湖南邵阳短陂桥矿区龙潭组沉积环境及聚煤特征.pdf

1概述 短陂桥矿区位于湖南省邵阳市以东1 0 k m, 总面 积7 0 k m 2 。几十年来, 有多个勘察单位对该区进行过 不同程度的勘查, 施工钻孔近百个, 勘查资料较为丰 富。 笔者在该区负责完成了“ 沉积环境” 课题研究, 以 野外单个剖面相分析为基础, 结合微观分析、 测试分 析、 测井曲线分析、 钻孔岩心鉴定描述和制图方法, 综合分析了龙潭组的沉积环境和聚煤规律。 本区龙潭组是在总体海侵条件下形成的陆相至 过渡相沉积,其下部为近岸湖泊沉积,中部为障壁 岛泻湖潮坪环境的滨海沉积,上部为在滨海环 境中发育的河控三角洲沉积。 2龙潭组沉积特征 2 . 1下部 即龙潭组下段K 1砂岩以下层位, 是在北高南低 的地形条件下发育起来的陆相近海湖泊沉积。沉积 物为灰黑色夹紫红色及棕褐色泥岩,含不稳定的薄 层状细粒石英砂岩, 发育水平层理, 产大量介形虫化 石。所含微量元素值指示的含盐度是本区龙潭组中 最低的。其中B、G a、B / G a、S r / B a均指示具淡水的特 征 表1 , 古盐度值为7 . 5 ‰, 也具有淡水的特征。 2 . 2中部 即下段K 1砂岩至上段4煤顶板螺化石层。 为滨 海地带的障壁岛泻湖潮坪沉积。 具有以下特征。 ①沉积物以深灰色砂质泥岩、 黑色泥岩为主, 夹 浅绿色的灰白色细粒砂岩和粉砂岩。 ②主要的沉积物构造有砂泥互层层理、波状层 理、 透镜状层理、 羽毛状交错层理、 爬升交错层理、 平 行层理和平顶波痕。局部有冲刷交错层理,浪成波 痕。 ③砂岩中夹有泥质砾石,颗粒见有石膏沉积以 及砂质泥岩中含陆屑含云粉晶灰岩透镜体,表明沉 积物偶尔露出水面。 ④在3 7线以南的螺化石层中,沉积层厚约 5 c m的生物碎屑泥岩, 其中含大量的螺类、 瓣鳃类等 动物化石及碎片, 是典型的潮间至潮上坪沉积。 ⑤生物扰动构造和潜穴在粉砂岩与砂质泥岩的 互层中特别发育,潜穴以高角度倾斜或近于直立的 为主, 反映水体较浅。 ⑥古流向测量结果表明为双向。 ⑦K2砂岩下部的泥岩中, 含有同生的星点状黄 铁矿和菱铁矿条带,发育隐水平层理,产个体小于 2 m m, 但数量及其丰富的N u c u l o p s i s化石, 代表弱 强还原的、 盐度异常的泻湖沉积。 ⑧砂岩为分选好、磨园度高的含海绿石细粒石 层位 B 最小～最大 平均 G a 最小～最大 平均 B / G a 最小～最大 平均 S r / B a 最小～最大 平均 上 部 1煤层以上 1 3 5 ～ 3 2 9 2 0 1 2 5 ～ 3 1 2 9 4 . 8 ～ 6 . 9 5 . 4 0 . 5 6 ～ 0 . 9 6 0 . 7 1 3煤层以上 1 2 2 ～ 1 7 2 1 4 0 2 5 ～ 3 1 2 6 4 . 2 6 ～ 6 . 6 2 5 . 2 0 . 3 9 ～ 0 . 5 9 0 . 4 9 中 部 螺层 9 2 ～ 1 2 6 1 1 4 2 4 ～ 3 1 2 7 3 . 8 ～ 4 . 5 4 . 1 6 0 . 4 1 ～ 0 . 5 6 0 . 4 6 K4砂岩以上 6 9 ～ 1 7 2 1 0 5 1 5 ～ 3 2 2 5 2 . 6 ～ 5 . 1 3 . 9 0 . 4 3 ～ 0 . 4 7 0 . 4 5 K3砂岩以上 5 0 ～ 7 2 5 4 1 5 ～ 5 0 3 0 1 . 0 ～ 3 . 5 2 . 6 0 . 2 6 ～ 0 . 5 2 0 . 4 2 K2砂岩以上 6 0 ～ 7 5 6 2 2 8 ～ 3 3 2 9 2 . 1 ～ 3 . 0 2 . 5 0 . 3 1 ～ 0 . 4 8 0 . 4 0 下 部 K1砂岩以上5 02 01 . 80 . 5 2 底部 5 ～ 6 0 4 3 . 5 2 ～ 5 0 2 5 . 5 1 . 8 ～ 5 . 0 2 . 1 0 . 3 9 ～ 0 . 6 1 0 . 5 0 表1龙潭组泥岩微量元素含量统计表 T a b l e 1S t a t i s t i c s o f t r a c e e l e me n t c o n t e n t i n L o n g t a nF o r ma t i o nmu d s t o n e 湖南邵阳短陂桥矿区龙潭组沉积环境及聚煤特征 李 谋 1 , 宋暖和 2 1 .湖南省煤田地质局物探测量队, 湖南 株洲4 1 2 0 0 0;2 .