徐小濤，郝洪波，王海亮，王東東

（1.中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測繪工程學(xué)院，北京266590；2.昌樂縣國土資源局，山東昌樂262499；3.山東龍礦集團(tuán)地質(zhì)勘測大隊(duì)，山東龍口264006；4.山東科技大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島266590）

山東五圖煤礦李家崖組煤與油頁巖共生沉積特征研究

徐小濤1，郝洪波2，王海亮3，王東東4

（1.中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測繪工程學(xué)院，北京266590；2.昌樂縣國土資源局，山東昌樂262499；3.山東龍礦集團(tuán)地質(zhì)勘測大隊(duì)，山東龍口264006；4.山東科技大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島266590）

為了研究斷陷盆地內(nèi)煤與油頁巖共生發(fā)育的沉積環(huán)境特征，以山東五圖煤礦古近系李家崖組為研究對象開展研究。通過對李家崖組進(jìn)行巖石學(xué)、沉積學(xué)等研究發(fā)現(xiàn)，該組內(nèi)共發(fā)育5種煤和油頁巖共生組合類型，自上而下為：油頁巖-煤層組合（OS-C）、煤層-油頁巖-煤層組合（C-OS-C）、油頁巖-煤層-油頁巖組合（OS-C-OS）、煤層-油頁巖組合（C-OS）、油頁巖-其他沉積物-煤層組合（OS-M/S-C）；這些共生組合主要發(fā)育在三角洲、濱淺湖和半深湖環(huán)境。在湖泊發(fā)育初期，一般發(fā)育孤立的煤層或油頁巖；在湖泊快速擴(kuò)張期，構(gòu)造較為活躍，沉積環(huán)境變化較快，各種共生組合均可發(fā)育；隨著水體逐漸變深，共生組合中煤層厚度逐漸減小，油頁巖的厚度逐漸增大；在湖泊穩(wěn)定沉積期，主要發(fā)育油頁巖-煤層組合，該時期油頁巖的厚度最大、最穩(wěn)定；在湖泊萎縮期，可以發(fā)育多種共生組合，主要發(fā)育煤層-油頁巖組合，水體逐漸變淺，共生組合中煤層厚度逐漸增大，油頁巖的厚度逐漸減??；在湖泊消亡期一般不發(fā)育油頁巖，僅有煤層發(fā)育，煤層厚度較大和穩(wěn)定性較好。在橫向上，從濱岸向湖中心，煤和油頁巖共生組合中煤的厚度逐漸變薄、尖滅，而油頁巖則逐漸變厚，在湖中心厚度達(dá)到最大。整體而言，斷陷盆地中構(gòu)造的頻繁活動和水體深淺變化，是控制煤與油頁巖共生發(fā)育特征的主要因素。

五圖煤礦；李家崖組；煤與油頁巖共生組合；沉積環(huán)境

許多煤礦在煤層開采過程中，常會發(fā)現(xiàn)煤和油頁巖共生組合的現(xiàn)象。在煤盆地中，煤和油頁巖的共生組合十分常見，如黑龍江依蘭盆地、山東黃縣盆地、遼寧撫順盆地、內(nèi)蒙古金寶屯盆地等［1-8］。煤地質(zhì)學(xué)是一門傳統(tǒng)的地質(zhì)學(xué)科，對煤的沉積環(huán)境研究較為深入；而油頁巖作為油氣重要的補(bǔ)充資源，其研究程度也相對較高［8-12］。然而，煤與油頁巖形成的地質(zhì)條件差別較大，二者共生共存勢必要求有獨(dú)特的地質(zhì)環(huán)境，而這方面的研究卻較為薄弱。因此，本文通過在五圖煤礦開展煤和油頁巖沉積環(huán)境特征研究，分析斷陷盆地煤和油頁巖共生組合的發(fā)育特征、沉積規(guī)律和成礦模式。

