贵州纳雍比德向斜北西翼龙潭组岩相古地理及聚煤模式

李 享，周 泽

(贵州省煤田地质局一七四队，贵州 贵阳 550000)



贵州纳雍比德向斜北西翼龙潭组岩相古地理及聚煤模式

李 享，周 泽

(贵州省煤田地质局一七四队，贵州 贵阳 550000)

根据研究区野外地质调查及50余口钻孔岩心观察，结合相应的测井资料，运用室内测试分析方法及地层学、沉积学、地球化学、煤炭地质学等理论方法，对该区龙潭组沉积相特征进行了系统研究，全面分析了层序地层、沉积相及岩相古地理特征，总结了区内龙潭组的聚煤模式。结果显示：龙潭组共识别出三角洲、有障壁海岸2种沉积相类型、3种沉积亚相和11种沉积微相，总体呈现出其下部为潮坪亚相，中上为三角洲平原亚相，上部为三角洲前缘亚相。龙潭组主要发育区域不整合面、最大海泛面及初始海泛面三种层序界面类型，据此将研究区龙潭组划分为2个三级层序，4个体系域。综合研究认为三角洲平原沉积环境是研究区晚二叠世龙潭期最重要的成煤环境，其次为潮坪沉积环境。在此基础上结合研究区晚二叠世沉积相特征，提出了三角洲平原及潮坪成煤模式。

关键词：煤炭地质;古地理特征;聚煤模式;比德向斜;纳雍

煤炭资源的开发利用在我国很长的历史时期中一直发挥着举足轻重的作用，对我国煤化工、电厂、动力用煤等产业起到的也是十分重要的支撑能力[1-2]。贵州省纳雍县作为我国素有“织纳煤田”之称的重要的能源储藏地之一，无烟煤的储量达123亿t，占全省煤储量的14.4%，备受地质工作者关注[3-5]。尤其是针对纳雍比德向斜北西翼晚二叠世的构造演化、煤矿的成藏模式进行了深入而广泛的研究工作，取得了丰硕的成果[6-7]，但针对沉积环境类型、特征以及沉积演化类型的研究还有所缺乏。因此，有必要在该研究区进一步开展煤炭地质沉积环境方面的地质研究，总结该区龙潭组煤层特征及分布规律，以期更好的为该区煤炭生产提供更准确的基础地质资料。

1 地质背景

研究区位于扬子准地台—黔北台隆—遵义断拱—毕节北东向构造变形区—比德向斜北西翼，区域构造形迹为一系列北西-南东向的背、向斜[5,8]。通过钻孔揭露和地层厚度统计，含煤地层龙潭组(P3l)在向斜南西翼402、501、601一线钻孔地层厚度大于350m，大于地层平均厚度；而在北东翼仅403、502钻孔地层厚度大于350m；且向轴部和向斜北西向过渡，厚度逐渐变薄，厚度326.61～378.55m，平均349.87m；含可采煤层8层(3、4、5、6、14、16、28、31号煤层)，煤层厚度9.02～16.94m，平均12.33m(图1)。

图1 研究区龙潭组厚度图Figure 1 Study area Longtan Formation strata thicknesses

2层序地层特征

2.1 层序界面识别

通过钻井岩心观察及测井、沉积地球化学响应等研究，在上二叠统龙潭组识别出3类层序界面(图2)，并将上二叠统划分为2个三级层序(图3)，4个沉积体系域。

①区域不整合面。典型的层序界面包括古构造运动形成的不整合面[9-10]。本区普遍发育且易于识别的层序界面是上二叠统龙潭组与下伏峨眉山玄武岩组之间的区域性不整合面及长兴组与龙潭组之间的平行不整合面(图2)。

②初始海泛面。初始海泛面是指在一个层序中，发育于下切谷充填沉积的砂体之上的第1个海泛面，通常是灰色泥岩或薄煤层，这些泥岩和薄煤层常共生有古土壤层[10-11]。研究区的初始海泛面位于河道砂岩之上覆盖的煤层或泥岩的底面，实现三角洲沉积环境相变为泥炭沼泽或局限潮下沉积环境(图2)。

