汶上煤田太原组沉积特征与层序划分

来源:用户上传      作者:

　　摘要：根据宁汶煤田唐阳井田石炭系太原组的岩性、沉积构造、古生物等沉积特征，将该区上石炭―下二叠统太原组含煤岩系划分为障壁―泻湖体系和潮坪沉积体系，通过盆地充填沉积的成因相特征分析，划分出三个三级层序。认为本区太原组形成于潮汐作用为主的陆表海海岸，泥炭沼泽是成煤的重要古地理环境，海平面的变化是控制沉积环境演化和聚煤作用的主要因素。
　　关键词：沉积特征；层序；太原组；汶上煤田
　　中图分类号：TD163+.1 文献标识码：B 文章编号：1009-9166（2009）05（c）-0098-02
　　
　　一、地质概况
　　
　　汶上煤田位于山东省济宁市汶上县境内，属于宁汶煤田的一部分。该区位于华北地台的东南部，其基底属于华北地台的组成部分。石炭―二叠纪是地台稳定发展阶段的主要成煤时期，含煤岩系表现为煤层厚度大，分布稳定的地台型的特点。区内断层、褶曲发育，地层产状变化较大，有较大的扭转。
　　
　　二、太原组沉积特征
　　
　　1、岩性特征。太原组岩性主要由深灰～灰黑色泥岩、粉砂岩、中细砂岩、石灰岩和煤层等组成。砂岩类型主要为
　　石英砂岩、长石石英砂岩、长石石英杂砂岩和岩屑石英砂岩等。本区太原组最常见的是粉砂、泥质粉砂岩和泥岩等，为潮坪、泻湖环境沉积。发育石灰岩达11层，主要岩石类型有：泥晶灰岩、含生物泥晶灰岩、混晶生物碎屑灰岩和亮晶生物碎屑灰岩、泥晶生物灰岩等。2、沉积构造特征。①层理：太原组发育的主要层理类型有：水平层理、缓波状层理、砂泥互层层理、双向交错层理、浪成砂纹层理、潮汐层理等，潮道和障壁砂坝沉积中发育板状交错层理和冲刷构造。②结核：太原组泥岩、粉砂岩和砂质泥岩中常见有菱铁矿结核、黄铁矿结核。泻湖相黑色泥岩中还常见黄铁矿晶粒呈星点状分布。16煤层中可见到瘤状黄铁矿结核。3、古生物特征。本区太原组生物化石非常丰富，动物化石以蜓类、腕足类、海百合茎和珊瑚类化石为主，次为介形虫、苔藓虫和腕足类，既有广盐度生物，又有窄盐度生物。本组石灰岩与黑色海相泥岩富含蜓、牙形刺、腕足类、海百合、腕足以及瓣鳃、腹足、菊石、珊瑚、棘皮动物，有孔虫等化石，以蜓类化石最为丰富。植物化石主要是孵脉羊齿和椭圆楔叶，同时有较多星轮叶化石。4、含煤特征。太原组煤层是在滨岸环境覆水较深，煤层缺氧的还原条件下形成的，凝胶化作用进行的比较彻底。本区太原组含煤20层，自下而上编号为18下、18中、18上、17、16下、16、15下、15上、14、13、12下、12上、10下、10上、9、8下、8上、6下、6上、5。煤层平均总厚度为5.64m，含煤系数为3.5%，其中16煤与17煤为可采煤层，总厚度为2.39m。在本区内十下灰与16煤层、十一灰与17煤层、九灰与15煤、八灰与14煤层、七灰与12煤层等，石灰岩与煤层直接接触、灰岩为煤层的直接顶板。
　　
　　三、沉积环境的特征及其划分
　　
　　据本区太原组沉积特征、古生物群，结合区域古地理背景，太原组可划分为以下沉积环境：1、障壁―泻湖体系。由于研究区的坡度非常小，因而推测障壁―泻湖的形成可能与波浪的垂直海岸运动有关，而与波浪的斜交或平行海岸运动情况关系较小。本区可以识别出下列成因相：障壁岛（砂坝）、泻湖、潮汐三角洲、障壁坪。障壁岛（砂坝）：沉积物粒度和沉积构造的变化为向上变粗、变大及变厚序列，反映了介质动力条件向上变强的作用过程。研究区沉积颗粒以中细粒的砂岩为主。而反向变化的成因单位是在以波浪作用为主的正常的沉积环境下进积过程中产生的。泻湖：发育细粒沉积物和泥质沉积物，主要由深灰色至灰黑色粉砂质泥岩、泥岩及页岩、粘土岩组成，发育水平层理、水平波状层理、块状层理，生物扰动构造发育，常见生物的水平潜穴，在研究区还可见丰富的植物的叶片化石和根化石。泻湖沉积物中含较多的菱铁矿晶体（或菱铁质结核）和黄铁矿晶体（黄铁矿结核）。潮汐三角洲：下伏地层大多是泻湖泥质沉积，上覆地层一般是泥炭沼泽。可见生物碎屑化石、植物完整叶化石或植物碎片化石以及黄铁矿的结晶体。其垂向层序的特点是：如果底部具有潮道的侵蚀时，则侵蚀面上常常充填滞留砾石沉积，往上是具小型交错层理至大型交错层理或槽状层理的细砂质或粉砂质沉积物，再往上为砂泥质沉积，呈现出粒度向上变细的趋势。障壁坪：其上为具有平行或缓波状平行纹层的薄层砂质岩夹泥岩薄层或泥质粉砂岩薄层。