四川资中铁佛场普查区须家河组沉积环境与聚煤作用(修改稿)

作者对文章发表录用情况说明：本文被中国煤田地质录用，预计11月发表，已经保证不在向外界刊物发表，本文限于内部刊物并不上传相关网络。

四川资中铁佛场普查区须家河组沉积环境与聚煤作用

王大刚，张玉法

（四川省煤田地质勘察设计研究院，四川 成都 610072）

摘要：以大量钻孔岩芯资料为基础，研究了资中铁佛场普查区沉积环境类型。划分出两种成因类型，即三角洲沉积体系、湖泊沉积体系。并进一步区分了泥炭沼泽沉积、曲流河沉积、洪泛平原沉积、湖滨三角洲沉积等微相。并且通过对须家河组煤层厚度和地层厚度的分析，对该区的聚煤规律进行了研究。勘查区上三叠统须家河组共分六段。须一、须三、须五段为含煤、泥岩段, 须二、须四、须六段为砂岩段。并将须家河组划分为4 个三级层序, 分别对应于须一段、须二段—须三段、须四段—须五段、须六段。以地层的岩性、岩相变化特征细化分出低位体系域、湖侵体系域和高位体系域。其中低位体系域以广泛分布的河道砂岩沉积为特征；湖侵体系域与高位体系域以湖滨三角洲相的细砂岩、粉砂岩、泥岩及煤层互层为特征。层序Ⅲ3聚煤最有利, 其次为层序Ⅲ1, 层序Ⅲ2最差；在层序Ⅲ3内, 高位体系域比湖侵体系域更有利于成煤。

关键词：铁佛场普查区 沉积环境 聚煤规律 层序地层 须家河组

Based on large amount of drilling cores data, the author studied sedimentary environment of Xujiahe formation in Tiefo coalfield，Zizhong．Two genetic system were divided, being that delta deposition and the lake deposit system. The author have distinguished Tiny appearance：peat swamp deposition、meander river depositing、flood plain deposition and lakeshore delta deposition，ect．Coal-accumulating patterns in the area were anylyzed．The Xujiahe Formation of the Upper Triassic in here is subdivided into six members. The first, third, fifth members are coal bearing intervals,while the second, fourth and sixth members are sandstone rich intervals. A total of four third order sequences are subdivided in the Xujiahe Formation, and they are subcorrelated to the intervals of Member 1, Member 2 toMember 3, Member 4 toMember 5, andMember 6, res-pectively.Each sequence is further subdivided into lowstand systems tract (LST) , lacustrine transgressive systems tract ( TST) and highstand systems tract (HST) according to variation in lithology and lithofacies. The LST is characterized by widely distributed channel sandstones, the TST and HST are featured with the lacustrine deltaic interbedded fine sandstones, siltstones,

mudstones and coals. Ⅲ3 is the most favorable sequence for coal accumulation, followed byⅢ1, sequenceⅢ2 is the worst. Within Ⅲ3, the coal accumulation in HST is better than in the TST. Key words：Tiefo, Sedimentary environment, coal accumulation, sequence stratigraphy，Xujiahe Formation

铁佛场位于四川省资中县城273°方向（图1），直距22.6km处，其范围为：东经104°27′00″～104°42′30″；北纬29°43′30″～29°53′30″。普查区东西长25km，南北宽12.3km，面积317km2。是川中地区上三叠统的重要聚煤中心之一。为了更好地开发利用该区的煤炭

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资源，对该区的的含煤性、沉积环境及聚煤规律进行分析和研究是十分必要的。

图1 研究区地理位置图

Fig1 Map showing the location of research area

1 地质概况

普查区位于上扬子陆块，四川前陆盆地西南威远隆起，区内岩层倾向350～10°，倾角1～6°，为平缓的单斜构造。普查区为隐伏煤田，含煤地层为三叠系上统须家河组（T3xj），为河湖相含煤碎屑岩沉积，根据岩性及含煤性特征可分为六段，其中第一、三、五段为含煤段，第二、四、六段为砂岩段。含煤十余层，由上至下依次为二岩炭、天炭、高炭、底炭、矮炭、大白炭、草皮炭、小白炭、上元炭、中元炭、下元炭煤层。煤层平均总厚4.10m，含煤系数0.82％。煤层主要赋存于第五段、第三段、第一段中，大部可采煤层2层（高炭、下元炭），可采煤层平均厚1.43m，可采含煤系数0.30%。

