云南富源富煤二矿1301孔煤系单剖面沉积环境分析

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  摘 要:富源二矿1301孔位于云南省富源县大河矿区,以往研究工作主要针对本研究区周边地区(老厂、恩洪)或区域大范围(上扬子地区、滇东黔西)研究,而相对富源二矿区对该区专门的沉积环境分析,及其变化规律目前未见诸报道。本文基于野外钻孔心岩石学特征、古生物特征系统分析观察、描述,进行单剖面煤系沉积环境的初步分析,并利用其成果,结合砂岩薄片粒度分析、地球物理测井或地球化学特征分析,探讨煤系沉积环境的纵横向变化规律
  关键字:富煤二矿;沉积环境;1301孔;粒度分析;古生物特征
  研究区位于东经 104°17′00″~104°19′00″,北纬 25°30′00″~25°26′15″的富煤二矿区,恩洪矿区的北东部,富源-弥勒断裂的东侧,平关-阿岗断裂的西侧,恩洪复向斜中段、北部的格宗向斜轴部及东翼,总体构造形态为较宽缓的单斜构造。矿区内断裂构造较发育,但多数主要分布于边缘,构成边界断层。近年来已有学者开展了大量工作. 冯增昭、金振奎等对滇黔桂地区二叠纪岩相古地理的研究,将滇黔桂二叠系的化石划分为四个组合及六个亚组合。本研究区化石符合其中两个亚组合即:植物亚组合; 植物腕足类亚组合.①②③
  1 1301钻孔地层
  通过对区内1301钻孔资料的分析,1301孔实际地层从上到下依次为:第四系Q、下三叠统永宁镇组(T1y)、下三叠统飞仙关组(T1f、)下三叠统卡以头组(T1k)、上二叠统长兴组(P2c)、上二叠统龙潭组二段(P2l2)、上二叠统龙潭组一段(P2l1)、上二叠统峨眉山玄武岩组(P2β)。中三叠统关岭组(T2g)因为构造原因钻孔未曾揭露,含煤地层为长兴组、龙潭组。
  区内含煤地层含煤层层数多,煤层厚度变化较大,但多数煤层层位均稳定,主要可采煤层均属于中厚-厚煤层或者薄-中厚煤层。长兴组(P2c)与龙潭组下段(P2l1)是次要含煤组段;主要可采煤层均位于龙潭组上段(P2l2)中上部,且煤层在空间上展布具有一定的连续性。
  2 长兴组、龙潭组的岩石学特征研究
  宏观及镜下鉴定统计资料表明,孔内晚二叠含煤岩系主要由碎屑岩和煤组成,碎屑岩约占厚度的91%,而煤占9%,煤与碎屑岩分布均匀,呈互层状出现。
  2.1 碎屑岩主要包括砂岩、粉砂岩、及泥质岩,砂岩、粉砂岩的陆源碎屑成分主要由玄武岩屑组成,其岩石类型主要为玄武岩屑砂岩和玄武岩屑粉砂岩。
  砂岩、粉砂岩:组内最多的一类碎屑岩。宏观和镜下观察可知,一般呈浅灰色、灰色,薄至厚层状。其碎屑成分以玄武岩屑为主,含量一般在60%~95%,此外尚有部分泥质岩屑、铁泥质岩屑、海绿石等。石英少见,5,斜长石一般为10~15%。重矿物含量多,以菱铁矿、黄铁矿为主,还含少量磷灰石、锆石等。填系物含量一般在10%~20%,主要为粘土,一些砂岩的填系物中还有亮晶方解石。胶结物以泥质、钙质为主,杂基以粘土、绿泥石、、高岭石为主。胶结类型以孔隙式和接触式为主,少量为基底式。陆源碎屑颗粒的圆度以次圆、次棱角为主,分选性一般中等。砂岩、粉砂岩受后期成岩作用影响,常发生溶蚀、绿泥石化和方解石化。靠近煤层的砂岩、粉砂岩有机质含量非常丰富。
  泥质岩:包括泥岩和粉砂质泥岩,主要分布于长兴组。粘土矿物成分主要为高岭石、绿泥石。矿物成分以绿泥石、高岭石为主,含有少量玄武岩屑、斜长石、菱铁矿、黄铁矿等矿物,常含有植物化石,腕足、双壳生物碎屑。常见虫孔类生物遗迹化石。
  2.2 粒度分析及环境意义
  室内对砂岩薄片显微镜下统计,曲线的细截点大部分都在2.95~3.5φ之间(表2-1),粗截點在0.6~1.1φ之间。占主要地位的跳跃总体平均含量为74.1%,其所代表的直线段坡度为55~65。左右,平均60。。作为次要组分的悬浮总体平均含量为10%,其所代表的直线段坡度为28~35。左右,平均30.6。。至于滚动总体几乎不存在,只在个别薄片中见到,并且含量也极少。砂岩整体分选中等,大多数正偏,少数近于对称,个别为微弱负偏。
