重慶市綦江縣松藻礦區(qū)小魚沱井田成煤環(huán)境分析

王良文

井田位于羊叉灘背斜東翼，含煤地層為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M，整個煤系按巖性、含煤性的差異分為上、中、下三段。上段（P3l3）厚度17.59～23.63m，平均厚21.40m。巖性由灰、深灰、灰黑色薄層泥巖、砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、石灰?guī)r（泥質(zhì)灰?guī)r），夾粉砂巖、細(xì)砂巖組成，中部含不可采M5煤層，煤厚0.10～0.52m，一般厚0.30m，層位穩(wěn)定。此段碳酸鹽巖約占總厚度35～40%，產(chǎn)腕足類、珊瑚及植物化石。中段（P3l2）厚度25.52～36.88m，平均厚30.00m。主要含煤段，巖性由深灰、灰黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖及煤層，上部夾B3、B4兩層生物碎屑灰?guī)r，一般厚度不超過1.0～3.0m。含煤5～8層，可采煤層M6-3、M7-3、M8分別位于該段上、中、下部，煤層總厚度占整個層段厚度的25～30%。下段（P3l1）厚度21.76～46.74m，平均厚28.92m。巖性由深灰、灰黑、黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r（灰?guī)r）、粉砂巖、細(xì)砂巖及煤層組成。底部為淺灰、淺棕灰色鋁質(zhì)泥巖，富含黃鐵礦晶粒及結(jié)核（B1）；中下部和下部含不可采M10、M11煤層；底部含零星可采的M12煤層。此段中含透鏡狀和席狀砂體，砂體占整個層段厚度20～25%，水平層理發(fā)育，產(chǎn)蜒科、腕足類和植物化石。

1、巖相及旋回結(jié)構(gòu)特征

1.1指相標(biāo)志及巖相劃分

巖石中的巖性、粒度，礦物成分、結(jié)核、包體、動植物化石及其組合、層理、層面構(gòu)造，遺跡化石等均是指相的重要標(biāo)志。根據(jù)區(qū)域巖相古地理研究，結(jié)合鄰近井田、本井田鉆孔揭露及生產(chǎn)礦井調(diào)查資料等，有下列指相標(biāo)志。

①碎屑巖石的巖屑成分以巖屑為主，礦物成熟度低，分選性和磨圓度差，說明動力條件不強(qiáng)，屬近岸沉積產(chǎn)物。

②粘土巖的主要成分是高嶺石，表明沉積環(huán)境中的酸性介質(zhì)條件。

③粒度細(xì)，含砂量比例不大，反映動力條件較弱，屬潮坪砂體特征。

④巖層中含有大量成巖期的菱鐵礦和黃鐵礦， 繼承了原生沉積時在還原條件下局限性和停滯性。

⑤煤系剖面中動植物化石發(fā)育，且在剖面分布組合上時為動物化石，時為植物化石，有時也有動植化石混生狀況，體現(xiàn)了海陸交替相沉積特征。

⑥砂巖、粉砂巖的雙向交錯層理，單向沖洗層理，潮汐層理，波狀砂紋層理，有時還有泥沖槽泥質(zhì)包體、泥礫等沉積構(gòu)造，這是潮坪沉積中砂坪或砂泥混合坪的特征。

⑦砂體在平面上呈席狀，透鏡狀分布，有時呈潮溝或潮渠狀分布。砂巖由下至上是細(xì)至粗、或由粗至細(xì)沉積，相互關(guān)系是漸變，說明潮坪之中砂坪相或砂泥混合相沉積。

⑧煤系中可見生物遺跡化石，擾動構(gòu)造，團(tuán)塊構(gòu)造等淺水潮坪的特征。

⑨剖面中清水沉積（碳酸鹽巖）和渾水沉積（碎屑巖等）相共生；

⑩剖面中出現(xiàn)周期層序沉積發(fā)育序律。

根據(jù)煤系剖面沉積特征，說明該區(qū)域?qū)贉\海潮坪～瀉湖～碳酸鹽巖臺地內(nèi)側(cè)海沉積體系。各巖相劃分見表1。

表1 巖相劃分一覽表

沉

積

體

系 潮坪～瀉湖～碳酸鹽巖臺內(nèi)側(cè)海 碳酸鹽巖臺地

潮坪～瀉湖 臺地內(nèi)側(cè)海相 廣海相

瀉湖相 泥坪相 紗泥混合坪相 砂坪相 潮溝（渠）相 泥炭坪相

巖性 鋁質(zhì)

