晋东南沁水盆地石炭二叠纪含煤岩系古地理及聚煤作用研究.pdf

第 8卷 第 1期 2 0 0 6年2月 古 地 理 学 报 J OURNAL OF P AL AEOGEOGRAP HY VQ 1 ． 8 No． 1 F e b． 2 0 0 6 文章 编号 1 6 7 1 1 5 0 5 2 0 0 6 0 1 0 0 4 31 0 晋东南沁水盆地石炭二叠纪含煤岩系 古地理及 聚煤作 用研 究 邵龙义 肖正辉 何 志平 刘永福 尚潞君 张鹏 飞 中国矿 业 大学 北京 煤 炭 资源教 育部 重点 实验 室及 资源与地球 科 学 系，北 京 1 0 0 0 8 3 摘 要 晋东南沁水盆地是 目前我 国进行煤 层气勘探 开发 的主要地 区之一 ，煤层 气储层 主要分布在 石炭 系 和二叠系，其厚度 明显受沉积古地理控制。本文通过对露 头及钻 井剖面 的岩石 学和沉积 相特征研 究，对该 区主 要含煤 岩系一 山西组和太原组进行 了岩相古地理和煤 层气储层 聚集控 制 因素分 析。太原 组以石灰 岩、铝土质 泥 岩 、粉砂岩 、粉 砂质 泥 岩及 砂 岩 为 主，厚 度 4 4 ． 9 0～1 9 3 ． 4 8 m，含 多层 可采 煤 层 ，厚度 0～1 6 ． 8 9 m，平 均 7 ． 1 9 m。在太原组沉积期，研 究区北部 发育下 三角洲平 原相 ，煤层 相对较 厚， 中部和 南部为漏 湖相 ，煤 层 相对 较薄 ，东南部主要为滨外碳酸 盐陆棚相 ，在晋城 一带为 障壁砂坝 相分布 区，煤 层亦 较厚； 山西 组 以砂 岩、粉砂 岩 、泥岩为 主，石灰 岩仅在 局部地 区见到，该组厚 1 8 ． 6 0 ～2 1 3 ． 2 5 m，含 可采煤层 1 ～2层 ，厚度 0 ～1 0 ． 0 m， 平均 4 ． 2 0 m。 在 山西组沉积期 ，北部以下三角洲 平原分流 河道相 为主 ，中部和 南部 以分流 间湾相 为主 ，东南部 则以河 口砂坝相为主，厚煤 带都位 于中部和 南部 的三 角洲分流 间湾地 区。 总之，太原组 富煤地 带 多与砂 岩富集 带相吻合 ，位于北部下三角洲平原和南部障壁砂 坝地 区，而山西组厚煤 带大都位 于南部三角洲分流间湾地区。 关键词 太原组 山西组 含煤岩系 三角洲 障壁 一漏湖 第一作者简介 邵龙义 ，男 ，1 9 6 4年 生，1 9 8 9年毕 业于 中国矿 业大 学 北京 ，获工 学博 士学位 ，现为 中 国矿业大学 北京资源 与地球科学系教授 ，博 士生导师，长 期从 事沉积学和岩相古地理 学的教学及研 究工作。 E ma i l S h a o l c u mt b． e d u． c n。 中图分类号 P 5 3 1 文献标识码 A Pa I a e 0 g e 0 g r a p hy a n d c o a l a c c u mu l a t i o n f o r c o a l me a s u r e s o f t h e C a r b o n i f e r o u s- P e r mi a n i n Qi n s h u i B a s i n ，s o u t h e a s t e r n S h a n x i P r o v i n c e S h a o L o n g y i Xi a o Z h e n g h u i He Zh i p i n g L i u Yo n g f u S h a n g Lu j u n Z h a n g P e n g f e i Ke y L a b o r a t o r y o fC o a l Re s o u r c e s ，Mi n i s t r y of E du c a t i o n a n d t h e De p a r t me n t of Re s o u r c e s a n d Ea r t h S c i e n c e s，C h i n a Un i v e r s i t y of Mi n i n g a nd Te c h n o l o g y，B e i j i n g 1 0 0 0 8 3 Ab s t r a c t Th e Qi n s h u i Ba s i n i n s o u t h e a s t e r n S h a n x i P r o v i n c e i s a n i mp o r t a n t b a s e f o r c o a l b e d me t h a n e e x p l o r a t i on a n d p r o du c t i o n i n Ch i n a．