任楼井田二叠系含煤地层沉积相分析及成煤环1.doc

任楼井田二叠系含煤地层沉积相及成煤环境分析
吴增云 方 沛 吴宏生

内容提要：本文对任楼井田含煤地层的特征进行分析，确定了本井田含煤地层的各种沉积环境，同时并简要介绍其变化形成过程和成煤环境。
关键词； 任楼井田 二叠系 含煤地层 沉积相
1、区域地质概况
任楼井田位于华北地台南缘，童亭背斜的南东翼，东面与双堆矿区相邻，南面与许町井田接壤，靠近蚌蒙隆起，西面与界沟和五沟井田相邻，北隔界沟断层与孙町井田相接。面积约42km2。该井田二叠系地层沉积总厚度882~1170米，一般都在1000米左右。分上下石盒子组，整个含煤地层厚约900米，其中含11个煤层（组），含煤11~28层。分析其含煤地层的成煤特征对煤田开发利用和煤田地质勘探具有指导意义。
2、含煤地层的岩石类型及沉积构造
根据岩石类型及沉积构造的不同，将二叠系含煤岩层分为三大段。即：一灰顶板~10煤、10煤~3煤和3煤以上段。
2.1 一灰顶板~10煤段
该段沉积厚度在45~66米，平均57米。底部为深灰~灰黑色泥岩或细粉砂岩（海相泥岩），向上为粉砂岩、砂岩，在10煤和11煤之间，以中细砂岩为主，间夹深灰色粉砂岩与灰白色细砂岩组成互层状，俗称“叶片状砂岩”。通过岩矿鉴定确认，此砂岩的岩石类型以岩屑石英砂岩和长石石英砂岩为主，含少量暗色矿物，偶见海绿石。岩石粒度总体偏细，概率曲线为二段式，跳跃总体斜率65°左右，分选性较好，岩屑形态多为次圆状。粉砂岩多含泥质和少量云母，成份以石英为主。
沉积构造组合形式可分为两类：1）水平层理—沙纹层理，具有底栖动物通道和菱铁矿及黄铁矿，其代表为泻湖相沉积；2）沙纹层理—波状不规则层理—透镜状层理—砂泥互层层理，其代表为潮坪相沉积。
2.2 10煤~3煤段
该段沉积厚度350~430米，平均厚360米。岩性主要由陆源碎屑岩和煤组成。砂岩含量25％，泥岩、粉砂岩含量75％。岩石的类型以岩屑石英砂岩、长石石英砂岩和石英砂岩为主，砂岩的粒度中值为2.1~4.3之间，分选系数Bi=0.53~0.95，平均斜率在50°左右，岩屑形态多为次圆~次棱角状，分选性中等~较好，概率累计曲线多为二段式，属分流河道、决口沉积型。搬运方式为跳跃式搬运，粉砂岩含泥质和白云母，成分以石英和长石为主，泥岩为深灰色局部夹粉砂岩薄层和透镜体。
沉积构造的组合形式可分为两类：1）大型交错层理—小型交错层理—槽状交错层理—波状层理—水平层理，其代表三角洲平原上分流河道、天然堤及泛滥盆地相沉积；2）水平层理—波状层理—中小型交错层理，其代表为三角洲平原上分流河间及泛滥盆地相充填沉积。
2.3 3煤以上段
该段沉积厚度520~620米，平均厚590米。岩性以杂色粉砂岩、泥岩为主，夹砂岩，其中粉砂岩、泥岩为灰~灰绿色夹紫色花斑，厚层状，质不均。粉砂岩、泥岩或粉砂岩、细砂岩过渡相混，不宜分层，紫色岩层自下而上逐渐减少，绿色逐渐增多，局部含鲕粒和铝质（多在3煤附近）。砂岩自下而上石英含量减少，长石含量增多，砂岩的填隙物也自下而上增多，到1煤上一般为杂砂岩、长石石英杂砂岩。
就其沉积构造的组合可分两类：1）大型交错层理—脉状波状及透镜状层理，其代表障壁岛相沉积；2）均匀层理—水平层理—波状透镜状层理，其代表泻湖相沉积。
3、地层的垂向层序
综合含煤地层分析，其在垂向层序的类型有：1）向上变粗层序。下部是具有水平层理的泥岩或细粉砂岩，向上逐步过渡为具有透镜层理脉状层理和互层的吸砂岩或砂、泥互层。10煤下地层中，该层序表现明显，由海退或分流间湾沉积充填而成。2）向上变细层序。下部为大中型交错层理的中粗砂岩，向上层理规模变小，粒度变细，逐渐过渡为具有小型层理和水平层理的粉砂岩、泥岩和煤。10煤至5煤组上的地层中表现比较明显，该层序属于以分流河道为主的三角洲平原相沉积层序。3）均匀层理。主要是泥岩组成，反映了水动力条件较弱的泛滥盆地或泻湖沼泽相沉积。4）互层层序。该层序由泥岩、粉砂岩或细砂岩组成，其成因是水动力变化频繁的条件下形成的。
4、地球化学特征
沉积母岩经强烈物理和化学风化、分解，其内部的物质呈溶液和悬浮状态进行迁移，这些物质的丰度有很大差别。在沉积过程中，沉积物与介质存在着复杂的化学平衡，如沉积物与介质之间的交换，沉积物对介质中某物质的选择吸附。这些交换和吸附不但与沉积物本身有关，而且还与沉积环境有密切的关系。在通常情况下认为SiO2、Al2O3和TiO2大都来自陆源物质，而CaO、MgO和Fe2O3的存在说明沉积时均受不同程度的海水影响，且（SiO2+Al2O3）/（CaO+MgO+Fe2O3）的比值愈高，说明沉积时受海水的影响愈小；Fe2O3/TiO、CaO/MgO比值愈高，说明岩层沉积时受海水的影响愈大。从表1中可知，3煤以上地层受海水影响最大。从本区煤层的灰份来看，10煤~3煤的硫的含量一般都小于0.53％，2煤含硫量大1％，且以黄铁矿硫为主，这进一步说明，1、2煤组形成于半咸~咸水泥炭沼泽环境。

