曲江井田老山下亞段沉積環(huán)境及聚煤規(guī)律

龔榮林，劉 慧

（1.江西省地質(zhì)調(diào)查勘查院地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測所，江西 南昌 330001；2.江西省地質(zhì)局能源地質(zhì)大隊，江西 南昌 330001）

曲江井田是江西省主要焦煤產(chǎn)地之一，前人對該井田的煤層對比、煤質(zhì)特征、煤層氣頁巖氣儲層特征及其勘探試驗等做了大量研究工作［1-3］，作者也曾經(jīng)對其煤質(zhì)特征做過研究［4］。但是在沉積環(huán)境、聚煤規(guī)律研究方面還顯不足。依據(jù)井田煤炭勘查鉆孔資料，從含煤地層沉積特征入手，對曲江井田二疊系上統(tǒng)樂平組老山下亞段含煤地層沉積環(huán)境和聚煤規(guī)律進(jìn)行深入分析研究，以期對該井田煤層氣、頁巖氣、砂巖氣等清潔能源的開發(fā)研究方面有一定的指導(dǎo)作用。

1 沉積特征

1.1 巖性特征

老山下亞段為井田主要含煤層段，厚度69～124 m，平均厚度90 m，為一海陸交互相、多旋回沉積，含煤1～4層，含煤系數(shù)3.1%，含可采煤層1層，可采厚度平均2.16 m，可采系數(shù)2.4%。下伏為官山段頂部中粒長石石英砂巖，上覆為老山中亞段含菊石的灰黑色泥巖。據(jù)勘探鉆孔資料統(tǒng)計，該段細(xì)粒及中粒砂巖占15%、粉砂巖占52%、泥質(zhì)巖類占26%、生物碎屑灰?guī)r（鈣質(zhì)砂巖或鈣質(zhì)粉砂巖）占4%、煤層占3%。根據(jù)巖性、巖相、古生物、含煤性等特征，老山下亞段可分為兩帶：官山段頂界至B4底板為下帶，厚度30 m，以粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖及鮞狀泥巖為主，局部夾細(xì)粒、中粒石英砂巖，含煤一層，編號為B3，不可采；B4底板至S1標(biāo)志層（老山中亞段底界）為上帶，厚度60 m，由細(xì)粒、中粒砂巖、粉砂巖、泥巖、生物碎屑灰?guī)r（鈣質(zhì)砂巖）及煤層組成，含煤三層，編號為B4、B5、B6，其中B5、B6不可采，B4層位穩(wěn)定，厚度0～4.50 m，平均厚度2.16 m，一般2～3 m，為全區(qū)主采煤層。B5層位穩(wěn)定，厚度小，僅零星可采點。上帶自上而下可分五個標(biāo)志層，編號分別為：S1、S2、S3、S4、S5，其中S1、S2、S4為生物碎屑灰?guī)r（鈣質(zhì)砂巖），S5為細(xì)砂巖及細(xì)砂巖與粉砂巖互層，S3為細(xì)粒、中粒砂巖。S2下伏B6煤，S4下伏B5煤，S5下伏B4煤。

1.2 古生物特征

下帶產(chǎn)Pecopteris sp.、Taeni opteris sp.等植物化石；上帶產(chǎn)腕足類和瓣鰓類動物化石。

1.3 層理及結(jié)核特征

下帶含菱鐵質(zhì)鮞粒和星散狀菱鐵礦結(jié)核，發(fā)育槽狀交錯層理、緩波狀層理及隱水平層理，上帶含星散狀云霧狀黃鐵礦和菱鐵礦結(jié)核，發(fā)育水平層理、波狀層理、緩波狀層理、平行層理、板狀層理、透鏡狀層理、脈狀層理、槽狀交錯層理、低角度交錯層理及潮汐層理。

