重庆市綦江县松藻矿区小鱼沱井田成煤环境分析

井田位于羊叉滩背斜东翼，含煤地层为二叠系上统龙潭组，整个煤系按岩性、含煤性的差异分为上、中、下三段。上段（P3l3）厚度17.59～23.63m，平均厚21.40m。岩性由灰、深灰、灰黑色薄层泥岩、砂质泥岩、泥质粉砂岩、石灰岩（泥质灰岩），夹粉砂岩、细砂岩组成，中部含不可采M5煤层，煤厚0.10～0.52m，一般厚0.30m，层位稳定。此段碳酸盐岩约占总厚度35～40%，产腕足类、珊瑚及植物化石。中段（P3l2）厚度25.52～36.88m，平均厚30.00m。主要含煤段，岩性由深灰、灰黑色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、细砂岩及煤层，上部夹B3、B4两层生物碎屑灰岩，一般厚度不超过1.0～3.0m。含煤5～8层，可采煤层M6-3、M7-3、M8分别位于该段上、中、下部，煤层总厚度占整个层段厚度的25～30%。下段（P3l1）厚度21.76～46.74m，平均厚28.92m。岩性由深灰、灰黑、黑色泥岩、砂质泥岩、泥质灰岩（灰岩）、粉砂岩、细砂岩及煤层组成。底部为浅灰、浅棕灰色铝质泥岩，富含黄铁矿晶粒及结核（B1）；中下部和下部含不可采M10、M11煤层；底部含零星可采的M12煤层。此段中含透镜状和席状砂体，砂体占整个层段厚度20～25%，水平层理发育，产蜒科、腕足类和植物化石。

1、岩相及旋回结构特征

1.1指相标志及岩相划分

岩石中的岩性、粒度，矿物成分、结核、包体、动植物化石及其组合、层理、层面构造，遗迹化石等均是指相的重要标志。根据区域岩相古地理研究，结合邻近井田、本井田钻孔揭露及生产矿井调查资料等，有下列指相标志。

①碎屑岩石的岩屑成分以岩屑为主，矿物成熟度低，分选性和磨圆度差，说明动力条件不强，属近岸沉积产物。

②粘土岩的主要成分是高岭石，表明沉积环境中的酸性介质条件。

③粒度细，含砂量比例不大，反映动力条件较弱，属潮坪砂体特征。

④岩层中含有大量成岩期的菱铁矿和黄铁矿， 继承了原生沉积时在还原条件下局限性和停滞性。

⑤煤系剖面中动植物化石发育，且在剖面分布组合上时为动物化石，时为植物化石，有时也有动植化石混生状况，体现了海陆交替相沉积特征。

⑥砂岩、粉砂岩的双向交错层理，单向冲洗层理，潮汐层理，波状砂纹层理，有时还有泥冲槽泥质包体、泥砾等沉积构造，这是潮坪沉积中砂坪或砂泥混合坪的特征。

⑦砂体在平面上呈席状，透镜状分布，有时呈潮沟或潮渠状分布。砂岩由下至上是细至粗、或由粗至细沉积，相互关系是渐变，说明潮坪之中砂坪相或砂泥混合相沉积。

⑧煤系中可见生物遗迹化石，扰动构造，团块构造等浅水潮坪的特征。

⑨剖面中清水沉积（碳酸盐岩）和浑水沉积（碎屑岩等）相共生；

⑩剖面中出现周期层序沉积发育序律。

根据煤系剖面沉积特征，说明该区域属浅海潮坪～泻湖～碳酸盐岩台地内侧海沉积体系。各岩相划分见表1。

表1 岩相划分一览表

沉

积

体

系潮坪～泻湖～碳酸盐岩台内侧海碳酸盐岩台地

潮坪～泻湖台地内侧海相广海相

泻湖相泥坪相纱泥混合坪相砂坪相潮沟（渠）相泥炭坪相

岩性铝质

泥岩泥岩、砂质泥岩、粘土岩等粉砂岩、细砂岩、泥质粉砂岩、砂质泥岩等细砂岩细砂岩、砂质泥岩煤层、炭质泥岩生物碎碎屑灰岩粉晶～细晶灰岩

沉积构造块状

构造水平层理、潮汐层理、扰动动物构造水平层理、潮汐层理单向冲洗层理、双向层理平行层理水平层理水平层理

动植物化石植物根部化石、偶见动物碎片动物化石，植物根部化石动、植物化石混生植物化石碎片植物化石碎片炭化植物印痕动物化石动物化石

结核及其他黄铁矿晶粒及结核黄铁矿、菱铁矿结核黄铁矿、菱铁矿结核菱铁矿结核、钙质团块菱铁矿结核黄铁矿晶粒及结核泥质结核、黄铁矿结核少量黄铁矿晶粒

1.2 旋回结构

井田内含煤岩系在垂直剖面上岩性、岩相有规律交替出现，这就构成了旋回。海陆交替相含煤岩系沉积旋回的划分原则，一般以海退相作为旋回的起点，把煤层划分在旋回中间，并作海侵的起点，整个旋回便可分为海退相（煤层以下）和海侵相（煤层以上）两部分。大的旋回的形成，一般是由于地壳振荡运动所致，而某个大的旋回内部还可划分为两个以上的小旋回，这是由于地壳局部的脉状运动的结果。旋回划分方法，海退部分以泥质岩、碎屑岩及煤层组成的沉积相为主，海进部分以碳酸盐岩相为主。根据本区煤系岩相组合特征，以煤层或煤层组作为中心，可将煤系划分四个沉积旋回。每个旋回的岩相组合、厚度变化都不是相同的，反映了含煤岩系的形成条件随时间和沉积环境不同而发生变化。本井田以CK16钻孔为例，简述各旋回结构特征（见插图1）。

