重庆石壕煤矿龙潭组沉积特征分析

(1.成都理工大学 四川 成都 610059；2.重庆市地质调查院 重庆 400020)

石壕煤矿地区在龙潭时期位于扬子盆地的东部，此地区显示海陆过渡的沉积特征，是华南的主要聚煤地区。在石壕煤研究区内主要的含煤地层为二叠系龙潭组，龙潭组中的M8煤层储量占整个松藻研究区的60%，因此选取龙潭组作为研究对象，研究其沉积特征及聚煤规律，对整个松藻研究区乃至西南地区的煤田开采具有重要的理论和现实意义。

一、地质概况

石壕煤矿位于重庆市的南部，紧临渝黔两省(市)交界处。行政区划属重庆市綦江县石壕镇所辖。石壕煤矿平面上大致呈菱形，南北平均长约7.2km，东西宽平均约3.1km，平面面积约22.3km2。

石壕煤研究区内出露的最老地层为二叠系中统茅口组，最新地层为三叠系上统须家河组。其中可开采含煤地层为二叠系龙潭组。龙潭组含煤地层最大厚度82.34m，最小厚度64.18m，平均74.32m。沿南北向，厚度呈波浪式分布，波峰位于中部。该含煤岩系属碎屑岩～碳酸盐岩型煤系，岩性以碎屑岩为主，约占69%，成分以岩屑为主，分选性与滚圆度较差，普遍含钙质。碳酸盐岩约占20%，炭质岩约占11%。砂体的存在对煤层有直接影响，尤其是对M7-2煤层影响大。碳酸盐岩分布无论在平面上和剖面上都比较稳定。

通过分析石壕煤矿研究区内的测井曲线，地层剖面等资料，含煤地层内共识别出了砂岩、泥岩、化学岩和可燃有机岩4大岩相类型共计11种岩石(表1)。其中以碎屑岩类(砂岩、泥岩)最多，其次为碳酸盐岩类。因此该煤系碳酸盐岩型煤系。

表1 石壕煤矿含煤地层主要岩相类型

二、龙潭组沉积特征

(一)沉积体系及沉积模式特征

本区晚二叠时期，地壳发生相对升降，引起了大面积的海水进退，其中的聚煤作用也因此在一定的范围内进行或中断，是良好的成煤期[1]。研究区在该背景下接受了沉积，沉积类型包括了碎屑岩类、海陆交互相的含煤沉积以及碳酸盐岩类。区内含煤地层二叠系龙潭组的沉积体系属于碳酸盐潮坪沉积体系组(图1)，具体可识别划分为障壁海岸沉积体系和碳酸盐岩沉积体系(表2)。

图1 二叠世上扬子区域古构造与沉积相带示意图[2]

表2 石壕煤矿上二叠系龙潭组沉积体系

本区龙潭期沉积期的时候地形坡度较小，水体较浅，加上西部康滇古陆为本区唯一陆源区，对本区的供给有限，所以只在局部地区形成了障壁砂，但也足以形成了区内的半局限的水文环境。正是这种半局限的水文环境，使得区内的泥炭沼泽发育，形成了有利的聚煤环境，同时局部障壁岛砂坝的存在，也限制了泥炭沼泽环境的向东发展，故区内煤层的分布主要位于西侧。

本区晚二叠世含煤岩系是在东吴运动末期所造成的残积风化壳上发展形成的。地壳的相对升降，也可以引起较大面积的海侵和海退，聚煤作用常在一定范围内同时发生和中断，因而从区域上煤系厚度变化较大，但就松藻研究区而论，岩性、岩相组合，煤层层位间距比较稳定。砂体以透镜状和席砂体为主，但也有一定数量的潮沟，潮道砂体出现。潮汐作用不强，属低潮差类型，潮道和潮汐三角洲沉积不发育。泻湖水体浅，障壁砂坝不典型，旋迴内煤层间距比较小，潮汐作用形成的砂质障壁带不太发育，仅形成部分水下障壁坪，可造成局限流动的水文状况，这种障壁带的泻湖与潮坪区别不大，均为台地内侧海的近岸部分(图2)。综上，研究区形成了潮坪—泻湖—障壁岛—浅海陆棚的沉积模式。

图2 上二叠统沉积模式图[3]

(二)沉积相特征

在研究区龙潭组中共识别出了潮坪、障壁岛、泻湖、碳酸盐陆棚四个亚相，若干个微相。

(1)潮坪相

潮坪相是研究区龙潭组中主要的沉积相类型，主要表现出的岩性组合为细粒碎屑岩及煤层，具有潮坪特征的沉积构造为小型的交错层理、平行层理等。根据其沉积特征可进一步识别为砂坪、泥坪、泥炭坪、泥炭沼泽和混合坪五种微相。在波浪作用和潮汐作用较为显著的区域，往往由于长时间的活动而形成砂坪沉积；相比之下，在那些波浪作用较弱的地方则形成细碎屑的泥坪沉积；介于这二者之间的过渡水动力环境中，海水活动强弱变化，因而砂质和泥质的沉积在这些地区混合堆积，形成砂泥混合坪。