③最大海泛面。最大海泛面是指一个层序中海侵范围最大的一个面，同时反映当时水体最深的岩石单元的底面[11]。研究区最为发育海相石灰岩标志层，最大海泛面为向古陆方向延伸最远的一层石灰岩的底面。在煤系中，区域稳定发育的厚煤层顶面常代表最大海泛面[12](图2)。

图2 研究区层序界面的识别Figure 2 Study area sequence interfaces identification

2.2 层序地层

贵州省龙潭组沉积时限为257～251Ma[13-14]，延限约6Ma。通过综合分析研究，将研究区内的龙潭组沉积体系自下而上划分为2个三级层序(SQ1～SQ2)，4个沉积体系域，每个三级层序平均时限约为3Ma(图3)。

2.3 沉积相特征

结合研究区内钻井资料及前人资料[15-16]，区内主要发育砂岩、粉砂岩、泥质岩、碳酸盐岩和煤，粒度较细，垂向上具有旋迴性特征。

龙潭组SQ1划分为含煤地层底界的铝土岩层至B4顶部，厚约140m，由铝土质泥岩、煤层(14、15、16、28、31煤)及泥岩、粉砂岩、细砂岩等组成一个完整的由海进—海退的沉积旋迴，并夹有部分灰岩，该灰岩层属潮下低能环境沉积。SQ2划分为B4至长兴组底界，厚约140m，主要由泥岩、粉砂岩、细砂岩、煤(2、3、4、5、6煤)组成，并夹有石灰岩(B1、B2)，灰岩为煤层的直接或间接顶板，其间发育了2层石灰岩，表明当时海进较频繁，该地层为三角洲—潮坪相沉积。

根据钻井、测井、古生物特征等资料分析，识别出三角洲、有障壁海岸2种沉积相类型、3种沉积亚相和11种沉积微相(图3、表1)。

3 古地理特征

层序和体系域是由不连续面所分开的等时地质体，我们可以在钻孔或露头剖面上对层序、体系域界面进行识别[17]。笔者对研究区内十余口钻井岩心进行了详细的编录，系统统计了龙潭组内砂岩、灰岩、泥岩、煤层含量特征，应用优势相的划分方法，并结合层序地层特征及前人研究成果，分析了该区晚二叠世龙潭期岩相古地理特征。

图3 研究区内201孔沉积相与层序地层综合柱状图Figure 3 Comprehensive sedimentary facies and sequence stratigraphic column in study area borehole No.201

沉积相沉积亚相沉积微相三角洲三角洲平原分流河道、天然堤、分流间洼地、泥炭沼泽、局限潮下三角洲前缘水下分流河道、分流间湾、远砂坝、泥炭沼泽、局限潮下有障壁海岸潮坪砂泥混合坪、泥坪、砂坪、泥炭沼泽

3.1 SQ1古地理特征及沉积演化

层序SQ1对应龙潭早期。研究区靠近陆区，处于脉动式海侵作用过程中，三角洲相发育刚显雏形。这一时期内区内地壳缓慢下沉，海水侵入该区，在古风化面上发育了潮坪沉积体系，以含铝土质、凝灰质的高岭石泥岩为特征，其上发育了局部煤线，初期的沉积反映了基底的不平整，沉积作用以填平补齐为特征，聚煤作用是在古风化面上低洼地带发育，最底部煤层形成之后，随着海侵作用的继续，龙潭组发育了下部的31煤，研究区以潮坪相为主。之后，海水对陆区侵进频繁，成煤环境多受海水影响，煤系发育分布面积小，煤层少，厚度薄。此后，海水退却，造成了以三角洲平原亚相为主的沉积环境，发育了可采煤层5层(14、15、16、28、31煤层)，煤层全层真厚0.54～2.64 m，平均厚度1.22m。

研究区层序SQ1总厚度较大，全区分布稳定，基本在140m以上，最厚处在区内西南部分，厚度超过220m(图4)；泥岩较厚呈东厚西薄展布，最厚在研究区西部，厚度大于84m(图5)；灰岩在该时期发育较少，显示该时期海侵作用不是很强烈，表现出震荡海侵过程(6)； 砂岩厚度等值线图显示呈东厚西薄展布，最厚处超过120m，位于区内东部，含砂率在区内以南部最大，最大超过60%，发育大量砂岩优势区(图7)，向北渐变为粉砂岩、泥岩、砂岩混合沉积，主要为三角洲平原沉积环境，由此，研究区形成了自北向南三角洲前缘亚相向三角洲平原亚相转变的沉积相格局(图8)。