1地質(zhì)背景

五圖煤田位于華北板塊（Ⅰ）魯西地塊（Ⅱ）魯中窿塊（Ⅲ）泰山-沂山窿起（Ⅳ）昌樂凹陷（Ⅴ）的東北部，鄌郚-葛溝大斷裂西側(cè)。昌樂凹陷為一形似三角形的聚煤盆地，北界青州斷裂，東界為鄌郚-葛溝斷裂，西界為營子斷裂；盆地內(nèi)地層走向總體上近東西，南北相向傾斜，構(gòu)成一小的向斜［13］。含煤巖系分布于昌樂凹陷的中北部，面積約100 km2。五圖煤田含煤巖系的產(chǎn)狀變化較大，總體上為向東揚(yáng)起的向斜，向斜軸近東西，兩翼有次一級褶曲，北翼褶曲較多。五圖礦區(qū)位于向斜北翼，向斜的南翼在李家營有出露（圖1）。

圖1　山東昌樂地區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖Figure.1 Regional geological map of Changle，Shandong

五圖煤礦五圖群是在喜山期沿海斷陷盆地中形成的含煤、油頁巖的陸相沉積，自下而上劃分為朱壁店組、李家崖組和小樓組；朱壁店組（EwZ）主要巖性為一套河流相紫紅、灰綠、灰色砂礫巖、泥巖，下部為巨礫巖、粗礫巖及砂礫巖夾少量砂質(zhì)頁巖；小樓組（EwX）為一套紫紅、灰綠、灰白色砂質(zhì)頁巖、泥灰?guī)r、細(xì)砂巖夾砂礫巖組合；李家崖組（EwL）以淺湖相砂巖、泥巖為主，是五圖煤礦的含煤層位，依據(jù)其沉積巖層巖石特征、層序、煤層及油頁巖層的分布特征，可將李家崖組分為四個巖段，即上部含煤段（A），中部含煤段（B）、油頁巖段（C）和下部含煤段（D）（圖2）。

（1）上含煤段（A）：巖石組合以砂質(zhì)頁巖、粘土巖為主，夾少量砂巖、砂礫巖，底部為砂礫巖。含煤層（線）7層，煤層極不穩(wěn)定，多為線煤，基本上沒有油頁巖的發(fā)育，幾乎不發(fā)育煤與油頁巖的共生組合。

（2）中含煤段（B）：巖性組合為灰色砂巖、砂質(zhì)頁巖、泥巖，以砂巖為主，夾有較多的灰?guī)r，底部為泥灰?guī)r。含煤層（線）12層，油頁巖5層，各油頁巖零星發(fā)育，厚度小，煤與油頁巖的共生組合較少，主要為煤層-油頁巖的組合（C-OS）。

（3）油頁巖段（C）：巖石組合以油頁巖、泥巖為主體，夾砂巖、細(xì)砂巖、煤層和泥灰?guī)r，底部為礫巖。上部以細(xì)砂巖、砂質(zhì)頁巖為主，夾油頁巖、線煤。中部泥巖、油頁巖互層，夾多層線煤。下部以油頁巖為主，夾泥巖和煤層。該巖段含煤12層，7個油頁巖大層，細(xì)分為26個油頁巖小層，煤層多夾于油頁巖中，與油頁巖呈過渡關(guān)系。油頁巖-煤層組合（OS-C）、煤層-油頁巖-煤層組合（C-OS-C）、油頁巖-煤層-油頁巖組合（OS-C-OS）、煤層-油頁巖組合（C-OS）、油頁巖-其他沉積物-煤層組合（OS-M/S-C），這5種煤與油頁巖的共生組合都存在。

（4）下含煤段（D）：以砂質(zhì)頁巖、泥巖為主體，夾油頁巖、少量泥灰?guī)r。上部以油頁巖、泥巖為主，夾砂巖、煤層。中部以砂巖為主，夾煤層和油頁巖。下部以砂礫巖為主體，夾砂質(zhì)泥巖和煤層。含煤7層，5層油頁巖，煤與油頁巖的共生組合為組合1油頁巖-煤層的組合（OS-C）和組合3油頁巖-煤層-油頁巖（OS-C-OS）。

圖2　五圖煤礦古近系李家崖組煤系綜合柱狀圖Figure.2 Stratigraphic comprehensive column of Paleogene Lijiaya Formation coal measures strata in Wutu coalmine

2李家崖組沉積體系劃分及其特征

通過對五圖煤礦實(shí)際資料的研究，發(fā)現(xiàn)此研究區(qū)為陸相沉積體系，主要存在扇三角洲沉積體系和湖泊沉積體系。扇三角洲沉積體系主要分布在李家崖組中含煤段（B）和下含煤段（D），湖泊沉積體系主要分布在李家崖組上含煤段（A）和油頁巖段（C）。李家崖組主要沉積相、亞相、沉積類型劃分見表1。