湖南省煤田地质局第六勘探队, 湖南 湘潭4 1 1 2 0 0 摘要从聚煤环境特征研究着手,总结出本区龙潭组是在总体海侵条件下形成的陆相至过渡相河控三角洲沉 积, 其可采煤层1煤和3煤均发育在废弃的三角洲朵叶上, 可采煤层的厚度与其底板砂岩的厚度及环境类型关系密 切。在砂岩厚度中等地带, 煤层发育较好。研究成果对本区龙潭煤系的资源勘探及开采具有相当重要的指导意义。 关键词 龙潭组; 三角洲沉积; 聚煤特征; 短陂桥矿区 中图分类号P 6 1 8 . 1 1 0 1文献标识码A 作者简介 李谋1 9 5 9 , 男, 毕业于焦作矿业学院煤田地质与勘查 专业, 地质高级工程师。一直从事煤田地质普查与勘探研 究工作。 收稿日期2 0 0 6 - 1 2 - 1 9 责任编辑 韩德林 文章编号1 0 0 4 - 9 1 7 72 0 0 70 4 - 0 0 1 0 - 0 3 中 国 煤 田 地 质 C O A LG E O L O G YO FC H I N A V o l . 1 9N o . 4 A u g . 2 0 0 7 第 1 9 卷 4 期 2 0 0 7年 8 月 4期 英砂岩。 在C - M图上, 绝大部分点落在海滩砂区 图 1 。 ⑨泥岩中的微量元素含量及其比值见表1, 古 盐度为2 4 . 2 ～ 3 8 . 1 ‰, 表明为咸水超咸水环境。 ⑩发育有泻湖潮坪相、 障壁岛相 图2 及潮 道相的垂直层序。 2 . 3上部 即4煤顶板螺化石层以上地层,是在滨海环境 中发育的河控三角洲沉积。具有以下特征 ①沉积物以细粒砂岩和粉砂岩为主。夹有泥岩 和煤层。 砂岩中含较多的白云母片、 有机质条纹和炭 屑, 局部地带含泥质砾石和菱铁矿砾石, 发育高角度 的板状交错层理、 平行层理, 常见滑塌层理及枕状构 造。 ②3煤层的底板砂体 图3 和顶板砂体 图4 均具朵状分支的特征,并具有分支河道砂体和三角 洲朵叶迁移的特征。 ③常见下细上粗的垂直层序 图5 , 少量下粗 上细图6 及下细中粗上细的垂直层序, 他们在垂向 上表现为一阶或多阶的粒序结构变化。 ④古流向测定结果表明为单向 图7 。 ⑤砂岩中含有较多的细粒菱铁矿内碎屑和少量 海绿石。 底部泥岩中常见海相瓣鳃类动物化石。 说明 当时河流与海水关系密切。 ⑥泥岩中的微量元素含量及其B / G a、S r / B a值 见表1, 其古盐度为1 8 . 3 ～ 2 1 . 2 ‰, 表明泥岩形成时 盆地水体盐度为半咸水咸水。 ⑦在C - M图上, 大多数点落在河流砂区的S R、 R Q段 图8 。 3龙潭组沉积相类型 3 . 1陆相 主要沉积环境为近海湖泊,存在于本区龙潭组 的下部。 当时为南海北陆的古地理格局。 下部沉积物 由南往北具超覆现象。 3 . 2滨海相 沉积环境为障壁岛泻湖潮坪,沉积物以泥 岩与粉砂岩互层为主, 在垂向上位于龙潭组中部, 可 进一步细分为泻湖潮坪、 障壁岛、 潮岛、 沼泽和泥 炭沼泽等亚环境。 3 . 3三角洲相 在垂向上位于龙潭组的上部,是在滨海环境中 发育起来的、 以河流作用为主的三角洲沉积环境。 可 进一步划分如下 ①前三角洲亚相。 在本区龙潭组中不甚发育, 仅 见于3煤层以下,沉积物主要为暗色泥岩和细粉砂 岩, 有机质丰富, 含少量的细砂, 发育水平层理和韵 律层理 图5 。 ②三角洲前缘亚相。 可分为河口砂坝和远砂坝。 河口砂坝的沉积物以细粒石英砂岩、 粉砂岩为主。 砂 岩中常夹有机质纹层,砂岩的分选性、磨园度均较 好, 为下细上粗的垂直层序, 如图5所示, 发育小型 图2龙潭组中部障壁岛垂直层序 F i g u r e 2Mi d d l e h o r i z o ns a n d s t o n e C - md i a g r a ms 图4 3煤顶板砂岩厚度等值线图 F i g u r e 4N o . 3C o a l r o o f s a n d s t o n e i s o p a c h 图3 3煤底板砂岩厚度等值线图 F i g u r e 3N o . 