古河流冲蚀对广旺矿区煤系分布的影响

黄祥宽

（四川广旺能源发展（集团）有限责任公司，四川广元 628017）

·煤田地质·

古河流冲蚀对广旺矿区煤系分布的影响

黄祥宽

（四川广旺能源发展（集团）有限责任公司，四川广元 628017）

广旺矿区开采历史悠久，浅部资源所剩不多。受多期次构造影响，煤层赋存条件复杂，煤系受冲蚀现象普遍。为延续矿区煤炭生产，通过收集现有勘查、研究成果及矿井生产过程中形成的地质资料，对影响矿区煤层稳定性的主要地质因素——古河流冲蚀进行分析研究，确定了冲积物源区主要为秦岭造山带，冲积方向总体为自北向南，聚煤中心在不同的时段东西各异，迁移频繁。须三段以广旺矿区中西部的白水—拣银岩—杨家岩为聚煤中心，须四段以矿区中部的陈家岭—唐家河为聚煤中心，须五段以矿区东部的赵家坝—代池坝为聚煤中心。而白田坝组由于同期和后期冲刷，聚煤中心又分为矿区西部的宝轮院—杨家岩、中部的白水—陈家岭—唐家河两个。明确了广旺矿区富煤区沿东西走向的间断式分布特征。

煤系；古河流冲蚀；影响；广旺矿区

广旺矿区煤炭开采历史悠久，但对煤系有关地质构造演化、沉积环境分析及对含煤的影响等方面基础研究不足，加之处于南北向构造带与东西向构造带交会处，受多期次构造影响，煤层沉积环境动荡、赋存条件复杂，煤系受冲蚀现象普遍。为指导矿区深部资源勘探工作，对整个矿区的煤系赋存状况进行分析研究，特别是对煤系广泛分布的古河流冲刷带进行研究，对认识煤系赋煤规律、开展深部资源勘探等具有重要的指导作用。

1 广旺矿区煤层赋存概述

广旺矿区大致沿东西走向分布于川北广元、旺苍、南江等市（县），矿区含煤岩系主要为上三叠统须家河组、中下侏罗统白田坝组。其中矿区西端的宝轮院井田煤层为中、下侏罗统白田坝组，煤层薄、煤层厚度不稳定、夹矸多、煤质差。矿区中东部煤层为上三叠统须家河组，煤层厚度较稳定，但煤层薄、夹矸多，煤层内在灰分高。

广旺矿区的煤种分别为长焰煤、焦煤、贫瘦煤、贫煤、无烟煤等。由于广旺矿区为陆相含煤沉积，因此煤层薄、稳定性差、结构复杂（图1）。矿区有可采或局部可采煤层共27层，煤层倾向（由西到东）从东南、西南、南、东南依次渐变，在平面图上呈横卧反写的缓S型，煤层厚度0.30～2.00 m，一般为0.40～1.20 m，属极薄煤层和薄煤层。煤层结构复杂，一般由3～5个煤分层组成；煤层延续3～5 km即尖灭，仅少数超过10 km，煤层层位对比困难。

图1 广旺矿区主要构造及井田分布简图Figure 1 A sketch of main structures and minefields distribution in Guangwang mining area

煤层倾角8°～63°，总体上呈西缓东陡的趋势，西端的宝轮院井田较缓（＜25°），中东端的代池坝、唐家河井较陡（25°～45°），赵家坝井田大于45°。

2 地质构造

2.1 构造分期

广旺矿区米仓山构造带在成煤期前后（中-新生代）构造演化，可分为6个主要阶段[1]，即：晚三叠世之前的前碰撞期、晚三叠世至早侏罗世之间的同碰撞期、中侏罗世至早白垩世早期之间构造平静期、白垩纪期间的陆内变形期、古新世至始新世早期的叠加构造变形期、始新世晚期以来的整体隆升期。不同阶段分别对广旺矿区的含煤建造的海相碳酸盐岩基底、复杂的含煤建造沉积结构、被北东向走滑构造左旋错断的东西向冲断构造级褶皱构造控制下的单斜主体构造、含煤建造沉积盖层的叠加改造及剥蚀，起着决定性的控制作用。