2.1扇三角洲沉積體系

研究區(qū)李家崖組可以識別出扇三角洲平原和扇三角洲前緣（圖3）。扇三角洲平原，主要分布在下含煤段（D），普遍發(fā)育泥巖、泥灰?guī)r、砂巖和礫巖，分選性差。細(xì)砂巖為厚層狀細(xì)砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，硅質(zhì)膠結(jié)，石英長石為主，夾灰色泥質(zhì)條帶，夾灰黑色炭泥質(zhì)條紋，緩波狀層理，裂隙不規(guī)則發(fā)育，方解石脈狀充填，粒度不均，分選中等，參差狀斷口。泥灰?guī)r為灰褐色，以泥為主，含少量的砂質(zhì)，致密堅(jiān)實(shí)性脆，裂隙發(fā)育擠壓錯動，巖石破碎成角礫狀。泥巖為灰色，含少量的砂質(zhì)成分，具有參差狀斷口和摩擦鏡面，裂隙發(fā)育，巖心破碎。在扇三角洲平原也有少量煤層發(fā)育。扇三角洲前緣，主要分布在中含煤段（B）和下含煤段（D）。分流河口砂壩沉積主要由砂與粉砂巖組成，分選性較好。遠(yuǎn)砂壩沉積物主要由粉砂和少量粘土組成，厚度薄而分布廣，分選性良好。

表1　五圖煤礦李家崖組沉積相劃分表Table 1 Lijiaya Formation sedimentary facies partitioning in Wutu coalmine

2.2湖泊沉積體系

圖3　五圖煤礦李家崖組扇三角洲沉積Figure.3 Lijiaya Formation fan delta deposits in Wutu coalmine

圖4　五圖煤礦李家崖組湖泊沉積Figure 4 Lijiaya Formation lacustrine deposits in Wutu coalmine

李家崖組湖泊沉積體系發(fā)育濱湖亞相、淺湖亞相和半深湖亞相，主要分布在油頁巖段（C）（圖4）。濱湖亞相，主要為細(xì)砂巖、粉砂巖，泥巖和煤，偶有礫石，砂巖分選性和磨圓度較好，常見平行層理。濱湖水體能量比較高，加之研究區(qū)湖岸較陡，主要發(fā)育砂質(zhì)灘壩。灘壩以細(xì)砂巖為主，硅質(zhì)膠結(jié)，以石英長石為主；泥巖中有大量的植物莖葉化石。有煤層發(fā)育，多為條帶狀結(jié)構(gòu)，以暗煤為主，亮煤次之。淺湖亞相，以泥巖和粉砂巖為主，砂巖膠結(jié)物以泥質(zhì)、鈣質(zhì)為主，分選性和磨圓度較好；生物化石較豐富，保持較完整。半深湖亞相，受湖浪影響較小，水體較安靜，沉積物富含有機(jī)質(zhì)，為良好的生油層；巖性主要為粉砂巖、泥巖和少量油頁巖，多出現(xiàn)油頁巖和泥巖互層，油頁巖為灰褐色，具有水平層理，含動、植物化石。因?yàn)闈崃髯饔茫诎肷詈貐^(qū)可以發(fā)育粒度較粗的濁流沉積。

3煤層與油頁巖沉積條件比較分析

根據(jù)煤地質(zhì)學(xué)的基本理論，煤是由泥炭演化而來，而泥炭則是來源于泥炭沼澤中植物的殘骸，這些植物主要為木本或草本高等植物，也有一部分低等植物，如藻類等［14］。泥炭沼澤的發(fā)育，一般要求溫暖濕潤的氣候條件和較為穩(wěn)定的構(gòu)造條件。泥炭沼澤是處于水域和陸地之間的一種過渡形態(tài)，水體較淺，常年覆水，生長著大量的喜濕性植物，且沼澤中有泥炭生成。陸源碎屑物質(zhì)的注入，會破壞泥炭沼澤的沉積平衡；當(dāng)泥炭沼澤的陸源碎屑物質(zhì)供應(yīng)被某種機(jī)理切斷［15］，更有利于泥炭沼澤的成煤作用持續(xù)發(fā)生。