泥巖 泥巖、砂質(zhì)泥巖、粘土巖等 粉砂巖、細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、砂質(zhì)泥巖等 細(xì)砂巖 細(xì)砂巖、砂質(zhì)泥巖 煤層、炭質(zhì)泥巖 生物碎碎屑灰?guī)r 粉晶～細(xì)晶灰?guī)r

沉積構(gòu)造 塊狀

構(gòu)造 水平層理、潮汐層理、擾動動物構(gòu)造 水平層理、潮汐層理 單向沖洗層理、雙向?qū)永?平行層理 水平層理 水平層理

動植物化石 植物根部化石、偶見動物碎片 動物化石，植物根部化石 動、植物化石混生 植物化石碎片 植物化石碎片 炭化植物印痕 動物化石 動物化石

結(jié)核及其他 黃鐵礦晶粒及結(jié)核 黃鐵礦、菱鐵礦結(jié)核 黃鐵礦、菱鐵礦結(jié)核 菱鐵礦結(jié)核、鈣質(zhì)團(tuán)塊 菱鐵礦結(jié)核 黃鐵礦晶粒及結(jié)核 泥質(zhì)結(jié)核、黃鐵礦結(jié)核 少量黃鐵礦晶粒

1.2 旋回結(jié)構(gòu)

井田內(nèi)含煤巖系在垂直剖面上巖性、巖相有規(guī)律交替出現(xiàn)，這就構(gòu)成了旋回。海陸交替相含煤巖系沉積旋回的劃分原則，一般以海退相作為旋回的起點(diǎn)，把煤層劃分在旋回中間，并作海侵的起點(diǎn)，整個旋回便可分為海退相（煤層以下）和海侵相（煤層以上）兩部分。大的旋回的形成，一般是由于地殼振蕩運(yùn)動所致，而某個大的旋回內(nèi)部還可劃分為兩個以上的小旋回，這是由于地殼局部的脈狀運(yùn)動的結(jié)果。旋回劃分方法，海退部分以泥質(zhì)巖、碎屑巖及煤層組成的沉積相為主，海進(jìn)部分以碳酸鹽巖相為主。根據(jù)本區(qū)煤系巖相組合特征，以煤層或煤層組作為中心，可將煤系劃分四個沉積旋回。每個旋回的巖相組合、厚度變化都不是相同的，反映了含煤巖系的形成條件隨時間和沉積環(huán)境不同而發(fā)生變化。本井田以CK16鉆孔為例，簡述各旋回結(jié)構(gòu)特征（見插圖1）。

Ⅰ旋回：由鋁質(zhì)泥巖底界～B輔頂，厚度21.22～39.12m。沉積相的M1演變由瀉湖相→泥炭沼澤相→泥坪相→泥炭沼澤相→砂泥混合坪→泥坪→泥炭沼澤相→臺地內(nèi)側(cè)海（局限海）相。在CK26孔中M12煤層沉積后，由于受脈狀運(yùn)動的影響，局部海侵，形成局限海相灰?guī)r沉積。該旋回含M12、M11和M10三層煤，由于地殼脈狀運(yùn)動頻繁，泥炭沼澤成煤條件差，未能形成全區(qū)可采煤層，僅M12、M11煤層有零星可采外，其他均屬不可采煤層。

Ⅱ旋回：B輔頂～B3頂，厚度26.10～32.63m。沉積相演變依次是砂泥混合坪相→泥炭沼澤相→泥坪相→泥炭沼澤相→泥坪（砂泥混合坪或砂坪）相→泥坪相→泥炭沼澤相→泥坪（砂泥混合坪、砂坪）→局限海（臺地內(nèi)側(cè)海）相。該旋回中含煤5～6層，即M9、M8、M7-3、M7-2、M7-1，其中M8為全區(qū)可采，M7-3為大部可采。該旋回由臺地內(nèi)側(cè)海（局限海）發(fā)育海退部分演變而來，相對持續(xù)時間較長，厚度較大，地殼脈狀振幅頻繁，形成煤層層數(shù)較多。在M8煤層形成過程中，由于脈狀運(yùn)動振幅小，間隔時間長，且泥炭供給和沉降凹陷比較均衡，形成煤層厚度較大。M8煤層堆積后，脈狀運(yùn)動振幅增大，頂板之上席狀砂體發(fā)育，有利于煤層保存。該旋回為本區(qū)主要旋回，屬典型潮坪沉積系列。