图4 SQ1沉积总厚等值线图Figure 4 Isogram of SQ1 sedimentary total thicknesses

图5 SQ1泥岩厚度等值线图Figure 5 Isogram of SQ1 mudstone thicknesses

图6 SQ1灰岩等值线图Figure 6 Isogram of SQ1 limestone thicknesses

图7 SQ1含砂率等值线图Figure 7 Isogram of SQ1 sand contents

SQ1聚煤中心位于研究区东部，形成煤层厚度由东向西变薄的煤层分布趋势(图9)，沉积相分布模式显示三角洲平原亚相环境对聚煤作用有利，区内沉积了较厚的煤层。从垂向上看煤层主要形成于该时期高位体系域中，该时段陆源碎屑供应与海水进退达到相对平衡，沉积了较厚的泥炭沼泽，发育了14、15、16、28、31号煤，但由于海水震荡进退，成煤环境受海水作用较强，泥炭沼泽存在的时间短，导致煤层多层分布，单层厚度不大，稳定性较差。

图8 SQ1岩相古地理图Figure 8 SQ1 lithofacies-paleogeographic map

图9 SQ1煤层厚度等值线图Figure 9 Isogram of SQ1 coal seam thicknesses

3.2 SQ2沉积相特征

层序SQ2对应于龙潭晚期，该时期海水大幅度减退，陆区面积向东延伸，海水潮汐作用明显减弱。研究区处于水城-纳雍长形三角洲平原的中心地区，这一时期气候温暖，降水丰富，碎屑供应充足，同时构造活动减少平缓，成煤环境主要受到河流沉积作用的影响，煤系发育分布面积大，煤层多，厚度大，发育可采煤层5层(可采2、3、4、5、6煤)，煤层全层真厚0.3～4.91m，平均厚度1.77m。

该层序底部以B4标志层为界，顶部以区域性不整合面(长兴组底界)之下B1灰岩标志层为界。底部海侵过程中发育了薄层灰岩，并形成了碎屑和煤层为主的沉积。海侵过程中的聚煤作用主要发育于由三角洲平原分流间湾、泛滥平原等废弃后形成的泥炭沼泽中，该期沉积受海水作用较SQ1减弱，煤层稳定性较之前要好，所以形成的煤层较厚，且连续性较好，随后海退，造成以三角洲前缘亚相为主的粉砂岩和粉砂质泥岩等的沉积，随后又是大规模的海侵，形成的B1灰岩标志层向古陆方向延伸，其后又有几次小规模的海侵，至此结束龙潭组沉积。

层序SQ2海侵期研究区主要发育三角洲平原亚相，河控三角洲平原为主，沉积相状况延续了SQ1时期三角洲平原亚相为主体的特征，海水作用较之前更弱，含煤性好；但高位体系域含煤性较差。该时期地层总厚度较大，呈北薄南厚趋势，最厚在南部，达到175m以上(图10)；泥岩分不稳定在40～60m(图11)；灰岩较薄，仅发育一直两层，全区稳定发育(图12)； 砂岩厚度较大， 北薄南厚， 最厚处在南部，达100m以上，向北转变为以粉砂岩、泥岩占优(图13)，沉积相继承了龙潭早期的沉积模式，自北向南由三角洲前缘亚相转变为三角洲平原亚相(图14)。该时期含煤性较稳定，厚度在全区基本处于11m左右(图15)；与岩相沉积相特征对比显示该时期三角洲平原亚相聚煤条件较好，全区煤层厚度均较大，是聚煤作用的有利沉积环境。

4 聚煤模式

研究区龙潭组聚煤盆地以海侵式为主，31号煤的成煤环境格局为潮坪沉积环境；3、4、5、6、14、15、16、28号煤则均属于三角洲沉积环境。从而可以看出成煤环境发生于三角洲相-潮坪相共存的古沉积体系，并且以三角洲平原亚相沉积环境为主要的聚煤环境，结合前人资料将研究区聚煤模式归纳为潮坪成煤模式、三角洲平原成煤模式(图16)。