The m e t h a n e r e s e r v o i r s i n t hi s a r e a zq a r e ma i n l y t h e Ca r b on i f e r o u s a n d Pe r mi a n c o a l s a n d t h e i r t hi c k ne s s e s a r e s t r o n g l y c on t r o l l e d by t h e d e po s i t i o na l e n v i r o n m e n t s a n d p a l a e o g e o g r a ph y．I n t h i s p a pe r ， pe t r o l o gi c a l a nd s e di me n t a r y f a c i e s r e s e a r c h e s a r e c o n du c t 一 *国家 自然科学基金 4 0 1 7 2 0 5 0 、教育部优秀青年教师资助计 划及教育部新世纪优秀人才支持计 划成果 收稿 日期2 0 0 50 82 4 改回 日期 2 0 0 5 1 0 1 0 维普资讯 古地理 学报 2 0 0 6 年2 月 e d o n t h e Ta i y u a n a n d S h a n x i f o r ma t i o n s i n t h e Qi n s h u i Ba s i n b a s e d o n t h e o u t c r o p a n d bor e h o l e d a t a a nd t h e b a s i n ． wi d e l i t h o f a c i e s p a l a eo geo g r a ph i c ma ps f or t h e s e t wo f o r m a t i o ns ha v e be e n r e c o n s t r uc t - e d．Th e Ta i v u a n Fo rm a t i o n i s c omp osed o f l i me s t on e s ， a l u mi n o u s m u d s t o n e s ， s i l t s t o n e s ， s i l t y mu d- s t o n e s , s a nd s t o n e s 。 a n d mi n e a b l e c o a l sea ms ， wi t h a t o t a l t hi c k n e s s v a r y i n g f r o m 4 4． 9 m t o 1 9 3． 48 m ．Th e c o a l s e a ms ha v e a t hi c k ne s s r a n g i n g b e t we e n 0 a nd 1 6． 8 9 m ， a ve r a gi n g 7． 1 9 m ．Du r i n g t he d e p o s i t i on o f t h e Ta i yu a n a t i o n， t h e no r t h e r n p a r t o f t h e s t u dy a r e a wa s d omi na t e d by a l o we r d e l t a i c p l a i n e n v i r o nme nt ， t he c e n t r a l a n d s o u t he r n pa r t s we r e d o mi n a t e d b y t h e l a g o o n e n v i r on me nt ， t he s o u t h e a s t e r n c o m e r wa s o c c u p i e d by t h e b a r r i e r s a n d ba r a n d c a r b on a t e p l a t f o rm se t t i n g．