小保当勘查区沉积环境及聚煤规律

1榆神矿区小保当区延安组沉积环境及聚煤规律申涛1，贺丹2（1陕西省煤炭地质测量技术中心陕西西安710001；2陕西省煤田地质局勘察研究院，陕西西安710054）摘要：小保当勘查区位于陕北侏罗纪煤田榆神矿区的中部，区内地质构造较为简单，煤层稳定，煤质优良，是不可多得的优质环保煤。本文对区内的构造地质特征、含煤建造的古沉积环境、聚煤规律及控煤因素进行了简要概述，认定区内延安组含煤岩系是在大型内陆湖泊边缘形成的、以三角州平原——浅水湖泊——三角洲泽岛与浅水湾相间域——三角洲平原——泛滥平原为序的沉积环境。关键词：延安组；岩相特征；沉积环境；聚煤规律；陕北侏罗纪煤田中图分类号：文献标识码：A文章编号：1671-749X（2008）02-收稿日期：2007-9-30作者简介：申涛（1979-），男，山东日照人，2003年毕业于中国矿业大学，助理工程师，从事煤田地质工作。0概况小保当勘查区位于陕西省榆林市神木县西南部及榆阳区的东北部，行政区划隶属于榆林市神木县大保当乡管辖。地处陕北侏罗纪煤田榆神矿区西部，榆神一期规划区与榆神深部区的中间地带，东南部分别与大保当井田和曹家滩井田相邻。面积约220km2。陕北侏罗纪煤田位于鄂尔多斯台向斜东翼――陕北斜坡上。据区域地质资料，基底中主要存在吴堡～靖边EW向、保德～吴旗NE向、榆林西～神木西NE向构造带，对煤田的形成及分布具有一定的控制作用。地层总体为走向NE，倾向NW，倾角不足1°的单斜构造，局部有宽缓的波状起伏。1延安组的岩相特征延安组是本区的含煤地层，与下伏富县组为连续沉积，与上覆直罗组呈平行不整合接触，本组地层保存较完整，厚度270.92～290.85m，一般厚280m。该组为一套陆源碎屑沉积（图1），在横向上变化较大，垂向上具有明显的层序韵律结构，依据煤层及岩煤层组合特征，物性特征、古生物和孢粉组合，岩性岩相特征等，可划分为五个中级旋图1延安组沉积断面图2回，自下而上编为Ⅰ～Ⅴ段，所含煤层自上而下划分为1～5个煤组，可采煤层赋存于旋回顶部，为延安组各段的分界界面，亦是各岩段主要聚煤作用之处。现将各岩段自下而上分述如下：1.1侏罗系中统延安组第Ⅰ段（J2y1）自煤系底界至5-2煤层顶面。它是在富县组尚未夷平基础上的补偿沉积，各地段厚度变化较大，段厚56.00～85.08m，一般厚65m，含5号煤组。按岩性可分为上、下两个亚旋回。下亚旋回为三角洲旋回，常是中、下部为灰白色中粒、细粒长石岩屑砂岩，上部为灰色、深灰色富云母粉砂岩、砂质泥岩，5-3煤层赋存于顶部。上亚旋回多为湖泊旋回。以浅灰色砂质泥岩、粉砂岩为主，夹薄～中厚层细粒砂岩、泥灰岩透镜体和煤线。也有中、下部为粗、中粒岩屑长石砂岩，含砾粗拉长石石英砂岩；上部为巨厚富云母粉砂岩、砂质泥岩的旋回结构。顶部含5-2煤层。1.2侏罗系中统延安组第Ⅱ段（J2y2）该段自5-2煤层顶板至4-2煤层顶面。段厚55.21～80.15m，一般厚67m。本段地层细碎屑岩较多，以灰色粉砂岩、砂质泥岩、泥岩为主，夹众多薄煤层、泥灰岩及菱铁质泥岩透镜体，泥岩富含瓣鳃动物化石。是个复杂旋回结构，含4号煤组，自上而下为4-4、4-3、4-2煤层。按垂向岩性差异以4-3煤层顶板为界大致可以分为上、下两个亚段。下亚段厚约35m，沉积环境是由一系列小型朵叶状三角洲及分流间湾所组成的三角洲体系域。为延安组岩性最细的一段，通常以深灰色粉砂岩、泥岩、砂质泥岩为主，夹浅灰色薄～中厚层状细粒砂岩、多层煤线及炭质泥岩。粉砂岩及泥岩具缓波状层理及水平层理，4-4煤层位于中部，其上部与下部各有一个含瓣鳃化石的泥岩层位，夹有具迭锥构造的泥灰岩透镜体，4-3煤层赋存于顶部。上亚段厚约30m。