  对砂岩薄片的粒度分析分别作粒度概率曲线图(图2-1~4)。由这四幅图可以看出,砂岩的概率曲线多为两段式(如图2-1、4),少数薄片滚动组分与悬浮组分之间存在不同程度的过渡组分(图2-2、3)
  表2-1 砂岩粒度特征
  注:坡度为粒度概率曲线图中各总体所代表的直线段与φ轴的夹角;C.T.代表粗粒一端的切割点,F.T.代表细粒一端的切割点,单位为φ
  7号薄片砂岩的概率曲线为典型的两段式(图2-1),曲线的细截点在3φ左右,粗截点在0.7φ左右,占主要地位的跳跃总体含量约为75%,其所代表的直线段坡度为65?左右,作为次要组分的悬浮总体含量约为15%,其所代表的直线段坡度30。左右,滚动总体不存在。根据表3-1所求分选(σ1)和偏度(SK1)可知,该砂体分选较好,偏度正偏,频率曲线呈单峰。平均粒径2.67φ,为细砂岩。这些特征与河控三角洲分流河道相吻合。
  F-19号薄片砂岩的概率曲线为两段式(图2-2)。曲线的细截点在3.5φ左右,粗截点在1.5φ左右,占主要地位的跳跃总体含量约为51.4%,其所代表的直线段坡度为55。左右,作为次要组分的悬浮总体含量较少,约为10.5%,存在悬浮与跳跃的过渡组分,且含量较多约为38%,滚动主体不存在。根据表3-1所求分选(σ1)和偏度(SK1)可知,该砂体分选中等,频率曲线呈双峰,平均粒径3.76φ,为粉砂岩,分选中等。这些特征与泛滥平原相的一般沉积特征相吻合,众所周知,在河流沉积环境中,河水一般是以跳跃和悬浮两种方式搬运沉积物的,故概率曲线大都呈两段式。由该曲线的总体特征可以看出,该砂岩沉积时的水动力条件较弱,从而沉积了一套悬浮物较多的物质。
  F-10号薄片砂岩的概率曲线为典型的两段式(图2-3),曲线的细截点在2.9φ左右,粗截点在0.6φ左右,占主要地位的跳跃总体含量约为84%,其所代表的直线段坡度为60?左右,作为次要组分的悬浮总体含量较少约为10%,其所代表的直线段坡度30。左右,滚动总体不存在。根据表3-1所求分选(σ1)和偏度(SK1)可知,该砂体分选中等,具有正偏性。频率曲线为单峰,粒度分布较宽,也可说明分选中等的特征。平均粒径为2.5φ,属细砂岩。结合研究区岩相古地理,该砂岩特征与曲流沙坝沉积的一般特征相吻合。   F-13号薄片砂岩的概率曲线为典型的两段式(图2-4),曲线的细截点在3φ左右,粗截点在0.8φ左右,占主要地位的跳跃总体含量约为80%,其所代表的直线段坡度为60。左右,作为次要组分的悬浮总体含量较少约为10%,其所代表的直线段坡度30。左右,滚动总体不存在。根据表3-1所求分选(σ1)和偏度(SK1)可知,该砂体分选中等,偏度呈很正偏态。频率曲线为单峰。平均粒径为2.83φ,属细砂岩。这些特征与决口扇沉积特征相吻合。
  F-20号薄片砂岩由四个粒度次总体组成(图略)。在概率图上,跳跃总体被分为两个直线段,两者斜率稍有差别但均较陡,频率曲线为典型双峰,粒度分布窄,占主要地位的跳跃总体含量约为85%,悬浮总体和滚动总体含量都很少。平均粒径为2.8φ,属细砂岩。该砂体分选中等,偏度正偏。除测量和作图误差外,这些特征河流天然堤相一般特征相吻合。
  F-21号薄片砂岩的概率曲线为三段式(图略),占主要地位的跳跃总体细截点在2.95φ左右,粗截点在1.1φ左右,含量约为80%,其所代表的直线段坡度为60。左右,作为次要组分的悬浮总体含量较少约为11%,其所代表的直线段坡度28。左右,滚动总体存在但量较少约为2%。根据表3-1所求分选(σ1)和偏度(SK1)可知,该砂体分选较好,偏度呈正偏态。频率曲线为单峰。平均粒径为2.43φ,属细砂岩。这些特征与潮控分流道相沉积特征相吻合。
  粒径φ值 1-概率值累计曲线 2-概率曲线
  图2-3 薄片 F-10
  粒径φ值 1-概率值累计曲线 2-概率曲线
  图2-4 薄片 F-13
  3 沉积构造
  3.1层理构造
  (1) 砂泥互层水平层理——具有水平层理的沙质层和泥质层相间重复出现,砂泥质层单层厚度数毫米至数厘米,等厚或不等厚,形成的动力条件比波状层理弱,主要见于三角洲、潮汐、湖泊等环境