Co a l i s r e l a t i v e l v t hi c k i n t h e n o r t h e r n p a r t a nd t h e sout he a s t e r n c o r n e r ．The Sh a nx i Fo rm a t i o n c o n s i s t s o f s a nd s t o n e s ， s i l t s t o n e s ， mud s t o n e s a nd c o a l s，wi t h t h e l i me s t o n e s b e i n g l o c a l l y de v e l o p e d．The t h i c k- n e ss o f t h e Sh a n xi Fo rm a t i o n i s f r o m 1 8． 6 m t o 21 3． 2 5 m ， wi t h t h e t hi c k n e s s e s o f c o a l sea ms b e i n g f r o m 0 t o 1 0 m a n d a v e r a gi n g 4． 2 m ．Du r i ng t h e d e po s i t i o n o f t h e Sh a n xi Fo r ma t i o n， t h e n or t h e r n p a r t o f t h e Qi n s h u i Ba s i n wa s ma i n l y d o mi n a t e d b y l o we r d e l t a i c p l a i n d i s t r i b u t a r y c h a n n e l e n v i r o n - me n t ， t h e c e n t r a 1 a n d s ou t he r n p a r t s we r e m a i n l y t he i nt e r - di s t r i b u t a r y b a y e n v i r o nme nt ， a n d t h e so u t h e a s t e r n p a r t wa s o c c u p i e d b y t h e d e l t a f r o nt mo u t h b a r e nv i r o nme n t ． Th e t h i c k c o a l s a r e d i s - t r i b u t e d i n t h e c e n t r a l a n d sout h e r n p a r t s wh e r e t he i n t e r ． di s t r i bu t a r y b a y d o m i na t e d．I t i s e v i de n t t ha t t h e d i s t r i b u t i o n o f t h i c k c o a l z o n e s o f t h e Ta i y u a n F o rm a t i o n c o i n c i d e s wi t h t h e d i s t r i b u t i o n o f san d - r i c h b e l t s ， ma i nl y l o c a t e d i n t he a r e as o f n o r t h e r n l o we r d e l t a i c p l a i n a n d s ou t h e a s t e r n b a r r i e r b a r e n v i - r on me nt s ， wh i l e t h e d i s t r i b u t i o n o f t h e t hi c k o o a l zo n e s o f t h e Sh a n x i Fo rm a t i o n c oi n c i d e s wi t h t he di s t r i b ut i o n o f mu d s t o n e ． r i c h b e l t s ． 