利用单因素综合作图法分析习水福平煤矿龙谭组岩相古地理

刘任重 何香群

摘要：依据研究区15口钻孔岩心录井及观察、测井资料，结合室内测试分析和野外调查等手段，综合运用地层学、沉积学、地球化学、煤炭地质学等理论。利用单因素综合作图法对习水福平煤矿区龙潭组岩相古地理进行了系统研究且分析了龙潭组聚煤规律。结果显示：研究区发育三角洲、有障壁海岸2种沉积相类型、5种沉积亚相和13种沉积微相，包括一个三级层序，海侵体系域和高位体系域2个体系域。龙潭早期发生脉动式海侵，以慢速海侵为特征，聚煤主体环境为潮坪沉积环境；其后发生海退，发育潮控下三角洲平原亚相，该时期三角洲沉积环境分布范围扩大，成为沉积主体，煤层主要形成于海退一海侵转折期之后。从而形成了自南东向北西下三角洲平原至上三角洲平原过渡转变的古地理格局，并伴生渴湖一潮坪沉积体系。

关键词：煤炭地质；单因素综合作图法；岩相古地理；聚煤规律；习水县

贵州省是我国煤炭资源蕴藏极为丰富的省份，素有“江南煤海”之称。习水福平煤矿属于二郎矿区，依据《国家发展改革委关于贵州省黔北矿区二朗区总体规划的批复》（发改能源[2006]679号），黔北矿区二郎区煤炭矿井建设总规模为510万吨/年。因此，为了适应《黔北矿区二郎区总体规划》及《贵州省煤矿企业兼并重组方案》，中电投贵州金元集团股份有限公司下属的贵州习水福平煤业投资有限公司拟对研究区进行进一步勘探，以期能有所突破，提高煤矿的煤炭资源储量，不仅能缓解地方能源紧张压力，也能为当地甚至贵州省未来的发展提供燃料能源保障。笔者作为勘探项目负责人，对研究区煤田地质资料进行了充分分析研究，总结了该区上二叠统含煤地层特征及分布规律，尤其对其沉积环境岩相古地理进行了系统研究，希望可以指导新的煤炭资源找矿工作，为该区煤炭生产提供更准确的基础地质资料。

1.地质背景

研究区大地构造位置处于扬子准地台一黔北台隆—遵义断拱一毕节北东向构造变形区东部的桑木背斜南东翼，研究区内为单斜构造，地层倾向122°～162°，一般135°左右，倾角22°～43°，一般为30°左右，未见明显的次级皱曲现象，断裂构造不发育。二叠系上统龙潭组岩性主要以灰、深灰色细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩等细碎屑岩为主，薄层状、中厚层状，水平层理、波状层理，夹炭质泥岩、煤层。产大量植物及植物根部化石。含煤及煤线9-12层，其中5、6、8、12号煤层为主要可采煤层。地层厚度62.77m～90.54m，平均厚度83.78m。

2.层序地层格架

龙潭组特指贵州省内的一套位于峨嵋山玄武岩或茅口组之上、三叠系之下的海陆交互的含煤岩系，属海陆过渡相地层，分布于习水、仁怀、金沙、织金、六枝、兴义一带，总体呈北东向展布。研究区龙潭组属于典型的海陆过渡环境，受河流和海洋潮汐的双重影响，沉积物既有河流携带的陆源碎屑，也有海侵期沉积的灰岩和泥岩；原生沉积构造，既有河流作用形成的各种交错层理，又有潮汐波浪作用形成的潮汐层理；植物化石与海相动物化石混生，在时间和空间上，都表现为河流沉积和海洋沉积彼此过渡，犬牙交错。

笔者通过对研究区钻孔岩芯以及实测剖面资料的分析，结合区内龙潭组古生物特征、岩石学特征、垂向层序及砂岩展布特征、结构构造特征、地球物化特征进行了研究。在研究区内共识别出三角洲、有障壁海岸2种沉积相类型、5种沉积亚相和13种沉积微相（表1.图2）。主要发育溻湖一潮坪亚相、三角洲相，以潮控三角洲平原亚相为主。上部发育潮控三角洲平原亚相、三角洲前缘亚相及溺湖一潮坪相，以平原亚相及前缘亚相为主，下部发育河控三角洲平原亚相、渴湖一潮坪亚相。

海侵体系域早期，研究区处于脉动式海侵作用过程中，区内地壳缓慢下沉，海水侵入该区，在古风化面上发育了溻湖一潮坪沉积体系。主要发育于初期古风化面上的低洼地带，以含铝土质、凝灰质的高岭石泥岩为特征，其上发育了12煤层，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，随着海侵作用的继续，12煤层全区发育，厚度变化较大，但连续性较好，研究区以潮坪一渴湖亚相为主；随后的海侵形成了B4灰岩标志层，之后在局部形成多层薄煤层，区内以河控上三角后平原为主。此后，进入层序高位体系域发展阶段，造成了以潮控下三角洲平原亚相为主的沉积环境，在过渡区间发育了全区最厚的8煤层。随着海平面震荡式频繁海侵与海退作用的交替作用，在8煤层之上发育了多层煤层，以5煤层及7煤层为代表，然而，由于物源的供给不足，导致龙潭晚期沉积主体转变为渴湖为主，发育了多层灰岩（图2）。