1.4 沉積旋回和層序特征

下帶發(fā)育一個不對稱沉積旋回（Ⅰ），厚度30 m，反粒序，粒度由下往上由細(xì)變粗，即泥巖-粉砂巖-細(xì)砂巖；上帶發(fā)育三個小旋回（Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅱ3），均為不對稱旋回，每個旋回厚度約20 m，反粒序，粒度從下往上由細(xì)變粗，即煤-泥巖-粉砂巖-細(xì)砂巖。

2 沉積環(huán)境分析

根據(jù)沉積特征，劃分出井田老山下亞段沉積環(huán)境主要有4種：三角洲、潮坪-湖、潮道-湖、障壁島-臨濱沉積，如圖1所示。

圖1 曲江井田井檢3孔老山下亞段沉積層序圖

2.1 三角洲沉積

官山段頂界至B4煤底板之間的粉砂巖、粘土質(zhì)粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、鮞狀泥巖夾中細(xì)粒砂巖，含菱鐵礦結(jié)核，具槽狀交錯層理、微波狀層理及水平層理，含櫛羊齒化石，反粒序，視電阻率呈倒松塔形，屬于三角洲平原沼澤沉積，如圖2所示。B3煤屬于三角洲泥炭沼澤沉積。

圖2 三角洲垂直層序圖（曲江907孔B4-B3煤層）

2.2 障壁海岸沉積

B4全硫平均2.09%，為中高硫煤；灰分比值k=（SiO2+Al2O3）/(CaO+Fe2O3+MgO)=4.5，為 半 咸水［4］，兩者均反映出B4煤為濱海泥炭沼澤沉積。B4頂板至B5之間以含半咸水相海豆芽（Lingula sp.）的泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖為特征，具水平層理，屬湖沉積。S5細(xì)砂巖標(biāo)志層厚度3～11.7 m，具潮汐層理、小型槽狀交錯層理、脈狀層理及透鏡狀層理，波狀層理，含星散狀及薄層狀黃鐵礦，見生物擾動構(gòu)造，產(chǎn)動植物化石碎片，屬潮坪沉積。潮坪相可細(xì)分為砂坪、砂泥混合坪及泥坪微相，其視電阻率曲線呈小鋸齒狀，漸變式過渡，如圖3所示。B5煤屬壩后泥炭沼澤沉積。S4生物碎屑灰?guī)r標(biāo)志層厚度0.30～1.20 m，富含腕足類及瓣鰓類化石，視電阻率曲線呈突出指狀，屬沖越扇沉積。

圖3 潮坪與潮汐沉積層序圖（曲江3-3孔S3標(biāo)志層）

S4標(biāo)志層頂界至B6煤之間以產(chǎn)海豆芽的泥質(zhì)粉砂巖、鈣質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖為特征，具水平層理、緩波狀層理，含菱鐵礦結(jié)核，局部夾菱鐵礦線粒，屬湖沉積。S3砂巖標(biāo)志層厚度7～12 m，分選較好，次磨圓，硅質(zhì)膠結(jié)，具大型槽狀、波狀交錯層理、脈狀層理及透鏡狀層理，底部常見較明顯的沖刷面，沖刷面上具泥質(zhì)巖礫石（泥礫），礫石排列較混亂，無規(guī)律，順層見云母片，視電阻率曲線呈小鋸齒狀的寬幅異常及不規(guī)則的松塔形；頂部漸變式、底部突變式，屬潮道沉積，如圖4所示。B6煤屬壩后泥炭沼澤沉積。S2生物碎屑灰?guī)r標(biāo)志層厚度0.40～1.00 m，富產(chǎn)腕足類及瓣鰓類化石，視電阻率曲線呈突出指狀，屬沖積扇沉積，如圖4所示。

圖4 潮道-潟湖沉積層序圖（曲江1.2002孔S2-S3標(biāo)志層）

（3）障壁島-臨濱沉積

Ⅱ3旋回下部的粉砂巖及砂質(zhì)粉砂巖，厚度6～10 m，具大型槽狀、板狀交錯層理、低角度交錯層理、波紋交錯層理，含黃鐵礦結(jié)核，產(chǎn)植物碎片化石，見動物化石，屬臨濱沉積。