1 oc a t e d i n t h e a r e a s o f t he c e n t r a l a n d so u t h e r n i nt e r ． d i s t r i b u t a r y ba y e n v i r on me n t s． Ke y wo r ds Ta i y u a n Fo r ma t i on， S h a n xi Fo rm a t i on， c o a l me a s u r e s， d e l t a， b a r r i e r - l a g o o n Ab ou t t h e f i r s t a u t h o r Sh a o Lo ng y i ， bo r n i n 1 9 6 4，g r a d u a t e d a nd o bt a i ne d hi s Ph． D ．de g r e e f r o m Ch i n a Un i v e r s i t y o f Mi n i n g a n d Te c h n o l o g y Be i j i n g i n 1 9 8 9．No w h e i s a p r o f e s s o r o f g e o l o g y i n t h e De p a r t me n t o f Re sou r c e s a n d Ea r t h Sc i e n c es o f Ch i n a U n i v e r s i t y o f M i ni n g a n d Te c h n o l og y B e i j i n g ，a n d i s ma i n l y e n g a g e d i n s e d i me n t o l o g y a n d l i t h o f a e i e s p a l a eog eog r a p h y ． 晋东南沁水盆地 内蕴藏着丰富的煤炭资源和煤 层气资源，是近几年以来煤层气勘探开发的热点地 区 刘焕 杰等 ，1 9 9 8 ；张建 博 和王 红岩 ，1 9 9 9 。 研究该区聚煤古地理环境及其对煤储层 煤层 气储 层 ， 简称煤储层 J g度分布的控制 ，对该 区煤层气勘 探开 发具有 一定 的指 导意 义 。 前人对 研究 区含 煤岩 系进行 过 系统 的研 究 ，提 出该区含煤岩系是在三角洲及障壁泻湖沉积体系中 形成的 葛宝勋等 ，1 9 8 5 ；煤炭科学 院地质勘探分 院和 山西煤 田地 质勘探 公 司，1 9 8 7 ；黄 志 明等 ， 1 9 8 9 ；程保洲 ，1 9 9 2 ；尚冠雄 ，1 9 9 7 ；张鹏 飞等 ， 2 0 0 1 ，但是针对这些沉积体系在沁水盆地范 围内 的分布及其对煤储层厚度的影响所进行的专门研究 则相对少见。本文在对研究 区以往各类 勘探报告 及研究成果综合调研以及对野外露头剖面进行沉积 相分析的基础上，选择 8 9个钻孔或资料点，对晋 东南沁水 盆 地 范 围 进 行 了古 地 理 特 征 和 聚煤 作 用 研究 。 1 区域地质背景 沁水盆地位 于山西省东南部 ，北纬 3 5 。 ～3 8 。 ， 东经 1 1 r0 0 ～1 1 3 。 5 0 之间，总体呈长轴状 沿北北 东 向 延 伸 ， 中 间 收 缩 为 椭 圆状 。其 东 西 宽 约 1 2 0 k m， 南北 长约 3 3 0 k m，总面积 3万多 k mz 张 建博 和 王 红 岩 ，1 9 9 9 。包 括 寿 阳 、 阳泉 、和 顺一 左权、屯留一长子 、高平一樊庄 、晋城、沁北一霍 东 、沁源等矿 区及勘探区 图 1 。 晋东南沁水盆地古构造上属于华北地台中带 ， 是 在燕 山期 剪压不 断增 强 、隆升 不断 扩大 的背景 下 形成的残余构造盆地。