浅析南屯煤矿太原组沉积环境与聚煤规律

报告、地震勘探资料、矿井采掘工程揭露的地质资料，以及这期间生产钻探资料等。但以往的地质研究对全区的地质构造、沉积特征及含煤特征等有待进一步的深化。文章以山东科技大学与兖州煤田南屯煤矿合作编写的生产矿井地质报告项目为基础，对南屯煤矿的沉积环境聚煤规律进行了深刻研究，对其以后的矿区的详查及煤炭开采具有重要的现实意义。

1 太原组沉积环境分析

1.1 矿井区域地质概况

南屯井田位于兖州向斜南翼，总体呈单斜构造，但井田东北部、东部存在多个褶曲，井田西部发育着次一级褶皱及小断层，东部断裂构造发育，并伴有较大幅度的褶曲，井田构造复杂程度属于中等类型。在区域上，除东北部有太古界、震旦系、寒武系和奥陶系出露外，其余均被第四系覆盖。矿区最主要的含煤岩系为石炭系太原组，厚155.06～186.02m，平均厚170.60m，厚度变化规律不明显。由深灰～灰黑色泥质岩、粉砂岩、砂岩、灰岩和煤层组成，为较典型的海陆交替型含煤沉积。

1.2 太原组沉积相分析

1.2.1 沉积相标志。（1）岩石结构特征。岩石的结构特征直接反应岩石沉积时期的介质条件，不同的介质条件下所形成的沉积物一般都具有不同的结构特征，即便是在同种介质条件下，比如随着水动力条件的由强变弱，沉积物颗粒也会出现由粗到细的变化。南屯煤矿太原组第一段特点自下而上岩石颗粒粒度逐渐变粗，表明水动力条件由弱变强。（2）原生沉积构造标志。太原组发育的主要层理有：水平层理、砂泥互层层理、双向交错层理、潮汐层理等，根据岩相古地理学知识，潮道和障壁砂坝沉积中发育板状交错层理，水平层理发生在比较稳定的水动力条件下，波状层理是在水动力交替的情况下形成的，主要发生于潮汐环境中。通过观察发现太原组十下灰岩的上部为粉砂岩、砂岩互层或者是由砂岩、煤层和铝质泥岩组成的互层。其中含有薄层的14、15上、15下煤和九、十上灰岩；砂岩层具波状层理、透镜状层理，和交错层理，判断的潮汐三角洲相沉积。太原组泥岩、粉砂岩和砂质泥岩中常见有菱铁矿结核、黄铁矿结核。黄铁矿结核与菱铁矿结核共生，经常发现在泻湖泥岩中。由此可以发现泻湖沉积也是太原组主要的沉积期。（3）生物标志。在南屯煤矿太原组采集到蜓类化石7属18种，腕足类达13属17种，还有头足类、腹足类、瓣腮类等属种。腕足类在滨海、浅海和深海水域都有分布，但主要生活在海水动荡、悬浮食料丰富的浅海环境，多营海底固着生活；海百合营海底固着生活。

1.2.2 沉积相划分及特征。通过分析太原组岩层的特征得出太原组的沉积体系有：滨海 湖潮坪-三角洲沉积体系。据太原组沉积特征、古生物群，太原组可划分出下列沉积相：泥坪、砂坪、潮渠或潮沟、潮道、泻湖及泻湖环潮坪带、三角洲平原沼泽及潮坪泥炭沼泽（如图1）。主要沉积相如下：（1）泻湖相。太原组第一段以及第四段中岩层和煤层（16上）沉积即为泻湖环境。岩性为灰色-灰黑色泥岩，水平层理发育，含少量动植物化石。见有动藻迹、蠕虫迹等生物扰动构造，该相常与潮坪相共存。（2）潮坪相。根据潮坪沉积的特征，又可分为泥坪相、混合坪相和沙坪相等。泥坪相发育于潮间坪上部至高潮线附近，岩性以泥质岩、砂质泥岩为主，发育透镜状、波状层理。混合坪发育于潮间坪中部，以细砂岩、粉砂岩和泥岩互层为特征，发育典型的潮汐层理、砂泥互层层理。砂坪相主要发育于潮间带下部至低潮线附近，主要为砂质沉积，岩性以细-中粒石英砂岩为主，成分成熟度和结构成熟度，发育潮汐层理。（3）沼泽相。太原组下段岩层和煤层中含大量的黄铁矿结核，指示该段沉积为滨海泻湖和沼泽相的强还原环境。该段的岩性特征为：岩性以黑色泥岩、粉砂岩为主，层理不发育，含大量植物根茎化石碎片，杂乱排列。这个时期是三角洲平原上的聚煤环境，聚煤条件较好，煤层分布较连续，但厚度变化较大，常因河道冲刷、改造使得煤层变薄泥炭沼泽常与封闭沼泽以及覆水沼泽共生。

2 聚煤规律分析

南屯煤矿太原组煤层的形成主要发生在陆表海环境时期，晚石炭世太原组经历了陆表海盆地变为陆相盆地的海退过程，泥炭沼泽的形成主要有两个时期，一是在早期的潮坪环境和泻湖环境；二是在海退后的辫状河三角洲平原地区，而后者是泥炭沼泽最发育的时期。泻湖沼泽是太原组下段最主要的聚煤环境，潮坪演化来的泥炭沼泽分布范围广且稳定性强，形成了17煤层和18层煤层。泻湖淤浅沼泽化所演化形成的煤层，因为其长轴平行于沉积走向，所以导致这一时期的煤层分布较为广泛；与此同时此区域生长了大量的植被和微生物，加快了泥炭的发育速度，今儿形成了规模宏大的动态聚煤模式。但是这一时期形成的煤层硫份高、厚度小，并且含有大量的黄铁矿结核，不利于开发利用。三角洲平原沼泽相沉积和三角洲前缘相沉积是太原组上段的主要沉积方式，三角洲平原广阔平坦，并且生长着大量的动植物，再加上废弃阶段形成的稳定的构造环境为泥炭沼泽的发育提供了有利条件，形成了16层煤层，煤层厚度大，为稳定可采煤层。三角洲后期废弃阶段，聚煤沼泽面积最广，持续时间最长，形成的煤层层数多、累计厚度大。而在三角洲平原时期，形成的煤层层数少、单层厚度大。

3 结束语

（1）海陆交互相沉积是南屯煤矿太原组的主要沉积环境，滨海泻湖潮坪-三角洲沉积体系是其主要发育的沉积体系。根据太原组的岩层沉积特征、富含的古生物群化石等标志，得知太原组沉积相以泻湖相、三角洲相为主。（2）南屯煤矿含煤岩系较为稳定、分布范围广，泻湖沼泽为太原组下段主要聚煤环境，三角洲平原时期形成的泥潭沼泽是太原组上段的主要聚煤环境。经研究发现三角洲边缘成煤煤层层数多、累计厚度大；而在废弃的三角洲平原区煤层层数少、单层厚度大。

参考文献

[1]刘小琼.藤北矿区太原组沉积特征与聚煤规律研究[D].青岛：山东科技大学，2007.

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[4]臧金旺，张广君.南屯井田煤系地层的成因及含煤特征[J].煤炭开采，2007，12（1）：27-28.

[5]窦贯铭.大同煤田石炭二叠系煤层赋存特征及控煤作用[D].太原：太原理工大学，2013.

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