普安泥堡井田龙潭组古地理特征及聚煤模式分析

任文林+任海鹰+周泽

摘 要： 依据研究区80余口钻孔岩心成果，结合测井资料，并通过室内测试分析和野外调查等手段，运用地层学、沉积学、地球化学、煤炭地质学等理论。对该区龙潭组沉积古地理特征及聚煤模式进行了系统分析。结果显示：研究区龙潭组识别出三角洲、泻湖-潮坪2种沉积相类型、7种沉积亚相和17种沉积微相；识别出3个层序界面，将研究区龙潭组划分为2个三级层序；SQ1时期沉积环境主要由泻湖—潮坪转换为碳酸盐台地局限潮下，其后发生海退，发育潮控三角洲平原亚相，煤层主要形成于潮坪和分流间洼地演变而来的泥炭沼泽沉积环境；SQ2时期沉积环境主要为河控三角洲相、障壁砂坝—潮坪—泻湖相，该期三角洲范围扩大，成为沉积主体，煤层主要形成于海退—海侵转折期之后。在此基础上提出了三角洲—潮坪、障壁砂坝—泻湖—潮坪成煤环境。

关键词： 煤炭地质； 古地理特征； 聚煤模式； 泥堡井田； 贵州普安

随着西部大开发战略部署中“西电东送”工程的进一步实施，普安县政府拟在青山镇附近建一火电厂，把普安县境内的资源优势转化为经济发展优势，对研究区泥堡井田煤炭开采提出了更高的要求。而对泥堡井田煤层分布规律缺乏理论认识日益成为制约煤矿发展的主要因素，因此笔者依托所参与的普安县泥堡井田的勘探项目工作，通过对研究区的岩石特征、构造特征、层序地层格架等方面的研究，结合前人的部分研究成果对泥堡井田上二叠统龙潭组煤层发育古地理特征及聚煤模式进行了系统的分析。

1. 地质概况

1.1 构造位置

研究区位于扬子准地台西南缘，黔北台隆六盘水断陷普安旋扭构造变形区，黔西南涡轮构造带上的下甘河断裂与潘家庄背斜之间。亦是昆明山字型东翼反射弧与广西山字型西翼反射弧的交接部位。在下甘河断裂与潘家庄背斜间的次一级构造主要是泥堡背斜和鱼龙向斜，从区域构造情况看，该背向斜发生于燕山运动期，是研究区主要控煤构造（图1）。

1.2 含煤地层及岩石学特征

二叠系上统龙潭组为本区的主要含煤地层，厚度179.20m～246.15m，平均厚度217m，与上覆长兴组呈整合接触关系，与下伏峨眉山玄武岩组呈假整合接触关系，分为两段。

下段：龙潭组底界标七（B7）铝土岩底至标五（B5）灰岩顶，厚度53.67m～84.10m，平均厚度68m，含可采煤層26号一层。主要以泻湖—三角洲相为主，岩性主要为粉砂岩、细砂岩、灰岩、泥灰岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩、炭质泥岩、煤、铝土质泥岩等组成，含有黄铁矿结核和瘤状菱铁矿化石，以腕足类为主，次为瓣鳃类等动物化石及蕉羊齿、栉羊齿等植物化石。

上段：长兴组底界12号煤顶至标五（B5）灰岩顶，厚度125.02m～162.01m，平均149m，含可采煤层17、18、19号三层。为海陆交互相沉积，岩性主要由细砂岩、石灰岩、泥灰岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、炭质泥岩及煤组成，夹菱铁岩薄层。在垂向上岩性呈砂岩—灰岩—煤多旋回规律性变化。本段含丰富的腕足类、有孔虫、蜓、瓣鳃类等动物化石。

2. 层序地层与沉积相特征

2.1 层序地层特征

通过钻井岩芯观察及测井、沉积地球化学相应的研究，在上二叠统龙潭组识别出3个层序界面，并将上二叠统划分为2个三级层序（图3），4个沉积体系域。（1）SQ1层序包括的地层从茅口组顶界到B5石灰岩底面，层序底界为一区域性不整合面，顶界为区域性海退面SB1（区域不整合面—龙潭组不整合于茅口组之上）。该层序发育海侵和高位体系域。（2）SQ2层序由龙潭组上段组成，底部以B4灰岩上部砂泥互层为界，即SB2（区域海退面—泻湖潮坪向三角洲转换面），顶部以B2灰岩标志层为界，即长兴组底界SB3（区域海侵面—三角洲向泻湖潮坪、局限潮下转换）。该层序发育海侵体系域及高位体系域。

