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【摘 要】 本文重点选择了煤田几个含煤剖面的演化进行了推理,并重点分析了探区的成煤条件。
【关键词】 黄陇煤田;延安组;沉积环境;演化特征
黄陇煤田位于陕西省中部。东北起于富县葫芦河,往西南经黄陵县店头、铜川市焦坪、耀县衣食村、照金、旬邑县、彬县,麟游、千阳,陇县,直至甘肃省华亭县策底公社。呈一向东南突出的弧形。走向长约270公里,宽约30—35公里,面积约9000平方公里。
黄陇煤田地处陇东、陕北高原之南部。河流切割形成原峁沟壑为特征的丘陵中低山区。原区海拔高程一般为1000~1300米。山区以旬邑石门关和黄陵洪山寺梁最高,海拔高程分别为1855米和1846米。洪山寺梁以东属洛河水系,主要支流有葫芦河,沮水河。以西属泾河,千河水系,主要支流有山水河、黑河等。
本煤田为一陆相沉积环境,中部广大地区属于一个气候,温湿植物繁盛、有机质充沛,沼泽发育的由曲流河占统治的冲积平原,后期转向半干旱气候。煤田东、西二端有所不同,东端店头矿区属湖相环境,湖泊类型为陆源碎屑沉积的永久性湖泊。西端安口~华亭一带属于山间湖盆环境,由河、湖,沼交替沉积而而成。现选择这三个剖面进行分析:
一、焦坪主剖面
1.古河流演化特征
对古河流演化的研究,主要根据每个旋回中垂向加积和侧向加积沉积物所占比重,河道相及河床形态等的演变来进行的。
J1-2Y2段(I旋回)的古河流,在河道区的剖面中,垂向加积仅占7,28%,而粗碎屑的河道相占92,72%。砂体呈带状分布,河道较直,弯度小,支叉少的特点,属低弯度河。到J1-2y2(Ⅱ旋回)段时,古河流的砂体分叉多,曲率增大,已属高弯度河。到J1-2y3时,由下向上,河道相厚度减小、比重减小、粒度变细,而垂向加积物厚度增大,比重增加,且大于河道相厚度。从计算所得河流的曲率由下向上愈来愈大、宽深比值和流量愈来愈小,而河流在平面分布上分叉愈来愈多等得知,古河流发展演化是由低弯度河(稀疏枝状河系)发展为高弯度河(大型枝状河系)再发展为小型高弯度河(网状河系),最后直至河流萎缩。这也是随着构造稳定状况的发展趋势而演变的结果
2.沼泽相演变特征
沼泽相在延安组沉积过程中,是由旺盛到消亡的发展过程。I旋回中沼泽相最发育,占绝对地位,煤层最厚,分布最广。到Ⅱ旋回,沼泽相虽发育,但降为次要地位,煤层变薄,结构变复杂,分布范围呈小片。到Ⅲ旋回沼泽大为削弱,基本不含媒,仅部分地区有薄层炭质泥岩夹煤线或薄煤。到Ⅳ旋回沼泽相彻底消失。
3.古地形演变
印支运动后,虽经富县期的补尝作用,但进入延安期初仍呈丘陵地形。在低洼处发育低弯度河及河漫滩和沼泽,随着时间推移,地形逐渐夷平,由丘陵向准平原发展,最后发展成平原。
二、葫芦河剖面(店头矿区)
店头矿区在延安组初期是一个气候温湿、地势较平缓的湖滨泛滥平原。中部较高,多分布着河间漫滩。二侧较低,多分布着由高弯度河组成的网状水系。随着河道砂的沉积,地形逐渐填平而成湖滨沼泽,广泛分布沼泽相,生成厚度稳定的可采煤层。但在矿区北缘,包括葫芦河剖面,是一片河、湖交替的湖洼地区,既有河流贯穿,又有湖泊星罗分布。水大时,湖相沉积为主,水小时,河流沉积为主。不利于沼泽相生成,一般不含煤层,仅有薄层炭质泥岩和煤线。
