納雍縣木蘭煤礦二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M沉積相特征研究

楊通保 , 唐長(zhǎng)根

（1.貴州煤礦地質(zhì)工程咨詢與地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，貴州 貴陽 550008；2.貴州省煤田地質(zhì)局地質(zhì)勘察處，貴州 貴陽 550008）

巖石中各種地球化學(xué)指標(biāo)對(duì)沉積環(huán)境有重要的指示作用[1]。目前元素地球化學(xué)分析在海相地層劃分、物源區(qū)巖石成分分析、沉積古氣候條件與海平面變化曲線恢復(fù)及古氧化還原環(huán)境等方面已經(jīng)得到越來越廣泛的應(yīng)用[2]。

貴州地區(qū)煤炭資源豐富，分布廣泛[3]。二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M是主要的含煤地層，由一套海陸過渡相沉積巖組成[4]。本文以木蘭煤礦為例，利用煤層中硫分及煤灰成分中氧化物（常量元素）含量的變化對(duì)沉積環(huán)境的指示作用，對(duì)沉積相進(jìn)行了劃分，探討了地球化學(xué)元素對(duì)沉積環(huán)境識(shí)別的可靠性，并分析了不同沉積環(huán)境下的聚煤作用。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)黔北臺(tái)隆遵義斷拱畢節(jié)北東向構(gòu)造變形區(qū)白泥菁向斜南翼。受向斜影響，研究區(qū)地層走向近E-W，傾向近340°～40°，傾角20°～35°。區(qū)內(nèi)地層由下至上發(fā)育二疊統(tǒng)峨嵋山玄武巖組（P3β）、龍?zhí)督M（P3l）、長(zhǎng)興組（P3c）、下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組（T1f）及第四系（Q）。

含煤地層為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l），為一套海陸交互相含煤沉積，以碎屑巖為主。地層厚169.17～321.25 m，平均厚235.49 m，含煤11～42 層，含煤總厚平均16.56 m，含煤系數(shù)7.03%。其中含可采煤層8 層，可采煤層總厚平均9.62 m，可采含煤系數(shù)4.08%。本組地層根據(jù)巖性特征、含煤性及化石特征等分為上、中、下三段，其中下段含28、31、32 號(hào)可采煤層3 層，中段含8、19 號(hào)可采煤層2 層，上段含2、5、6 號(hào)可采煤層3 層。

2 煤中地球化學(xué)特征

2.1 煤中硫分特征

原煤中全硫含量與沉積環(huán)境有關(guān)，原煤各種形態(tài)硫分為有機(jī)硫和無機(jī)硫，各種形態(tài)硫中無機(jī)硫含量的高低是影響全硫含量的主要因素，高含量的無機(jī)硫指示了還原環(huán)境，與海平面升降呈正相關(guān)性[3,5]。通過對(duì)研究區(qū)26 件煤樣各種形態(tài)硫測(cè)試統(tǒng)計(jì)，全硫（St,d）含量為0.94%，硫化鐵硫（Sp,d）含量為0.54%，硫酸鹽硫（Ss,d）含量為0.12%，有機(jī)硫（So,d）含量為0.23%。這表明原煤中的硫主要是以無機(jī)硫化鐵硫的形態(tài)存在，占總硫分的60.67%，硫酸鹽硫很少，只占總硫分的13.48%。

從表1 看出，研究區(qū)全硫含量以19 號(hào)煤層的2.29%最高，龍?zhí)督M下段煤層中全硫含量普遍低于上段，整體含量由下至上呈增大趨勢(shì)。無機(jī)硫（包括硫鐵礦硫和硫酸鹽硫）含量以2 號(hào)煤層的1.32%最高，其次為8 號(hào)煤層，龍?zhí)督M下段煤層中無機(jī)硫含量低于上段，這與全硫含量的變化規(guī)律基本一致。