  (2) 波状层理:本区泥质粉砂岩、细砂岩、粉砂岩中较为常见,为小型层理,纹层呈断续或连续波状或微波状,岩层中砂泥比大体相当。主要发育于泻湖潮坪、间湾等沉积环境
  (3) 块状层理(图3-1):亦称“均质层理”,多发育于沼泽相的泥岩中,是一种呈现大致均质外貌,不具任何纹层构造的层理,内部物质较均匀,无论组分和结构都没有分异现象,故不显层理。
  图块状层理 图3-1
  (4) 韵律层理:为砂岩、泥质砂岩及泥岩互层,组成韵律,反映季节性变化的陆相河泛沉积环境
  (5) 脉状层理:又称为压扁层理,在本区细砂岩中较为常见,为深色的泥质细层呈脉状夹于砂质沉积物中。发育于水动力条件强弱交替的潮间带环境,常与波状、透镜状层理共生
  (6) 递变层理:见于本区细砂岩、泥质粉砂岩和粉砂质泥岩中,以碎屑组分颗粒的粒度递变为特征的层理,按自下而上的变化规律可分为正向递变层理和逆向递变层理,钻孔中两种层理均发育。其中正向递变层理多发育于水下分流河道中,而逆向递变层理则发育于河口砂坝、远砂坝或水下决口扇中。
  (7)潮汐层理:这是在砂、泥沉积中的一种复合型层理,是由压扁层理、波状层理、透镜状层理组合而成,在形态上很像小型波状层理。这种复合型层理的形成,说明沉积环境有砂、泥供应,而且水流活动期和水流停滞期交替出现。在本区主要发育于细砂岩中,形成于潮下带和潮间带,在潮汐环境中,它的形成与潮汐韵律有关。
  (8) 板状交错层理——主要发育于陆相得河流及边滩沉积,以及过渡相三角洲前缘沙体和潮道沉积中。
  (9) 楔形交錯层理——主要发育于龙潭组中上部的三角洲前缘沙体及河道沉积中
  (10) 双向交错层理——亦称“青鱼骨刺”或“羽状”交错层理,是潮控三角洲潮道沉积的典型标志
  (11) 平行层理(3-2)——见于细砂岩、中粒砂岩中,常与大型层理共生。主要见于河流和海滩环境沉积中,常伴有冲刷的泥砾和植物茎干。
  图3-2 平行层理 长兴组 156层
  3.2层面构造
  底冲刷——在潮道砂岩底部常出现底冲刷,并含有大量扁平的泥砾。
  槽模、沟模——多见于流水作用较强的河流及潮道沉积的砂岩底面。
  4 古生物特征
  4.1生物遗迹构造
  虫孔——多见于潮坪沉积中,形状不一,有垂直的、弯曲的及水平的等形状。
  虫迹——形态多样,有弯曲状、树枝状、交叉状、沟状等。在龙潭组上段中最为常见。
  生物扰动构造——较常见,在碳酸盐岩、粉砂岩、泥岩中较为典型。
  4.2古生物化石
  长兴组化石:
  双壳类:Pernope cten sp、Leiopteria sp;
  腕足类:Spinomarginferra sp(刺围脊贝)、Waageni tes sp(似瓦根贝);
  蜓 类:Palaeofusnlina sp (古纺锤蜓);
  植 物:Podozamiters sp、Gigantopteris sp (大羽羊齿)、Lobatunularia sp(瓣轮叶)
  龙潭组二段主要为植物化石:
  Gigantopteris sp (大羽羊齿)、Lobatunularia sp(瓣轮叶)、Taeniopteris sp (带羊齿)、Cordaites sp、Pecopteris sp(东方栉羊齿)。
  结论
  1碎屑岩岩屑成分以玄武岩屑为主、分选中等-较差、磨圆较差,可初步判断物源区为西部康滇古陆玄武岩高地,且搬运距离较短。粒度分析曲线多呈两段式,部分含过渡组分,并结合平均粒径、Md 、分选、磨圆及区域地质背景识别出水下分流河道、曲流沙坝、天然堤、决口扇和泛滥平原等沉积环境。
  2、在富源二矿1301孔单剖面煤系中识别出三角洲相、曲流河、障壁沙坝-泻湖相三种沉积相、三角洲平原、泻湖、潮坪三种亚相,十四种亚相。
  参考文献
  1冯国昭.从定量岩相古地理学谈华南地区海相地层油气勘探.古地理学报,Vol.7 No.1
  2杨玉卿 冯国昭.中国南方二叠纪沉积体系.古地理学报, 2000.2 ,Vol.2 No.1
  3全国地层委员会.中国的二叠系[M].北京: 科学出版社, 1964
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