山西省宁武煤田朔南矿区麻家梁井田含煤建造分析

孟建勇

山西省宁武煤田朔南矿区麻家梁井田含煤建造分析

孟建勇

阐述了宁武煤田麻家梁井田含煤沉积建造的沉积环境、聚煤期的古地理背景，通过含煤建造的旋回结构分析了形成时沉积条件的周期性变化，陈述了含煤沉积建造中赋存煤层及其他矿产资源的赋存特征和分布规律。

沉积建造；古地理背景；旋回；矿产；宁武煤田

麻家梁井田属宁武煤田的一部分，位于宁武煤田的北端，为我国华北晚古生代石炭-二叠纪含煤沉积建造，聚煤期的古地理背景为多物源区，多河系围绕的浅陆表海。当时我国北方的古大陆是陆表海的主要物源，稳定的大地构造条件，形成了宽缓的浅陆表海，本区成煤期的沉积体系自本溪组沉积，经太原组、山西组直到下石盒子组形成一总体海退序列。晚石炭世海水自东南方向侵入，南部海进速度快，往北逐渐变缓，北部又靠近陆源区，提供陆源碎屑物丰富，沉积速度快，因此沉积物总的为不断上升，逐渐形成滨海冲积平原环境，有利于煤层的沉积。含煤建造的特征主要表现在岩石性质、沉积相、旋回结构三个方面。组成含煤建造的沉积岩主要是灰色、灰黑色、黑色和灰绿色，也有杂色的各种粒度的碎屑岩和黏土岩，并夹有石灰岩、燧石层等，此外还有铝土岩、耐火黏土、油页岩，黄铁矿等。含煤建造常见的沉积相为陆相、过渡相和浅海相。含煤建造的旋回结构反映了其形成时沉积条件的周期性变化。陆相含煤建造大致可分为河流型旋回和湖泊型旋回。海陆交互相含煤建造大致分为滨海型旋回和三角洲型旋回。本区的含煤岩系为石炭系中统本溪组、石炭系上统太原组和二叠系下统山西组。

1 中石炭世本溪组

本溪组沉积环境是以浅海潮下带、滨海潮坪、潮坪沙坝为主的沉积，少量海湾泻湖和沼泽、泥炭沼泽相，但这种沼泽在沉积过程中也不同程度受海水的影响。

第一旋回：从奥陶系顶面到分段灰岩底，主要岩性为砂砾岩、铁铝质岩和泥岩。铁铝层是本溪组底部层位稳定的岩层，其沉积原因和华北地台其他地方一样，是富含铁铝的风化壳被海水淹没之后，Al2O3首先溶解进入海水中，Fe2O3则在弱还原条件下与海水中的CO3-2作用形成FeCO3，与铝土质一起沉积了下来。铁矿层由于海水的深浅变化，深水地区为黄铁矿，浅水区形成菱铁矿或赤铁矿，向上逐渐过渡为水平层理的泥岩层，含黄铁矿小结核。第一旋回沉积环境以浅海沉积为主，其次为水下沙坝和半咸水泥沼相沉积，起到填平补齐的作用。

第二旋回：从分段灰岩到本组顶部，岩性由灰岩、砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩和煤组成。在灰岩中含大量筳类、有孔虫、腕足类、珊瑚和海百合茎等浅海生物化石；往上为黑色泥岩，含黄铁矿小结核，腕足类等化石，岩性中无岩屑，水平层理，为浅海环境沉积物。之后海水进一步变浅，沉积了水下砂体，一般为中粒，含2～3层海相薄层灰岩，分选较差，具河口沙坝沉积特点，含较多腕足类、双壳类化石；向上为粉砂质泥岩，含植物根化石，之后沉积了厚度变化大不稳定的薄煤层，为一受海水影响的半咸水沼泽、泥炭沼泽环境。

第三旋回：从不稳定的薄煤层顶板到本组顶部，岩性有粉砂岩、粉砂质泥岩，沉积较稳定的粉砂岩、粉砂质泥岩夹灰岩透镜体和砂体，泥岩含植物叶化石，灰岩中产腕足类、腹足类、海百合茎等浅海生物化石，砂岩中亦含腕足类、腹足类化石。本旋回沉积环境主要是潮坪、潮坪沙坝沉积。