2.2 构造控制下的古地理环境

与构造演化相对应，在四川盆地晚三叠世古地理环境（图2）总体控制下，广旺矿区含煤建造受三个区域性的不整合面的控制和影响，即：雷口坡组（T3l）与须家河组（T3xj）之间、须家河组（T3xj）与白田坝组（J1-2b）之间、蓬莱镇组（J3p）与剑门关组（K1j）之间。三个不整合面在米仓山南缘地区体现为平行不整合，表明中三叠世至早白垩世时期，米仓山地区升降运动频繁，水平运动较弱。

图2 四川盆地晚三叠世古地理略图（据施振生等[5]）Figure 2 Late Triassic paleogeographic sketch map of Sichuan Basin(after Shi Zhensheng et al)[5]

朱如凯等认为，晚三叠世的四川盆地具有双物源-造山带和克拉通，上三叠统以三角洲和湖泊沉积体系为主，须家河组一段、三段、五段主要为湖泊沉积体系，二段、四段、六段为三角洲体系[13]。程立雪对广元地区须家河组研究确立了冲积扇、河流、湖泊三角洲、湖泊、海相三角洲、海岸等六种沉积体系类型，须家河组一段、二段为海陆过渡相→海相沉积模式，三段、四段、五段为盆周边缘冲积扇→河流→三角洲/扇三角洲→湖泊沉积模式，具体又细分为冲积扇→辫状河三角洲→湖泊、冲积扇→扇三角洲→湖泊两种沉积模式[17]。

动荡的古地理沉积环境，造就了广旺矿区煤层灰分高、煤层分岔频繁、煤层冲刷多见，煤层对比困难的几大特征。

3 煤系受冲蚀状况

3.1 煤系基底冲刷

广旺矿区须家河组煤系以下发现两组冲刷，对煤系基底进行改造和控制。

表1 广旺矿区地层简表Table 1 Simplified Guangwang mining area stratigraphic time table

须家河组第一段（T3xj1）与雷口坡组（T2l）间的冲刷。T3xj1由灰色、黄色、灰黑色薄层泥岩、砂质泥岩、砂岩夹薄煤层、煤线等组成。中部夹一层厚约1～10余米灰白色石英砂岩，质纯、坚硬、层位稳定，局部有煤层赋存其下。往下与雷口坡组间的冲刷不整合，主要控制煤系基底。

在旺苍东河剖面，铜街子组顶部为花岗岩、灰岩、泥灰岩、硅质岩成份的半棱角-半磨圆砾石组成的砾岩，沈中延等分析认为属山麓河流堆积，揭示出雷口坡组与铜街子组间存在一个不整合面[9]。

3.2 煤系盖层冲刷

须家河组与白田坝组间的不整合，控制了煤系顶界发育。因此，广旺矿区主要含煤为须家河组。尽管在广旺矿区西段的宝轮院井田、中段的唐家河井田、东段的代池坝井田的下侏罗统白田坝组有局部可采煤层，但受白田坝组第二段（J1-2b2）与第一段（J1-2b1）间、千佛崖组与白田坝组（J1-2b3）间、下沙溪庙组与千佛崖组（J2q）间、上沙溪庙组（J2s）与下沙溪庙组（J2xs）间自下往上发育的四组冲刷作用，白田坝组的煤层不仅分布零散，且煤层薄、夹矸多、灰份高，规模开采的价值小（图3）。

3.3 煤系同期主要冲刷期次及分布

由于冲积扇、三角洲、辫状河三角洲的广泛分布，广旺矿区的含煤岩系-上三叠统须家河组、中下侏罗统白田坝组，含煤岩系受冲蚀的状况不仅发生在组与组之间，组内不同岩层也存在冲刷作用。这是广旺矿区煤层零散、断续分布的主要原因，煤岩层对比困难。

为了更清楚的显示冲刷对含煤地层的影响，将广旺矿区各主要井田煤层及粗碎屑岩分布自西向东列表（表2）。

图3 广旺矿区须家河组主要冲刷示意图Figure 3 A schematic diagram of main scouring in Xujiahe Formation,Guangwang mining area