①潮坪成煤模式。潮坪环境是晚二叠世较常见的成煤环境类型，主要发育于龙潭早期，一般以潮坪作为聚煤场所，是煤层形成的良好场所。发育的煤层一般稳定性好，比较连续，平行于岸线展布，结构一般较简单，可采性较好，但硫分一般较高，区内发育31号煤。

图10 SQ2沉积总厚等值线图Figure 10 Isogram of SQ2 total sedimentary thicknesses

图11 SQ2泥岩厚度等值线图Figure 11 Isogram of SQ2 mudstone thicknesses

图12 SQ2灰岩厚度等值线图Figure 12 Isogram of SQ2 limestone thicknesses

图13 SQ2含砂率等值线图Figure 13 Isogram of SQ2 sand contents

图14 SQ2岩相古地理图Figure 14 SQ2 lithofacies-paleogeographic map

图15 SQ2煤层厚度等值线图Figure 15 Isogram of SQ2 coal seam thicknesses

图16 研究区龙潭组聚煤模式图Figure 16 Study area Longtan Formation coal accumulation model

②三角洲平原聚煤模式。三角洲平原环境是该区龙潭组最主要的成煤类型，宽广的三角洲平原为泥炭沼泽的发生、发展提供了广阔的空间。该环境下发育的煤层层数多，厚度大，硫分、灰分含量较低，分布广，稳定性较好。区内煤层几乎都是在此环境中形成的煤层。

5 结论

①研究区识别出三角洲、有障壁海岸2种沉积相类型、3种沉积亚相和11种沉积微相，总体呈现出龙潭组下部为潮坪亚相，中上为三角洲平原亚相，上部为三角洲前缘亚相。

②龙潭组SQ1发生脉动式海侵，以快速海侵，慢速海退为特征，沉积主体为三角洲平原亚相；SQ2主要发育三角洲相，慢速海侵，快速海退为特征，此时期三角洲范围扩大，沉积主体地位更加明显，煤层发育多层。

③三角洲平原沉积环境是研究区晚二叠世龙潭期最重要的成煤环境，特别是SQ2海侵体系域三角洲平原区广泛发育泥炭沼泽，聚煤条件最佳，形成了区内最厚的5号煤。根据区内龙潭期岩相古地理特征，提出了三角洲平原及潮坪成煤模式。

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Longtan Formation Lithofacies-Paleogeography and CoalAccumulation Model inNorthwest Wing of Bide Syncline, Nayong County, Guizhou

Li Xiang, Zhou Ze

(No.174 Exploration Team, Guizhou Bureau of Coal Geological Exploration, Guiyang, Guizhou 550000)

Based on the study area field geological investigation and observation of core from 50 more boreholes, using laboratory test and analysis, theoretical theories of stratigraphy, sedimentology, geochemistry and coal geology carried out systematic study on the Longtan Formation coal measures sedimentary facies features. The paper has overall analyzed sequence stratigraphic, sedimentary facies, lithofacies and paleogeographic features; summed up coal accumulation model of Longtan Formation coal measures in the area. The result has identified delta, barrier coast 2 types of sedimentary facies, 3 subfacies and 11 microfacies in the Longtan Formation. As a whole, lower part is tidal flat subfacies, upper middle part delta plain subfacies and upper part delta front subfacies. In the formation has developed regional inconformity interface, maximum flooding surface and initial flooding surface 3 sequence interface types, accordingly partitioned the Longtan Formation in the area into 2 tertiary sequences and 4 systems tracts. The comprehensive study has considered that the delta plain environment is the most important environment of coal-forming during the Late Permian Epoch Longtan Stage in the area; tidal flat environment is the second. On this basis, combined with study area late Permian sedimentary facies features, the delta plain and tidal flat coal-forming model put forward.

coal geology; paleogeographic features; coal accumulation model; Bide syncline; Nayong County

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.06.02

1674-1803(2017)06-0007-07

李享(1984—)，男，贵州毕节人，职称：中级工程师；学历：本科；研究方向：煤田地质。

2017-03-01

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责任编辑：宋博辇