泥炭沼泽微相是在泥坪之上的潮上地带形成的，为潮坪中的主要成煤环境，研究区内龙潭组的成煤作用主要发生在该沉积环境之中。该微相岩性较为多样，但总体以粉砂质泥岩、炭质泥岩与煤层的组合为主，主要为厚度较大的泥质沉积。这样的岩性组合反映了沉积环境中较弱的水动力条件，在这样的环境之中往往拥有丰富的成煤物质基础，当海平面退去的时候，该区域广泛的淤泥与沼泽富含养分，此时的植物生长繁茂，当海水上升的时候，这些植物的遗体在一定的海水深度之下避免了氧化而得以很好的堆积与保存，经过长时间的泥炭化作用最后形成煤层。

(2)障壁岛相

障壁岛相在研究区内以局部的不典型的沙坝形式呈现。岩性主要为细砂、粉砂岩一类的细粒碎屑岩。其中可见介壳碎片生物化石及由生物造成的扰动构造，具一定的冲刷层理、水平层理、交错层理，主要位于龙潭组一段和二段之间。由于表现不典型，没有进一步划分微相。

(3)泻湖相

泻湖沉积主要由泥质碎屑岩为主，如灰黑色的泥岩、铝质泥岩、炭质泥岩、砂质泥岩等等，可见少量的细粒砂岩及粉砂岩，其中含有少量的植物碎片化石。岩性方面铝质泥岩为泻湖沉积的重要标志，另一个重要标志是在这套沉积中可见大量的菱铁矿质成分及黄铁矿结核。菱铁矿作为典型的淡水矿物，指示了这套沉积为淡水沉积，同时黄铁矿的出现显示了沉积环境的还原性，整体而言这两类矿物指示了一套淡水、缺氧的趁机特征。沉积构造方面则发育了水平层理，也指示了较弱的水动力条件。主要发育于龙潭组一段。

(4)浅水陆棚相

浅水陆棚沉积相主要发育在研究区的二叠系龙潭组三段，厚度不大，一般10-20m，同时，在一段中也有一定程度的发育。在该沉积环境之中，岩性主要为深色的有机质灰岩，包含了生物碎屑灰岩和微晶灰岩，在灰岩中可见大量的生物化石及生物碎片。在龙潭组三段中的灰岩沉积以中层、厚层状的灰岩为主，含有黄铁矿结核，产腕足类、珊瑚类动物化石，局部具有水平层理，水体较为动荡，为开阔台地的沉积环境。在龙潭组一段中的灰岩沉积以泥质灰岩、薄层细晶灰岩为主，含有黄铁矿结核及生物碎屑化石，水体趋于平静，为半局限的海湾环境。

(三)沉积环境分析

研究区遭受古陆的抬升以及东吴运动的波及致使该地区形成了西高东低构造特征，促使了含煤地层的形成[4]。研究区晚二叠世龙潭组多次出现海侵现象，龙潭组的第三段地层受到海侵的影响较大且持续时间较长，因此形成的层位较为稳定，沉积物中多以细—粉晶灰岩、硅质灰岩为主，含有识别标志燧石结核，为典型的碳酸岩开阔台地相。研究区的龙潭组第二段中频繁受到持续较长的海侵影响，岩性中以泥质灰岩为主要沉积物，局部地区发育灰岩，沉积物厚度较薄，为局限台地环境。此外，在该段中发现了潮汐通道，这也很好的解释了下部不发育煤层的原因。一段的海退沉积物较多，以泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩及少量细砂岩为主，发育泥炭沼泽，泻湖与潮坪环境交替出现。龙潭期后，研究区开始了二叠纪以来第二次大规模海侵，海水向西侵入康滇古陆东侧。

研究资料显示，含煤系地层中受到潮汐作用的影响促使了浑水沉积(碎屑岩沉积)与清水沉积(碳酸盐岩沉积)相辅相成共同发育[5]。沉积物中多为砂岩和粉砂岩，潮汐层理广泛发育，含钙质和透镜状砂岩，含有完整的动植物化石，发育黄铁矿结核，表明潮汐作用在减弱，潮坪出现了沼泽化，并进一步泥炭沼泽化，形成受海水影响的近海低位沼泽。综上所述，本区沉积环境属潮坪—泻湖—碳酸盐台地内侧海沉积体系中潮坪环境。

三、结论

1.研究区龙潭组含煤岩系属碎屑岩—碳酸盐岩型煤系。沉积体系属于碳酸盐潮坪沉积体系组，具体可识别为障壁海岸沉积体系和碳酸岩沉积体系。其中障壁海岸沉积体系在垂向上主要位于龙潭组一段及二段，在横向上位于研究区的西部和西北部，是主要的聚煤区域；碳酸岩沉积体系在垂向上主要位于龙潭组三段，在平面上主要位于研究区东部及东南部。

2.研究区内含煤地层二叠系龙潭组的研究区含煤地层龙潭组内共识别出了潮坪、障壁岛、泻湖、碳酸盐陆棚四个亚相。其中潮坪相进一步划分为砂坪、泥坪、混合坪、泥炭坪和泥炭沼泽共五个微相。潮上泥炭沼泽是研究区最重要的聚煤沉积环境，其次为泥炭坪。

3.受东吴运动的影响，上扬子地块抬升，使得研究区形成了西高东低的古地形格局，也使得沉积基底茅口组暴露风化剥蚀。后由于海水的侵入而在茅口组上沉积了龙潭组，同时康滇古陆的抬升客观上为研究区的沉积作用提供了物源。这种古地理格局为聚煤作用及其沉积相的展布特征奠定了基础。