从表2中可以看出，广旺矿区主要含煤地层内自东向西存在三个主要冲刷面（不整合面，表中虚线表示）。即须家河组三段与四段之间、须家河组四段与须家河组五段之间（矿区中西部）、须家河组与白田坝组之间，三大冲刷面对煤层的分布起主要控制作用。其中，须家河四段与须家河三段之间、须家河组与白田坝组之间两大冲刷贯穿整个矿区。特别是须家河组四段、须家河组五段二亚段的巨大砂体的影响和控制，广旺矿区聚煤中心在不同的时段东西各异，迁移频繁。须家河组三段以广旺矿区中西部的白水-拣银岩-杨家岩为聚煤中心，须家河组四段以矿区中部的陈家岭-唐家河为聚煤中心，须五段以矿区东部的赵家坝-代池坝为聚煤中心。而白田坝组由于同期和后期冲刷，聚煤中心又分为矿区西部的宝轮院-杨家岩、中部的白水-陈家岭-唐家河两个。自须家河三段、四段、五段，至白田坝组，地层由老到新，整个矿区主要聚煤中心在冲刷带的控制下，呈现出矿区中西段、矿区中段、矿区东段，以及矿区西段和中段“摆动式”的分布现象。

3.4 冲刷物源区

孙东[1]研究表明，须家河组、白田坝组内广泛分布的砾岩物源并非来自米仓山构造带，可能来自更北侧的秦岭造山带。淡永[8]等根据野外剖面和钻井剖面研究发现，米仓山—大巴山前缘上三叠统须家河组四段（须四段）中广泛发育的以硅质岩砾石为主的砾岩层，为一套冲积扇砾岩，其砾石也来源于南秦岭地区。王金琪[10]研究认为，须下盆沉积物源以北方秦岭为主，其次是康滇古陆，而非西北方的“古龙门山”。结合构造演化和四川盆地古地理环境，广旺矿区须家河组、白田坝组含煤岩系冲刷物源，主要来源于秦岭造山带。

表2 广旺矿区各主要井田主要煤、岩层层位分布表（自西向东）Table 2 Data sheet of each main minefield main coal seams and strata horizons distribution in Guangwang mining area(from west to east)

3.5 冲刷方向

米仓山上三叠统须家河组四段冲积扇砾岩，砾石分选较差，磨圆相对较好，砾岩层为0～70 m，由北东向南西减薄[8]。印支早幕，龙门山及川西北地区，作为西秦岭缝合带及盆中、汉南隆起间的海湾，沉积主体是河流碎屑物自北向南、西南对海湾进行充填[10]，结合物源区及沉积区北南分布的位置关系，以及沉积物分布的指向，广旺矿区煤系主要受冲刷方向为北-南或北东-南西方向（图4）。广旺矿区多年的生产实践资料证明，煤层沿东西走连续性差、呈几百米、数千米至十千米的间断式分布，且沿东西方向的煤层岩层对比困难；而沿自北而南的倾向方向煤层相对稳定，变化较小。煤层分布特征与冲刷方向一致。

图4 晚三叠世晚期(T3xj4-6)川北广元沉积模式及河流发育特征(据李伟[20])Figure 4 Sedimentary model and channel development features in Guangyuan,northern Sichuan during later Late Triassic Epoch (T3xj4-6)(after Li Wei)[20]

4 煤层受古河流冲蚀的影响

广旺矿区共有可采或局部可采煤层共27层，但由于受古河流冲蚀的影响，造成矿区内各井田煤层的差异性赋存特征。具体呈现出以下特点。

煤层稳定性差，跨井田煤岩组对比困难。受古河流冲刷的影响，广旺矿区原始成煤环境十分动荡，造成自西往东的二十余个井田（矿段），煤层延续3～5 km即尖灭，仅少数超过10 km，煤层层位对比困难。