油頁巖是由藻類等低等植物轉(zhuǎn)化而形成的一種固體高灰分的可燃有機(jī)巖，含有腐泥質(zhì)或腐植腐泥質(zhì)等有機(jī)質(zhì)，具有微細(xì)層理［16-19］。大量研究表明油頁巖的形成機(jī)制比較復(fù)雜，其中，水體分層和充足的沉積補(bǔ)給物（藻類等低等植物）是形成油頁巖最為關(guān)鍵的控制因素。水體分層是由水體內(nèi)部的密度變化引起的，而這種密度變化可以是由溫度引起的熱分層，也可以是由鹽度引起的化學(xué)分層，不管是鹽度分層還是溫度分層，都需要有一定的水體深度，所有一定的水體深度是水體分層的必要條件，而水體分層的影響因素很多，如氣候、水體深度、入注水流和鹽度等。綜合分析可見，油頁巖的發(fā)育除了受到水體分層和沉積補(bǔ)給物影響之外，還受到構(gòu)造穩(wěn)定性、氣候冷暖干濕、碳酸鹽含量高低、有機(jī)質(zhì)豐度、有機(jī)質(zhì)保存等因素影響［20］。

煤和油頁巖的形成，都需要溫暖、濕潤的氣候條件、穩(wěn)定的構(gòu)造活動、充足沉積物補(bǔ)給和一定的水深。兩者存在相同的形成條件，也有獨(dú)自不同發(fā)育條件，煤的發(fā)育條件中，沉積物補(bǔ)給主要是高等植物殘骸，而油頁巖主要是藻類等低等植物；形成煤的泥炭沼澤水體一般較淺，而發(fā)育油頁巖的水體環(huán)境需要穩(wěn)定的分層現(xiàn)象。正是因?yàn)槊汉陀晚搸r既存在部分相同的形成條件，又存在各自不同的形成條件，所以，研究分析得出，煤和油頁巖在一定條件下可以發(fā)生轉(zhuǎn)換，不同的轉(zhuǎn)換可導(dǎo)致煤和油頁巖多種不同的組合類型［1-2，20-21］。

4煤與油頁巖共生組合類型及其沉積特征

4.1組合類型

大量研究表明，煤與油頁巖的共生組合多發(fā)育在陸相斷陷盆地中，坳陷盆地很少發(fā)育這種共生組合［11］，并且陸相斷陷盆地中煤與油頁巖的共生組合主要存在5種類型［20］。經(jīng)過研究分析，可以識別出五圖煤礦所在斷陷盆地中煤層和油頁巖主要存在的五種共生組合類型（自上而下）：組合1為油頁巖-煤層的組合（OS-C）；組合2為煤層-油頁巖-煤層的組合（C-OS-C）；組合3為油頁巖-煤層-油頁巖的組合（OS-C-OS）；組合4為煤層-油頁巖的組合（C-OS）；組合5為油頁巖-其他沉積物-煤層的組合（OS-M/ S-C）（圖5）。

4.2沉積特征

陸相斷陷盆地的幕式構(gòu)造活動在很大程度上控制了沉積物的類型及其充填與演化［22-23］，進(jìn)而在特定的構(gòu)造條件下可以發(fā)育煤與油頁巖旋回性的沉積序列［24］。從盆地演化、構(gòu)造活動、沉積作用的角度，可以分析出不同類型煤與油頁巖共生組合的沉積過程及其發(fā)育與演化規(guī)律：

組合1為油頁巖-煤層的組合（OS-C），煤層作為油頁巖的底板，在盆地發(fā)育早期，構(gòu)造較穩(wěn)定，水體較淺，高等植物發(fā)育，在溫暖、濕潤的條件下形成泥炭沼澤環(huán)境從而形成煤，隨著盆地基底的構(gòu)造沉降，湖水加深，煤的沉積終止，當(dāng)水體在適宜的條件下發(fā)生分層，藻類等低等植物大量繁殖，從而促進(jìn)油頁巖的形成。這樣形成了油頁巖-煤層的組合（OSC）。

圖5　五圖煤礦煤與油頁巖典型共生沉積序列Figure 5 Typical coal and oil shale paragenetic sedimentary sequence