2 晚石炭世太原组

太原组是弱障壁泻湖潮坪和水下三角洲平原体系沉积。太原组沉积是在本溪组沉积环境的基础上演化而来。本溪组按陆源物质的多少，可分为下部含较多碳酸盐岩的旋回和上部以陆源物质为主的旋回。后者的出现构成太原组早期沉积的先驱，彼此的继承性极为突出，所差异者不过出现了较好的成煤环境而已。K4砂岩以下的5，6，8，9，11号煤层硫分明显增加，一般在1.5%～4.0%之间，以硫化铁硫为主。这是因为太原组的煤层在滨海的咸水至半咸水环境中形成，硫化铁含量较高。太原组大致由两种沉积体系构成两个旋回。

第一旋回：从太原组底到9号煤层顶，为由滨海弱障壁泻湖潮坪体系形成的旋回。主要沉积相有泻湖相、潮坪和潮道相、沼泽相。该旋回可以11号煤层顶为界，分为下部以潮坪、潮道环境为主的亚旋回，和以泻湖、潮坪为主的上部亚旋回。底部的K1砂岩为白色中细粒石英砂岩，石英含量90%左右，长石9%左右，以钾长石为主，含粒状海绿石，胶结物多为硅质，填隙物中有有孔虫和骨针化石，层面具觅食迹，具交错、波状及水平层理，为三角洲前缘泻湖、潮坪环境中形成的席状砂体，厚度多在4 m左右，层位较稳定。其上岩性为粉砂质泥岩和中粒石英砂岩透镜体。粉砂质泥岩中含双壳类、腕足类、腹足类化石，顶部含植物根化石，沉积环境由沼泽演化为泥炭沼泽，沉积了厚度较大的11号煤层。之后又一次的海浸，使本区变为泻湖环境，大部分地区沉积了一套泥灰岩和泥岩，产腕足类化石碎片，仅有个别介型虫保存完好。本区泻湖相往往缺少或有极少量的砂岩层，显示了弱障壁乃至无障壁泻湖的特征。之后海水退出本区，在泻湖之上发育了潮坪及泥炭沼泽相，形成了10号煤层，并在此沉积环境基础上，聚集了本区厚度最大而又稳定的9号煤层。

第二旋回：从9号煤层顶开始，本区进入水下三角洲环境，至太原组顶，构成由潮汐影响的浅水三角洲体系。主要沉积相有分流河道相、支流间湾相、沼泽相以及水下天然堤相和河口砂坝相。垂向上的组合为：底部为三角洲前缘的泥质沉积，向上发育河口砂坝，再向上为支流间湾；其上发育天然堤，分流河道滞留沉积，边滩，最后由于河道的废弃而被充填，再在上面发育煤层。该旋回可再分为3个亚旋回，即8号煤层以下、6号煤层以下及5号煤层以下。各旋回大多显示出自上而下的正递变粒序，或以自下而上变粗的层序，但由于贫乏前三角洲沉积，使得前述垂向特征不很明显。同时根据本层段有许多类型的潮汐层理和构造，说明当时潮汐作用的影响较大。其中8号和9号煤层之间的地层以水下分流河道沉积为主，主要沉积了一套平面上呈朵状，剖面上呈透镜状的分流河道砂体。由于分流河道的迅速废弃，在其上发育沼泽，形成了8号煤层。6号到8号煤层之间，以支流间湾，河口砂坝，分流河道和水下天然堤沉积为主，自下而上主要沉积了8号煤层上部的厚层铝土泥岩和K2砂岩。K2砂岩之下发育厚层铝土质泥岩一层，厚度0 m～10 m，浅灰色，块状，易风化破碎，主要成分为高岭石，一般与上覆的K2砂岩呈明显接触，局部为冲刷接触。K2砂岩呈浅灰色，为中细粒凝灰质岩屑砂岩或粉砂岩，正粒序，明显接触，石英含量36%，长石7%，岩屑57%。岩屑成分主要为凝灰岩、火山玻璃、长石岩屑及隧石等，分选较差。胶结物主要为凝灰质、泥质，胶结疏松，故俗称“槽砂岩”，具波状、交错层理，为三角洲前缘河口砂坝环境下形成的席状砂体，厚度0 m～20 m。其上发育沼泽形成6号煤层。5号到6号煤层之间，主要为水下分流河道与分流间湾沉积，K3砂岩为灰色中细粒砂岩，石英含量75%左右，长石5%，岩屑20%，硅质、铁质胶结，分选较好，具水平及缓波状层理，反粒序，为三角洲水下分流河道与分流间湾环境下形成的指状、席状砂体，厚度0 m～5 m。5号煤层即是在分流间湾环境上发展起来的泥炭沼泽中聚积的。本段泥岩以6号煤层顶板泥岩发育较好，黑色，以含大量同生菱铁质结核，不含植物化石为特征，岩性细腻，俗称海相泥岩，含舌形贝化石，局部相变为粉砂岩，是本区良好岩性标志层。

