徐沛煤田晚古生代成煤环境与聚煤规律研究

第23卷11期中国煤炭地质Vol.23 No.11COAL GEOLOGY OF CHINANov.2011doi 10396/j.ssn.1674- 103.211.11.1文章编号:1674-1803(2011)11-0001-05徐沛煤田晚古生代成煤环境与聚煤规律研究廖家隆,袁振丽,王慧军,刘茜清,韩鹏(江苏煤炭地质局,江苏南京210046)摘要:根据已有研究成果及大量钻孔资料,运用沉积学煤田地质学的基本理论和方法,分析了徐沛煤田晚古生代的成煤环境,并总结了其聚煤规律及控制因素。结果表明,石炭一二叠纪聚煤作用主要发生在海岸带的堡岛体系和过渡相中,由海岸带向两侧,聚煤条件逐渐变差;堡岛体系泥炭坪形成的煤层厚度小，结构单一;三角洲体系分流间.湾泥炭坪和泛滥平原泥炭沼泽形成的煤层厚度大;煤层在垂向上由薄至厚,结构由简单至复杂,稳定性逐渐变差;平面上,自北而南含煤层数逐渐增多,含煤层位逐渐抬高,条带状富煤带有向南迁移趋势。关键词:徐沛煤田;晚古生代;成煤环境;聚煤规律中图分类号: P618.11文献标识码: AA Study on Late Paleozoic Coal-forming Environment andCoal- accumulation Pattern in Xupei ColfieldLiao Jialong, Yuan Zhenli, Wang Huijun, Liu Qianqing and Han Peng(iangsu Bureau of Coal Geological Exploration, Nanjing, Jiangsu 210046)Abstract: By the means of the principle and methods of sedimentology and coal geology, based on the detailed coring data and thecoal- forming environment analysis, the paper has summarized the coal-accumulation pattem and the controling factors of the Xupeicoalfeld during Late Paleozoic Era. The study has demonstrated that the Permo-Carboniferous coal accumulation has been happenedmostly in the offshore barrier island system and transitional facies, and the coal -accumulation conditions gotten worse increasinglyfrom coastal zone to both sides. The thickness of coal seams is smal1 and structurally unitary in the peat flats of barier island system,while the thickness of coal seams is large in peat flats of interdistributary bay and peat swamps in flood plain. The spatial distributionof coal seams is regular: vetically, thickness increases from thin to thick and structure from simple to complex, but the stabilitydegraded; horizontally, the number of coal seams is gradually increasing