燕 山期 ，华北地区剪切挤压 维普资讯 第 8卷 第 1期 邵龙义等 晋东南 沁水盆地石 炭二叠纪含煤 岩系古地理及 聚煤作用研究 l 9 6 0 00 o o l 9 6 5 0 0 0 0 l 9 7 0 00 0 0 图 I 晋东南各矿 区及勘探 区分布 F i g． 1 Dis t r i b u t i o n o f t h e mi n i n g a n d e x p lo r a t io n a r e a s i n s o u t h e a s t e rn S h a n x i P r o v i n c e 卜 寿阳区；Ⅱ 一阳泉区；Ⅲ一和顺一左权区；Ⅳ一屯留一长子区； V 一高平一 樊庄区；Ⅵ一晋城区；Ⅶ一沁北一霍东区；Ⅷ一沁源区 应力作用显著增强，大华北盆地逐渐向鄂尔多斯地 区退 缩 ，至晚侏 罗世一 早 白垩世 的燕 山运动 中期 山 西地块已成为隆起区，位于其上规模最大的复式向 斜型沁水盆地最终定型 陈刚和刘林玉，1 9 9 8 。 研究区石炭系和二叠系包括本溪组、太原组 、 山西组 、下石 盒子 组 、上 石盒 子组及 石千 峰组 ，其 中太 原组 、山西 组 是本 区 的 主要 含 煤 岩 系 孔 宪 珍 等 ，1 9 9 6 。太原 组 的 1 5号煤 层 和 山 西组 的 3号 煤层在全区广泛分 布，横 向分布稳定 ，厚度较大， 是本 区的主采 煤层 和主要 煤储 层 。 研究区作为华北地台的一部分 ，在晚古生代主 要呈现出海陆交互相的古地理背景 。本溪组及太原 组沉积期主要发育障壁一渴湖及滨外碳酸盐陆棚沉 积体系，山西组和下石盒子组沉积期主要为三角洲 沉积体系，至上石盒子组沉积期则主要为冲积平原 沉积体系，石千蜂组沉积期以发育湖泊沉积体系为 主 。 2 太原 组沉积相及古地理 2 ． 1 沉积相特征 太原组岩性为煤层、石灰岩、铝土质泥岩、粉 砂岩、粉砂质泥岩及砂岩 。石灰岩标志层包括庙沟 灰岩 、毛儿沟灰岩、斜道灰岩等石灰岩发育层段。 石灰岩 中含有腕足类 、蜒类 、海百合等狭盐性动 物化石以及动藻迹 Z o o p h y c o s 和根珊瑚迹 Rh i z o ． c o r a l l i u m 等痕 迹化石 ，并见有 丘 状 交错 层 理 及粒 序层理 ，属于滨外碳酸盐陆棚相 ；灰黑色泥岩、粉 砂岩及砂岩中含有较多的菱铁质鲡粒和结核，具水 平层 理及透 镜状 层理 ，见 有生 物潜穴 ，是 渴湖相 的 代表 ；太原组 中的中细 粒石 英砂 岩分选性 中等一 好 ，成分成熟度高 ，垂向上常 呈向上变粗 的逆粒 序 ，常见有大 型交错 层理，特 别是低角度 交错层 理 ，这些砂岩是障壁砂坝相的代表 ；此外 ，太原组 顶部见到向上变粗的三角洲前缘河 口坝砂岩 ，并见 到具有冲刷面及板状、楔状交错层理的分流河道砂 岩 。太原组的旋回结构为泥炭沼泽相向上演化为滨 外碳酸盐陆棚相 、障壁砂 坝相、渴湖 相及三角洲 相 ，构成了若 干个完整 的次级海进 一海退沉积序列 图 2 。 2 ． 2古地理分析 古地理分析一般是根据砂泥岩比并结合地层厚 度、砂砾岩厚度 、石灰岩厚度和煤层厚度等值线图 等基 础 图件进 行 的。在所 统计 的 8 5个 钻 孔 中，该 组 总 厚 度 在 4 4 ． 9 0～ 1 9 3 ． 4 8 m 之 间 变 化 ，平 均 1 0 5 ． 0 2 m，最大厚 度 位于 寿阳一阳泉一和顺 、左 权一带。其 中，砂砾岩 总厚度在 4 ． 5 0～7 9 ． 9 6 m 之 间 ，平 均 2 7 ． 7 7 m，最 大厚 度位 于 寿 阳一 阳泉一 带 ；砂砾岩百 分含量 为 4 ． 8 9％～5 6 ． 4 9 ％，平均 2 5 ． 6 6 ％，百分含量最高处亦位于寿阳一 阳泉一带 ； 泥质 岩 总 厚 度 多 为 4 6 ． 6 1 ～9 0 ． 8 8 m，百 分 含量 为 5 0 ． 5 6 ％～5 7 ． 1 8 ％，以沁源最高 ；石灰岩总厚度 0 ～ 2 5 ． 5 1 m，平均1 3 ． 7 6 m， 在晋城一带最厚。煤层 维普资讯 古 地 理 学 报 2 0 0 6 年2 月 沉 地 层 系 统 比例 岩性 标 志 层 原生沉积构造 古生物及矿物 沉积类型 积 系 统 组 尺／ m 剖面 相 0 山 北岔沟 西 砂岩K ， 分流河道 组 l 0 下 豳 植 物 根 2 0 三 薹 | 水 平 层 理 植物叶 下 植物化 石碎片 沼泽 三 _ 三 三 ．