到延安组中期,起初虽亦为河、湖交替沉积,但湖相已占主要地位,随时间推移,湖区范围愈来愈大,南、北部已混为一体。局部地区有湖水变浅而沼泽化现象,有另星分布的薄煤层生成,最后除南部地势高外,广泛分布水族繁殖的较深湖。这是湖进的高涨处,亦是湖发展鼎盛时期;J1-2y3段时仍以湖相为主,其间有2-3次回返,湖水后退时而成湖滨砂滩,湖水漫进时又成了广阔的湖泊,最后也为较深湖环境。与J1-2y2期相比,一是范围又有所缩小,另一湖水的蒸发量增大,有咸化象征,表现在湖相泥岩的粘土矿物已由蒙脱石代替了高岭石,此外还有较多石膏薄层,硼含量超过100PPM。总的仍为湖泊兴盛时期。J1-2y4段,湖泊衰退,湖水退缩,仅葫芦河剖面地层较齐全,初期浅湖相范围只限于北部一带,随着时间的推移,湖泊愈来愈小,广大地区已无沉积,但旦在剖面处形成了一个水退式三角洲旋回,顶部为三角洲平原相的河道砂,湖泊在此终止。
三、华亭策底剖面
属断陷形成的山间湖盆环境,本剖面位于湖盆北缘。J1-2y1段为山间湖盆形成的初期,地壳活动较强烈,地形高差大,广泛发育以低弯度河、主的河道相沉积。本剖面还夹有游荡河,离剖面不远处的炭矿沟剖面还见到冲积扇沉积。底界不清,仅见到2米的砾岩层,砾石大小不一,大者可达0.3米,成份以石英岩为主。随着河床沉积,地形逐渐填平,低弯度河滨变为高弯度河,沼泽相发育,形成主要可采煤层。在湖盆中心,下部同样发育冲积相,上部为湖、沼交替沉积,水浅成沼泽,水深成浅湖,形成主采煤层中普遍夹油页岩层。
J1-2Y2段时,湖盆中心,湖泊兴盛。湖盆边部(本剖面)湖水面活动频繁,形成湖泊,沼泽交替沉积,煤和油页岩交替,为第二个成煤时期。油页岩较薄,一般不超过l米,工业价值不大,湖盆中心有厚达5-10米油页岩层。
该期有二个旋回,到第二个旋回后期,剖面处湖泊萎缩,湖相比重下降。但在湖盆中心,湖相仍很兴盛,沉积了厚达9米油页岩层。
J1-2Y3段时,保存不全,剖面处仅见到河道相沉积。湖盆中心之湖相比重大減,沼泽相发育,夹薄层油页岩。
总之,延安期包括了山间湖盆的形成、发展和衰亡整个时期。店头和华亭矿区同样为湖相发育地区,但由于二者构造位置不一,前者处在长期稳定的拗陷地区,后者处在构造运动较强烈地区,导致二者形成各有特色的一套湖相沉积。
四、成煤条件分析
根据泥炭沼泽的特点以及成煤期的古地理环境,覆水程度,堆积方式和生化的转变条件以及同沉积构造及煤层在空问和时间上的变化关系。黄陇煤田面积大,成煤环境不一,煤层层数、厚度及结构变化较大。本次只能以四条主剖面的J1-2Y1段主采煤层为主,兼用部分煤矿,地区资料来进行分析和研究。并选择资料较齐全的焦坪矿区,来剖析各煤层的垂向变化。本煤田J1-2Y1段主采煤层的显微煤岩类型是以微亮煤型和微暗煤型为主。凝胶化组分为隐结构的凝胶化基质,丝炭化组分为木质镜煤丝炭,木煤丝炭及丝炭碎片,稳定组分中有大、小孢子,角质层及不定形体。在鉴定中未见腐泥物质,由此可见成煤期的原始物质为高等植物,故属腐植煤类。