Ⅱ3旋回上部的細(xì)粒石英砂巖夾石英粉砂巖薄層，厚度5～22 m，厚層狀，分選及磨圓度較好，硅質(zhì)膠結(jié)，水平層理、波狀層理、低角度交錯層理，富產(chǎn)動物化石，視電阻率曲線呈倒松塔形，漸變式接觸，屬障壁島沉積，如圖5所示。S1標(biāo)志層厚度0.20～0.6 m，產(chǎn)腕足類及瓣鰓類化石，視電阻率曲線表現(xiàn)很強，屬淺海沉積，如圖5所示。

圖5 障壁島沉積層序圖（曲江701孔S1-S2標(biāo)志層）

3 聚煤規(guī)律

老山下亞段的聚煤作用主要發(fā)生在三角洲和障壁海岸成煤環(huán)境中。聚煤規(guī)律較明顯，橫向上，井田聚煤沉積作用強弱有差異，北東部較南西部聚煤條件好，造成B4煤層厚度由北東向南西逐漸變薄，如井田北東部2201孔B4厚度5.09 m；至中部1.200 1孔煤厚變薄為2.30 m到南西部904孔煤層變薄成0.54 m；垂向上，據(jù)成煤作用和海水進(jìn)退規(guī)模和時期，井田聚煤可分為二個成煤期。

3.1 早期成煤

以三角洲環(huán)境成煤為主，發(fā)生在海退末期與海進(jìn)初期的轉(zhuǎn)折時期，海水進(jìn)退規(guī)模小。在三角洲平原上，廣泛發(fā)育淺水湖泊，B3、B4煤層的形成與淺水湖泊有關(guān)，聚煤作用主要發(fā)育在由湖泊淤淺而成的沼澤。由于沉積速度和基底的差異形成厚薄不一的煤層。B3煤成煤時沼澤基地不平，泥炭沼澤沉降速度不均勻，不利于泥炭堆積，因而造成B3煤厚度小、不可采。B4煤成煤時沼澤基地較平，泥炭沼澤發(fā)育穩(wěn)定持續(xù)且沉降速度緩慢均勻，有利于泥炭堆積，在泥炭堆積過程中常有海水注入，因而形成的B4煤層厚度大，穩(wěn)定，可采，為中灰中高硫煤。

3.2 晚期成煤

為障壁海岸成煤環(huán)境，發(fā)生在海平面上升期，海水頻繁進(jìn)入壩后的泥炭沼澤中，影響了沼澤中的泥炭堆積，特別是泥炭沼澤發(fā)育后期發(fā)生的大規(guī)模海侵，在破壞泥炭堆積層的同時，終止了泥炭沼澤的發(fā)育，不利于煤層的形成。該期沉積的B5、B6煤層厚度小，不穩(wěn)定，不可采，其頂板均為海侵時沉積的生物碎屑灰?guī)r。

4 結(jié)論

區(qū)內(nèi)老山下亞段含煤地層的沉積環(huán)境為三角洲和障壁海岸成煤環(huán)境,其聚煤規(guī)律：橫向上，由北東向南西聚煤沉積作用由強變?nèi)?，造成主采煤層B4煤層厚度由北東向南西逐漸變薄；垂向上，海退末期與海進(jìn)初期的轉(zhuǎn)折時期，海水進(jìn)退規(guī)模小，地殼相對穩(wěn)定,是聚煤最好的時期,沉積形成了主采煤層B4，海進(jìn)中晚期，海水進(jìn)出頻繁且規(guī)模較大,地殼相對不穩(wěn)定,不利于煤層的形成。老山下亞段是在先海退后海進(jìn)的沉積環(huán)境中形成的，其含煤性與成煤前和成煤過程中盆地發(fā)育情況有關(guān)，也與隨后海侵到來的時間及規(guī)模有關(guān)。