一 分流 间湾 角 3 0 S 砂岩 板状交错层理 楔状交错层理 分流河道 洲 太 舅 9 煤 层 植物叶 泥炭沼 泽 平 ‘ 4 0 ‘ 砂 岩 ， 一 r板 状 交 错 层 理 ～ 古土 壤 原 ＼ 状交错层理／ 植物根 黄铁矿 分流河道 叠 水 平层理 瓣腮类的瓣 5 0 ＼ 斜道／ 水平层理 壳及碎片 、 沼泽 叠 6 0 ＼灰 岩 K 4 ／ 透 镜 状 层 理 苔 藓 虫 滨 外 陆 棚 障 雪 ＼ l 2 煤层／ 水平层理 沼泽 原 海胆碎片 泥炭 沼泽 7 0 i 誓 | 口 ． 丰--J 1 ． 沟，4 - 古土壤／ 溺湖 系 ＼灰 石 ／ 水 平 层理 海 百 合 茎 障 壁 岛 壁 滨 外 陆 棚 统 8 0 沼泽 透镜状层理 滨外陆棚 l 障壁岛 90一 丁一 滨外泥质 陆棚 组 庙沟灰 岩K， 水平层 理 海胆碎 片 滨外陆棚 滨 l 5 煤层 波状层 理 海百 合茎 泥炭沼泽 l o o ⋯ l 植物根 古土壤／ 溺湖 上 l l 0 一 透镜状层理 外 石 波状层理 障壁岛 石 炭 l 2 0 水平层理 沼泽 陆 炭 晋祠砂岩 楔状交错层理 障壁岛 系 1 3 0 棚 统 本 三 蓦 | 滨外泥质陆棚 溪 组 1 4 0 一 三 滨外陆棚 寻 圆圈日日l团口 中砂岩 细砂岩 粉砂 质泥岩 泥岩 煤层 碳质泥 岩 石灰岩 图 2 寿 阳矿 区太原组沉积相垂 向序列 Fi g 2 Ve r t i c al f a c i e s s e qu e n c e of t he Tai y u a n Fo r ma t ion i n t he Sh o u y a ng mi ni ng a r e a 总厚度 为 0 ～1 6 ． 8 9 m，平 均 7 ． 1 9 m，阳泉 一带 煤 层 厚度 最大 、含煤 系数 也最 高 表 1 。 太原组 的砂泥岩 比等值线如 图 3所示 ，其 中 包括南 、北 2个砂 岩富集 区。北部砂 岩富集区主 要集中在沁县以北 ，除沁县一武乡一榆社 一带砂 泥 岩 比小 于 0 ． 4外 ，该 带 以 西 、以北 、以 东 包 括 平 遥 、祁 县 、榆 次 、 寿 阳 、 阳 泉 、昔 阳 、 和顺 及 左权在 内的地 区其砂 泥岩 比值均 大于 0 ． 4 ，其 中 寿 阳及 阳泉 的 部 分 地 区 砂 泥 岩 比 高 达 1 ． 2以上 。 南 部砂 泥 岩 比一 般 较 低 ，仅 在 沁 水 一潞 安 一 线 的 北东向条带 内砂泥岩 比略大于 0 ． 4 ，其余地 区砂 泥岩 比均 小 于 0 ． 4 。沁 水 盆 地 太 原 组 石 灰 岩 厚 度 亦 呈 现规 律 性 变 化 ，即 从 东 南 到西 北 ，石灰 岩 总 厚度 由大 变 小 ，从 高 平一 长 治 一 带 的 接 近 2 5 m， 到沁水 一 武 乡一榆 社 一 带 的 1 0～1 5 m，再 到祁 县 一 榆 次一 太 原一 寿 阳一 带 的小 于 5 m。根 据 上 述 岩 性 分 布规 律 ，结 合 单 剖 面 沉 积 相 分 析 ，认 为北 部 砂 岩 富 集 带 即榆 次一 寿 阳一 阳泉一 和 顺一 左 权 一 带 为下 三 角 洲 平 原 沉 积 相 区 ，南 部 砂 岩 富集 带 即 沁水一潞安一带 为障壁砂坝沉积相 区，二者之 间 的地 区为渴湖相 区，高平一长治一带为滨外碳 酸 盐 陆棚 沉积 相 区 图 4 。 维普资讯 拙 】 圳 比望* l 玳南 沁木 t 地 擞耗纪 禽博 乐l I J 地 盐罐煤 f i 川 研究 表 l 沁 水益 地太 原组 备大 粪岩石 厚 度殛百 分 比 1 c h【 【 d T L 【 。 【 el l 】 Ⅲ1 l ⋯ I l Il l “ I 川】F ⋯ ⋯I c ， r ∞t 】 ⋯ B r I ⋯ c l uf ’ ⋯ ㈣ 7 ⋯㈨n 团 曰 口m 3 水 地盘 吼 【 叫 r 匕 “ 机 荨 L 哉 I 3 c n 几 T c J 【 f a 1 n l u t 【 r l 1 I} l l I ． l⋯ I k T l } _ h L 『 v 1 】 】 F【 1 1 1 Ⅲ 1 1 U l I l m k F ∞ 口 口 国 团 [ 三 ] 困 水 地 A L 州 『 地 。 