3.岩相古地理分析

通过岩相岩性等特征分析地质历史中地理面貌及环境变迁是岩相古地理分析的主要方法，主要的编图理论包括古生物地层学、大地构造学、单因素综合作图法等。其中单因素分析综合作图法因其直观、简易以及定量的特征，在研究中得到广泛的应用，也成为了最重要的一种编图方法。笔者根據该方法通过对研究区龙潭组岩性、古生物及厚度、陆源物质、颗粒以及特定的岩石或矿物等特征进行了分析；运用统计法对区域范围的各单因素数据（主要选取了层序内地层总厚、砂岩厚度、泥岩厚度、灰岩厚度、煤层厚度、含砂率等几种能反映古地理面貌的参数）进行研究，结合单井柱状、连井剖面的分析以及区域地质背景资料，编制了研究区龙潭组岩相古地理图，恢复了研究区晚二叠世龙潭期的古地理面貌。

研究区龙潭组层序总厚度分布于60m～70m左右，全区分布稳定（图3）；泥岩分布呈中间厚达25m左右，向东西两方向逐渐变薄展布特征，最后达20m左右；灰岩厚度较小，呈北东厚西南薄展布，最厚在研究区北东部达5m左右，显示该区海侵过程中发育了有障壁海岸相渴湖亚相；砂岩则呈北东厚南西薄展布，含砂率以南西部最大，最大超过60%，断续发育砂岩优势区，主要发育陆相沉积一河控三角洲平原亚相，向南或北方向砂岩含量逐渐较小，渐变为粉砂岩、泥岩、砂岩混合沉积，主要为潮控三角洲平原亚相。由此，研究区形成了自南东向北西下三角洲平原至上三角洲平原过渡转变的沉积相格局，并伴生溻湖一潮坪沉积体系。在此基础上，笔者总结出龙潭组层序内沉积相分布模式（图4）。

龙潭组聚煤中心位于研究区南西北东过渡区域，构成中部向东、西向逐渐变薄的煤层分布趋势（图5），岩相古地理图显示上、下三角洲平原过渡沉积环境对聚煤作用最为有利，区内沉积了较厚的煤层。从垂向上看煤层主要形成于海侵体系域与高位体系域过渡时期中，该时段陆源碎屑供应逐渐较多，沉积了较厚的泥炭沼泽，研究区内发育了最厚的8煤层，但随着陆源碎屑的减少，高位体系域中泥炭沼泽发育较差，仅仅在局部低洼处发育的煤层较厚。

4.层序格架內煤层聚煤规律

研究区龙潭组发育主要煤层四层，包括5、6、8、12煤层。主要聚煤规律简述如下：

（1）5煤层形成于层序内高位体系域中的三角洲前缘沉积环境，该期海平面处于震荡海退过程中，导致三角洲前缘和三角洲沉积的顶积部分，代之于一套区域上稳定的潮坪沉积，形成了发育砂泥薄互层层理的细砂岩和粉砂岩及煤层交替的沉积，聚煤作用发生于水下三角洲朵叶体在海平面下降后淤浅演变成泥炭沼泽沉积环境，且泥炭沼泽厚度较大，形成了全区可采，而煤层厚度变化较大的5煤层。

（2）7煤层形成于层序内高位体系域下三角洲平原沉积环境，该时期研究区处于三角洲建设或废弃时期，7煤层即是三角洲分流间洼地演变而来的泥炭沼泽沉积，或者由于三角洲的破坏或废弃，导致三角洲沉积的顶积部分发展成泥炭沼泽沉积，形成厚度较大，大部可采的7煤层。

（3）8煤层形成于层序内海侵体系域结束，高位体系域开始时期，该时期研究区位于上、下三角洲平原过渡地带，广泛分布着泥炭沼泽，发育了聚煤的最佳场所，含煤最好，可采率最高，为富煤地带，且煤层的硫分、灰分含量均较低，形成了研究区龙潭组最厚的8煤层。

（4）12煤层形成于层序内海侵体系域潮坪沉积环境，该时期研究区以障壁砂坝一渴湖一潮坪复合沉积体系发育为主，该期海平面上升速率增大，沉积物堆积速率增大，发生区域性海侵作用，形成了潮坪环境演变而来的泥炭沼泽，且泥炭沼泽比较发育，形成了发育砂泥薄互层层理的细砂岩和粉砂岩及煤层交替的沉积，聚煤作用发生于由潮坪演化而来的泥炭沼泽中，聚煤期盆地相对稳定而缓慢的下沉和开阔平坦的潮上带环境，利于聚煤，形成了厚度较大全区可采的12煤层。

5.结论

（1）研究区龙潭组共识别出三角洲、有障壁海岸2种沉积相类型、5种沉积亚相和13种沉积微相。发育渴湖一潮坪亚相、三角洲相，以潮控三角洲平原亚相为主。

（2）研究区龙潭期发育一个完整三级层序，海侵体系域和高位体系域2个体系域。龙潭早期发生脉动式海侵，以慢速海侵为特征，聚煤主体环境为潮坪沉积环境；其后发生海退，发育潮控下三角洲平原亚相，该时期三角洲沉积环境分布范围扩大，成为沉积主体，煤层主要形成于海退一海侵转折期之后。

（3）三角洲沉积环境是研究区内主要聚煤沉积环境，自龙潭组中下部到中上部均有发育，但成煤期主要为龙潭组中上部发育的潮控下三角洲沉积环境，尤其区内最厚的8煤层主要发育在上、下三角洲平原之间，即过渡区域。其次为潮坪沉积环境的聚煤作用通常发育在浅淤后形成的泥炭沼泽之中，以全区可采的12煤为代表，属低灰、中高硫煤。