表1 1煤~太一灰各段陆源沉积物地球化学特征对照表
比值
1~3
3~5
5~7
7~8
8~10
10~C2+3
SiO2+Al2O3
CaO+MgO+Fe2O3
6.4
11.0
8.2
8.2
6.1
1.0
CaO
MgO
4.8
1.4
1.0
1.5
1.0
4.5
Fe2O3
TiO
5.7
2.8
2.6
3.5
3.8
56.4

5、沉积相及成煤环境分析

6

晚石炭纪末期，两淮地区发生了大规模的海退，海退方向自北向南，在本区发育了一套以三角洲相为主体和泻湖海湾相相互交替的沉积。现就沉积相的变化及成煤环境分述如下（见综合岩相柱状）：
5.1 从一灰顶至10煤上
晚石炭纪末期，本区由浅海、滨海向泻湖、潮坪过渡，表现为沉积物具下细上粗的特点。在泻湖逐渐填积变浅的过程中，潮坪的分布范围逐渐扩大，最终占领原先的泻湖区。随着潮坪的扩大，海水退出本区，潮坪的沉积为沼泽和泥炭沼泽的发育提供了一个宽广、低平的聚煤场所，形成了11煤、10煤层。根据地化指标可知，至10煤层形成时受海水的影响很小。从钻孔揭露的情况看，10、11煤由于受古地理环境的影响，井田南北沉积存在差异，两煤层仅在本区的中南部形成局部可采，其余均不可采。