壤懈 仵川们 是 4 ⋯ l l 1 1 lIln T 1 I J a 靴1 ] l 1 v I t l J ’ ⋯ ⋯l u ⋯ ’ ll I 1 ,㈤v ⋯T mm l 1 I h I r m J m 2 Mj [ d 瓣 磷 № 一5一 Ⅲ ⋯ 价 “ ” J 一 维普资讯 古 地 理 学 报 2 0 0 6 年2 月 总体 上 ，太原 组沉 积期 沁水 盆地北 部为下 三 角 洲平原沉积体系 ，中部和南部为障壁一渴湖沉积体 系，而东南部则为滨外陆棚沉积体系。当时海水从 东南 方 向入 侵本 区 ，物源 区位 于远离 研究 区 的北部 阴 山古陆 以及本 区西 南 附近的 中条古 陆 。 3 山西组沉积相及古地理 3． 1沉 积 相 特 征 山西 组 岩 性 以砂 岩 、粉 砂 岩 、泥 岩 及 煤 层 为 主 ，仅在局部地区见到砾岩 、石灰岩 图 5 。北岔 沟砂 岩 为分 流河道 下切充 填形 成 的下切谷 沉积 ，沉 积物粒度一般较粗 ，主要为中粗粒砂岩及细砂岩 ， 少数为砾岩，发育 块状层理和大型楔状交错层理 ， 常含泥砾及树干化石 ，底部有冲刷面 ；其上的中细 粒砂岩、粉砂岩、泥岩及煤层互层 ，主要代表了下 三角洲平原沉积，其中的细砂岩和中粒砂岩分选 中 等一较好 ，泥质杂基含量较低 ，可能是在河口处受 波浪、潮汐作用反复簸选的结果 ，发育大型楔状交 地 层 系 统 比 沉 例 ／ m 岩性音 面 标志层 原生沉积构造 古生物及矿物 沉积类型 积 系 统 组 尺 相 下 0 决 口扇 冲 石 积 盒 泛滥盆地 子 骆驼脖 子 平 组 l 砂岩K ／ 植物根 ＼ 曲流河 道 原 植物叶 、 下 植物化石碎片 分流间湾 黄铁矿 分流河道 上 二 ＼ s 7 砂岩 ／ 状交错层 角 植物根 分流 间湾 洲 2 0 水平层理 植物叶化石 平 山 黄铁矿 原 l 天然堤 ＼ 6 砂岩 ／ ＼ 板状交错层理／ 分流河道 ＼水 平层理／ 分流间湾 水平层理 植物根 泥炭沼泽 下 植物叶 4 0 l 水平层理 植物碎片 古 土壤 菱铁矿 一一 l 泥质包体 天然堤 三 叠 西 板状交错层理 s 砂岩 分 流河道 波状层理 3 煤层 植物叶 泥炭沼泽 角 植物化石碎片 叠 植物化石碎 片 分流问湾 菱铁矿 洲 6 0 堂 波 状 层 理 泥 质包 体 决口 扇 日 水 平 层 理 泥 炭 沼 泽 平 组 植物根 分流间湾 植物 叶 系 ， U ～ 6 煤层一 植物 化石碎 片 泥炭沼泽 菱铁矿 古土壤 原 北岔 沟 板状交错层理 黄铁矿 统 波状层理 泥质 包体 砂岩K， 楔状交错层理 分流河道 8 0 ⋯ ⋯ l 水 太 河 口坝 下 原 三 组 前三角洲 角 洲 田曰日日日● 中砂岩 细砂岩 粉砂岩 粉砂质 泥岩 泥岩 煤层 碳质泥岩 图 5 阳泉矿 区山西组沉积相垂向序列 F i g． 5 Ve r t i c a l f a c i e s s e q u e n c e o f t h e S h a n x i F o r ma t i o n i n t h e Ya n g q u a n mi n i n g a r e a 维普资讯 第 8卷 第 1 期 邵龙义等 晋东南沁水盆地石炭二叠纪含煤岩系古地理及聚煤作用研究 4 9 表 2沁水盆地山西组各岩 类厚 度及 百分 比 Ta b l e 2 Va r i a t i o n o f t h i c k n e s s a n d p e r c e n t a g e o f t h e ma i n l i t h o l o g i e s i n t h e S h a n x i F o r ma t i o n o f t h e Qi n s h u i B a s i n 项 目 矿 区 寿 阳 阳泉 和顺一左权屯留一长子 沁 源 高平一樊庄 晋 城 沁北一霍东 钻孔数 目／ 个 1 2 1 8 8 6 7 1 9 1 2 6 山西组总厚度 ／ m 5 7 ． 5 6 5 8 ． 