清镇市流长勘查区龙潭组煤层特征及对比研究

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  [摘要]清镇市流长勘查区主要含煤地层为上二叠统龙潭组,主煤层编号分别为6、8、9、13号,其中6、8、9号为大部可采煤层,位于龙潭组中段; 13号煤层为局部可采煤层,位于龙潭组下段。依据各标志层、煤层层间距和测井曲线以及沉积旋回特征对研究区各煤层进行对比研究,主要煤层和部分次要煤层对比清楚、可靠。综合岩性、古生物以及测井曲线的对比,划分出4个主沉积旋回,推测出该区成煤环境,揭示该区龙潭组岩石组成、含煤性及其变化规律,明显受控于沉积古地理环境。
  [关键词]煤层特征 煤层对比 龙潭组 成煤环境
  [中图分类号] F407.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X(2015)-9-276-3
  清镇市流长勘查区位于贵州省清镇市北西,勘查区中心直距清镇市38公里。地理极值坐标:东经106°10′00″~106°17′00″, 北纬26°40′15″~26°45′45″。勘查区范围由16个拐点圈定,呈不规则多边形,面积86.20km2。
  1区域地质概况
  勘查区区域构造位置属扬子准地台,上扬子台褶带,黔中古拱隆断褶,织金、纳雍凹褶段,大威岭背斜北东段北西翼,总体构造形态呈单斜构造,仅在北东方向有波状起伏,略呈宽缓向斜,轴部不明显。北部产状,仅在北东方向F11、F15附近倾向呈南西向(210°~260°,一般240°),倾角3°~20°,一般10°。勘查区地层总体倾向北西(NW)270°~350°,一般320°。主断层4条(F1、F2、F8、F9),在勘查区内呈“X”状,大致将勘查区分割成东、南、西、北四个三角形断块,见图1。从平面分布看,全区均有断层发育,尤以勘查区北部和东部一带比较发育,其中西北部和东北部断层因倾向对勘查区煤层影响较大,而东南部大部分断层倾向勘查区外部,对勘查区煤层影响较小。断层以北北东向、北东向为主,少量北西向,在北东向断层中,除F10断层外,均为正断层,且多为后期形成的构造。北西向断层中,正断层、逆断层均有发育,但以逆断层的影响破坏程度较大为特点。
  2煤层特征
  2.1含煤地层特征
  勘查区区域地层,位于扬子地层区,黔南分区,贵阳小区(据《西南地区区域地层表》贵州省分册),出露的地层有中二叠统茅口组(P3m)、上二叠统龙潭组(P3l)、长兴组(P3c),下三叠统大冶组(T1d)、安顺组(T1a),上三叠统关岭组(T2g),第四系(Q)。
  流长勘查区主要含煤地层为上二叠统龙潭组,组厚191.83~283.64m,平均厚为243.37m。岩性主要为粉砂岩、细砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、泥岩、炭质泥岩及煤层(线),夹灰岩及泥质灰岩、铝土质泥岩、菱铁矿薄层。具水平纹理、平行层理、波状层理、脉状层理、交错层理和透镜状层理。本组富含珊瑚、腕足、蜓类等动物化石,也产大羽羊齿、蕉羊齿、栉羊齿等植物化石。龙潭组根据含煤性分上中下3段,其中段含煤性较好,上段、下段含煤性较差。龙潭组顶部深灰色薄层状粉砂质泥岩或泥质粉砂岩与长兴组深灰色中厚层状燧石灰岩分界,底部浅灰色薄层状铝土质泥岩与中二叠统茅口组顶部灰色中厚层状灰岩作为龙潭组和茅口组的分界标志。顶界为整合接触,底界为假整合接触,组内为连续沉积。现由上至下分述如下。
  (1)上段(P3l3):厚度30.58~90.38m,平均厚为65.20m。岩性主要为深灰、灰黑色薄至中厚层细砂岩、粉砂岩、粉砂质粘土岩夹灰岩、粘土岩及煤层,夹菱铁矿薄层。富产腕足类、蜓、珊瑚等动物化石,局部产大羽羊齿、蕉羊齿等植物化石。以B2为底界。夹1~4层煤,其中零星可采煤层1层,为3号煤层。见瘤状、透镜状及星散状黄铁矿。
