平顶山煤田位于华北晚古生代聚煤盆地的南带, 东西走向38km, 南北宽10km~20km, 含煤面积550km2, 是我国大型煤炭生产基地之一。含煤地层由石炭系上统的太原组、二叠系下统山西组、下石盒子组及二叠系上统上石盒子组、石千峰组组成, 地层平均总厚度1000m左右, 自下而上共分9个煤段, 含煤层数多达50层以上, 其中主要可采煤层有5个煤段、6~8层, 分别为:一5煤、二1煤 (含二11、二12煤层) 、四2煤 (含四21、四22煤层) 、五2煤、六2煤。二叠系地层是本区主要含煤地层, 除上统石千峰组不含煤外, 其它各组均含煤, 总厚度850m~1000m, 含煤地层总厚度750m左右。自晚石炭世晚期开始, 海水从本区向东南方向发生大规模海退, 形成了本区山西组二1煤段的障壁岛沉积体系, 随后发生的短暂海浸, 为二1煤的赋存创造了良好的条件, 形成了本区二1煤层全区发育、厚度大 (一般煤厚2.27m~7.92m, 平均厚度5.37m) 、沉积稳定的特点。自二1煤顶板大占砂岩段开始, 本区进入三角洲沉积体系, 陆续发育了三~九煤段, 除三煤段局部可采, 其它可采煤层变质程度、煤厚及煤层稳定性依次降低。
与下伏太原组灰岩整合接触, 顶界为砂锅窑砂岩底面, 发育2层~8层煤, 为二煤段。本组一般厚度70m~95m, 平均厚82.50m, 下部由深灰色、灰色泥岩、砂质泥岩及条带状砂岩组成。中部为灰白色富含云母碎片及炭层面的中细粒砂岩, 俗称“大占砂岩”, 为二1煤顶板砂岩, 是控制二1煤层的良好标志。上部由香炭砂岩、砂质泥岩、泥岩及薄煤组成, 顶部为紫斑泥岩, 含鲕粒, 俗称“小紫泥岩”。
本组连续沉积于山西组之上, 以田家沟砂岩之底为顶界, 砂锅窑砂岩之底为底界, 总厚275m~390m, 平均厚325m, 含三、四、五、六煤段。底部为浅灰-灰白色含砾长石石英砂岩, 俗称“砂锅窑砂岩”, 其上为含铝土质斑块泥岩 (大紫泥岩) , 全区基本发育, 为区域良好对比标志。三煤段平均厚82m, 局部达到可采厚度, 其余为炭质泥岩或煤线, 其上以老君庙砂岩与四煤段分界。四煤段平均厚75m, 含煤5层~9层, 其中四2煤大部可采。五煤段平均厚85m, 顶部为五、六煤段分界砂岩, 底部为四、五煤段分界砂岩, 含煤3层~9层, 五2煤大部可采, 与四煤同为本区主要可采煤层之一。六煤段平2均厚90m, 含煤2层~5层, 除六2煤偶尔可采, 其余为炭质泥岩或煤线。
顶界止于平顶山砂岩之底, 以田家沟砂岩之底为底界, 与下石盒子组呈连续沉积, 含七、八、九煤段。本组总厚240m~375m, 一般厚312m, 底部田家沟砂岩, 为浅灰色~灰白色中粗粒砂岩, 具有大型板状交错层理, 正反复合粒序结构, 沉积稳定, 为本区良好对比标志。
七煤段平均厚92m, 为灰色、灰绿色砂质泥岩、青灰色砂岩互层, 顶部为七、八煤段分界砂岩, 含煤2层~7层, 七2煤局部可采, 在十三矿浅部为主要可采煤层之一。八煤段平均厚80m, 含煤2层~5层, 八3煤偶尔可采, 以炭质泥岩及薄煤线居多。九煤段平均厚142m, 由灰色~灰绿色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩及灰白色细~粗粒石英砂岩和薄煤层组成, 含煤6层~9层, 煤质较差, 均不可采。本段底部砂岩含砾, 局部含泥质包体。