組合2煤層-油頁巖-煤層（C-OS-C）和組合3油頁巖-煤層-油頁巖（OS-C-OS）這兩種煤與油頁巖互層的組合一般伴生存在，組合2為煤層-油頁巖-煤層的組合（C-OS-C），煤層作為油頁巖上下分層的頂?shù)装澹晚搸r之上發(fā)育的煤層比下層厚。這種煤層-油頁巖-煤層的組合（C-OS-C）一般發(fā)育在盆地演化早-中期，煤層發(fā)育是在盆地的早期構(gòu)造穩(wěn)定時期，水體較淺，利于發(fā)育泥炭沼澤而形成煤層；由于盆地演化早期構(gòu)造較活躍，構(gòu)造沉降導(dǎo)致水體加深，泥炭沼澤被湖水淹沒，最終停止沉積，隨著湖泊不斷擴(kuò)張進(jìn)入半深湖環(huán)境，湖水在適宜的溫度、鹽度條件下發(fā)生分層，在藻類等沉積補(bǔ)給物充足，氣候適宜的條件下，沉積發(fā)育油頁巖；之后，盆地基底構(gòu)造抬升，水體變淺進(jìn)入湖沼環(huán)境，湖水難以分層，沉積了煤層，這一時期的盆地穩(wěn)定時期較長，泥炭沼澤的沉積平衡時間較長，從而形成較厚的煤層，這樣便形成了煤層-油頁巖-煤層的組合（C-OS-C）。同樣，組合3油頁巖-煤層-油頁巖（OS-C-OS），水體在鹽度、溫度適宜的條件下發(fā)生分層，當(dāng)藻類等低等植物大量生長，為油頁巖的沉積提供了大量物質(zhì)補(bǔ)給；當(dāng)盆地基底構(gòu)造抬升，水體變淺，在溫暖、濕潤的氣候條件下，植物大量生長，從而發(fā)育泥炭沼澤，進(jìn)而形成煤層。當(dāng)盆地基底構(gòu)造沉降，水體加深，湖水?dāng)U張，重復(fù)第一個過程，沉積大量油頁巖。這種煤與油頁巖互層的組合主要是由構(gòu)造穩(wěn)定性決定的，盆地基底構(gòu)造性沉降、抬升的頻率較快，導(dǎo)致煤與油頁巖交替出現(xiàn)。

組合4為煤層-油頁巖的組合（C-OS），煤層作為油頁巖的直接頂板，發(fā)育在盆地的發(fā)育晚期。當(dāng)油頁巖大量沉積時期，水體發(fā)生分層，在藻類等沉積補(bǔ)給物充足，氣候適宜的條件下，沉積較厚的油頁巖。盆地發(fā)育晚期，盆地基底構(gòu)造抬升，水體變淺，當(dāng)水體轉(zhuǎn)變?yōu)楹凑訚森h(huán)境，在構(gòu)造穩(wěn)定，氣候溫暖、濕潤的條件下，植物大量生長，隨后沉積形成煤層。

組合5為油頁巖-其他沉積物-煤層的組合（OS-M/S-C），當(dāng)水體較淺，氣候條件溫暖、濕潤，有充足的沉積補(bǔ)給物時，有利于沉積煤層，當(dāng)盆地基底構(gòu)造沉降緩慢，水體不能快速變深，即不能快速為油頁巖的沉積提供有利的條件，在此期間，泥、砂等沉積物混入覆蓋煤層，當(dāng)水體達(dá)到一定深度，在適宜的條件下，水體發(fā)生分層，藻類等低等植物大量生長，從而有利于油頁巖的沉積，這樣便形成油頁巖-其他沉積物-煤層的組合（OS-M/S-C）的組合。

5煤與油頁巖共生組合發(fā)育特征與模式

5.1發(fā)育特征

關(guān)于五圖煤礦沉積環(huán)境的特征，已有一些專家學(xué)者進(jìn)行過研究，在參考前人研究成果和對李家崖組沉積體系分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對五圖煤礦典型的連井剖面進(jìn)行分析，總結(jié)得出此研究區(qū)主要存在扇三角洲平原亞相、扇三角洲前緣亞相、濱淺湖亞相和半深湖亞相（圖6、圖7）。通過對李家崖組四個含煤（油頁巖）巖段中不同沉積相的研究，可以分析得出煤與油頁巖共生組合的發(fā)育規(guī)律：