  (2)中段(P3l2):厚度40.65~95.52m,平均厚为60.30m。巖性主要为深灰、灰黑色薄至中厚层粉砂岩、粉砂质粘土岩夹灰岩、粘土岩及煤层,夹菱铁矿薄层。产丰富植物化石,为大羽羊齿、蕉羊齿、栉羊齿等,上部及下部产腕足、腹足类动物化石,有菱铁质结核、黄铁矿结核、少量的硅质结核,呈圆球状、椭球状、瘤状、透镜状、星散状及不规则状,结核大小不一,分布在泥质粉砂岩或粉砂质泥岩、泥岩及煤层中。该段为煤层主要分布地段,B2为顶界,B4为底界,间夹2~5层煤,大部可采煤层3层,即为6、8、9号煤层。
  (3)下段(P3l1):厚度较大,为90.65~170.68m,平均厚为117.87m。岩性主要为灰、深灰色薄层粉砂岩、灰岩、钙质粉砂岩夹条带状粉砂质粘土岩、炭质粘土岩及煤层,夹菱铁矿薄层。底部粘土岩,含大量团块状、浸染状黄铁矿。富产腕足类、珊瑚等动物化石,中上部产大羽羊齿、蕉羊齿、扇叶等植物化石。顶以B4底为界,底与茅口组为界。夹5~7层煤,其中局部可采煤1层,为13号煤层。与下伏地层呈假整合接触。
  2.2含煤性特征
  区内主要含煤地层为龙潭组,平均厚为243.37m,含煤11~16层,一般为12层。煤层总厚度平均为8.94m,含煤系数为3.67%。勘查区主要可采煤层4层,编号为6、8、9、13号煤层,可采煤层总厚平均为5.89m,可采含煤系数为2.4%。可采煤层发育特征详见表1。
  在横向上,煤层层数有一定变化,可采煤层总厚度的变化与煤层总厚度的变化基本一致。在垂相上,含煤情况有较大变化。下段煤层层数、间距以及厚度变化较大,见13号可采煤层,点可采系数为68%,面积可采系数为47%,厚度变异系数为64%,属局部可采结构简单较稳定煤层;中段含6、8、9号共3层可采煤层,面积可采系数均大于65%,均属于大部可采,厚度变异系数依次为52%、62%、49%,均是结构简单较稳定煤层;上段煤层层数、间距以及厚度变化很大,有零星可采煤层1层,为3号煤层。
  3煤层对比
  煤层对比研究需要多种对比方法协调使用,相互印证,利用区域地质规律与局域特征综合分析,用来提高煤层对比的可靠程度[1-3],该研究区龙潭组煤层对比主要根据岩性、古生物、测井曲线以及煤层间距进行综合对比。在岩性方面,我们选择厚度稳定、分布广泛的灰岩、铝土质泥岩作为标志层;在古生物方面,我们根据部分煤层顶板仅产植物化石,不产动物化石的特点,与上、下顶板产动物化石或者动、植物化石混生的煤层区别开来;在测井曲线方面,我们主要依据测井曲线的幅度异常、特殊曲线形态组合关系等确定煤岩层[4-5]。   3.1标志层对比法
  勘查区龙潭组含煤地层中标志层稳定、特征清晰,岩层生物明显,含煤岩系之下茅口组特征清楚。建立了6个煤层对比标志层(B1、B2、B3、B4、B5、B6),对龙潭组自上而下进行控制,确定了煤层对比的格架,先自上而下分别描述如下。标志层①为灰色中厚层状石灰岩,局部为泥质灰岩,在3号煤底部2m左右,厚度1.09~7.45m,平均厚度5.31m,全区稳定,是3号煤层的对比标志;标志层②为灰色中厚层状石灰岩,B1以下25.17m左右,厚度0.99~11.76m,平均厚度4.72m,全区稳定;标志层③为灰色中厚层状石灰岩、泥质灰岩,位于6号煤顶部,有时为6号煤顶板,B2以下24.22m左右,厚度1.87~8.81 m,平均厚度4.68m,全区稳定,是对比6号煤层的可靠标志;标志层④为浅灰、灰色中厚层状石灰岩,底部夹薄层泥质灰岩,在9号煤层以下约7.58m,厚度0.40~11.22米,平均厚度1.98米,全区稳定,是控制9号煤层的可靠标志;标志层⑤为浅灰、灰色中厚层状石灰岩,位于13号煤层底部6.09m左右,厚度0.59~5.14米,平均厚度2.42米,全区稳定,是控制13号煤层的可靠标志;标志层⑥为浅灰色薄层状铝土质泥岩,厚度0.52~13.09米,平均厚度2.60米,块状,是龙潭组和茅口组的分界标志。
  3.2煤层间距对比法
