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(微山湖礦業(yè)集團(tuán)永勝煤礦,山東省濟(jì)寧市,277608)

廣西十萬大山調(diào)查區(qū)晚三疊世至早侏羅世聚煤規(guī)律研究

張新柱 李居奎 姚存?zhèn)?/p>

(微山湖礦業(yè)集團(tuán)永勝煤礦,山東省濟(jì)寧市,277608)

以廣西十萬大山勘查區(qū)晚三疊世至早侏羅世為研究對象,在詳細(xì)野外地質(zhì)調(diào)查和實(shí)驗(yàn)室分析的基礎(chǔ)上探討研究區(qū)主要含煤層段的性質(zhì)、主要煤層的分布、主要控煤因素及成煤模式。研究表明調(diào)查區(qū)主要含煤地層為上三疊統(tǒng)扶隆坳組,尤其是第四段上部,下侏羅統(tǒng)含煤性則極差。煤層分布規(guī)模不大,除了3層可采或局部可采煤層以外,絕大多數(shù)均為薄層炭質(zhì)泥巖、含炭泥巖或煤線。煤層分布具有明顯的不均一性,主要集中于調(diào)查區(qū)中東部十萬大山森林公園與平和懷之間,并呈透鏡體狀不連續(xù)地展布。煤炭形成的控制因素主要為沉積環(huán)境和古地形。成煤環(huán)境主要為沖積扇扇間洼地。

十萬大山盆地 晚三疊世至早侏羅世 聚煤規(guī)律 控煤因素 成煤環(huán)境

1 研究區(qū)概況

1.1 地質(zhì)概況

十萬大山盆地位于廣西西南部,屬于華南褶皺帶西北緣,是在華南板塊與揚(yáng)子板塊拼接的加里東運(yùn)動(dòng)之后由欽防殘余海槽轉(zhuǎn)換成被動(dòng)大陸邊緣。盆地東南部以欽州—靈山斷裂帶或十—杭帶為界,與六萬大山—云開造山帶為鄰,西北部則以憑祥—南寧斷裂與揚(yáng)子地塊邊緣相接,見圖1。

本文所研究的十萬大山調(diào)查區(qū)位于十萬大山盆地的西南部,內(nèi)部上三疊統(tǒng)和下侏羅統(tǒng)出露良好。上三疊統(tǒng)自下而上由平垌組和扶隆坳組組成,而下侏羅統(tǒng)則由汪門組和百姓組構(gòu)成。其中平垌組、汪門組及百姓組巖性組合與沉積環(huán)境特征類似,均以褐紅色泥巖、粉砂巖夾細(xì)－中砂巖為主,屬陸相濱淺湖沉積,局部為曲流河沉積。扶隆坳組分為4段,第一、三、四段整體為紫紅色或褐紅色細(xì)砂巖夾泥巖及粉砂巖,其次為中粗砂巖,局部層位可見厚度不大的細(xì)礫巖,屬山前砂質(zhì)辮狀河沉積;第二段整體為紫紅色細(xì)砂巖與泥巖、粉砂巖互層,其中細(xì)砂巖含較多的泥質(zhì)成分,為低彎度曲流河沉積。十萬大山盆地位置及區(qū)域地質(zhì)簡圖見圖1。

圖1 十萬大山盆地位置及區(qū)域地質(zhì)簡圖

1.2 主要含煤層段和主要煤層

十萬大山調(diào)查區(qū)含煤地層包括上三疊統(tǒng)和下侏羅統(tǒng),其中上三疊統(tǒng)地層含煤性最好,是區(qū)域主要含煤地層。下侏羅統(tǒng)汪門組雖然有煤層產(chǎn)出,但含煤性極差,僅在局部的砂巖中夾有不規(guī)則的煤線及透鏡體。