7 7 8 0 ． 3 7 7 0 ． 8 5 1 0 2 ． 4 3 4 3 ． 6 3 4 8 ． 3 7 5 7 ． 8 7 ， 总厚度 ／ m 2 0． 6 4 2 3 ． 0 5 1 8 ． 8 1 9 ． 8 3 2 9 ． 7 5 1 0 ． 1 9 1 2 ． 5 5 1 7 ． 6 2 砂砾岩 百分 比／％ 3 5 ． 8 6 3 9 ． 2 2 2 3 ． 4 0 2 7 ． 9 9 2 9 ． 0 4 2 3． 3 5 2 5 ． 9 5 3 0 ． 4 5 泥岩加 总厚度／ m 3 4 ． 2 8 3 3 ． 3 2 5 8 ． 0 4 4 5 ． 1 6 7 1 ． 3 6 2 7． 6 2 2 9 ． 4 8 3 5 ． 0 9 粉砂岩百分 比／％ 5 9 ．5 5 5 6． 6 9 7 2． 2 2 6 3． 7 4 6 9． 6 7 6 3． 31 6 0． 9 5 6 0． 6 3 砂 泥 比 0． 6 0 0． 6 9 0． 3 2 0． 4 4 0 4 2 0． 37 0． 4 3 0． 5 0 总厚度／ m 0 ． 2 6 0 0 0 ． 2 7 0 0 0 0 ． 1 7 石灰岩 百分 比／o ,6 0 ． 4 5 0 0 0． 3 8 0 0 0 0 ． 2 9 煤层总厚度／ m 2 ． 3 9 2 ． 4 1 3 ． 5 6 5 ． 5 9 1 ． 3 2 5 ． 8 2 6 ． 3 4 5 ． 0 含煤 系数／o,6 4 ． 2 4． 1 4 ． 4 7 ． 9 1 ． 3 1 3 ． 3 1 3 ． 1 8 ． 6 错层理 、低 角度交 错层 理及 大型槽 状交 错层理 ，有 时还 看到包 卷层 理 以及 共生 的泥 砾 ，这 些砂 岩多 为 河 口坝沉积 。下三角洲 平原 沉积 物 的粒 度 由下 向上 变粗 ，测井 曲线 常呈倒 钟形 ，顶部 突变 或渐 变 ，底 部渐 变 。顶部 常被三角 洲平 原分 流河道 切割 ，在 垂 向上 常与分 流 间湾共生 。因为 山西 组还 含有 一定 数 量 的海相泥 岩层 ，说 明 当时 海水 还 经 常 入侵 本 区 ， 因此认 为 该 区 山 西 组 沉 积 相 主 要 为 下 三 角 洲 平 原 图 5 。 3 ． 2古地理分析 在所统计 的 8 8个 钻 孔 资料 点 中， 山西组 厚 度 在 1 8 ． 6 0 ～2 1 3 ． 2 5 m 之间 变化 ，平均 6 0 ． 1 2 m，其 中最 厚 处 位 于 沁 源 一 带 。砂 岩 和 砾 岩 厚 度 在 0 ～ 4 5 ． 2 3 m 之 间 ，平均 1 8 ． 0 7 m，砂 砾 岩最 大 厚度 出 现在 阳泉附 近 ；砂 砾岩 百 分 含量 为 0 ％～8 3 ． 0 8 ％ 。 平 均 3 0 ． 8 3 ％ ，最大砂 砾岩 百分 含 量 亦 出现 在 阳泉 附近 ；砂泥比为 0 ～4 ． 9 1 ，平均 0 ． 7 9 ，以寿阳一阳 泉一 带最 高 ；山西组煤 层总厚 度 为 0 ～1 0 ． 0 m，平 均 4 ． 2 0 m，含 煤 系 数 以东 南部 的高 平一 樊 庄 及 晋 城 一带 最高 表 2 。 根据砂泥岩比等值线图 图 6 ，砂岩富集带大 致以沁源一长治一线为界分 2个区，北部区砂岩成 片富集 ，除 沁县一 武 乡一 榆社 的长 条形 区带 中砂 泥 比小于 0 ． 5外，其余地 区砂泥岩比均大于 0 ． 5 ，在 寿 阳一 阳泉 附近 还达 到 1 ． 5以上 。南 部砂 岩富 集带 范围较小，仅在沁 3井 附近及晋城 一高平西北侧 有砂 泥岩 比大 于 0 ． 5的富砂 条 带 。根 据砂 泥岩 比等 值 线 图并 结 合 野 外 实 测 地 层 剖 面 及 沉 积 相 分 析 图 件 ，绘 制 出山西组 沉 积期 古地 理 图 图 7 。北 部 砂 岩富集带内下三角洲平原分流河道比较发育，其中 砂泥岩比小于 0 ． 5的地 区以发育分流间湾为特征 ， 南部 的砂岩 富集 带 主要为河 口坝沉积 。因此 ，当时 沁水 盆地 的古地 理格 局表 现为 ，北部 以下 三角 洲平 原分 流河道 相 为主 ， 中部 以分 流间湾 相 为主 ，南部 则 以河口坝相为主。海