2 含煤地层层序地层划分

区内须家河组含煤地层，按层序地层划分可辨别出4个Ⅲ级层序，由下至上编号为：Ⅲ1、Ⅲ2、Ⅲ3、Ⅲ4（图2）。

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年代地层系侏罗系三统组段级层下珍珠统冲组序岩石地层层序体系域HST威远黄石板J1zh1-2J1zh7-2J1zh11-1J1zh17-2J1zh1090100滨岸沼泽滨岸沼泽40滨岸沼泽80滨岸砂坝100河道110河道第河道河道河道滨岸沼泽须TST泛滥盆地100滨岸沼泽滨岸砂坝滨岸砂坝河道200泛滥盆地六100三上段Ⅲ4200滨岸砂坝滨岸砂坝河道河道200河道滨岸沼泽河道河道LST滨岸砂坝滨岸沼泽滨岸沼泽200滨岸沼泽家第五段TSTHST滨岸砂坝滨岸砂坝200滨岸沼泽滨岸沼泽300滨岸砂坝滨岸沼泽滨岸砂坝滨岸砂坝300滨岸沼泽滨岸沼泽滨岸砂坝300滨岸砂坝滨岸砂坝滨岸沼泽滨岸沼泽滨岸沼泽浅湖滨岸砂坝叠第四Ⅲ3300浅湖300滨岸沼泽河道400400河道400河道河道滨岸沼泽河道LST滨岸沼泽河段滨岸沼泽滨岸砂坝400滨岸砂坝滨岸砂坝滨岸砂坝滨岸沼泽400滨岸砂坝河道滨岸砂坝滨岸沼泽500滨岸沼泽500滨岸砂坝滨岸沼泽河道河道滨岸沼泽滨岸砂坝河道滨岸沼泽滨岸沼泽560河道500滨岸砂坝第HST河道三段ⅡⅢ2TST滨岸沼泽滨岸砂坝滨岸沼泽滨岸砂坝系统第二500500河道590河道LST组段第一Ⅲ1段滨岸沼泽600河道540HSTTSTLST滨岸砂坝滨岸沼泽滨岸砂坝590620

图2 研究区层序地层划分示意图

Fig2 Sketch map of divisiory sequence stratigraphy of Tiefo

层序Ⅲ1：包含岩石地层须家河组第一段，厚约22m，层序界面下界为雷口坡组顶部古侵蚀面，为一较大的沉积间断；上界为第一段顶界，为泥质岩与中粒砂岩分界面，具有岩性突变特征。区内下元炭（可采煤层）发育于该层序海侵体系域（TST）下部。

层序Ⅲ2：包含岩石地层须家河组第二段和第三段，厚约130m。层序界面下界为河道砂岩与其下泥质岩直接接触，并具冲刷特点；上界面为泥质岩与中、粗粒砂岩界面，具岩性突变特征。该层序高位体系域（HST）发育层位较稳定的煤层（线）—草皮炭及小白炭。

层序Ⅲ3：包含岩石地层须家河组第四段和第五段，厚约184m。层序下界面为第四段河道砂岩，底界面具岩性突变和冲刷特征；层序上界面为第五段顶界面，具有古河流

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冲蚀、缺失地层的特征。该层序高位体系域（HST）中，有包括本区主要可采煤层的多层煤层（天炭、高炭、底炭、矮炭等）。

层序Ⅲ4：包含岩石地层须家河组第六段，厚约134m。层序下界面为第六段下部河道砂岩底界，对下伏地层具有明显冲刷特点；层序上界面为侏罗系下统珍珠冲组底界（假整合面）。该层序中，上部海侵体系域及高位体系域（相当于背斜南翼及西南部荣县一带的上煤组）地层不发育。

3 沉积环境演化及其对聚煤作用的控制

据四川煤田地质研究所《四川盆地上三叠统须家河组聚煤沉积体系与聚煤规律》（1995）研究，本区含煤地层沉积期古地理属川中湖积平原，河湖相沉积环境，曲流河发育，物源区以东南的武陵（江南）古陆为主。主要可采煤层形成于滨岸沼泽和受河流控制为主的湖滨三角洲。

区内主要可采煤层—高炭、下元炭在区域上均以其含硬质粘土岩（高岭石泥岩）夹矸为特征，并能进行可靠对比。现结合本区特点，对煤系沉积环境作如下分析。 （1）第一段（T3xj1）

为湖滨沼泽、泥炭沼泽相沉积的灰色，深灰色泥岩、泥质粉砂岩与褐灰色铝土质泥岩，含褐铁矿晶粒泥岩组成。本段砂泥比值为0.13，为泥岩—砂岩相。主要为湖积平原沉积，沉积期的河流主要为曲流河，其特点为河道沉积厚度较小，一般为几米至十几米。河道沉积垂直序列中上部泥质岩部分常被新的河道沉积冲刷，表现为二元结构不明显。

