禹州市白庙矿含煤地层沉积环境及聚煤特征分析

作者:孙国忠;李永高 刊名:中国煤炭地质 上传者:史航

【摘要】通过对石炭系太原组、二叠系山西组和上下石盒子组的岩性岩相组合、沉积构造、古气候条件、动植物化石特征等的分析,对白庙煤矿含煤地层的沉积环境和聚煤特征进行了较为详细的描述,进而阐述了太原组、山西组、上下石盒子组的沉积环境和聚煤特征。

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河南平禹煤电有限责任公司白庙矿,年核定生产能力29万t。处于禹县矿区云盖山井田东北部,瓦山寨北麓,位于河南省禹州市文殊乡境内,含煤地层为石炭系太原组、二叠系山西组和上、下石盒子组。煤系地层厚度约700m。分为9个含煤段,含煤50层左右,煤层总厚约10.77m,含煤系数为1.5%左右。1太原组的沉积环境和聚煤特征本区石炭系太原组底部的铁铝层假整合于中、上寒武系白云质灰岩之上。说明其间曾有一个漫长时期的沉积间断。太原组为陆表海环境下形成的一套薄中厚层灰岩和碎屑岩及薄层煤的闪替沉积。本组明显分为三段,即下部灰岩段、中部碎屑岩段和上部灰岩段。反映了海水进退反复交替形成的两个大的沉积旋回,而在这两个大旋回中又包含了10余个由薄层灰岩、砂泥岩、薄煤层组成的次一级沉积旋回。不同级别的旋回,既反映了海水进退规律,又反映了在海水进退的总趋势中,由于海平面上升速度,沉积物补偿速度的变化形成了具有韵律性的沉积。灰岩单层厚度不大,横向稳定,富含正常海相动物化石,以蜒和海百合为主,尚有少许珊瑚、腕足类、苔藓虫、海绵等,属于开阔陆表海碳酸盐沉积。下段灰岩常见生物觅食迹化石Zoophycos,水平和倾斜的蠕虫动物的痕迹。灰岩为浅色生物碎屑灰岩,以生物碎屑泥晶灰岩和泥晶生物碎屑灰岩为主,顶部薄层灰岩中泥质和有机质含量增高,具水平和波状层理,反映形成于弱动荡的潮下浅水环境,是潮下低能带的浅水碳酸盐沉积。中部的砂泥岩段为潮间潮下与潮汐作用有关的碎屑沉积。上述沉积环境,显然不利于形成有工业价值的煤层,由于煤层形成于海侵的高潮阶段,海面不断上升,泥炭沼泽的堆积速度则远不及海面上升的速度,在泥炭沼泽持续时间不长的情况下即被海水浸漫转而开始了碳酸盐沉积。故而太原组的煤层一般小于1m,且常夹于灰岩之间,煤层底板的根土岩很薄。在这种滨海缓坡的潮间潮下带形成的泥炭沼泽都是咸水,半咸水沼泽。因此形成多夹矸、高硫(含量2%~6%)、高磷煤。虽然太原组含煤较差,但该组的沉积为山西组早期海退末期二1煤层的形成,创造了良好的古地理条件(图1)。2山西组的沉积环境和聚煤特征山西组的沉积是在晚石炭世海退的背景下发展起来的,山西组顶部的黑色海相泥岩中偶含小型腕足类化石和海百合茎化石碎片,发育水平层理,属弱还原环境下的半咸水沉积。山西组下段,向上粒度变粗,由灰黑色泥岩、粉砂岩与灰白色的细砂岩的微薄互层至灰白色细砂岩夹灰黑色泥质压扁体组成。沉积构造相应由水平层理向上过渡为透镜状,缓波状层理,薄的互层层理以至压扁层理,有垂直和倾斜的生物潜穴和生物斑状构造,含少量的瘤状菱铁质结核,含大量植物化石。这套沉积厚约510m,属典型的海退潮坪沉积,是海湾充填的标志,向上过渡为含图1太原组砂泥岩段岩相柱状图Figure1Lithofaciescolumnofsandstoneandmudstonemember,TaiyuanFormation根化石的沼泽相根土泥岩及二1煤层。二1煤层发育在海退末期,泥炭形成在海湾潮坪基础上的陡地森林沼泽中。堤滩沙不断向海的方向移动,成煤沼泽也随之向海方向扩大,这就是广阔滨海堤滩后成煤模式的景象。堤滩后堆积的泥炭层一般不受或很少受海水的影响,有长期的稳定的成煤条件,所以二1煤层具有厚度大、煤质好、低硫、低磷、分布广的特点。3石盒子组沉积环境和聚煤特征在本矿上、下石盒子组中,已发现生活在半咸水海湾附近的广盐性海生底栖动物海豆芽化石(Lingula)层位有三5煤顶,K4、K5、五2煤底板砂岩、K8上泥岩、六2、六3、六5、七5煤顶板以及八煤段中发现的2~3个层位,总计10余层。七煤段内发育有10余层硅

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