5.2 10煤上~铝质泥岩
随着聚煤作用的终止，沉积速度的加快，10煤上发育了一套三角洲平原的沉积。从垂向层序上看，地层在全区表现为2个向上变细层序。本段下部为分流河道中、细砂岩，底部砂岩粒度较粗，常见冲刷构造，分选中等。本段顶部普遍发育一层稳定，厚度不大的铝质、含铝质泥岩。铝质泥岩多为大透镜状产出，为灰、灰白色；含铝质泥岩呈浅灰、酱紫色或紫红花斑状。该泥岩粘土矿物成分单一，以高岭土占绝对优势。含较多的菱铁矿鲕粒，分布较均一，颗粒较大。根据资料碱金属、碱土金属含量低，硼含量，硼镓比及CaO/MgO、Fe2O3/TiO比值较低，以上特征表明该层泥岩形成于弱氧化—弱还原环境的分流间湾泥质静水环境。该段在铝质泥岩下部局部（45~47线间）沉积一层0.2米左右的煤线。
5.3 铝质泥岩~K3砂岩底界
到早二叠纪晚期，华北地台聚煤盆地北部边缘的天山—阴山巨型纬向构造带快速上升，南北高差加大，大量的陆源碎屑由北向南注入浅海碳酸岩沉积盆地，形成一套以河流相为主的建设性三角洲相沉积。在三角洲平原上，湖泊、沼泽和泥炭广泛分布于分流河湾地区，是聚煤的良好场所。根据地化指标，本区在8煤形成后海水再次侵入，使之变为浅水海湾环境，在其上沉积了7煤段之浅水三角洲相沉积，据任楼井田精查报告，在44勘探线南北及F5断层南北7煤沉积有很大差异，44线以北从岩性和沉积构造看为三角洲平原分流河道相沉积，而此以南则以三角洲分流间湾相沉积占主导地位，形成了合并区厚煤带。其后接受一套以上三角洲平原沉积为主分流河道、分流间湾、河漫滩和河漫湖相沉积。就其成煤作用看，在分流间湾泛滥盆地沉积中，先形成泥炭沼泽，开始聚煤，煤的出现标志这一时期沉积与补偿保持平衡；这种平衡保持的时间越长，其分布范围就越广，则形成煤的厚度就越大；当沉积速度大于补偿速度时，使得覆水较深聚煤终止，一方面相对凸起的泥炭沼泽继续发生聚煤作用，另一方面聚煤终止的地段迅速堆积碎屑物质，使得覆水深度适宜植物生长，聚煤作用再度发生，与原来泥炭沼泽连成一片，从而造成7煤的分岔合并现象。4~6煤间，砂岩比例较小，泥岩、粉砂岩居多，并且泥岩含鲕粒、黄铁矿，说明当时沉积速度大于补偿速度，使聚煤作用经常中断，因而形成6、5、4煤层较薄，范围较小。
5.4 K3~3煤
本段砂岩比例较大，约60％左右，K3砂岩为中、粗粒石英砂岩，磨圆度较好，底部常见冲刷构造，平行层理发育。向上为细砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层，是一套向上变细的正序列，属于以河流作用为主的三角洲平原相沉积。由于三角洲平原坡度较小，在分流河道间泛滥盆地上，泥炭沼泽侧向发育，最后将各河流间的泥炭沼泽连成一片，故3煤层（组）稳定，连续性较好。
5.5 3煤~1煤段
综合地化指标、岩性组合、沉积构造，结合区地资料，认为本段为障壁岛泻湖相沉积。成煤环境为泥炭坪。1煤组、2煤组层位稳定，但煤层较薄，媒质较差，基本没有利用价值。
5.6 平顶山砂岩以上段
该段地层本区只在局部（3317、46Ⅱ3等孔）揭露平顶山砂岩，从岩性来看为灰白色、粗粒，含小砾石，成分有石英、肉红色正长石、乳白色斜长石等，硅质胶结，性坚硬。根据区域资料，本区进一步海退，沉积物由潮坪相向陆相转化。气候也由温暖潮湿逐渐变为半干旱、干旱的气候，形成了濒临海滨的湖泊相沉积，表现为石千峰组的杂色碎屑岩沉积。
6、结束语
通过以上分析任楼井田二叠系地层沉积在垂向表现为一个正序列和一个反序列，中间夹杂着均匀和互层序列。从岩性和沉积构造的分析初步判断出该井田二叠系地层的主要为由浅海、滨海逐渐过度为三角洲平原相和干旱、半干旱气候下形成的陆相沉积。该井田的成煤环境主要是在三角洲相沉积形成的过程中发育亚相、次亚相，如分流间湾泛滥盆地、河漫滩和河漫湖相、泥炭沼泽相等。这些亚相的出现为任楼井田上煤组和提供了优越的成煤环境。

参考文献：1、安徽省淮北煤田临涣矿区《任楼井田精查综合勘探地质报告》安徽省煤田地质局第三勘探队1979.12
2、皖北煤电集团公司任楼煤矿《7煤地质构造规律研究及综合评价》安徽理工大学、皖北煤电集团公司、皖北煤电集团公司任楼煤矿 2005.3
3、《两淮地区区域调查地质报告》安徽省地质局325地质队
4、《矿井地质工作手册》煤炭工业出版社
作者简介： 吴增云，男，1966年出生，中专文化，工程师，1988年毕业于郑州地质学校地质与找矿专业，现在朱集西煤矿工程技术部从事地质技术管理工作。