圖2 十萬大山調(diào)查區(qū)12＃煤層野外露頭及對比地層特征

據(jù)目前地質(zhì)資料,十萬大山調(diào)查區(qū)中東部上三疊統(tǒng)扶隆坳組第四段含煤層位有7層,含煤系數(shù)約0.89%,自下而上分別為3＃、8＃、11＃、12＃、13＃、14＃、15＃煤層,其中發(fā)現(xiàn)具一定工業(yè)價(jià)值的可采或局部可采煤層僅有3層,即自下而上的3＃、8＃和12＃煤層,絕大多數(shù)均為薄層炭質(zhì)泥巖、含炭泥巖或煤線。十萬大山調(diào)查區(qū)12＃煤層野外露頭及對比地層特征見圖2。其中,12＃煤層肉眼煤巖類型為半亮型煤。圖2(a)為12＃煤層在研究區(qū)東部的對比巖層,屬鳳凰山－皇袍山剖面,扶隆坳組第四段上部,為灰黑色(含)碳質(zhì)粉砂質(zhì)泥巖,塊狀層理構(gòu)造;圖2(b)為12＃煤層在研究區(qū)東部的對比巖層,屬那端－那造剖面,扶隆坳組第四段上部,為灰黑色(含)碳質(zhì)粉砂質(zhì)泥巖,塊狀層理構(gòu)造;圖2(c)為平化屯西南12＃煤層野外露頭,煤層厚0.6～1 m,上覆與下伏地層泥巖－粉砂巖較薄,主要為砂礫巖;圖2(d)為平化屯西南12＃煤層野外露頭,呈鱗片狀或呈破碎粉狀,主要為構(gòu)造糜棱煤。

1.3 含煤區(qū)位

扶隆坳組第四段煤層的空間展布從整個(gè)研究區(qū)來看具有明顯的不均一性。發(fā)育最好的位置為研究區(qū)中東部十萬大山森林公園與平和懷之間,而向東西兩側(cè)延伸厚度整體變薄,相變?yōu)榛液谏假|(zhì)粉砂質(zhì)泥巖直至消失,如圖2(a)、(b)所示。

(1)3＃煤層位于上三疊統(tǒng)扶隆坳組上部,主要發(fā)育于紅旗林場至平化一帶,煤厚0～0.6 m,厚度變化很大。局部地段斷續(xù)出現(xiàn)可采薄煤層,但沿走向迅速尖滅。

(2)8＃煤層位于上三疊統(tǒng)扶隆坳組上部,距3＃煤層215～331 m,發(fā)育于紅旗林場至平化一帶。在順煤層走向延伸6.5 km的范圍內(nèi)施工的20個(gè)山地工程中,有15個(gè)點(diǎn)見到厚度為0.05～1.5 m的煤層,其中真正達(dá)到可采厚度的煤點(diǎn)僅有2個(gè)。

(3)12＃煤層位于上三疊統(tǒng)扶隆坳組上部,距8＃煤層170～260 m,主要發(fā)育于十萬大山森林公園與平和懷之間,沿地層走向斷續(xù)分布約11 km。煤層在橫向上發(fā)育不穩(wěn)定,厚度變化大,呈透鏡狀或似層狀。在此范圍內(nèi),槽探及鉆孔揭露煤層厚度在汪門東部附近較好,煤厚0～1.48 m,一般為0.30～0.66 m,結(jié)構(gòu)簡單,無穩(wěn)定的夾矸。在上述范圍之外,煤層逐漸變薄并逐漸相變?yōu)榛液谏抠|(zhì)粉砂質(zhì)泥巖,如圖2(a)和圖2(b)所示。

除上述3層煤層為具有一定工業(yè)價(jià)值的可采或局部可采煤層外,15＃煤層在鉆孔ZK2010的位置也為可采煤層,其厚度達(dá)0.66 m。然而,該煤層在其他區(qū)域厚度很薄,不成規(guī)模,為不可采煤層。