岩性及层序结构同第Ⅰ段上亚旋回相似。砂岩为以灰白色中厚层状中、细粒岩屑长石砂岩，细碎屑岩为灰黑色砂质泥岩、粉砂岩，具小型交错层理、波状层理、断续波状层理及包卷层理。粉砂岩中保存有大量垂直层面的虫孔遗迹。4-2煤层赋存于其顶部。1.3侏罗系中统延安组第Ⅲ段（J2y3）本段自4-2煤层顶板至3-1煤层顶面，段厚24.65～42.53m，一般厚34m。为单一的旋回结构，其岩性以灰色、深灰色粉砂岩、砂质泥岩、泥岩为主，夹灰白色富云母中细粒岩屑长石砂岩。具水平层理、缓波状层理、小型交错层理、含有完整的植物叶化石及瓣鳃类化石。3-1煤层赋存于其顶部，在其下部3～5m处有一层位稳定，厚0.2m左右的薄煤层。1.4侏罗系中统延安组第Ⅳ段（J2y4）自3-1煤层顶板至2-2煤层顶面，段厚35.75～75.70m，一般厚45m。在东南半区属单一旋回结构，为一大型朵叶状湖泊三角洲沉积，分流河道十分发育，分布广泛，岩性组合规律也明显，中下部以灰白色巨厚层状中细粒岩屑长石砂岩为主。上部和底部常为深灰色泥岩、粉砂岩。顶部积聚有丰厚的2-2煤层。在北、西半区，因煤层分岔，形成两亚旋回结构，岩性以灰色、深灰色粉砂岩、泥质粉砂岩、泥岩为主，夹灰白色细粒岩屑长石砂岩，2-2煤层分岔成2-2上及2-2下两层，随着段距也增大至70多米。同时煤层也逐渐呈掃帚状分岔变薄。1.5侏罗系中统延安组第Ⅴ段（J2y5）本段自2-2煤顶而至煤系顶界。由于遭受直罗河冲蚀，厚度变化较大，52.53～97.06m，一般厚74m。为泛滥平原型沉积，岩性组合复杂，为深灰色富云母粉砂岩、砂质泥岩、炭质泥岩、薄煤层或多层煤线，夹灰白色中、细粒岩屑长石砂岩。细粒砂岩含铁质鲕粒，沿层面分布成细层。本段地层含1号煤组，煤层层数多，1-2煤层分布范围相对较大，在部分地段分岔出1-2下煤层，煤层的可比性较差，煤厚变化较大。3图2三角洲前积型旋回结构图4分流间湾型结构2延安组的沉积环境详述了延安组含煤地层之后，现对这个含煤建造的古沉积环境作一简单分析。陕北侏罗纪煤田是“大型浅水湖泊三角洲沉积环境”，这个论点前人已有专论并为人们所接受，故本文对沉积环境的指相标识不再赘述，仅从相序去分析含煤建造各聚煤期的旋回结构类型，继而简单分析一下勘查区内含煤建造各主要聚煤期的古沉积环境特征。2.1旋回结构类型三角洲前积型旋回结构：此旋回结构中部下部是由具有槽状层理和大型交错层理的分流河道砂体叠加组成前积层，大多正粒序，也有逆粒序。其上有较厚的河漫平原相和闭流沼泽相顶积层。前积层下部有不太厚的浅水湖相或湖沼相底积层，甚至于缺失底积层（图2）。这种典型的三角洲前积型旋回机构在钻孔中各可采煤层均可大量见到。有二期三角洲建设旋回结构：沉积旋回到了聚煤期，由于陆源碎屑入侵泥炭田，终止了泥炭积聚，进行了第二期三角洲建设后，从新建设泥炭田，图3较为典型，二期三角洲建设有分流河道前积层，也有河漫滩相顶积和底积层，且建设巨厚。但大多数是沙洲、沙坝、河漫滩、闭流沼泽相中的三两相序，建设也不巨厚。分流间湾型结构：此旋回结构以细碎屑沉积为主。由浅水湖泊、湖沼、河漫滩、闭流沼泽相和泥炭沼泽相组成，夹有不太厚的侧向分流河道沙体和沙坝沉积，形成2～4个相序结构（图4）。三角洲前缘型结构：也以碎屑沉积为主。由浅水湖泊、湖沼、河漫滩、闭流沼泽、泥炭沼泽相夹席状沙、沙坝、沙洲相，形成了3～4个相序结构（图5）。此型旋回结构与分流间湾型结构区别在于前者含有席状砂岩相和前积粉沙（滨浅湖）相。泛滥平原型结构：此旋回相序结构由分流河道、沙洲、沙坝、河漫滩相与薄的闭流沼泽、泥炭沼泽相相间，频繁地形成了5～6个相序结构（图6）。2.2延安组的沉积环境图3有二期三角洲建设旋回结构4图5三角洲前缘型结构图5三角洲前缘型结构延安组含煤建造各聚煤期的古沉积环境在古地理位置上有相对继承性。