2.2 沉积相特征

根据研究区钻井资料，区内主要发育砂岩、粉砂岩、泥质岩、碳酸盐岩和煤，粒度较细，垂向上具有旋回性特征。SQ1划分为含煤地层底界至B5，厚约69m，由铝土质泥岩、石灰岩（B5、B6、B7等3层）和24、26、30煤层及泥岩、粉砂岩、细砂岩等组成一个完整的由海退—海进—海退的沉积旋回。石灰岩与煤层相间为煤层的直接或间接顶板，多数为生物碎屑灰岩，属潮下低能环境沉积。SQ2划分为B5至长兴组底界，厚约149m，由石灰岩（B2、B3、B4）、粉砂岩、细砂岩及泥岩和12、17、18、19、20、21、22煤层等组成，灰岩为煤层的直接或间接顶板，其间发育了3层～4层石灰岩，表明当时海进较频繁，该地层为三角洲—潮坪相沉积。笔者根据钻井、测井、古生物特征等资料分析，识别出三角洲、泻湖—潮坪2种沉积相类型、6种沉积亚相和17种沉积微相（图2、表1），随着海平面的升降旋回，各相不断迁移变化垂向上叠次出现，呈现多种组合样式。

3. 古地理特征

笔者在对研究区钻井层序内砂岩、灰岩含量特征进行统计，主要应用优势相划分方法，结合前人研究成果，对研究区晚二叠世龙潭期层序格架内古地理特征进行分析，并在此基础上建立沉积相模式。

3.1 SQ1古地理特征及沉积演化

层序SQ1对应龙潭组下段，研究区处于脉动式海侵作用过程中，为慢速海侵，快速海退的过程。区内地壳缓慢下沉，海水侵入该区，在古风化面上发育了泻湖—潮坪沉积体系。泻湖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，其上发育了局部煤线，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。

最底部煤层形成之后，随着海侵作用的继续，龙潭组发育了下部的30号煤层，该煤层厚度较小，连续性差好，随后的海侵形成了B6灰岩标志层，并局部形成薄煤层，研究区以潮坪—泻湖相为主；此后，海水退却，造成了以潮控三角洲平原为主的沉积环境。

研究区层序SQ1总厚度较大，全区分布稳定，均在100左右；灰岩较厚呈北薄南厚展布，最厚在研究区西北部达15m（图3），显示该区海侵过程中发育了碳酸盐台地相局限潮下亚相；砂岩也呈北薄南厚展布，含砂率以南部最大，最大超过20%，断续发育砂岩优势区，向东北方向砂岩含量逐渐减小（图4），渐变为粉砂岩、泥岩、砂岩混合沉积，主要为潮坪相。由此，研究区形成了自北西向南东砂泥混合坪到泥炭坪微相转变的古地理格局（图5），并伴生潮控三角洲平原沉积体系。

SQ1聚煤中心位于研究区南部及背部，构成中部向南、北向逐渐增厚的煤层分布（图6），岩相古地理显示三角洲平原演化而来的泥炭沼泽环境对聚煤作用更有利，区内沉积了较厚的煤层。从垂向上看，由于动荡的海侵环境导致海侵体系域中仅形成了较薄的30号煤层，主要可采煤层则形成于高位体系域中，该时段陆源碎屑供应较少，沉积了较厚的泥炭沼泽，发育了26、19号煤层，但随着海平面的逐渐下降，海退体系域中泥炭沼泽逐渐不发育，顶部仅在局部低洼处煤层较厚。