由于须家河组一段沉积前，古地理环境为遭受剥蚀的古陆（印支运动），沉积基底为三叠系中统雷口坡组灰岩、泥灰岩。该剥蚀面存在起伏，凹凸不平，并在低洼处形成水流通道，在勘查区中部，钻孔未见到煤层，推测有一条自西向东的同期河道，致该含煤段煤层沉积缺失，形成一条东西向的无煤沉积带，宽约2.5～3km（见图3、4、5）。

图3 须家河组第一段等厚线及下元炭煤层等厚线图

Fig3 Isopach map of 1st member，Xujiahe formation and Xiayuantan coal

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图4 7线须家河组第三段至第一段沉积相变

Fig4 Sedimentary facies change of 1st to 3rd member，Xujiahe formation，NO.7 line

图5 13线须家河组第三段至第一段沉积相变

Fig5 Sedimentary facies change of 1st to 3rd member，Xujiahe formation，NO.13 line

（2）第二段（T3xj2）

为湖泊、河流相沉积的灰色、灰白色中厚层、块状中粒长石石英岩屑砂岩夹一层或多层深灰色泥质粉砂岩、粉砂岩及煤。本段砂泥比值为1.40，为砂岩—泥岩相。中部泥质粉砂

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岩横向上常发生相变，下部砂岩较稳定，具典型的曲流河沉积相特征。 （3）第三段（T3xj3）

为滨湖、沼泽及泥炭沼泽沉积的深灰色、灰黑色砂质泥岩，泥质粉砂岩及煤组成。本段砂泥比值为0.06，为泥岩相， 具典型的湖泊沉积特征。 （4）第四段（T3xj4）

为河流、湖滨相沉积。主要为灰白色中厚层、块状细至中粒长石石英砂岩，本段砂泥比值在须家河组中最高，达10.85，为砂岩相。 （5）第五段（T3xj5）

为湖泊相、泥炭沼泽相沉积的深灰色、灰黑色泥岩、泥质粉砂岩、砂质泥岩间夹薄层细粒砂岩及煤组成。本段砂泥比值0.14。普遍富含苏铁杉、新芦木及蕨类叶片、碎片和根部等植物化石。 （6）第六段（T3xj6）

为湖滨三角洲的分流河道沉积，主要岩性为细～中粒砂岩，层理构造有板状交错层理、楔型交错层理及平行层理。含泥质、粉砂质及煤包体，包体长轴往往定向排列，与下伏岩层呈冲刷接触。本段砂泥比值1.82，为砂岩—泥岩相。分流河道砂体常呈较小的透镜体，砂岩横向变化大，单层厚12～45m，一般30m左右，常叠覆于湖沼相之上。

4 聚煤规律

工作区须家河组各段地层岩石类型特征及含煤性如表1所示，其中研究区可采煤层2层，从上到下为高炭和下元炭。

表1 须家河组各类岩石百分含量统计表

Table1 Percentage Statistics of various rocks of Xujiahe formation

含 岩 类 量 T3xj6 T3xj5 T3xj4 T3xj3 T3xj2 T3xj1 砂岩（％） 细、中粒砂岩 64.94 12.47 91.26 6.02 57.84 11.71 粉砂岩 5.34 41.54 6.27 7.51 22.46 12.53 层 泥质岩（％） 28.21 43.23 2.47 83.06 18.89 67.60 炭质泥岩（％） 1.36 0.98 2.04 0.43 4.88 煤（％） 砂泥比 段 0.15 1.75 1.37 0.38 3.28 1.82 0.14 10.58 0.06 1.40 0.13 4.1 高炭煤层

位于须家河组第五段(T3xj5)顶部，对应于层序Ⅲ3中，区内大部分分布，煤层厚度0.40～1.38m，平均0.62m（见图6）。高炭煤层的沉积环境属湖泊相、泥炭沼泽相沉积，其形态和厚度变化比较复杂。

在层序Ⅲ3中，低位体系域、湖侵体系域及高位体系域均有发育，较完整。低位体系域一般不发育煤层；湖侵体系域中，煤层在分流间湾相发育较好（天炭等）；高位体系域中，煤层在分流间湾相、岸后沼泽相沉积环境中发育。高位体系域比湖侵体系域更有利于成煤，是由于大型的内陆湖盆，或面积虽小但湖水较深的湖盆，泥炭沼泽往往只发育在湖泊近岸附近或湖滨分流冲积平原，向湖心则为深水湖泊相沉积物所代替。这时，盆地边缘的厚煤带向盆地中心，煤层变薄至尖灭，渐为泥岩、炭质泥岩等代替。由于内陆盆地四周被剥蚀