1、店头矿区
该区延安组是由河湖交替的沉积环境发展到湖泊环境。即由延安组早期的网状水系交织的湖滨平原开始,逐渐发展成滨湖沼泽,进而发展成浅湖到较深湖。在延安组第一段时,发育在湖滨平原上的滨湖沼泽,沼泽的水源主要靠地下水供给,由于沼泽毗邻湖水,水源充沛,地下水潜水面较高,属低位沼泽,利于植物大量的繁殖生长,植物堆积后又能得到很好的掩埋,沼泽总是处于酸性还原环境,故形成了较稳定的2号煤层。煤层煤岩组分的凝胶化钧质含量高达80%,而丝炭化物质含量相对为小。处在矿区北部的湖洼区,不利于泥炭沼泽的发育,故煤层交薄或无煤沉积。在延安组的第二、三段,以湖相沉积为主。仅在局部因湖水变浅沼泽化,形成分布另星、厚度变薄的1号和0号煤层。
2、华亭矿区
该区系断陷形成的山间湖盆。延安组是由河、湖,沼交替沉积组成。湖盆中部湖相发育,湖水的下落,引起湖泊沼泽化,其沼泽的水源主要靠地下水供给。由于沼泽近邻湖水,水量充沛,地下水的潜水面较高,属低位沼泽,利于植物的繁殖生长。加之沉降,补偿合适,形成了较稳定約厚煤层和特厚煤层。在延安组第二段后期,湖泊萎缩,冲积相发育,故形成了厚度变化大,层数多的局部可采煤层或薄煤。在延安组第三段,盆地内仍以河,湖交替聾沉积,但以冲积相为主;沼泽相发育不好,局部仅见薄煤。
综上所述,煤盆地在聚煤期煤系、煤层厚度受同沉积构造的控制。在向斜处由于一面沉降,一面堆积,故形成了较厚的岩、煤层。在背斜处反之,形成较薄的岩、煤层沉积。
【关键词】 黄陇煤田;延安组;沉积环境;演化特征
黄陇煤田位于陕西省中部。东北起于富县葫芦河,往西南经黄陵县店头、铜川市焦坪、耀县衣食村、照金、旬邑县、彬县,麟游、千阳,陇县,直至甘肃省华亭县策底公社。呈一向东南突出的弧形。走向长约270公里,宽约30—35公里,面积约9000平方公里。
黄陇煤田地处陇东、陕北高原之南部。河流切割形成原峁沟壑为特征的丘陵中低山区。原区海拔高程一般为1000~1300米。山区以旬邑石门关和黄陵洪山寺梁最高,海拔高程分别为1855米和1846米。洪山寺梁以东属洛河水系,主要支流有葫芦河,沮水河。以西属泾河,千河水系,主要支流有山水河、黑河等。
本煤田为一陆相沉积环境,中部广大地区属于一个气候,温湿植物繁盛、有机质充沛,沼泽发育的由曲流河占统治的冲积平原,后期转向半干旱气候。煤田东、西二端有所不同,东端店头矿区属湖相环境,湖泊类型为陆源碎屑沉积的永久性湖泊。西端安口~华亭一带属于山间湖盆环境,由河、湖,沼交替沉积而而成。现选择这三个剖面进行分析:
一、焦坪主剖面
1.古河流演化特征
对古河流演化的研究,主要根据每个旋回中垂向加积和侧向加积沉积物所占比重,河道相及河床形态等的演变来进行的。