（1）李家崖組下含煤段（D）。該段早期為湖泊初始發(fā)育期，之后進(jìn)入湖泊快速擴(kuò)張期，構(gòu)造活動頻繁。該段下部以砂礫巖為主體，夾砂質(zhì)泥巖和煤層；中部以砂巖為主，夾煤層和油頁巖；上部以油頁巖、泥巖為主，夾砂巖、煤層。該段主要發(fā)育扇三角洲平原、扇三角洲前緣、濱淺湖。在扇三角洲前緣和濱湖亞相中發(fā)育煤與油頁巖的共生組合1和組合3。組合1主要沉積在湖泊的中部，在形成油頁巖之前已經(jīng)沉積了煤層，首先是濱湖等環(huán)境，在適宜的泥炭沼澤環(huán)境中，形成了煤層，湖水?dāng)U張進(jìn)入淺湖、半深湖環(huán)境，水體在溫度、鹽度適宜的條件下發(fā)生分層，藻類等大量生長，從而沉積了油頁巖。組合3發(fā)育在半深湖環(huán)境中，有充足的藻類等低等植物，在適宜的條件下沉積厚層油頁巖；隨后構(gòu)造抬升，發(fā)生湖退現(xiàn)象，進(jìn)入泥炭沼澤環(huán)境，沉積煤層；湖泊擴(kuò)張，進(jìn)入淺湖、半深湖環(huán)境，湖水發(fā)生分層，沉積厚層油頁巖。這兩種組合都發(fā)育在湖泊中部，沉積分布范圍較小，煤層和油頁巖都比較薄，主要是沉積盆地構(gòu)造抬升、降低的頻率較快造成的。

（2）李家崖組油頁巖段（C）。該段處于湖泊穩(wěn)定沉積期，構(gòu)造相對穩(wěn)定，主要發(fā)育油頁巖、泥巖，夾砂巖、細(xì)砂巖、煤層和泥灰?guī)r，底部為1～4.0 m的礫巖。下部以油頁巖為主，夾泥巖和煤層。中部泥巖、油頁巖互層，夾多層線煤。上部以細(xì)砂巖、砂質(zhì)頁巖為主，夾油頁巖、線煤。煤層多夾于油頁巖中，與油頁巖呈過渡關(guān)系。在油頁巖段中主要發(fā)育扇三角洲前緣、濱淺湖和半深湖，這5種煤與油頁巖的共生組合都存在。最先發(fā)育三角洲環(huán)境，湖泊擴(kuò)張，過渡到濱湖環(huán)境，在三角洲和濱湖環(huán)境中，發(fā)育泥炭沼澤，在適宜的條件下，形成煤層；湖水進(jìn)一步擴(kuò)張，進(jìn)入淺湖、半深湖環(huán)境，湖水發(fā)生分層，沉積厚層油頁巖；之后，湖水變淺進(jìn)入湖泊沼澤環(huán)境，在適宜的條件下，又重新發(fā)育煤層。其中油頁巖形成時期，盆地基底的構(gòu)造穩(wěn)定時間較長，藻類等低等植物大量生長，在適宜的條件下沉積較厚的油頁巖。

圖6　五圖煤礦五圖群李家崖組沉積相南北向剖面對比圖（剖面位置和圖例見圖7）Figure 6 Comparison of Wutu Group Lijiaya Formation sedimentary facies NS sections in Wutu coalmine（section locations and legend see Figure 7）

圖7　五圖煤礦五圖群李家崖組沉積相東西向剖面對比圖Figure 7 Comparison of Wutu Group Lijiaya Formation sedimentary facies EW sections in Wutu coalmine

（3）李家崖組中含煤段（B）。該段處于湖泊萎縮期，構(gòu)造活動相對頻繁，主要發(fā)育灰色砂巖、砂質(zhì)頁巖、泥巖，以砂巖為主，夾有較多的灰?guī)r，底部為泥灰?guī)r。該段主要發(fā)育扇三角洲前緣、濱淺湖。中含煤段多為淺水環(huán)境，不利于油頁巖的沉積，而沉積較厚的煤層，煤與油頁巖的組合較少，主要為組合4煤層-油頁巖的組合（C-OS），當(dāng)水體在溫度、鹽度適宜的條件下發(fā)生分層，藻類等大量生長，沉積了油頁巖，盆地基底構(gòu)造抬升，水體變淺，當(dāng)水體轉(zhuǎn)變?yōu)楹凑訚森h(huán)境，在構(gòu)造穩(wěn)定，氣候溫暖、濕潤的條件下，植物大量生長，之后沉積形成煤層。

