山东黄河北煤田石炭—二叠系太原组地层沉积特征

作者:张素梅;李增学;李伟;王立峰;张玉林;王对兴;刘海燕 刊名:地球学报 上传者:贾晓辉

【摘要】为了研究黄河北煤田的沉积特征,查清研究区内太原组地层的岩性类型、沉积构造、粒度分布特征,并进一步明确其沉积体系及沉积相的特征和沉积演化,本文根据野外露头的观察和室内岩心的描述、薄片分析,结合钻井、测井资料,运用沉积学、古生物地层学、层序地层学、岩石粒度分析等方法,对研究区的太原组地层沉积特征进行了详细的研究。结果表明:研究区石炭—二叠系的含煤地层太原组沉积物中砂岩、粉砂岩、泥岩、石灰岩及煤岩均较发育,常见的含铁矿物主要是褐铁矿、黄铁矿、菱铁矿等;主要层理构造有水平层理、平行层理、交错层理、波状层理、韵律层理等,生物扰动构造非常发育;主要的生物化石发育于台地相灰岩中,包括蜓类、牙形石等个体较大化石;主要发育植物化石有轮叶、科达木、宽带羊齿等;太原组沉积环境比较动荡,为河流相或者浅海相环境,其陆表海盆地层序及内部单元的典型界面有最大海泛面、区域性海退界面和最大海退面,并依据其不同界面,进行了沉积相划分和层序地层分析;研究区内晚石炭世的太原组地层为陆表海沉积序列,其沉积环境演化主要是由海陆交互相沉积向陆相沉积的转换。

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黄河北煤田位于华北地台山东地台背斜西缘,鲁西断块鲁中断隆西北缘,在东阿济南临朐单斜凹陷的偏西部(图1)。其南为泰山断凸和肥城断盆,北部边界为著名的聊考大断裂,断裂上盘即济阳坳陷,西为阳谷茌平煤田预测区;东为章丘煤田。该煤田地层系统属华北型(李增学等,1998),基本构造形态为一单斜构造,地层走向NE50,倾向NW,倾角5~8。黄河北煤田自西向东分为旦镇、长清、袁庄、济西等勘探区。区内太原组含煤岩系普遍受岩浆侵入影响,并使部分可采煤岩变成天然焦及高变质的煤。黄河北煤田地层区划属华北地层区鲁西地层分区的一部分。石炭二叠系含煤岩系假整合于中奥陶统石灰岩之上。煤系基底为奥陶系与寒武系,出露于黄河南岸的长清至平阴一带,形成中、低山丘陵区。石炭二叠系全被厚度较大的第四系、新近系所覆盖。缺失中生界、下石炭统、泥盆系、志留系、上奥陶统与元古界。黄河北煤田是鲁西重要的煤炭生产基地,同时也是山东重要的后备能源基地之一,因此,研究其含煤地层沉积特征具有重要的现实意义。前人对研究区晚古生代地层的沉积特征作了一定程度的研究,主要侧重于煤岩气赋存条件、岩浆侵入的研究(李增学等,1998;范世彦等,2001),且研究程度比较低,对研究区的沉积分析不够,应该说,国内对于黄河北煤田地层沉积特征尚无完整、系统的研究和描述,鉴于此,本文利用沉积学、古生物地层学方法、粒度分析结合层序地层学进行了深入的研究,同时对研究区的晚古生代地层的沉积特征做出了定量化的研究。1岩性特征1.1地层特征黄河北煤田地层区划属华北地层区鲁西地层分区的一部分。石炭二叠系含煤岩系假整合于中奥图1黄河北煤田位置图Fig.1LocationoftheHuanghebeicoalfield陶统石灰岩之上。煤系基底为奥陶系与寒武系,出露于黄河南岸的长清至平阴一带,形成中、低山丘陵区。石炭二叠系全被厚度较大的第四系、上第三系所覆盖。缺失中生界、下石炭统、泥盆系、志留系、上奥陶统与元古界(图2)。第四系(Q):由土黄、棕黄、灰绿色粘土、砂质粘土夹黄白色松散砂砾层组成,局部砂砾层可胶结成岩。厚:0~500m~不整合~新近纪:上部棕黄、棕红、灰绿、紫色粘土、泥岩夹土黄、浅棕色粉砂细砂岩、含砾砂岩。下部紫红、棕红、灰绿色泥岩夹粉中砂岩。底部灰白色含砾砂岩。厚:0~1635m~不整合~古近纪:上部为浅灰色粉砂岩、泥岩及灰~灰绿色砂岩,其次为杂色泥岩、泥灰岩。下部为紫红、红色粉砂岩,泥质细砂岩等。厚:0~1700m~不整合~图2太原组地层层序及发育情况Fig.2StratigraphicsequenceanddevelopmentdegreeofTaiyuanFormationHST-高水位体系域;LST-低水位体系域;TST-水进体系域;S1-层序及编号HST-highstandsystemstract;LST-lowstandsystemstract;TST-transgressivesystemstract;S1-sequenceanditsserialnumber二叠系(P):上统:上石盒子组:上部为紫红、灰绿等杂色粘土岩、泥岩,夹灰白色中砂岩;中部为致密坚硬的厚层状石英砂岩夹杂色泥岩;下部为灰、紫色等杂色粘土岩、泥岩和灰绿色砂岩;底部为A层铝土岩。厚:>425m下统:下石盒子组:以灰白色长石石英砂岩和灰色泥岩为主,上部有紫色粘土岩出现,偶夹紫色石英质砂砂砾岩。厚:~120m山西组:灰色、灰白色中细粒长石砂岩、粉砂岩夹泥岩,含煤岩5~6层,可采及局部可采2~4层。为区内重要含煤地层。厚:~87m下二叠统和上石炭统(P1+C2

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