煤种呈现区块性分布，井田与井田间煤种出现差异，但基本呈现按变质程度的高低自西向东由低到高的变化趋势，如宝轮井田、凡家岩井田、杨家岩井田以长焰煤和气煤为主，王家沟、须家河井田以肥煤、肥气煤为主，中部的荣山、拣银岩及白水井田以肥煤、肥焦煤、焦煤为主，往东唐家河井田焦煤为主，再往东的赵家坝、代池坝则以瘦煤、贫瘦煤为主，直到东端的南江县水洞井田则为无烟煤。

煤质分布与煤岩组地层受冲刷程度大致呈反比例关系，煤岩组地层受冲刷程度高的区域，煤层的煤质较差，受冲刷程度低的区域，煤质较好。从广旺矿区总体上看，西端受冲刷程度高，煤质较差，东端受冲刷程度低，煤质较好。从局部上看，宝轮院井田受冲刷程度高，煤质较差，中、东端的荣山、唐家河等井田，受冲刷程度相对较低，煤质较好。

煤层的缺失，三叠纪早、中期受纬向构造带（秦岭）的影响，以南北向冲刷为主沉积特征，从而导致各井田三叠系煤层沿走向（总体上近东西）变化较大，连续性差，可采范围间断性出现；三叠纪后期及侏罗纪早期，受经向构造带（燕山运动，青藏高原向东挤压龙门山脉抬升）的影响，以西东向冲刷为主沉积特征，以致西端三叠系受到严重冲刷，含煤地层被冲蚀。

5 特征层位的找煤意义

根据广旺矿区煤层受古河流冲刷的特征规律，可通过对矿区粗粒岩的分布规律，结合古构造运动的演化过程，可以从总体上把握矿区的含煤性及煤层分布规律，对矿区的深部煤层的勘查，具有重要的指示性意义。

具体地讲，广旺矿区西部，因在燕山期及以后的西东向冲刷作用的影响下，最主要的含煤地层须家河组第五段（T3xj5）缺失不全，如宝轮井田仅余须家河组第三段（T3xj3）与其上的白田坝（J1-2b1）呈不整合接触，该两段均含煤，但煤层薄且不稳定，可采系数低，煤质差，难以规模化开采，深部找煤意义不大。而广旺矿区东部因以北南向的古冲刷作用为主，虽然造成须家河组及部分白田坝组的煤层沿走向变化大，呈现沿东西走向上的间断不可采段，但在倾向上，各主要煤层的煤厚变化小，因而其深部的找煤意义要比西部大得多。

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Impact from Paleochannel Scouring on Coal Measures Distribution in Guangwang Mining Area

Huang Xiangkuan
(Production Technology Department,Sichuan Guangwang Energy Development(Group)Co.Ltd.,Guangyuan,Sichuan 628017)

Coal exploitation in the Guangwang mining area is time-honored with shallow part resource not much left.Coal hosting condition is complex,because of multi-staged tectonic movement;coal measures scouring phenomena are common.To continue coal production in the area has carried out analytic study on the paleochannel scouring,one of major geological factors impacting coal seam stability in the area through collecting and sorting of available geological data from exploration,studied results and mining production.The study has determined that the provenance mainly from the Qinling orogenic belt with water-current orientation from north to south as a whole,coal accumulation center frequently migrated in east or west from time to time.In the third member of Xujiahe Formation,coal accumulation center is in the midwest part of Guangwang mining area Baishui—Jianyinyan—Yangjiayan district;in the fourth member is in the middle part Chenjialing—Tangjiahe district,in the fifth member is in the east part Zhaojiaba—Daichiba district.While in the Baitianba Formation,since synchronous and succeeding scouring,coal accumulation center can be partitioned into two:west part Baolunyuan—Yangjiayan district and middle part Baishui—Chenjialing—Tangjiahe district.The study has determined that the coal-rich zones in the mining area have discontinuous distribution features from east to west,thus can guide and promote deep part resources exploration from theoretical probing.

coal measures;paleochannel scouring;impact;Guangwang mining area

P618.11

A

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.02.01

1674-1803(2017)02-0001-05

黄祥宽（1966—），男，四川泸县人，教授级高级工程师，工程硕士，1989年毕业于湘潭矿业学院（现湖南科技大学）煤田地质与勘查专业，主要从事煤田地质、矿井地质及技术管理工作。

2016-08-19

责任编辑：宋博辇