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太原組可分為3段(圖2):①下段(K2砂巖～11號煤)存在3個旋回，發(fā)育有砂巖、暗色泥巖和11號煤，沉積了塊狀層理、交錯層理、波狀層理和水平層理等，砂巖成分以石英、長石為主，顆粒磨圓度較高，含黃鐵礦結(jié)核;泥巖中見生物擾動構(gòu)造，含大量植物炭化體，局部發(fā)育小規(guī)?；?guī)r，見海相動物化石(海百合、蜓、腕足等);②中段(11～9號煤)底部沉積厚層砂巖，中上部煤層發(fā)育，9號煤夾矸0～8層，發(fā)育有塊狀層理、斜層理、水平層理等;③上段(9號煤～K3砂巖)下部發(fā)育厚層砂巖，上部發(fā)育厚層泥巖。太原組中、下段顯示障壁瀉湖潮坪沉積特征，上段受到陸源物質(zhì)的影響明顯，屬淺水三角洲環(huán)境［2－5］。

山西組山西組為一套以河湖相為主的含煤巖系，其巖石組成:砂巖及粉砂巖占43.09%～80.83%，泥質(zhì)巖占2.69%～29.17%，不含石灰?guī)r，煤占0～11.88%。山西組可分為2段(圖2):①下段(K3砂巖—3號煤)由淺灰色石英砂巖、深灰色粉砂巖，砂質(zhì)泥巖和3號煤組成，發(fā)育有交錯層理、水平層理、斜層理和塊狀層理;②上段由灰褐色砂巖、砂質(zhì)泥巖夾薄煤層組成，其特征顯示出河流湖泊沉積特點。

沉積體系特征

障壁海岸沉積體系主要發(fā)育在太原組中下段，沉積相類型包括障壁島相、潮坪相、瀉湖相、沼澤相等。1)障壁島相。發(fā)育于太原組下段，巖性以中、細粒石英砂巖為主，局部含礫石，受海浪沖刷和簸選作用，砂巖分選好，成熟度較高，發(fā)育有楔形交錯層理，大型板狀交錯層理和波狀層理等。粒度曲線呈多段式(圖3)，跳躍、牽引總體含量較高，懸移總體含量很少。平均粒度Mz=3.42，標準偏差σi=0.71，偏度Sk=0.056，峰度Kg=1.03，根據(jù)薩胡(Sahu.B.K.)環(huán)境判別公式計算出判別值為－3.67，屬于障壁島向海側(cè)海灘砂［6］。伽馬曲線和電阻率曲線呈鐘形、箱形及短鋸齒狀，反映沉積時受潮汐和波浪作用影響明顯［7－9］。發(fā)育有潮道、障壁砂壩、海灘沙丘等微相，局部砂壩決口發(fā)育有沖越扇。2)瀉湖相。主要發(fā)育在太原組下段、中段，巖性由灰色、深灰色粉砂質(zhì)泥巖及鈣質(zhì)粉砂巖組成，邊緣泥炭沼澤發(fā)育，化石屬種單調(diào)，含腕足、腹足類及植物化石碎片，生物擾動構(gòu)造發(fā)育，代表了正常海水介質(zhì)條件的沉積;沉積物見水平紋理和波狀層理，反映低坡度、淺水、潮汐作用為主的水動力條件，以發(fā)育菱鐵質(zhì)結(jié)核或條帶為特征，巖心中見新鮮的細粒黃鐵礦，介質(zhì)沉積環(huán)境還原為主。粒度曲線以跳躍為主，牽引總體缺失，懸移總體含量較少(圖3)。電阻率曲線平直或低幅微齒化，伽馬曲線小幅波動，略有起伏，9號煤發(fā)育過程中受到陸源碎屑影響明顯，夾矸層數(shù)較多，伽馬曲線波動頻繁，高幅窄頻峰值連續(xù)發(fā)育。3)潮坪相。分布在障壁島島后及瀉湖周圍地帶，包括泥坪相、混合坪相和砂坪相等沉積微相。沉積細粒砂巖、粉砂巖和泥巖等，受潮流簸選，顆粒分選較好，常見波狀層理，交錯層理等。粒度曲線表現(xiàn)為多段式(圖3)，以跳躍和牽引總體為主，一般有2個次總體，懸移總體很少。電阻率曲線和自然伽馬曲線幅值較小，曲線光滑，呈箱型或平緩變化的微鋸齒狀，煤層或砂巖發(fā)育時，曲線幅度增大，曲線呈長鋸齒狀，反映水動力條件周期性變化。4)沼澤相。沼澤相主要發(fā)育在瀉湖邊緣，泥炭坪隨海退可進一步發(fā)展為沼澤，此外淺水三角洲體系和河流湖泊體系內(nèi)都有發(fā)育，巖性以黑色、灰色泥巖和砂質(zhì)泥巖為主，植物發(fā)育繁盛時沉積成煤。