（4）李家崖組上含煤段（A）。該段處于湖泊萎縮期，構(gòu)造不斷抬升。上含煤段巖石組合以砂質(zhì)頁巖、粘土巖為主，夾少量砂巖、砂礫巖、粘土巖，底部為1～2 m的砂礫巖，煤層極不穩(wěn)定，多為線煤。該段主要發(fā)育濱淺湖，煤層主要沉積在湖泊的濱湖位置，煤層厚度較大、較穩(wěn)定，不發(fā)育煤與油頁巖的組合。

5.2共生模式

圖8　斷陷盆地煤與油頁巖共生模式圖（據(jù)王東東等修改，2016［20］）Figure 8 Graphic model of coal and oil shale paragenesis in fault basin（after Wang Dongdong et al，2016［20］，revised）

通過對斷陷盆地中煤與油頁巖的共生組合和與之對應(yīng)的沉積序列的研究發(fā)現(xiàn)（圖8），煤與油頁巖的共生主要發(fā)育在扇三角洲、濱淺湖向半深湖的過渡環(huán)境中。垂向上，盆地初始發(fā)育期，水體相對較淺，利于煤層的發(fā)育；由于盆地發(fā)育早期基底不平，在洼地覆水較深處，發(fā)育分布范圍局限有一定厚度的油頁巖，而煤和油頁巖大多數(shù)都孤立存在，很少發(fā)育煤與油頁巖的共生組合。當(dāng)盆地基底構(gòu)造沉降，隨著水體加深，進(jìn)入湖泊快速擴(kuò)張期，由于構(gòu)造升降頻繁，湖泊處于震蕩擴(kuò)張期，這一時期最有利于煤與油頁巖共生組合的發(fā)育，但兩者的厚度都較薄。隨著湖水進(jìn)一步擴(kuò)張，湖泊進(jìn)入穩(wěn)定沉積期，這一時期構(gòu)造較穩(wěn)定，有利于厚層油頁巖的發(fā)育，越向湖中心油頁巖的厚度越大，而此時，湖泊邊緣最有利于煤層的沉積，向湖中心逐漸變薄、尖滅，所以，僅在濱淺湖發(fā)育煤與油頁巖的共生組合。當(dāng)湖泊處于萎縮、消亡階段，發(fā)育大量砂、泥巖，幾乎沒有煤與油頁巖的共生組合的發(fā)育。橫向上，從濱岸向湖中心，煤與油頁巖的共生組合中煤層逐漸變薄，油頁巖則相反，在湖中心，沉積較厚的油頁巖，向?yàn)I岸油頁巖逐漸變薄、尖滅［20］。煤與油頁巖兩者生長發(fā)育要有充足的沉積補(bǔ)給物、適宜的氣候和穩(wěn)定的構(gòu)造環(huán)境，而煤與油頁巖的相互轉(zhuǎn)換充分體現(xiàn)了沉積環(huán)境的轉(zhuǎn)換，通過分析得出，其中構(gòu)造環(huán)境是一個至關(guān)重要的因素，正是因?yàn)閿嘞菖璧夭煌瑫r期構(gòu)造穩(wěn)定性的不同，導(dǎo)致了盆地基底不同程度的沉降，從而斷陷盆地在煤與油頁巖各自適宜生長的環(huán)境之間轉(zhuǎn)換，結(jié)果出現(xiàn)煤與油頁巖不同的共生組合類型。

6結(jié)論

（1）五圖煤礦李家崖組中煤層和油頁巖主要存在的五種共生組合類型（自上而下）：油頁巖-煤層的組合（OS-C）、煤層-油頁巖-煤層的組合（C-OSC）、油頁巖-煤層-油頁巖的組合（OS-C-OS）、煤層-油頁巖的組合（C-OS）、油頁巖-其他沉積物-煤層的組合（OS-M/S-C）。在斷陷盆地中由于構(gòu)造頻繁的活動，導(dǎo)致沉積環(huán)境可以快速發(fā)生轉(zhuǎn)換；當(dāng)斷陷盆地中的成煤沉積環(huán)境與油頁巖的發(fā)育環(huán)境以不同方式發(fā)生轉(zhuǎn)換時，則出現(xiàn)了不同類型的煤與油頁巖共生組合。