J1-2Y2段(I旋回)的古河流,在河道区的剖面中,垂向加积仅占7,28%,而粗碎屑的河道相占92,72%。砂体呈带状分布,河道较直,弯度小,支叉少的特点,属低弯度河。到J1-2y2(Ⅱ旋回)段时,古河流的砂体分叉多,曲率增大,已属高弯度河。到J1-2y3时,由下向上,河道相厚度减小、比重减小、粒度变细,而垂向加积物厚度增大,比重增加,且大于河道相厚度。从计算所得河流的曲率由下向上愈来愈大、宽深比值和流量愈来愈小,而河流在平面分布上分叉愈来愈多等得知,古河流发展演化是由低弯度河(稀疏枝状河系)发展为高弯度河(大型枝状河系)再发展为小型高弯度河(网状河系),最后直至河流萎缩。这也是随着构造稳定状况的发展趋势而演变的结果
2.沼泽相演变特征
沼泽相在延安组沉积过程中,是由旺盛到消亡的发展过程。I旋回中沼泽相最发育,占绝对地位,煤层最厚,分布最广。到Ⅱ旋回,沼泽相虽发育,但降为次要地位,煤层变薄,结构变复杂,分布范围呈小片。到Ⅲ旋回沼泽大为削弱,基本不含媒,仅部分地区有薄层炭质泥岩夹煤线或薄煤。到Ⅳ旋回沼泽相彻底消失。
3.古地形演变
印支运动后,虽经富县期的补尝作用,但进入延安期初仍呈丘陵地形。在低洼处发育低弯度河及河漫滩和沼泽,随着时间推移,地形逐渐夷平,由丘陵向准平原发展,最后发展成平原。
二、葫芦河剖面(店头矿区)
店头矿区在延安组初期是一个气候温湿、地势较平缓的湖滨泛滥平原。中部较高,多分布着河间漫滩。二侧较低,多分布着由高弯度河组成的网状水系。随着河道砂的沉积,地形逐渐填平而成湖滨沼泽,广泛分布沼泽相,生成厚度稳定的可采煤层。但在矿区北缘,包括葫芦河剖面,是一片河、湖交替的湖洼地区,既有河流贯穿,又有湖泊星罗分布。水大时,湖相沉积为主,水小时,河流沉积为主。不利于沼泽相生成,一般不含煤层,仅有薄层炭质泥岩和煤线。
到延安组中期,起初虽亦为河、湖交替沉积,但湖相已占主要地位,随时间推移,湖区范围愈来愈大,南、北部已混为一体。局部地区有湖水变浅而沼泽化现象,有另星分布的薄煤层生成,最后除南部地势高外,广泛分布水族繁殖的较深湖。这是湖进的高涨处,亦是湖发展鼎盛时期;J1-2y3段时仍以湖相为主,其间有2-3次回返,湖水后退时而成湖滨砂滩,湖水漫进时又成了广阔的湖泊,最后也为较深湖环境。与J1-2y2期相比,一是范围又有所缩小,另一湖水的蒸发量增大,有咸化象征,表现在湖相泥岩的粘土矿物已由蒙脱石代替了高岭石,此外还有较多石膏薄层,硼含量超过100PPM。总的仍为湖泊兴盛时期。J1-2y4段,湖泊衰退,湖水退缩,仅葫芦河剖面地层较齐全,初期浅湖相范围只限于北部一带,随着时间的推移,湖泊愈来愈小,广大地区已无沉积,但旦在剖面处形成了一个水退式三角洲旋回,顶部为三角洲平原相的河道砂,湖泊在此终止。
三、华亭策底剖面
属断陷形成的山间湖盆环境,本剖面位于湖盆北缘。J1-2y1段为山间湖盆形成的初期,地壳活动较强烈,地形高差大,广泛发育以低弯度河、主的河道相沉积。本剖面还夹有游荡河,离剖面不远处的炭矿沟剖面还见到冲积扇沉积。底界不清,仅见到2米的砾岩层,砾石大小不一,大者可达0.3米,成份以石英岩为主。随着河床沉积,地形逐渐填平,低弯度河滨变为高弯度河,沼泽相发育,形成主要可采煤层。在湖盆中心,下部同样发育冲积相,上部为湖、沼交替沉积,水浅成沼泽,水深成浅湖,形成主采煤层中普遍夹油页岩层。