2.2 煤灰成分

煤灰成分主要以氧化物的形式存在，而沉積巖中氧化物（常量元素）的分布與沉積環(huán)境有密切聯(lián)系。CaO 和MgO 的含量表明碳酸鹽巖的發(fā)育程度，SiO2的含量代表陸源碎屑的供應(yīng)情況。Al2O3是黏土礦物的主要組分，F(xiàn)e2O3代表了氧化作用特征，F(xiàn)e2O3、Al2O3隨著海平面的升降，呈現(xiàn)出有規(guī)律的變化，低值說明了較強(qiáng)的氧化環(huán)境，意味著水體變淺的可能[6]。因此，氧化物含量的變化是沉積環(huán)境識(shí)別的有力依據(jù)。

從表2 分析得出，研究區(qū)原煤主要煤層煤灰成分中以含SiO2為主，含量為58.05%～72.90%，平均含量66.07%，以5 號(hào)煤層和31 號(hào)煤層中SiO2含量最高，分別為70.30%和72.90%；2、19 號(hào)煤層中SiO2的含量最少，為65.81%和58.05%。CaO 和MgO 的含量變化呈現(xiàn)正相關(guān)性，研究區(qū)可采煤層CaO 含量以2、8、32 號(hào)煤層含量最高，分別為3.98%、2.95%、2.49%，MgO 的含量以2、8、32 號(hào)煤層含量最高。Al2O3和Fe2O3含量均以19號(hào)煤層含量最高，分別為22.66%和11.43%。

表1 原煤各種形態(tài)硫含量統(tǒng)計(jì)表

表2 研究區(qū)各煤層含常量元素統(tǒng)計(jì)表

3 沉積相特征

根據(jù)研究區(qū)縱向上巖性變化規(guī)律及各煤層地球化學(xué)指標(biāo)變化，將其劃分為障壁型海岸相、三角洲相兩種沉積相類型，及潟湖、三角洲平原、三角洲前緣三種沉積亞相。

潟湖亞相：主要分布在龍?zhí)督M頂部，分為潟湖泥微相，以深灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖為主，發(fā)育水平層理、緩波狀層理及透鏡狀層理。以水體滯留的還原環(huán)境為特點(diǎn)，由于物源碎屑物相對(duì)較少，因此地球化學(xué)特征表現(xiàn)為低Al2O3、Fe2O3，高CaO 和MgO。

三角洲平原亞相：主要分布在龍?zhí)督M下段，該相帶以河流控制作用為主，同時(shí)受到潮汐作用的影響，表現(xiàn)為發(fā)育一些向上變細(xì)的河流沉積旋回[7]。三角洲平原亞相可劃分為分流河道、沼澤兩個(gè)沉積微相。分流河道主要為細(xì)砂巖、粉砂巖，發(fā)育平行層理、小型交錯(cuò)層理及波狀層理。沼澤是主要的聚煤環(huán)境，是三角洲平原中的低洼地帶，以植被繁盛、水體滯留為特點(diǎn)。三角洲平原亞相煤層的地球化學(xué)特點(diǎn)是高Al2O3、Fe2O3，低CaO 和MgO。

三角洲前緣亞相：主要分布在龍?zhí)督M中段、上段，可分為水下分流河道、分流間灣兩個(gè)微相。水下分流河道微相以灰色細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖為主，分選較差，磨圓較好，見小型交錯(cuò)層理、波狀層理。分流間灣微相主要由粉砂質(zhì)泥巖和泥巖組成，富含菱鐵礦結(jié)核和散星狀、蠕蟲狀黃鐵礦結(jié)核。分流間灣是三角洲前緣亞相的主要聚煤場(chǎng)所，其煤層因受潮汐作用的影響，泥炭不容易堆積，煤層易分叉、尖滅[8]。

4 結(jié)論

（1）煤中氧化物（常量元素）的含量對(duì)沉積環(huán)境有重要的指示作用，SiO2、Al2O3、Fe2O3與海平面的升降呈負(fù)相關(guān)，CaO、MgO 與海平面的升降呈正相關(guān)。

（2）研究區(qū)可劃分2 種沉積相類型：障壁型海岸相、三角洲相；3 種沉積亞相：潟湖、三角洲平原、三角洲前緣；5 種沉積微相：潟湖泥、分流河道、沼澤、水下分流河道、分流間灣。