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区所环绕，河系发育，常常发生迁移和变迁：在开阔的河谷、河漫滩洼地、牛轭湖基础上发育起来的泥炭沼泽，由于地形复杂和河流变迁，一般泥炭沼泽持续的时间短促，形成的煤层往往为不连续的透镜体，短距离内迅速变薄尖灭。由于泥炭沼泽的发育依附于河流的演变，泥炭堆积最丰富的地带往往分布在较为平坦的河漫滩上和河流交汇、分流间湾地带。随着河流的变迁，沿河流延伸方向，往往形成一系列薄煤带（本区金李井至一碗水村区域）（图6）。 该体系域产植物化石, 煤层相对发育最好（天炭、高炭、矮炭、底炭）,可采煤层较多。

图6 高炭煤层厚度等值线图

Fig6 Isopach map of Gaotan coal

经54个钻孔揭露，有2个钻孔煤层缺失（无煤点），在无煤点上覆层（第六段）底部砂岩（岩芯）中，见较多泥砾及煤屑，因此，分析钻孔缺失高炭煤层，系受沉煤后期河流冲刷所致（如图7）。根据“无煤点”平面展布情况，推断在高炭煤层沉积后，须六段河道砂岩形成初期，由于河床下切，对下伏层形成冲刷，并在普查区东南角出现一条由西南向东北的河流冲刷带。

图7 高炭煤层冲刷薄化带沉积模式图

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Fig7 Pattern of scoured Gaotan coal deposition thinning

4.2 下元炭煤层

位于须家河组第一段(T3xj1)，上距高炭煤层约330m，见煤钻孔21个，可采点14个，分布区在5线以东浅部，煤厚0.12～1.26m，平均0.57m。含夹矸0～3层，夹矸厚度0.02～0.22m，岩性为砂质泥岩、泥岩、炭质泥岩，属结构较简单煤层。顶板岩性为砂质泥岩，底板为泥岩。该煤层在可采区内厚度变化不大，在平面上由17-2、19-3孔向四周变薄，规律性较明显（参见图3）。该段在层序Ⅲ1中，层序底界为雷口坡组顶部古侵蚀面，为一层残积角砾岩。该层序主要发育的是湖侵体系域和高位体系域, 低位体系域在局部可见。

湖侵体系域中有滨岸沼泽、分流间湾相等。这两种沉积相均为成煤提供了必要条件，但煤层发育较薄, 而且不够连续（区内发育的中元炭、上元炭）。

高位体系域中，煤层在滨岸沼泽相、分流间湾相中沉积、成煤；该体系域早期煤层（下元炭）发育较好, 但在走向上并不连续（参见图4、5）。

5 结论

1）研究区含煤地层沉积期古地理属川中湖积平原，河湖相沉积环境，曲流河发育，主要可采煤层（高炭、下元炭煤层）形成于滨岸沼泽和受河流控制为主的湖滨三角洲。

2）铁佛地区三叠纪含煤地层划分了4个三级层序，分别对应上三叠统须家河组第一段、第二和第三段、第四和第五段、第六段。

3）与近海含煤盆地不同，由于陆相含煤盆地控制可容空间变化的因素较复杂，厚煤层在层序格架内的发育具有多样性。在层序Ⅲ3内，厚煤层（高炭）形成于高位体系域的中期-晚期，较薄煤层（如矮炭等）常形成于湖侵体系域中晚期，而低位体系域基本无煤层发育。其它3个三级层序亦有此特点。总体看，对陆相含煤地层三级层序来说，以高位体系域聚煤最好。

不同地区由于聚煤时期和沉积背景的差异，对成煤植物的生长、埋藏、堆积的控制因素各不相同，针对影响研究区晚三叠世聚煤作用的主要因素进行讨论，以期对研究区煤炭资源的聚集规律有更深刻的认识，并对有利聚煤区的预测起到指导作用。

参考文献

[1] 中国煤田地质学[M]煤炭工业出版社, 韩德馨,等．1984．

[2] 四川盆地上三叠统须家河组聚煤沉积体系与聚煤规律[R]四川煤田地质研究所，1995．

[3] 四川盆地东部上三叠统须家河组层序地层及聚煤特征研究[R]高彩霞等，古地理学报，2009．

[4] 含煤岩系沉积学和层序地层学研究现状与展望[J]邵龙义,窦建伟,张鹏飞．煤田地质与勘探，26 (1)：4-9．1998．

[5] 聚煤作用的层序模式[J]金高峰，龚绍礼，张春晓．煤田地质与勘探，28 (1)：1 - 5．2000．

[6] 川西前陆盆地上三叠统层序地层学研究[J]田继军,姜在兴,李熙喆,等，天然气工业, 28 (2)：30 - 33．2008．

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作者简介

王大刚（1981—），男，吉林洮南人，地质工程师，2004毕业于中国矿业大学（北京）地质工程专业，现从事煤田地质工作 张玉法（1982—），男，安徽蚌埠人，地质工程师，2004毕业于中国矿业大学（北京）地质工程专业，现从事煤田地质工作

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