3c o a l f l o o r s a n d s t o n e i s o p a c h 图1中部层位砂岩C - m图 F i g u r e 1P a l e o c u r r e n t r o s e d i a g r a m 李 谋, 等 湖南邵阳短陂桥矿区龙潭组沉积环境及聚煤特征1 1 第1 9卷中 国 煤 田 地 质 图7古流玫瑰花图 F i g u r e 7Mi d d l e L o n g t a nF o r ma t i o nb a r r i e r v e r t i c a l s t r a t as e q u e n c e 图8龙潭组上部层位砂岩C - m图 F i g u r e 8U p p e r h o r i z o ns a n d s t o n e C - md i a g r a ms 图5三角洲前缘垂直层序 F i g u r e 5D e l t ap l a i nv e r t i c a l s t r a t as e q u e n c e 图6三角洲平原垂直层序 F i g u r e 6D e l t af r o n t v e r t i c a l s t r a t as e q u e n c e 波状交错层理、 槽状交错层理, 常见枕状构造、 滑塌 构造、 包卷层理。粒度概率曲线表现为两种类型 一 种为三段型,由滚动组分、跳跃组分和悬浮组分组 成; 另一种为两段型, 由滚动组分和跳跃组分组成。 粒度参数 分选性δ 1 0 . 5 0 ～ 0 . 7 0, 峰度K g 1 . 1 6 ～ 3 . 0 3, 偏度S K 0 . 1 1 ～ 0 . 8 4。远砂坝的沉积物以粉砂岩和粘 土沉积为主, 可见小型交错层理和砂泥互层层理, 发 育生物扰动构造。 ③三角洲平原亚相。如图6, 可进一步分为分流 间湾、 分支河道、 天然堤、 决口扇、 沼泽和泥炭沼泽。 分流间湾的沉积物为泥岩、 砂质泥岩, 夹粉砂岩透镜 体, 发育水平层理、 透镜状层理, 具生物扰动构造, 含 大量完整的植物化石, 夹煤层沉积、 微量元素B为 1 2 2 ～ 3 2 91 1 0 - 6 ,B / G a值 为4 . 3 ～ 6 . 9,S r / B a值 为 0 . 3 9 ～ 0 . 9 6。分支河道的沉积物为分选性和磨园度均 差、 杂基含量高的长石石英砂岩、 粉砂岩以及少量长 石石英杂砂岩, 为下粗上细的垂直层序, 发育高角度 的板状交错层理和平行层理,砂体在平面上成分支 状 图4 , 古流向玫瑰花图呈单向。粒度参数 分选 性δ 1 0 . 6 6 ～ 0 . 8 8, 峰度K g 3 . 1 6 ～ 3 . 7 2, 偏度S K 0 . 6 7 ～ 0 . 9 2。微量元素B为5 01 1 0 - 6 ,S r / B a值为0 . 4 2。 4龙潭组聚煤特征 ①龙潭组下部为水体较浅的浅深湖沉积, 不 利于泥炭沼泽的形成, 煤层不发育。 ②龙潭组中部, 由于潮道的广泛发育, 也不利于 泥炭沼泽的形成, 致使煤层不发育。 但在潮坪上及障 壁岛后靠陆的一侧, 由于地势上的特殊性, 仍有不稳 定的泥炭沼泽发育, 形成薄煤层。 ②龙潭组上部发育了1煤和3煤两层大部可采 煤层及局部可采2煤层。3煤层发育在废弃的三角 洲朵叶上。在分流间湾与分支河道之间或分流间湾 与河口砂坝之间的地带, 煤层发育较好; 在分流间湾 中心, 如果没有决口扇等沉积物充填, 则不利于煤层 形成。 当有决口扇充填沉积时, 极有利于泥炭沼泽的 发育, 形成较厚的煤层; 在河口砂坝砂体中心及靠海 一侧,也不利于泥炭沼泽的形成,煤层一般发育不 好。1煤层聚煤期开始于建设性三角洲, 一直延续到 废弃时的三角洲, 煤层的稳定性比3煤层差, 常见分 叉尖灭现象。1煤层的厚煤带位于分支河道与分流 间湾相连的过渡地带或被决口扇充填的地带,薄煤 带位于分流间湾中心或分支河道砂体上。可采煤层 的厚度与其底板砂岩的厚度及环境类型关系密切, 在砂岩厚度中等地带, 煤层往往发育较好。 在研究过程中得到了刘荣登、乔应轸等高级工 程师的指导, 课题组全体同志共同努力, 在此深致谢 忱。 参考文献 [ 1 ]刘宝君, 曾允孚.岩相古地理基础和工作方法[ M ] .北京 地质出版 社,1 9 8 5 . [ 2 ]华东石油学院岩矿教研室.沉积岩石学[ M ] .北京 石油工业出版 社,1 9 8 2 . [ 3 ]陈钟惠, 编.含煤岩系沉积环境分析[ M ] .武汉 中国地质大学,1 9 8 4 . [ 4 ]武汉地质学院煤田教研室.煤田地质学[ M ] .北京 地质出版社, 1 9 7 9 . 