  层间距是指上一层煤底板与下一层煤底板之间的垂直距离[6]。勘查区所有见煤钻孔中,地层层序正常,煤层在全区或区段相对稳定,各可采煤层间距虽然由于构造等原因的差异,有一定变化,大部分有一定规律可循,如6号煤层距离上二叠统长兴组的底部约为91m;6号煤层到8号煤层的间距为11m左右;8号煤层到9号煤层的间距一般为9m;9号煤层到13号煤层的间距一般为63m;13号煤层距离中二叠统茅口组顶部为65m左右。
  3.3测井曲线对比法
  龙潭组各煤层,尤其是主要可采煤层(6、8、9、13号煤层)的各种测井参数曲线都有突出的形态特征,各具特色,与围岩物性有明显的差异(见图2、图3),利用这些物性特征进行煤层对比,准确可靠。6号、8号、9号这三层煤间距较小,6号煤层各方法曲线由单峰状到双峰状,伽马伽马曲线幅值较大,上覆顶板或间接顶板为高阻灰岩; 9号煤层夹在两高自然伽马曲线的泥质岩之间,伽马伽马曲线呈上大下小的双峰状,下伏间接底板为高电阻、低自然伽马曲线呈马鞍状的B4灰岩;13号煤层各方法曲线表现为明显的双峰状,煤层间接底板发育有两层灰岩,电阻率和自然伽马曲线都以高于煤层幅值的箱状反映,厚度上小下大,13号煤层本身有0~2层夹矸,即为两层薄煤层,其顶底板附近的自然伽马曲线均出现高幅值异常。
  3.4沉积旋回对比法
  研究区龙潭组含煤岩系为一套以浅海相为主的海陆交互相碎屑岩夹碳酸盐岩含煤沉积[7]。沉积物既有河流携带的陆源碎屑物,也有海侵期沉积的灰岩以及泥岩,原生沉积构造,既有河流作用形成的各种交错层理,又有潮汐波浪作用形成的潮汐层理,植物化石与海相动物化石混生。海陆交互频繁,微相差异大,随着沉积序列的变化而产出多层煤,其含煤岩系中砂岩→泥岩→煤层→灰岩存在有规律的递变。龙潭世早期属脉动式海进期,深水盆地進一步发展,初始阶段,强烈下降,发育了陆源碎屑沉积,随后平稳发展,早期煤层厚度变化较大,煤层尖灭现象明显[7-10]。龙潭世中晚期属脉动式海退期,平均海岸线向东退却,其碳酸岩盐与碎屑岩呈渐变过渡接触[7-10],含煤地层分布广,是较为稳定的聚煤环境,煤层厚度稳定,例如主采煤层6、8、9号煤。含煤岩系中的粉砂岩、细砂岩厚度占整个地层厚度的40%~70%,泥质岩占22%~35%,灰岩占14%~20%。
  依据岩石成因标志和宏观沉积旋回特征,以沉积间断面或稳定煤层的顶界面作为分界面[11],将龙潭组划分为4个沉积旋回,各级旋回的层厚度、结构及煤层在旋回中的位置等均较稳定,各旋回都有其各自的煤层及煤层组合。茅口组灰岩之上至含煤岩系第5个标志层即为第一个主沉积旋回(图3);第5个标志层之上至第4个标志层即为第二个主沉积旋回(图2),13号煤层位于该主旋回的下部,含有较厚的砂岩层,煤层低灰分,高硫分;第4个标志层之上至第1个标志层即为第三个主沉积旋回(图2),6、8号煤层位于该主旋回的中下部,9号煤层位于该主旋回的下部,下部以中厚层状细砂岩、粉砂岩为主,上部为薄层状灰黑色粉砂质泥岩、泥岩、炭质泥岩及煤层,煤层煤质受海水进退规模影响较大,海退-海侵间隔时间长,形成的煤层厚度较大,煤层特低灰分,中-高硫分,在垂直剖面上总体上呈现下粗上细的沉积层序;第1个标志层之上至龙潭组顶界即为第四个主沉积旋回,3号煤层位于该旋回的下部。
  4结语
  研究区龙潭组含煤岩系可采煤层4层,分别为6、8、9、13号煤层,煤层结构简单,厚度稳定,低灰分,高硫分,其中6、8、9号煤层为大部可采煤层,13号煤层为局部可采煤层。依据各标志层、煤层层间距和测井曲线以及沉积旋回特征对研究区各煤层进行对比研究,主要煤层和部分次要煤层对比清楚、可靠。
  通过对煤层对比以及沉积旋回的分析,推测该区龙潭组在沉积时期,受到陆源河流和海洋潮汐作用双重因素的影响,河流入海后形成三角洲沉积,经过海洋潮汐作用改造,发育为典型的三角洲-潮坪沉积体系。揭示该区龙潭组岩石组成、含煤性及其变化规律,明显受控于沉积古地理环境。
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