晚石炭世晚期开始, 海水逐渐由本区向东南方向撤退, 在海退过程中, 由晚石炭世的广阔陆表碳酸盐-滨海碎屑沉积环境演化为半咸水海湾环境, 接受碎屑潮坪和泻湖相为主的沉积, 形成了本区山西组二1煤段下部的障壁海岸沉积体系, 由障壁岛相、潮坪相、泻湖相、泥岩沼泽相组成。障壁岛相在二1煤底部发育, 岩性主要由细粒或中粒石英砂岩或岩屑石英砂岩组成, 底部为冲刷面, 局部含有大量泥砾, 具交错层理。泥炭沼泽相以发育二1煤为主, 分布稳定, 从二1煤的镜质组含量及硫分与下伏石炭系浅海相煤层相比明显降低的特点, 反映了泥炭沼泽的沉积受海水的影响较小的沉积特征, 与煤系下部的海退背景相吻合。
山西组上部自二1煤顶板大占砂岩开始, 本区进入三角洲沉积体系。三角洲沉积体系由前三角洲—三角洲前缘—三角洲平原的沉积序列组成, 包括分流河道相、分流间湾相、决口扇相、河口砂坝相等。二1煤直接顶板岩性大多数以灰黑色泥岩、砂质泥岩为主, 局部为中、细粒砂岩 (大占砂岩) , 这是分流河道相砂岩对下伏泥岩冲刷所致, 在本区二1煤顶板的黑色泥岩中发现半咸水双壳类化石古泥罗蛤 (Palaeonielo sp.) (据陈振国、赵元振、韩文俊等, 1978) , 说明在二1煤泥炭形成后, 有一次短暂的海浸发生, 大占砂岩为河口砂坝相沉积, 具向上变粗的逆粒序特征, 含丰富的云母片。
上、下石盒子组仍然延续了山西组上部的三角洲沉积层序, 形成了以陆源碎屑为主的复合三角洲体系, 由前三角洲—三角洲前缘—三角洲平原组成的沉积韵律, 自下而上大致可划分为7个旋回, 每个旋回正好为一个煤段, 分别对应三、四、五、六、七、八、九煤段, 每两个煤段之间均沉积有分界砂岩, 其中以砂锅窑砂岩、五六煤段分界砂岩、田家沟砂岩沉积较稳定, 为本区岩层对比的主要标志层。基于岩性特征的分析对比, 上、下石盒子组的三角洲沉积体系具有总体向上变粗的沉积层序特征, 岩性由泥岩逐渐变为泥质粉砂岩、粉砂岩、砂岩, 说明了本区三角洲在形成过程中, 不断从陆地向海方向推进, 形成了以前三角洲泥岩为底, 向上依次沉积三角洲前缘砂岩和粉砂岩、三角洲平原分流河道砂岩和细粒沼泽泥岩, 具有下细上粗的反粒序沉积序列, 为一套多旋回的复杂三角洲沉积体系。
二叠系自山西组上部开始即进入三角洲沉积体系, 砂锅窑砂岩的沉积在本区呈现具逆粒序特征的河口砂坝沉积环境, 说明在砂锅窑砂岩沉积期, 本区已经进入三角洲前缘地带。之后转入大紫泥岩段的沉积, 形成了厚15m~30m、具有区域对比特征的紫红色泥岩, 俗称“大紫泥岩”, 呈紫红色、灰黄色、灰绿色斑块状, 含鲕状和豆状铁质结核。从本区钻探资料显示, 三煤段的聚煤作用并未形成有效的可采煤层, 大多以煤线、炭质泥岩为主, 偶尔可采, 局部连炭质泥岩都未形成。大紫泥岩段的沉积环境一直以来多有争议, 有干燥环境和潮湿环境之争, 有氧化环境和还原环境之争。不论大紫泥岩段形成于哪种环境, 其对三煤段聚煤作用的影响是显而易见的。因此, 进一步研究分析大紫泥岩段的沉积环境和紫斑的成因, 将对了解三煤段的聚煤作用和当时的古地理环境有着重要的意义。
摘要：通过对平顶山煤田二叠系含煤地层沉积环境和岩性特征分析, 从沉积体系上描述了该区二叠系含煤地层的岩性变化和煤层赋存特点, 为该区地质“三边”工作提供了分析和对比方法。
关键词：二叠系,沉积环境,沉积体系
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