英文下转第2 0页 1 2 第1 9卷中 国 煤 田 地 质 D u a n p i q i a oMi n i n gA r e aL o n g t a nF o r ma t i o nD e p o s i t i o n a l E n v i r o n me n t a n dC o a l A c c u mu l a t i o nC h a r a c t e r i s t i c s , S h a o y a n g , H u n a n L i M o u 1 , S o n g N u a n h e 2 1 . G e o p h y s i c a l P r o s p e c t i n g a n dS u r v e y i n g T e a m , H u n a nB u r e a uo f C o a l G e o l o g i c a l E x p l o r a t i o n , Z h u z h o u , H u n a n4 1 2 0 0 0 ; 2 . N o . 6 E x p l o r a t i o nT e a m , H u n a nB u r e a uo f C o a l G e o l o g i c a l E x p l o r a t i o n , X i a n g t a n , H u n a n4 1 1 2 0 0 A b s t r a c t S e t a b o u t c o a l a c c u m u l a t i o nc h a r a c t e r i s t i c s i nt h ea r e a , s u m m e du pt h eL o n g t a nF o r m a t i o ni s al i m n i ct ot r a n s i t i o n a l f a c i e s -r i v e r - d o m i n a t e dd e l t a i cd e p o s i t f o r m e du n d e rt r a n s g r e s s i v ec o n d i t i o n . M i n e a b l eN o s 1a n d3c o a l s e a m sw e r ea l l d e v e l o p e do n a b a n d o n e dd e l t al o b e s , c o a l a n dc o a l f l o o r s a n d s t o n et h i c k n e s s e s h a v ec l o s er e l a t i o nw i t he n v i r o n m e n t a l t y p e s . I ns a n d s t o n em e d i u m t h i c k n e s s z o n e , d e v e l o p e db e t t e r c o a l s e a m s . T h e r e s u l t h a s g u i d i n g i m p o r t a n c e o nr e s o u r c e s e x p l o r a t i o na n de x p l o i t a t i o n . K e y w o r d s L o n g t a nF o r m a t i o n ; d e l t a i c d e p o s i t ; c o a l a c c u m u l a t i o nc h a r a c t e r i s t i c s ; D u a n p i q i a o m i n i n g a r e a 上接第1 2页 钻孔中常见有角砾岩、 碎裂岩和碎粒岩, 滑动附近多 为断层泥, 如2 8 0 6、2 2 0 7、2 2 0 9孔在该部位见到多层 构造破碎带,表明受力强烈。构造岩特征表现为砂 岩,砂质泥岩和泥岩角砾大小混杂,角砾形态不规 则, 棱角尖锐, 无一定方向, 胶结疏松易碎, 并伴有大 量的擦痕和张裂隙出现,应为拉张应力作用下形成 的产物[ 2 ]。 3成因探讨 ①印支运动结束了自奥陶系末本区一直处于相 对稳定的地台型沉积局面,受到了来自南北向挤压 应力场作用, 造成地壳抬升, 煤矿区南部的嵩山背斜 开始隆起, 使本区缺失侏罗系和白垩系沉积, 形成了 先期构造格架。 到燕山运动早期, 断块边界断裂 五指岭断裂和郭小寨断裂发生大规模北西向走滑, 使本区处于剪应力状态,从而产生一系列东西向的 张性结构面和北西向的剪裂面 图7 。 