即勘查区属大保当～金鸡滩巨大朵叶体三角洲的一部分，位处该三角洲西北端；处在本三角洲与拧条塔～红柳林三角洲之间的“三角洲湖湾”南岸，西濒临榆林凹陷浅湖区。在逐孔分析了勘查区各聚煤期的沉积旋回结构类型之后，勘查区的含煤建造的古沉积环境特征可归纳如下几点：5-3煤旋回未见到分流间湾型和前缘型旋回结构。2-2煤旋回亦未见到分流间湾型结构，但在局部见到前缘型旋回结构。可知含煤建造的沉积在早期和晚期（Ⅰ、Ⅳ岩段）三角州建设异常发育。5-3聚煤期全处于三角洲平台（三角洲平原）之上。2-2聚煤期，除局部为前缘浅水域外，大部分地区亦处于三角洲平原上。此两期聚煤初始是一遍森林沼泽景观。5-2及4-4煤两旋回处于湖泊急速扩张期，旋回结构大多属前缘型，故是浅水湖泊环境。也建设了一些萎缩（水下）三角洲。说它“萎缩”,是这些分流河道砂体巨厚、粒粗，甚至含细砾，而有异于区域性分流河道砂体多属细、中粒规律，可见其前积力之强，伸展到远岸水下。更重要的是有巨厚顶积层。顶积层是由前积粉砂相、浅湖粉砂相、席状砂、砂坝、湖沼相及薄泥炭沼泽相组成。4-3煤旋回和3-1煤旋回均见到较多的分流间湾和前缘型结构。说明延安组含煤建造沉积到了中期（Ⅱ段上部和Ⅲ岩段），本区沉降幅度最大，而降速平稳，达到了沉积均衡状态，故此时的古沉积环境是由一系列小型朵叶状三角洲及分流间湾所组成的环境体系域。此两聚煤期初始，是森林泽岛与浅水湾相间景观，其西境及北缘是湖沼浅水域。含煤岩系沉积到了末期（Ⅴ岩段），其旋回结构类型全属泛滥平原型结构。故此时的古沉积环境虽仍属三角洲环境，但已显现上三角洲——网状河性质，勘查区已成为泛滥平原。5-3和2-2两聚煤期曾各有一次大规模的陆源碎屑入侵泥炭田。二期三角洲建设的后果，造成该两煤层大分岔。勘查区含煤建造自早期至末期的古沉积环境是三角州平原~浅水湖泊~三角洲泽岛与浅水湾相间域~三角洲平原~泛滥平原。3结论煤层富集于煤系下部和上部，积聚了厚~特厚煤层(5-3、2-2煤)。反映了湖泊扩张初期和收缩初期，本区建设了完美的三角洲（平台）平原环境，对煤层的积聚十分有利，进行了两期最重要也最巨大的聚煤作用。一是湖泊急剧扩张期（5-2、4-4煤），水进岸退，勘查区处于浅水湖泊环境，也建设了一些萎缩（水下）三角洲，此环境不利于聚煤作用，仅在局部地区图6泛滥平原型结构5积聚了薄的可采煤层。二是水体最大限度扩张后，地壳相对稳定（补偿平衡），湖水甚浅，形成了一系列小朵叶状三角洲与分流间湾相间域及前缘浅水湖沼域的沉积环境，也十分有利于聚煤作用，故积聚了中厚～厚煤层（4-3、3-1煤）。含煤建造末期，地壳大幅度回升，湖泊急剧收缩，大规模岸进，勘查区已处于上三角洲——泛滥平原环境，不利于聚煤作用，故只在局部地区积聚了（1-2煤）薄～中厚可采煤层。厚度变化较大，方向性也不明显。综上所述，勘查区各煤层的富集展布规律及其变化，直接受控于各聚煤期的不同沉积环境和北邻三角洲湖湾在各聚煤期的变迁及水体活动状态，间接受控于地壳运动总趋势。参考文献：[1]王双明.鄂尔多斯盆地聚煤规律及煤炭资源评价[M].北京：煤炭工业出版社.1996.[2]陕西省煤田地质局185队.陕北早中侏罗世含煤岩系沉积环境[M].陕西：陕西科学技术出版社.1989.[3]张韬.大型湖泊三角洲与聚煤作用[M].北京：地质出版社.1993.[4]杨起，韩德馨.中国煤田地质学[M].北京：煤炭工业出版社.1979.[5]程爱国.中国聚煤作用系统分析[M].徐州：中国矿业大学出版社.2001.[6]申涛主编.陕西省陕北侏罗纪煤田榆神矿区小保当优质环保煤详查地质报告[R].西安：陕西省煤田地质局勘察研究院.2006.