因素的控沉積環(huán)境，山西組中上部沉積時(shí)開(kāi)始轉為海岸平原制-10。平緩而略有起伏的沉積基底、間歇性緩慢升三角洲環(huán)境，這一環(huán)境體系延至上石盒子組下部沉降的地殼運動(dòng)廣闊分布的陸表海及海岸平原環(huán)境、積結束。煤層在空間上展布也具有- -定規律,平面上熱帶-亞熱帶多雨濕潤的古氣候條件，是華北地區含煤層位自北而南逐漸抬高,富煤帶向南遷移;垂向晚古生代聚煤作用發(fā)育、形成煤層廣布、煤質(zhì)優(yōu)良、上煤層由薄變厚,結構由簡(jiǎn)單至復雜,穩定性變差。儲量豐富等聚煤特點(diǎn)的宏觀(guān)控制因素14.。在這些控對區域成煤環(huán)境和聚煤規律的正確認識，有助于找制因素的作用下，本區石炭-二疊紀煤層在沉積和煤中做到有的放矢,有效圈定靶區,對煤田預測和勘探具有重要的指導意義。賦存等方面形成了較明顯的規律性。①根據圖1沉積環(huán)境柱狀分析，本區石炭一二參考文獻:疊紀聚煤作用主要發(fā)生在海岸帶的堡島體系和過(guò)渡[1]華北課題江蘇子課題組華北晚古生代聚煤規律與找煤研究報告相中,由海岸帶向兩側，聚煤條件逐漸變差,煤層逐[R]北京:中國煤炭地質(zhì)總局.1991.漸分叉、尖滅或沉缺,因此常形成條帶狀富煤帶(圖[2]薛慶遠山東滕南礦區山西組茂水三角洲的沉積構成和聚煤特征2),平行海岸線(xiàn)分布。小中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報1995.242);43-51.②聚煤期的環(huán)境控制著(zhù)煤層的沉積過(guò)程,而聚[3]尚冠雄華北地臺晚古生代煤地質(zhì)學(xué)研究[M].太原:山西科學(xué)技術(shù)煤期后的環(huán)境則控制著(zhù)煤層的埋藏等條件,它可以出版社.1997.[4]陳鐘惠,武法東,張守良.等.華北晚古生代含煤巖系的沉積環(huán)境和使煤層得以保存。由于三角洲分流河道和潮汐水流聚煤規律[M].武漢:中國地質(zhì)大學(xué)出版社,1993.的作用,煤層常遭到?jīng)_刷剝蝕,厚度變薄甚至缺失。(5]邵龍義,肖正輝.何志平,等.晉東南沁水盆地石石炭二疊紀含煤巖③聚煤環(huán)境的變化控制著(zhù)煤層的沉積厚度和分系古地理及聚煤作用研兗[J.古地理學(xué)報,006,8(1);43-52.布特征,沉積體系的不同,形成的煤層結構特征和分[6]刁玉杰.魏久傳,曹紅.南華北盆地石炭-二疊系沉積環(huán)境與聚煤布情況也不同。堡島體系泥炭坪煤層(如21煤)厚度規律研究[]，海洋科學(xué)集刊,2010.50:133-138.[7]張昌民,尹太舉,朱永進(jìn).等.淺水三角洲沉積模式([].沉積學(xué)報,小,結構單一,層位穩定增長(cháng),全區發(fā)育,富煤帶平行.2010.28(5)-933-944.海岸線(xiàn)呈北東東向延伸;三角洲體系分流間灣泥炭[8]夏文臣解習農,錐增強,等.內陸表海邊緣受潮汐作用影響的三角坪煤層(如7煤)和泛濫平原泥炭沼澤煤層(如1煤洲體系的沉積構成及其聚煤特征[u地球科學(xué)-中圖地質(zhì)大學(xué)學(xué)報，或2煤),厚度大,變化復雜,常形成結構較單一富煤198.131():35- 47.[9] Fielding C R.Coal depositional models for deltaic and aluialplain帶。在其兩側,由于受分流河道和潮汐水流的作用,sequences [I]. Ceology, 1987, 5: 661- 664.煤層結構復雜,夾矸增多,常分叉尖滅、變薄甚至缺[10] Home J C, Femm J C, Caruceio F T, etal. Depositional models in失。因此，自本溪組至下石盒子組,區內煤層常表現coal exploration and mine planning in Appalachian Region [小AAPG,為厚度由小到大、結構由簡(jiǎn)單至復雜的變化趨勢。1978.62(12):2379- -2411.④海岸線(xiàn)的變遷,控制著(zhù)富煤帶的分布。前已述中國煤化工MHCNMH G