东西向张性结构发育的结果使本区形成了三李 F 8 王口F1 4 等八条东西向正断层; 北西向剪裂面 也在南北伸张状态下形成了下申河F 5 、 下岗F1 6 和上李河F 1 7 断层, 该组断层是东西向主干断裂的 配套断层。 燕山晚期的构造运动对本区影响较小, 仅 在西部煤层露头附近发现两条走向S E ～ N W,倾向 S W的赵家咀逆断层F 1 5 , 倾角较缓3 0 ～ 4 0 , 地层 重复约4 5 m,分析是该期S E ～ S W向水平挤压结果, 它切割了E W向梅山F 1 0 和九门沟断层F1 1 后尖 灭。 ②滑动构造是在东 西向正断层的基础上发 育起来的。印支运动隆 起的嵩山背斜,使本区 沉积盖层北倾,造成南 高北低的位势差异, 燕 山运动早期形成的东西 向正断裂表现为一系列 南升北降的掀斜断块组 合,图3 ,由于N W向 走滑断裂郭小寨和 五指岭断层具有长期的 活动性, 受其影响使得本区断块掀斜程度逐渐增大, 位势差异得到不断加强,当处于高位势一端的岩体 重力超过某个软弱面的承受极限,在喜山早期的南 北向伸展运动作用下,形成了沿二1煤层附近软弱 面由南至北的滑动构造。之后, 因贾峪 F 4 、 下申河 F 5 断层的继承性活动, 切割了已形成滑动构造图 5 , 破坏了滑动构造的连续性。 通过对三李煤矿区的构造发育规律的分析, 将 有利于提高地质资料的研究程度,对今后煤矿地质 工作有重大意义,也是将地质理论用于指导生产的 一种尝试。 参考文献 [ 1 ]李万程.河南嵩山区煤产地中的重力滑动构造[ A ] .构造地质丛论 2[ C ] .北京 地质出版社,1 9 8 28 8 - 9 9 . [ 2 ]李东旭, 周济元.地质力学导论[ M ] .地质出版社,1 9 8 6 . 图7 N W向走滑断层造成本 区东西向张性结构图 F i g u r e 7D i a g r a mo f E W t e n s i l e c o n f i g u r a t i o ni nt h e a r e ac a u s e d b yN W s t r i k e - s l i pf a u l t H e n a nS a n l i C o a l mi n e A r e aS t r u c t u r e D e v e l o p me n t P a t t e r na n dG e n e t i c D i s c u s s i o n D i a o L i a n g x u n H e n a nB u r e a uo f C o a l G e o l o g i c a l E x p l o r a t i o n , Z h e n g z h o u , H e n a n4 5 0 0 0 7 A b s t r a c t B a s e do ng e o l o g i c a l d a t ao f X i n g g o n gc o a l f i e l dS a n l i c o a l m i n ea r e a , c o m p r e h e n s i v e l ya n a l y z e du n d e r t h et e c t o n i cs e t t i n g p r e s u p p o s i t i o n , g e o m e c h a n i c s t h e o r yh a s a d o p t e dt os u m m a r i z ef a u l t e ds t r u c t u r eg e n e s i s . T h ed i s c u s s i o nh a s g u i d i n gs i g n i f i c a n c et o c o a l m i n e g e o l o g i c a l w o r k s h e n c e f o r t h . K e y w o r d s s t r u c t u r a l c h a r a c t e r i s t i c s ; r e g u l a r p a t t e r n ; g e n e t i c d i s c u s s i o n ; S a n l i c o a l m i n e a r e a 2 0