Ⅲ旋回：由B3頂～B4上部石灰?guī)r，厚度15.55～17.58m，沉積相演變由泥坪相→泥炭坪相→泥坪相（或砂泥混合坪相）→泥炭坪→臺地內(nèi)側(cè)海（局限海）相。該旋回主要為M6煤層組，含煤3層，即M6-3、M6-2、M6-1煤層，其中M6-3為大部可采煤層。該旋回是由局限海發(fā)育而成潮坪相，時間短，厚度較小，且時有潮溝（潮渠相）發(fā)育，煤層變化大，成煤條件差，只發(fā)育局部可采煤層，屬潮坪沉積系列。

Ⅳ旋回，由B4上部灰?guī)r頂～長興組開闊海沉積，亦屬龍?zhí)督M海退系列，厚度16.64～16.39m。沉積相演變由砂坪（或砂泥混合坪）相→泥坪相→泥炭坪相→泥坪相→局限海相（臺地內(nèi)側(cè)海相）→開闊海相。該旋回中下部僅含M5不可采煤層一層。旋回在龍?zhí)督M內(nèi)發(fā)育不完整，海進(jìn)部分屬長興組石灰?guī)r，不利于成煤。

插圖1 CK16鉆孔含煤地層巖性巖相柱狀圖

2 沉積環(huán)境和成煤規(guī)律的探討

地史上聚煤盆地的形成和聚煤作用的發(fā)生是古氣候、古植物、古地理與古構(gòu)造等諸因素綜合作用的結(jié)果。構(gòu)造控制環(huán)境、環(huán)境影響煤層聚集，這是聚煤作用的普遍規(guī)律。本區(qū)晚二疊世含煤建造，是在東吳運(yùn)動后所造成的殘積風(fēng)化殼基礎(chǔ)上發(fā)展形成的。聚煤古地理環(huán)境為濱海型，沉積環(huán)境為有障壁的灘后潮坪及陸表海環(huán)境，沉積體系屬潮坪～瀉湖～碳酸鹽巖臺內(nèi)側(cè)海沉積體系。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，整個煤系剖面中碳酸鹽巖約占22%，碎屑巖占25%，泥質(zhì)巖占44.1%，含煤系數(shù)8.9%。煤系沉積中以渾水沉積為主，碎屑來源于川滇古陸，碎屑巖成分比較復(fù)雜，以巖屑為主，分選性磨圓度差，普遍含鈣質(zhì)，主要煤層頂板有潮汐作用形成的砂體較發(fā)育。M7-3煤層頂板砂體呈透鏡狀，M8煤層頂板砂體呈席狀，厚度一般2～3m，個別可達(dá)5～6m，結(jié)構(gòu)松散。清水沉積主要分布于煤系的上部和中下部，厚度巖性較穩(wěn)定，屬正常廣海含鹽度，能量較高的碳酸鹽巖。

M10煤層堆積后，由東向西發(fā)生了兩次較大規(guī)模的海侵，發(fā)育了溫水灰?guī)r（B輔下層灰?guī)r）和良村灰?guī)r（B輔上層灰?guī)r），此后進(jìn)入海退沉積階段（開始Ⅱ旋回沉積），經(jīng)泥坪、砂泥混坪進(jìn)入泥炭坪沉積了M9煤層，由于地殼的脈狀運(yùn)動，成煤平衡被打破，又進(jìn)入泥坪、砂泥混合坪或砂坪相形成相對穩(wěn)定煤層底板，這就為本井田M8煤層泥炭堆積形成一個較穩(wěn)定沉積環(huán)境，且地殼升降與泥炭堆積基本達(dá)到均衡補(bǔ)償，且持續(xù)時間較長，形成中厚煤層，個別地段為厚煤層，當(dāng)泥炭堆積后，接著又有較長時間的泥坪和席狀砂坪沉積，使泥炭堆積層有一個良好保存條件，這就造就形成M8煤層厚度大，結(jié)構(gòu)簡單，全區(qū)穩(wěn)定的可采煤層。