and the coal-bearing horizon gradually elevating from northto south, and the banded coal-rich belt tending to migrate from north to south.Keywords: Xupei coalfield; Late Paleozoic Era; coal-forming environment; coal-accumulation patter徐沛煤田地处江苏省西北部、郯庐断裂带以西系新近系和第四系。其中,石炭一二叠系太原组、山的华北板块南缘，大致位于北纬34°10'~35930' ,东西组和下石盒子组是主要含煤地层。经116*15'~117930' ,自北而南分布有丰沛九里山、1.1本溪组贾汪三个矿区，区内含煤面积约1500km2,是我国重下界为紫红色铁质泥岩(山西式铁矿),平行不要的煤炭基地之--。本文通过对大量野外剖面的调整合于奥陶系灰岩之上，上界为浅灰色灰岩(十四查研究，详细分析晚古生代煤系地层沉积环境和聚灰)顶。本组厚度一般在20m左右。岩性由紫红色铁煤规律,为煤田开采提供了有益的地质依据。质泥岩、铝质泥岩、铝土岩和石灰岩组成,局部见煤线及1~2层薄煤层。1地层特征1.2太原组研究区地层属华北地层，发育比较完整,分布亦下界为十四灰顶,与本溪组假整合接触,上界为较广。区域发育地层有:太古界泰山群震旦系、寒武一灰上部的黑色海相泥岩顶。本组厚度为129~系、奥陶系、石炭系、二叠系、侏罗系、白垩系、古近192m。岩性由灰、深灰、灰黑色泥岩、粉砂岩和薄层基金项目:江苏省(含上海市)煤炭资源潜力评价项目砂岩组成,夹14层生物屑灰岩及12层左右薄煤层,作者简介:廖家隆(1983- -).男,硕士.2008年毕业于南京大学,工程.(1212010813009)。其中含可采煤层1~6层。中国煤化工1.3山西组师,现从事煤炭地质勘探与研究工作。下界为灰黑YHCNMHG结核的粉砂收稿日期:2011-08-18责任编辑:唐锦秀质泥岩底，与太原组连续沉积，上界为灰绿色含砾11期廖家隆,等:徐沛煤田晚古生代成煤环境与聚煤规律研究煤田较为重要的煤层。层为另一个分煤组。山西组含煤性最好,煤层分布广,单层厚度大,下石盒子组是徐沛煤田的又一个重要含煤层尤以7煤层最发育,全区可采,是本区最重要的可采段,主要发育煤层为1煤和2煤,其中2煤为本组主煤层。但从平面分布看,山西组煤层横向变化大,徐要可采煤层,含煤性较好,但平面分布上差异明显，沛煤田各矿区间差异显著,从北而南,含煤系数逐渐从北而南,含煤性逐渐增强,煤层厚度逐渐增大,结减小,煤层厚度逐渐变薄(表1.图2B、图2C)。同时，构也由复杂向简单转化(表1、图2D)。其主煤层由山东境内的“单层结构”2叫发展到本区总体而言，各组地层的含煤特征在空间展布上的“双重结构”,即以7.8煤层为一分煤组,9.10煤有着很大的差异,垂向上总的表现为由下而上,煤层舢湖责迂●'刁煤层厚度口物原供给方向101煤层厚度口物源供给方煤田边界图毒退向2 t LOkm煤田边界区刁海退胸A.21煤山●艳山县衢山湖注A想(物州市徐州市2刁煤层厚度区刁物源供给方向刁煤层厚度物源供给方向煤田边界为退方向]煤田边界团海退方向0. L0kmC.7烧D.2煤图2徐沛煤田主要煤层等厚线圉Figure 2 Xupei coalfield main coal seam thickness contour表1徐沛煤田各矿区各含煤地层的含煤特征厚度由薄至厚，结构由简单至复杂，稳定性逐渐变Table 1 Coal-bearing characteristics of差;平面上,自北而南,含煤层数逐渐增多,含煤层位each mine area in Xupei calfeld逐渐抬高,富煤带有向南迁移的趋势(表1、图2)。矿区组厴度/m煤层数煤层总厚度含煤系数/%3.2成煤环境下石盒子组903~-90.20-1.350.67前已述及，本区主要可采煤层为太原组21煤，0.6丰沛矿区山西组132-5 223-8.875.0山西组7.9煤,和下石盒子组1.2煤。