淺水三角洲沉積體系發(fā)育在太原組中、上段及山西組下段部分，沉積時極淺的陸表海環(huán)境使三角洲前緣發(fā)育規(guī)模較小，顯示出淺水三角洲典型特征，發(fā)育有三角洲平原，三角洲前緣等沉積相［10］。1)三角洲前緣相。分布局限，巖性以灰黑色粉砂巖和灰白色中細粒砂巖為主，磨圓中等，分選較差，砂體厚度大，內(nèi)部見多個沖刷面，具大型板狀交錯層理和塊狀層理。測井曲線波動頻繁，一般在潮道沉積底界突變，向上幅度逐漸減小，頂部漸變。2)三角洲平原相。發(fā)育有分流河道、分流間灣、泛濫平原、決口扇、泥炭沼澤等亞相。分流河道沉積中細粒砂巖，底部含礫，分選較差，具板狀、槽狀交錯層理，正粒序。分流間灣以灰色、深灰色粉砂質(zhì)泥巖為主，巖心中見大量菱鐵礦結(jié)核和蠕蟲狀黃鐵礦，具水平層理、波狀層理及生物擾動構(gòu)造。決口扇為中細粒砂巖和粉砂巖，分選磨圓較差，具板狀交錯層理和逆粒序;泛濫平原主要是泥巖和粉砂巖，具水平層理和透鏡狀層理，含豐富植物化石;泥炭沼澤在本區(qū)形成煤層。測井曲線高幅窄頻變化頻繁。

河流湖泊沉積體系主要發(fā)育在山西組，沉積厚層砂巖和薄層泥巖、砂質(zhì)泥巖，局部含礫石。受陸源物質(zhì)影響明顯，沉積煤層夾矸較多，層厚較薄。1)河流相。巖性以砂巖為主，夾薄層泥巖、粉砂巖，發(fā)育有板狀層理、楔狀層理、斜層理和塊狀層理。垂向上發(fā)育典型的正粒序(圖2)，發(fā)育有邊灘、河漫灘、河床滯留等沉積微相。分流明顯，間灣發(fā)育，沉積了不連續(xù)煤層。粒度曲線多為二段式、三段式。例如K3砂巖(圖4)粒度曲線三段式，百分含量曲線雙峰態(tài)，標準偏差σi=0.41，分選較差;頻率曲線偏度Sk=0.048，正偏;峰度Kg=1.28，為典型河流沉積，電阻率曲線多表現(xiàn)為鐘形，少數(shù)為漏斗形。2)湖泊相。規(guī)模不大，水體較淺，邊緣沼澤發(fā)育，沉積了較厚砂巖、砂泥巖和泥巖，洪濤山剖面內(nèi)發(fā)現(xiàn)較大云母片，發(fā)育有水平層理、交錯層理、微波狀層理等?？梢娚餄撗?，富含植物炭化體。

煤層展布特征

由于沉積環(huán)境差異性，不同沉積期形成的煤層展布規(guī)律各異，太原組中下段屬于障壁瀉湖潮坪環(huán)境，該時期海侵作用強烈，持續(xù)時間長，潮坪廣布，形成了發(fā)育連續(xù)穩(wěn)定的11號、9號煤，11號煤形成于海退末期，海水自西北向東南逐步退卻，西部、北部潮坪、瀉湖廣布，因此11號煤整體上西部偏厚東部偏薄、北部偏厚南部偏薄;受海侵影響9號煤在礦區(qū)南東部分叉出8號煤，使得9號煤整體上呈現(xiàn)西部偏薄東部偏厚的局面;6號煤、4號煤形成水下分流間灣，沼澤環(huán)境，受河流作用影響，其砂體展布呈鳥足狀，形成的6號煤、4號煤不連續(xù)，僅在局部發(fā)育;山西組3－1煤、3－2煤形成于分流間灣、湖岸沼澤環(huán)境，在研究區(qū)發(fā)育規(guī)模較小，僅個別礦區(qū)有所發(fā)育。表1為金海洋礦區(qū)276個鉆孔中所見煤層統(tǒng)計信息，部分鉆孔未鉆遇按零值處理。此外，元素分析結(jié)果也表明，太原組煤層形成時受海水影響比山西組顯著，V、Mn、U、P等微量元素在太原組煤中總體含量比山西組煤高，常量元素Fe、S含量在太原組煤中也高于山西組煤。就太原組而言，U、V、Fe等表現(xiàn)出從北到南逐漸增加，這與沉積相的分異特征吻合。

結(jié)論

1)金海洋礦區(qū)含煤巖系主要為石炭系太原組和二疊系山西組，發(fā)育有障壁海岸沉積體系、淺水三角洲沉積體系和河流湖泊沉積體系，主要沉積相包括障壁島、瀉湖、潮坪、沼澤、三角洲、河流、湖泊等。2)成煤期間發(fā)生多次海侵旋回，主要煤層形成于海退末期，成煤條件較好，煤層夾矸較多，反映了成煤期環(huán)境變化較為頻繁。3)礦區(qū)可見8層煤，11號，9號煤層發(fā)育穩(wěn)定連續(xù)，其他煤層局部發(fā)育。由于海侵作用影響，9號煤在礦區(qū)南東部分叉形成8號煤層，6號、4號形成時受三角洲分布控制，發(fā)育不連續(xù)。4)金海洋礦區(qū)沉積相南北分異，東西展布，主要煤層發(fā)育與沉積相對應(yīng)。受沉積環(huán)境分異影響，研究區(qū)煤層厚度西部、北部較大，發(fā)育穩(wěn)定，東部、南部較薄，分叉尖滅，此外整個區(qū)域厚煤帶和薄煤帶條帶分布，有煤帶及無煤帶相間排列。

作者：張海濤朱炎銘王義海蔡圖王懷勐張建勝單位：中國礦業(yè)大學資源與地球科學學院