2、潮坪沉积体系。潮坪沉积体系是研究区海陆交替型含煤岩系中比较重要的沉积体系类型。在研究区内潮坪不仅可作为一种独立的沉积体系，而且它与陆表海条件下的聚煤作用有着密切的关系。研究区潮坪沉积体系可识别出下列成因相：潮道、泥坪、砂坪、砂泥混合坪、潮坪沼泽(或泥炭沼泽)。潮道：沉积物主要为灰色至浅灰色或灰褐色中粗―中细粒岩屑石英砂岩，潮道底部常为冲刷面，其上为含砾中、粗砂岩，充填基本规律是由下而上沉积物粒度变细、沉积物构造规模变小，是一小型但完整的向上变细序列。主要发育板状交错层理、槽状交错层理和波状交错层理。泥坪：沉积物以灰色―浅灰色的泥质岩和细粒物质为主，其次为粉砂岩，植物化石丰富。发育水平层理、缓波状层理和透镜状层理。常与煤层共生，构成煤层的顶底板。砂坪：主要为细粒砂质沉积，夹有薄层粉砂和泥质，砂岩中以稳定组分为主，分选性、磨圆度较好，颜色浅灰―深灰，常见植物叶化石和根化石。脉状和羽状交错层理发育。混合坪：沉积物以砂、粉砂和泥质互层为特征，发育典型的潮汐层理，其中以波状复合层理和砂泥质互层层理最为常见，生物扰动构造和钻孔构造发育。本区太原组中砂泥混合坪沉积比较发育，是潮坪沉积中最常见和最重要的沉积。泥炭沼泽：潮坪沉积体系中的潮坪沼泽和泥炭沼泽沉积层位具有较大范围的等时意义。沼泽泥岩或粉砂质泥岩颜色较深，含有大量黄铁矿散晶，有大量植物根化石和生物扰动构造，其上往往为泥炭沼泽沉积。本区太原组比较发育潮坪沼泽及泥炭沼泽沉积，如薄煤层与其底板组合大多为沼泽、泥炭沼泽组合沉积。
　　
　　四、太原组层序划分
　　
　　本文主要采用钻井岩心剖面和测井资料进行综合分析对比确定层序界面和划分层序及其单元。经对唐阳井田各种资料的综合分析和各级界面的对比，将太原组陆表海盆地充填序列划分为3个层序，自下而上为层序Ⅰ、层序Ⅱ和层序Ⅲ（图1）。层序Ⅰ为含煤岩系的最下部层序，底界面为煤系与奥陶系的假整合面，上部界面（17煤顶）为最大海退事件界面。本层序下部不含煤，上部含数层薄煤层，可作为地层对比的基准线。在层序Ⅰ中主要为潮坪沉积体系成煤。伴随着海退进程中的潮汐流作用逐渐减弱，潮坪沉积体系中各环境单元趋于一致，泥炭沼泽就是在这种较为统一的沉积环境条件下形成和发育出来的。煤层厚度及空间分布基本不受其下伏成因相变化的影响，而主要受整个潮坪沉积体系沼泽化程度的控制。层序Ⅱ为研究区陆表海海陆交替型含煤岩系的中部层序，为典型的内陆表海海陆交替型含煤地层的核心层序。以层序Ⅰ的顶界为层序Ⅱ的底界面，以10上煤底界为顶界面。层序Ⅱ主要沉积体系为障壁岛―泻湖沉积体系和潮坪沉积体系，其中障壁岛、泻湖、潮汐三角洲和潮道为沉积体系中的重要沉积单元。层序Ⅱ中发育多层薄层海相灰岩和多层薄煤层，其层位和分布较为稳定，常作为地层对比的基准。在层序Ⅱ主要为障壁-泻湖沉积体系成煤。煤层通常较薄，横向上不甚稳定，有的局部达可采厚度，煤层硫分含量高，通常覆盖在含植物根化石及菱铁质结核的泻湖泥岩之上，其下伏地层多为潮汐三角洲、潮道、障壁岛及岛后潮坪沉积。该层序中的煤，多为海侵过程中形成，相对海平面上升造成大范围海侵事件发生，使已堆积的泥炭很快处于深水还原环境，泥炭得以保存而成煤，而其上则堆积厚层海相灰岩沉积。层序Ⅲ以层序Ⅱ的顶界为底界面，以山西组与太原组的分界面为顶界面。层序Ⅲ单元继承了层序Ⅱ的沉积类型和沉积特点，即以潮坪、泻湖沉积体系为主。
　　
　　小结：本区石炭―二叠纪含煤岩系属于华北陆表海含煤沉积。太原组为海陆交替型含煤沉积，海相沉积与陆相沉积交互出现，构成多个沉积旋回，并且海相灰岩直接覆盖于煤层之上。通过盆地充填沉积特征和成因相特征分析，划分出层序Ⅰ、层序Ⅱ和层序Ⅲ三个三级层序。本区太原组煤层的沉积演化主要受控于海平面的变化，成煤的主要场所是层序Ⅱ的障壁岛―泻湖沉积体系中的泥炭沼泽。
　　作者单位：中国煤炭地质总局第一勘探局地址勘察院
　　作者简介：宋洪柱（1978-），男，河北邯郸人，助理工程师，硕士研究生，从事煤田地质研究。
　　
　　参考文献：
　　[1]李增学,魏久传.华北陆表海盆地南部层序地层分析[M].北京.地质出版社.1998
　　[2]刘宝.曾允孚等.岩相古地理基础和工作方法[M].北京.地质出版社.1985

转载注明来源:https://www.xzbu.com/9/view-942413.htm