3 早二叠世早期山西组

山西组是水上三角洲平原和内陆曲流河冲积平原体系沉积，而从K4砂岩底开始是水下三角洲平原环境向水上三角洲平原环境过渡的起始点。山西组K4砂岩以上的2，3，4号煤层，原煤硫分都小于1%，一般为0.5%左右，以有机硫为主，煤层形成于陆相淡水环境，硫酸盐少故硫化铁少，致使煤层中全硫含量亦较低。山西组亦由两种沉积体系构成两个旋回。

第一旋回：从山西组底部K4砂岩至4号煤层顶板。K4砂岩由灰白色、灰色砾岩、含砾粗砂岩、粗中细粒砂岩组成，石英含量20%～92%，长石3%～10%，岩屑5%～55%，胶结物为硅质、泥岩，孔隙式胶结，具楔状、交错及缓波状层理，正粒序，垂向上常呈由粗到细的完整层序或几个不完整的层序组合，横向上呈厚薄相间的条带状、分枝状，总体形态呈席状，为三角洲水上平原网状河沉积，为浅水三角洲体系的水上平原环境。主要沉积相有：分流河道相、天然堤相、泛滥盆地相、决口扇相以及沼泽相。垂向上，底部为砾质沉积的滞留相，向上为边滩，天然堤环境的粗、中、细粒砂岩，再向上为泛滥盆地沉积，顶部为煤层，为一典型的分流河道沉积序列。4号煤层即是在此环境基础上沉积的，由于成煤环境比较稳定，故形成了厚度大而又稳定的煤层，但其厚度变化及夹矸层数、灰分变化均明显受沉积环境的控制和影响。K5砂岩由灰白色、灰色含砾粗砂岩、粗中细粒砂岩组成，石英60%～95%，长石2%～10%，岩屑3%～30%，胶结物硅质、泥质，孔隙式胶结，具斜层理、小型斜层理及交错层理，正粒序，垂向上与K4砂岩有共性，横向上砂体规模较K4砂岩小，为典型的三角洲水上平原分流河道沉积，对其下的4号煤层有不同程度的冲刷影响。

4 号煤层受河流同生冲刷作用明显，顶板砂岩岩性多变，并含有煤屑及炭化树干，冲刷严重地段最上部两层夹矸缺失，垂向上煤层呈槽型，为典型的河流相沉积。

第二旋回：从4号煤层顶至山西组顶部，为由内陆多曲流河冲积平原体系构成，多为3个以上正粒序旋回层序，旋回层序较大，层序构造丰富多彩，沉积相以分流河道相、泛滥盆地相为主。本旋回聚煤作用明显变差，仅沉积了1～2层不可采煤层。山西组是水上三角洲平原和内陆曲流河冲积平原体系沉积，而从K4砂岩底开始是水下三角洲平原环境向水上三角洲平原环境过渡的起始点。

Coal-bearing Construction Analysis to Ma Jialiang Mine Field in ShuoNan,NingWu Coalfield,ShanXi Province

Meng Jianyong

This article indicates the depositional environment of the construction of coal deposits,and the ancient coal geographical background in Ma Jialiang mine field,Ningwu coalfield.The author analyzes the the periodicity changes of depositional conditions during the spinning back structure formed,and states the characteristics and distribution rule of coal and other mineral resources during the coal-bearing sedimentary contructions period.

sedimentary constructions;the Ancient Coal Geographical Background;the spinning back;minerals;Ningwu Coalfield

P611

A

1000-4866（2011）01-0024-03

孟建勇，男，1971年出生，1992年毕业于阳泉煤炭专科学校（矿井地质与测量专业），现在大同煤矿集团浙能麻家梁煤业有限责任公司工作，助理工程师。

2010-10-20

2010-11-26