J1-2Y2段时,湖盆中心,湖泊兴盛。湖盆边部(本剖面)湖水面活动频繁,形成湖泊,沼泽交替沉积,煤和油页岩交替,为第二个成煤时期。油页岩较薄,一般不超过l米,工业价值不大,湖盆中心有厚达5-10米油页岩层。
该期有二个旋回,到第二个旋回后期,剖面处湖泊萎缩,湖相比重下降。但在湖盆中心,湖相仍很兴盛,沉积了厚达9米油页岩层。
J1-2Y3段时,保存不全,剖面处仅见到河道相沉积。湖盆中心之湖相比重大減,沼泽相发育,夹薄层油页岩。
总之,延安期包括了山间湖盆的形成、发展和衰亡整个时期。店头和华亭矿区同样为湖相发育地区,但由于二者构造位置不一,前者处在长期稳定的拗陷地区,后者处在构造运动较强烈地区,导致二者形成各有特色的一套湖相沉积。
四、成煤条件分析
根据泥炭沼泽的特点以及成煤期的古地理环境,覆水程度,堆积方式和生化的转变条件以及同沉积构造及煤层在空问和时间上的变化关系。黄陇煤田面积大,成煤环境不一,煤层层数、厚度及结构变化较大。本次只能以四条主剖面的J1-2Y1段主采煤层为主,兼用部分煤矿,地区资料来进行分析和研究。并选择资料较齐全的焦坪矿区,来剖析各煤层的垂向变化。本煤田J1-2Y1段主采煤层的显微煤岩类型是以微亮煤型和微暗煤型为主。凝胶化组分为隐结构的凝胶化基质,丝炭化组分为木质镜煤丝炭,木煤丝炭及丝炭碎片,稳定组分中有大、小孢子,角质层及不定形体。在鉴定中未见腐泥物质,由此可见成煤期的原始物质为高等植物,故属腐植煤类。
1、店头矿区
该区延安组是由河湖交替的沉积环境发展到湖泊环境。即由延安组早期的网状水系交织的湖滨平原开始,逐渐发展成滨湖沼泽,进而发展成浅湖到较深湖。在延安组第一段时,发育在湖滨平原上的滨湖沼泽,沼泽的水源主要靠地下水供给,由于沼泽毗邻湖水,水源充沛,地下水潜水面较高,属低位沼泽,利于植物大量的繁殖生长,植物堆积后又能得到很好的掩埋,沼泽总是处于酸性还原环境,故形成了较稳定的2号煤层。煤层煤岩组分的凝胶化钧质含量高达80%,而丝炭化物质含量相对为小。处在矿区北部的湖洼区,不利于泥炭沼泽的发育,故煤层交薄或无煤沉积。在延安组的第二、三段,以湖相沉积为主。仅在局部因湖水变浅沼泽化,形成分布另星、厚度变薄的1号和0号煤层。
2、华亭矿区
该区系断陷形成的山间湖盆。延安组是由河、湖,沼交替沉积组成。湖盆中部湖相发育,湖水的下落,引起湖泊沼泽化,其沼泽的水源主要靠地下水供给。由于沼泽近邻湖水,水量充沛,地下水的潜水面较高,属低位沼泽,利于植物的繁殖生长。加之沉降,补偿合适,形成了较稳定約厚煤层和特厚煤层。在延安组第二段后期,湖泊萎缩,冲积相发育,故形成了厚度变化大,层数多的局部可采煤层或薄煤。在延安组第三段,盆地内仍以河,湖交替聾沉积,但以冲积相为主;沼泽相发育不好,局部仅见薄煤。
综上所述,煤盆地在聚煤期煤系、煤层厚度受同沉积构造的控制。在向斜处由于一面沉降,一面堆积,故形成了较厚的岩、煤层。在背斜处反之,形成较薄的岩、煤层沉积。