2 主要控煤因素

研究區(qū)煤層分布在時(shí)間與空間上的不均一性整體受控于成煤期沉積環(huán)境的時(shí)空演化和古地形特征,具體分析如下。

2.1 沉積環(huán)境因素

(1)湖泊相。平垌組、汪門組和百姓組整體為淺湖相泥巖、粉砂巖夾濱湖相的砂巖。在此沉積期間,由于盆地不均衡塑性沉降,湖面不斷擴(kuò)大,沉積中心逐步向西北遷移。這種不均衡沉降,一方面造成平垌組、汪門組和百姓組地層普遍超覆于早期不同時(shí)代的地層或巖體之上,另一方面則在盆地內(nèi)形成了局部相對穩(wěn)定的深水沉積環(huán)境。由于沉積水體相對較深,沉積環(huán)境變化迅速,沉積速度快,加之當(dāng)時(shí)氣候條件為半干旱條件,因此不利于植物的生長,造成該段地層含煤性極差,僅能在盆地局部位置出現(xiàn)岸后沼澤相沉積,使得汪門組與百姓組中見到薄的煤線及炭質(zhì)泥巖,而在平垌組中未見。

(2)河流相。與汪門組、百姓組及平垌組不同,扶隆坳組沉積期沉積環(huán)境以河流為主,尤其是研究區(qū)西部。根據(jù)沉積學(xué)研究,扶隆坳組所發(fā)育的河流類型并不是典型的曲流河,而是以辮狀河為主,主要集中在第一段至第四段之間。在扶隆坳組第四段的上部,尤其是接近汪門組的位置,沉積環(huán)境由早中扶隆坳沉積期的辮狀河為主,演化為低彎度曲流河為主。

辮狀河多發(fā)育在山區(qū)、河流上游河段以及沖積扇表面。與典型曲流河不同,辮狀河的河道一般呈現(xiàn)寬淺特征,河道沙壩發(fā)育,沉積物以粗粒底負(fù)載為主,而泥巖及粉砂巖等細(xì)碎屑沉積則較少。另外,由于河道坡降較大,水體能量較強(qiáng),加之河道寬淺無植被固堤,因此河流經(jīng)常改道,河道沙壩不固定,天然堤和河漫灘不發(fā)育,不利于泥炭沼澤的形成。即便能夠在廢棄河道中形成泥炭沼澤,由于河道的頻繁改道,也很快被后期改道的河道水流沖刷。由于這些特征,加之辮狀河水體較淺而造成的水體富氧條件以及沉積期整體干旱—半干旱的氣候特征,扶隆坳組中下部主體含煤性較差,僅能在局部位置見到薄煤層、煤線及炭質(zhì)泥巖。

低彎度曲流河是一種介于典型辮狀河和曲流河之間的河流類型,為辮狀河向曲流河演化的過渡類型。沉積物相比于辮狀河而言,相對較細(xì),泥質(zhì)含量高,沉積層序內(nèi)部細(xì)粒單元所占比重相對增大。在這種河流沉積中,容易出現(xiàn)河道的淤淺與廢棄,且這種淤淺與廢棄不同于辮狀河道那樣具有短期瞬時(shí)性,而是一種長時(shí)間過程。在長期淤淺與廢棄的河道中,往往會有泥炭沼澤的堆積,形成煤層。由于研究區(qū)低彎度曲流河依然具明顯的快速沉積特征,且水體因?yàn)榈匦纹陆递^大而能量較高,所以發(fā)育的泥炭沼澤也僅僅是在廢棄河道(或牛軛湖)中局部且短期發(fā)育,因此在研究區(qū)西部的扶隆坳組第四段的局部層位出現(xiàn)灰黑色含炭質(zhì)粉砂泥巖。

(3)沖積扇相。扶隆坳組沉積期,研究區(qū)或盆地南緣不同位置的沉積環(huán)境在區(qū)域上出現(xiàn)了明顯差異,具體表現(xiàn)在研究區(qū)西部整體為河流沉積,而在中東部位置(十萬大山森林公園至平和懷)則發(fā)育大量沖積扇沉積。從區(qū)域分布上看,煤層發(fā)育較好的位置恰恰與沖積扇沉積的分布范圍相吻合。結(jié)合其他沉積學(xué)、巖石學(xué)等方面的證據(jù),認(rèn)為在研究區(qū)煤層發(fā)育最好的中東部位置,煤層的成煤沉積環(huán)境應(yīng)為沖積扇的扇中－扇尾亞相位置。