以下对主要煤5.68层的沉积环境作进一步的分析。太原组59 8~153.11-6.302.903.2.1太原组21煤层21煤层属堡岛体系的沉积，沉积相为泥炭坪下石盒子组110 3~92.40-5.04_3.3相,通过环境柱状分析可以看出,泥炭坪主要发育于九里山矿区 山西组093-9 3.53-8.714.95障壁岛后和渴湖后的潮坪上,其垂向沉积序列见图2.85~4.3367 9~143.42.0921煤层沉积过程中，地壳稳定,泥炭坪平缓而下石盒子组。。。3-1 4.43-6.455.9:中国煤化工。广阔分布,植物繁盛,潮汐水流作用微弱,故形成的贾汪矿区HCNMH G2.0煤层结构简单,全区发育。在部分地区见有薄层含炭太原组.60 9-173.61-5.302.53质硅质砂岩夹矸,是由于潮汐水流局部作用形成的。4.21.4中国煤炭地质第23卷开調台地相开阔台地相21煤层形成后,全区地壳普遍下降,海水广泛侵入，沉积了一层较厚的稳定分布的碳酸盐岩,构成21煤泥炭坪相层的直接顶板。潮坪相.。」」”翔坪相3.2.2山西组7、9煤层从山西组底界至9煤顶板砂岩，为一套堡岛体系的沉积,主要沉积相为渴湖相,在南部贾汪区有少障壁岛相洞湖相量障壁岛相分布。从9煤层项板砂岩底界至7煤顶A. 郑集S- 1孔B.景山3-12孔板砂岩底界,为一套潮控三角洲前缘相的含煤沉积,图3 21煤层垂向沉积序列全区稳定分布(图4)。Figure 3 Vertical sedimentary sequence of coal seam No.21山西期初期,本区地壳有所上升,但仍未脱离海另外,在煤层中常有较多的黄铁矿结核、硅质结核及水作用,构造运动微弱,全区为一稳定的瀉湖环境,碳酸盐结核,进一步证实了太原组海相成煤的特点。在渴湖的四周,泥炭坪大面积发育,并逐渐向鴻湖中76-23检1425-j-80补743-121V-10里7煤-)煤。20mof010km05 10km四田分流间湾相润湖相1-丰沛矿区I1-九里山矿区-贾汪矿区潮道相河口砂坝相●-钻孔圉4徐沛煤田山西组7煤层顶板砂岩以下沉积相剖面图Figure 4 Sedimentary facies section of Shanxi Formation below No.7 coal roof sandstone in Xupei coalfeld心扩展,以致全区泥炭坪化,植物大量繁盛,形成全泛滥平原亚相区较稳定可采煤层--9煤层。9煤层沉积后,全区进一步稳定上升,沉积环境发生根本性变化,由海相泥炭沼泽亚相演化为过渡相。在此过程中,随着海水的逐渐退出,漫滩沼泽亚相在三角洲分流间湾上发育广泛的潮坪泥炭坪环境,持续稳定,形成本区最重要的可采煤层一-7煤层。3.2.3下石盒子组2煤层决口扇亚相下石盒子组为一套三角洲平原相的沉积,煤层天然堤亚相全部发育于泛滥平原上的泥炭沼泽中，其沉积垂向序列见图5。分流河道亚相在三角洲平原相中，分流河道的作用占主导地位,它控制着其它亚相的发育和分布57。徐沛煤田2图5中国煤化工，13-12孔)煤沉积时,泥炭沼泽相的分布范围有所缩小，发育程Figure.fYHC N M H GrXishihed度全区有所差异,丰沛矿区泥炭沼泽相发育较差,时Formation in borehole Jingshan No.3-1211期廖家隆,筹:徐沛煤田晚古生代成煤环境与聚煤规律研究间短,变化快,常形成多层不稳定的薄煤层,被其它及,本区自晚石炭世至晚二叠世,为一个总的海退过亚相的沉积物所间隔;而在九里山和贾汪矿区,泥炭程,海水由北北西向南南东逐渐退出",因此富煤带沼泽广泛发育,稳定持久,成煤植物大量繁盛,水动也由北向南逐渐迁移(图2)。力条件弱,形成较厚的稳定煤层,其中尤以贾汪区为4结论最好。同时煤层的分带现象明显,常形成北东东向的富煤带。