Ⅰ旋回：由铝质泥岩底界～B辅顶，厚度21.22～39.12m。沉积相的M1演变由泻湖相→泥炭沼泽相→泥坪相→泥炭沼泽相→砂泥混合坪→泥坪→泥炭沼泽相→台地内侧海（局限海）相。在CK26孔中M12煤层沉积后，由于受脉状运动的影响，局部海侵，形成局限海相灰岩沉积。该旋回含M12、M11和M10三层煤，由于地壳脉状运动频繁，泥炭沼泽成煤条件差，未能形成全区可采煤层，仅M12、M11煤层有零星可采外，其他均属不可采煤层。

Ⅱ旋回：B辅顶～B3顶，厚度26.10～32.63m。沉积相演变依次是砂泥混合坪相→泥炭沼泽相→泥坪相→泥炭沼泽相→泥坪（砂泥混合坪或砂坪）相→泥坪相→泥炭沼泽相→泥坪（砂泥混合坪、砂坪）→局限海（台地内侧海）相。该旋回中含煤5～6层，即M9、M8、M7-3、M7-2、M7-1，其中M8为全区可采，M7-3为大部可采。该旋回由台地内侧海（局限海）发育海退部分演变而来，相对持续时间较长，厚度较大，地壳脉状振幅频繁，形成煤层层数较多。在M8煤层形成过程中，由于脉状运动振幅小，间隔时间长，且泥炭供给和沉降凹陷比较均衡，形成煤层厚度较大。M8煤层堆积后，脉状运动振幅增大，顶板之上席状砂体发育，有利于煤层保存。该旋回为本区主要旋回，属典型潮坪沉积系列。

Ⅲ旋回：由B3顶～B4上部石灰岩，厚度15.55～17.58m，沉积相演变由泥坪相→泥炭坪相→泥坪相（或砂泥混合坪相）→泥炭坪→台地内侧海（局限海）相。该旋回主要为M6煤层组，含煤3层，即M6-3、M6-2、M6-1煤层，其中M6-3为大部可采煤层。该旋回是由局限海发育而成潮坪相，时间短，厚度较小，且时有潮沟（潮渠相）发育，煤层变化大，成煤条件差，只发育局部可采煤层，属潮坪沉积系列。

Ⅳ旋回，由B4上部灰岩顶～长兴组开阔海沉积，亦属龙潭组海退系列，厚度16.64～16.39m。沉积相演变由砂坪（或砂泥混合坪）相→泥坪相→泥炭坪相→泥坪相→局限海相（台地内侧海相）→开阔海相。该旋回中下部仅含M5不可采煤层一层。旋回在龙潭组内发育不完整，海进部分属长兴组石灰岩，不利于成煤。

插图1 CK16钻孔含煤地层岩性岩相柱状图

2 沉积环境和成煤规律的探讨

地史上聚煤盆地的形成和聚煤作用的发生是古气候、古植物、古地理与古构造等诸因素综合作用的结果。构造控制环境、环境影响煤层聚集，这是聚煤作用的普遍规律。本区晚二叠世含煤建造，是在东吴运动后所造成的残积风化壳基础上发展形成的。聚煤古地理环境为滨海型，沉积环境为有障壁的滩后潮坪及陆表海环境，沉积体系属潮坪～泻湖～碳酸盐岩台内侧海沉积体系。根据统计，整个煤系剖面中碳酸盐岩约占22%，碎屑岩占25%，泥质岩占44.1%，含煤系数8.9%。煤系沉积中以浑水沉积为主，碎屑来源于川滇古陆，碎屑岩成分比较复杂，以岩屑为主，分选性磨圆度差，普遍含钙质，主要煤层顶板有潮汐作用形成的砂体较发育。M7-3煤层顶板砂体呈透镜状，M8煤层顶板砂体呈席状，厚度一般2～3m，个别可达5～6m，结构松散。清水沉积主要分布于煤系的上部和中下部，厚度岩性较稳定，属正常广海含盐度，能量较高的碳酸盐岩。

M10煤层堆积后，由东向西发生了两次较大规模的海侵，发育了温水灰岩（B辅下层灰岩）和良村灰岩（B辅上层灰岩），此后进入海退沉积阶段（开始Ⅱ旋回沉积），经泥坪、砂泥混坪进入泥炭坪沉积了M9煤层，由于地壳的脉状运动，成煤平衡被打破，又进入泥坪、砂泥混合坪或砂坪相形成相对稳定煤层底板，这就为本井田M8煤层泥炭堆积形成一个较稳定沉积环境，且地壳升降与泥炭堆积基本达到均衡补偿，且持续时间较长，形成中厚煤层，个别地段为厚煤层，当泥炭堆积后，接着又有较长时间的泥坪和席状砂坪沉积，使泥炭堆积层有一个良好保存条件，这就造就形成M8煤层厚度大，结构简单，全区稳定的可采煤层。