沖積扇往往與辮狀河構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一體,具有較強(qiáng)的水動(dòng)力條件,以砂礫質(zhì)沉積為特征,不利于植物的生長與聚集,因此這些沉積微相為不利的聚煤環(huán)境。然而在河道間、扇體之間以及扇端外圍濕地微相區(qū),則以泥巖、砂質(zhì)泥巖沉積為特征,水動(dòng)力條件弱,加之溫暖潮濕氣候的配套,從而有利于成煤物質(zhì)的生長和聚集,為有利的聚煤環(huán)境。另外,由于扇體本身以及扇體表面的辮狀河道橫向遷移性較大,因此其中發(fā)育的泥炭沼澤很容易被后期強(qiáng)水動(dòng)力的水體沖刷,煤層空間展布上極具不穩(wěn)定性,形成了煤層在垂向上的多期分布,煤層厚度均較薄,且橫向延展不穩(wěn)定,多呈透鏡體狀。

2.2 古地形因素

沉積物的粒度特征可以很好地反映沉積介質(zhì)能量的大小,而沉積介質(zhì)能量又與地形因素具有很大的關(guān)系。大套細(xì)碎屑沉積的廣泛發(fā)育說明研究區(qū)西部在扶隆坳組沉積期整體地形坡度較中東部位置小,水體能量較低。圖1中深灰色這一地層主色調(diào)則說明沉積期該位置水體較淺,沉積物距離水面較近。與西部相反,盆地中東部粗質(zhì)沉積反映沉積期地形坡降較大,水體能量較高,而淺灰色這一主色調(diào)則說明沉積期該區(qū)水體較深,沉積物堆積之后始終處于還原或弱還原條件。

上述巖性組成在區(qū)域上的差異反映扶隆坳組沉積期整個(gè)研究區(qū)表現(xiàn)為中東部深、而向東西兩側(cè)變淺的古地理特征,見圖3。由于中東部位置與物源區(qū)地形高差較大,因此該位置為沉積期主要物源供給出口。這個(gè)時(shí)期的沖積扇為濕地扇,常年流水,表面廣泛存在辮狀河流。水流攜帶大量沉積物的不斷匯集,不但形成現(xiàn)今看到的盆地中東部的粗質(zhì)厚層的沖積扇沉積產(chǎn)物,同時(shí)也在扇間洼地形成了長期匯水區(qū),最終導(dǎo)致該區(qū)在沖積扇扇中至扇尾位置的扇間洼地及廢棄河道中形成相對穩(wěn)定的泥炭沼澤。由于扇間洼地及廢棄河道的分布往往比較有限,相鄰?fù)莸丶昂拥乐g常常被沖積扇扇體及河道間沉積所分隔,并且由于沖積扇的活動(dòng)及表面河道的遷移,扇間洼地也常常被后期沉積物充填,從而終止扇沼澤的持續(xù)發(fā)育,最終導(dǎo)致煤層厚度較薄,且在橫向分布上呈透鏡體形態(tài),具較差的穩(wěn)定性。

圖3 十萬大山調(diào)查區(qū)晚三疊世扶隆坳組第四段成煤模式圖

3 成煤模式

平化位置老窯及平大西南煤層露頭的觀察為具體成煤模式的厘定提供重要線索。這里的煤層不僅厚度較薄,橫向具明顯不穩(wěn)定特征,而且煤層上下方的細(xì)碎屑沉積很薄。例如,平大西南12＃煤層,下伏泥巖僅0.5 m厚,水平層理發(fā)育,具植物化石碎片,向下即為淺灰色中厚層狀細(xì)砂巖、中砂巖及厚層狀砂礫巖夾砂巖,具交錯(cuò)層理構(gòu)造;上覆泥巖、泥質(zhì)粉砂巖總厚約0.8 m,水平層理和波狀層理發(fā)育,同樣具植物化石碎片,向上即為淺灰色中厚－厚層狀中砂巖及礫巖。整個(gè)沉積序列中泥巖、粉砂巖等細(xì)粒沉積物厚度相比粗碎屑的砂巖、砂礫巖及礫巖較薄,見圖4(a)。