（2）煤和油頁巖共生發(fā)育時，二者的沉積均需要溫暖、濕潤的氣候、穩(wěn)定的構(gòu)造、充足的沉積補(bǔ)給物和一定的水深條件；但二者也存在不同的發(fā)育條件，煤的有機(jī)質(zhì)來源主要是高等植物殘骸，而油頁巖主要是藻類等低等植物；形成煤的泥炭沼澤水體一般較淺，而發(fā)育油頁巖的水體相對較深且水體較穩(wěn)定。

（3）煤與油頁巖的共生組合主要發(fā)育在湖泊快速擴(kuò)張期和萎縮期。湖泊初始發(fā)育時期，在低洼處發(fā)育厚度不大、分布范圍局限的油頁巖；進(jìn)入湖泊擴(kuò)張期，構(gòu)造活動頻繁，可以發(fā)育各種煤與油頁巖的共生組合；在湖泊穩(wěn)定沉積期，構(gòu)造穩(wěn)定，水體較深，主要發(fā)育厚度較大、分布穩(wěn)定的油頁巖；湖泊萎縮期，構(gòu)造活動也較為頻繁，利于發(fā)育多種共生組合；湖泊消亡期，僅發(fā)育煤層，不發(fā)育煤與油頁巖的共生組合。從濱岸向湖中心方向，煤層逐漸變薄、尖滅，油頁巖則相反，在湖中心達(dá)到最厚，向?yàn)I岸逐漸變薄、尖滅。

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Study on Lijiaya Formation Coal and Oil Shale Paragenesis Sedimentary Features in Wutu Coalmine

Xu Xiaotao1，Hao Hongbo2，Wang Hailiang3and Wang Dongdong4
（1.School of Geosciences and Surveying Engineering，CUMTB，Beijing 100083；2.Changle County Bureau of Land and Resources，Changle，Shandong 262499；3.Geological Exploration Team，Shandong Energy Longkou Mining Group Co.Ltd.，Longkou，Shandong 264006；4.College of Earth Science and Engineering，Shandong University of Science and Technology，Qingdao，Shandong 266590）

To study coal and oil shale paragenesis sedimentary environmental features in fault basins，carried out study taking the Paleogene Lijiaya Formation in Wutu coalmine，Shandong as subject investigated.The studies on lithology，sedimentology of Lijiaya Formation shown that 5 coal and oil shale paragenetic associations have been found：oil shale-coal（OS-C），coal-oil shale-coal（C-OS-C），oil shale-coal-oil shale（OS-C-OS），coal-oil shale（C-OS）and oil-shale-miscellaneous sediments-coal（OS-M/S-C）from top to bottom. These associations were mainly developed in delta，shore or shallow lacustrine and semi-deep lacustrine environments.During the initial stage of lake development，has mainly developed OS-C association，water body gradually shallowed，coal seam thickness gradually increased，oil shale thickness decreased.During the lake extinction stage，generally no oil shale，only coal developed；coal seams thicker and stability better.Horizontally，from shore toward lake center in C-OS association，coal thickness gradually thinner and pinch out，while oil shale gradually thicker and thickest in lake center.As a whole，frequent structural activities and water body depth variation are the main factors controlling coal and oil shale paragenetic development features.

Wutu coalmine；Lijiaya Formation；coal and oil shale paragenetic association；sedimentary environment

P539.2；P618.12

A

10.3969/j.issn.1674-1803.2016.09.01

1674-1803（2016）09-0001-09

國家基金項(xiàng)目（41272172，41402086）、山東省自然科學(xué)基金省屬高校優(yōu)秀青年人才聯(lián)合基金（ZR2015JL016）、山東省高等學(xué)校科研計(jì)劃項(xiàng)目（J14LH06）共同資助

徐小濤（1992—），中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測繪工程學(xué)院礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)研究生。

2016-05-06

責(zé)任編輯：宋博輦