3.2 SQ2古地理特征

层序SQ2发育于龙潭组上段，底部以B4灰岩上部砂泥互层为界，顶部以B2灰岩标志层为界，即长兴组底界。底部海侵过程中发育了B3灰岩标志层，其后形成了碎屑和煤层为主的沉积，聚煤作用发育于由三角洲平原分流间洼地演化而来的泥炭沼泽，形成了较厚的18、17煤层；随后随着海侵作用的继续，三角洲废弃，聚煤作用发育于由泻湖潮—坪相演化而来的泥炭沼泽中，这种沼泽受海水影响较大，稳定性差，沼泽存在的时间短，所以形成的煤层较薄，且连续性差，随后海退，造成以障壁砂坝—泻湖—潮坪复合体系为主的粉砂岩和粉砂质泥岩以及泥炭沼泽相煤层等沉积，区内未形成可采煤层。

SQ2为区域性海退期，研究区几乎不含灰岩（图7）。三角洲相及其后的障壁砂坝—泻湖—潮坪复合体系构成了该期的主体部分，岩性以中—细砂为主，砂岩呈北薄南厚展布，最后达60m以上，障壁砂坝环境砂岩含量可达近50%（图8），发育范围主要在研究区南部；研究区北部地区发育三角洲前缘亚相接受持续海侵演化而来的泻湖相（图9），含砂率略微降低。该期形成的煤层较厚，分布稳定，岩相古地理显示三角洲沉积—泻湖—潮坪复合体系沉积环境有利于煤层发育，区内分布稳定（图10）。

4. 聚煤模式

研究区龙潭组聚煤盆地以海侵式為主，18、17号煤层的成煤环境格局为泻湖—潮坪组合；19号煤层为三角洲沉积环境；26号煤层则属于明显的三角洲平原—潮坪成煤。从而可以看出该区成煤环境以潮坪沉积环境为主，并以三角洲相为依存的古沉积体系。综合分析认为研究区聚煤模式可归纳为三角洲—潮坪成煤模式、障壁砂坝—泻湖—潮坪成煤模式（图11）。

（1）三角洲—潮坪聚煤模式

主要为三角洲平原成煤，研究区比较发育。煤层多，厚度大，分布广，稳定性较好。如26、19、18煤层就是在此环境中形成的主要煤层。河控三角洲平原河道砂发育，但煤层发育较差，一般1米左右，常分叉合并，灰分一般较高，硫分低至特低；潮控三角洲平原位于三角洲朵体近海方向，受海水影响较大，煤层主要发育于三角洲平原分流间湾部位，向海方向尖灭，煤层灰分稍低而硫分高。聚煤作用主要发生在潮控三角洲平原向河控三角洲平原过渡地带，随着海侵、海退作用的交替，三角洲平原亚相分流间洼地接受沉积或分流间湾逐渐变浅演化成潮坪再演化为泥炭沼泽沉积环境，形成了该区域可采的较厚煤层。

（2）障壁砂坝—泻湖—潮坪成煤模式

障壁砂坝、泻湖、潮坪是晚二叠世较常见的成煤类型，在该区域内发育于龙潭晚期，以潮坪作为聚煤场所，煤层一般稳定性好，比较连续，平行于岸线展布，结构一般较简单，可采性较好，但硫分一般较高，该区可采的17煤层作为该成煤模式代表。主要由宽广的潮坪、开阔的泻湖、障壁砂坝、潮汐通道和潮汐三角洲等环境单元组成，是煤层形成的良好场所。

5. 结论

（1）泥堡井田龙潭组主要发育区域性构造不整合面、区域性海退面及海侵面三种层序界面类型，可识别出3个层序界面，将研究区龙潭组划分为2个三级层序（SQ1、SQ2），每个层序识别出海侵体系域和高位体系域。

（2）依据相标志，在研究区龙潭组识别出三角洲、泻湖—潮坪2种沉积相类型、7种沉积亚相和17种沉积微相。

（3）龙潭早期发生脉动式海侵，以慢速海侵，快速海退为特征，沉积主体为泻湖—潮坪，构建了SQ1，沉积相呈北东—南西向展布，主要发育潮坪相；龙潭晚期为区域性海退过程，发育三角洲相、障壁砂坝—泻湖相，构建了SQ2，三角洲范围扩大，成为沉积主体，煤层主要形成于海退—海侵转折期之后，三角洲废弃演化而来的障壁砂坝—泻湖—潮坪复合沉积体系。

（4）在聚煤规律及控制因素分析的基础上结合研究区晚二叠世古地理特征，提出了三角洲—潮坪及障壁砂坝—泻湖—潮坪成煤模式。

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