圖4 十萬大山勘查區(qū)平大西南煤層露頭沉積序列圖

沉積學(xué)研究表明,上覆及下伏粗碎屑巖具沖積扇沉積特點(diǎn),而所見煤層及泥巖、粉砂質(zhì)泥巖代表短期山間洼地成煤沼澤的發(fā)育。平大西南13＃煤層及平化老窯處12＃煤層沉積序列也同樣具有上述特征,如圖4(b)所示,說明研究區(qū)煤層具有典型的沖積扇成煤模式,成煤環(huán)境多數(shù)為沖積扇扇間洼地。

4 結(jié)論

中生代地層是廣西重要含煤地層,因此,十萬大山盆地中生代地層的研究對于進(jìn)一步的區(qū)域找煤找礦工作具有重要的指導(dǎo)意義。本文以十萬大山調(diào)查區(qū)晚三疊世至早侏羅世為研究對象,探討研究區(qū)主要含煤層段的性質(zhì)、主要煤層的分布、主要控煤因素及成煤模式。調(diào)查區(qū)主要含煤地層為上三疊統(tǒng),尤其是第四段上部,而下侏羅統(tǒng)含煤性則極差。煤層發(fā)布規(guī)模不大,除了3層可采或局部可采煤層以外,絕大多數(shù)均為薄層炭質(zhì)泥巖、含炭泥巖或煤線。煤層分布橫向上具明顯的不均一性,主要集中于調(diào)查區(qū)中東部十萬大山森林公園與平和懷之間,并呈透鏡體狀不連續(xù)展布。煤炭形成的控制因素主要為沉積環(huán)境和古地形。其中,成煤環(huán)境主要為沖積扇環(huán)境,成煤模式為沖積扇扇間洼地成煤。

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(責(zé)任編輯 郭東芝)

Research on the coal accumulation regularity of Shiwandashan survey area in Guangxi during Late Triassic epoch to Early Jurassic

Zhang Xinzhu,Li Jukui,Yao Cunwei
(Yongsheng Coal Mine of Weishanhu Mining(Group)Co．,Ltd．,Jining,Shandong 277608,China)

Taking the Shiwandashan prospecting area during Late Triassic epoch to Early Jurassic as the research object,the coal seam properties,main coal seam distribution,main coalcontrolling factors and coal forming pattern were discussed on the basis of detail field geological investigation and laboratory analysis.The results showed that the main coal-bearing formation was Fulongao Formation of Upper Triassic,especially the upper fourth section,the coal-bearing property of Lower Triassic was very bad.The coal distribution scale was not large,most of the coal seams were carbon mudstone lamina,mudstone containing carbon or extremely thin coal seam except three layers of minable seams or local minable seams.The lateral distribution of coal seam was inhomogenous obviously,it concentrated mainly in mid-eastern region of investigation area which located between Shiwandashan forest park and Pinghehuai,and distributed discontinuously.The coal formation controlling factors were mainly sedimentary environment and paleotopography.The coal-forming environment was depression between alluvial fans.

Shiwandashan Basin,Late Triassic-Early Jurassic,coal accumulating regularity, coal-forming factors,coal-forming environment

P618.11

A

張新柱(1966－),男,漢族,本科學(xué)歷,高級工程師,1989年畢業(yè)于蘭州大學(xué)地質(zhì)系,現(xiàn)任山東省微山湖礦業(yè)集團(tuán)永勝煤礦總工程師。