在三角洲平原相中,靠近海岸带的地方聚煤运用沉积学、煤田地质学的基本理论和方法,采作用最强,因为此处成煤植物最繁盛,受河流或潮汐取“将今论古、以实论虚”的思想,从多角度探讨了徐的作用最弱,植物死亡堆积后,埋藏条件最好的,故沛煤田晚古生代成煤环境和聚煤规律。石炭二叠纪常形成的富煤带与海岸线位置平行。聚煤作用主要发生在海岸带的堡岛体系和过渡相3.3聚煤规律及控制因素中。从本溪组至山西组沉积初期,主要为--套陆表海聚煤规律受古构造、古气候、古环境等因素的控沉积环境，山西组中上部沉积时开始转为海岸平原制-10。平缓而略有起伏的沉积基底、间歇性缓慢升三角洲环境，这一环境体系延至上石盒子组下部沉降的地壳运动广阔分布的陆表海及海岸平原环境、积结束。煤层在空间上展布也具有- -定规律,平面上热带-亚热带多雨湿润的古气候条件，是华北地区含煤层位自北而南逐渐抬高,富煤带向南迁移;垂向晚古生代聚煤作用发育、形成煤层广布、煤质优良、上煤层由薄变厚,结构由简单至复杂,稳定性变差。储量丰富等聚煤特点的宏观控制因素14.。在这些控对区域成煤环境和聚煤规律的正确认识，有助于找制因素的作用下，本区石炭-二叠纪煤层在沉积和煤中做到有的放矢,有效圈定靶区,对煤田预测和勘探具有重要的指导意义。赋存等方面形成了较明显的规律性。①根据图1沉积环境柱状分析，本区石炭一二参考文献:叠纪聚煤作用主要发生在海岸带的堡岛体系和过渡[1]华北课题江苏子课题组华北晚古生代聚煤规律与找煤研究报告相中,由海岸带向两侧，聚煤条件逐渐变差,煤层逐[R]北京:中国煤炭地质总局.1991.渐分叉、尖灭或沉缺,因此常形成条带状富煤带(图[2]薛庆远山东滕南矿区山西组茂水三角洲的沉积构成和聚煤特征2),平行海岸线分布。小中国矿业大学学报1995.242);43-51.②聚煤期的环境控制着煤层的沉积过程,而聚[3]尚冠雄华北地台晚古生代煤地质学研究[M].太原:山西科学技术煤期后的环境则控制着煤层的埋藏等条件,它可以出版社.1997.[4]陈钟惠,武法东,张守良.等.华北晚古生代含煤岩系的沉积环境和使煤层得以保存。由于三角洲分流河道和潮汐水流聚煤规律[M].武汉:中国地质大学出版社,1993.的作用,煤层常遭到冲刷剥蚀,厚度变薄甚至缺失。(5]邵龙义,肖正辉.何志平,等.晋东南沁水盆地石石炭二叠纪含煤岩③聚煤环境的变化控制着煤层的沉积厚度和分系古地理及聚煤作用研兖[J.古地理学报,006,8(1);43-52.布特征,沉积体系的不同,形成的煤层结构特征和分[6]刁玉杰.魏久传,曹红.南华北盆地石炭-二叠系沉积环境与聚煤布情况也不同。堡岛体系泥炭坪煤层(如21煤)厚度规律研究[]，海洋科学集刊,2010.50:133-138.[7]张昌民,尹太举,朱永进.等.浅水三角洲沉积模式([].沉积学报,小,结构单一,层位稳定增长,全区发育,富煤带平行.2010.28(5)-933-944.海岸线呈北东东向延伸;三角洲体系分流间湾泥炭[8]夏文臣解习农,锥增强,等.内陆表海边缘受潮汐作用影响的三角坪煤层(如7煤)和泛滥平原泥炭沼泽煤层(如1煤洲体系的沉积构成及其聚煤特征[u地球科学-中圖地质大学学报，或2煤),厚度大,变化复杂,常形成结构较单一富煤198.131():35- 47.[9] Fielding C R.Coal depositional models for deltaic and aluialplain带。在其两侧,由于受分流河道和潮汐水流的作用,sequences [I]. Ceology, 1987, 5: 661- 664.煤层结构复杂,夹矸增多,常分叉尖灭、变薄甚至缺[10] Home J C, Femm J C, Caruceio F T, etal. Depositional models in失。因此，自本溪组至下石盒子组,区内煤层常表现coal exploration and mine planning in Appalachian Region [小AAPG,为厚度由小到大、结构由简单至复杂的变化趋势。1978.62(12):2379- -2411.④海岸线的变迁,控制着富煤带的分布。前已述中国煤化工MHCNMH G