劉復(fù)焜

（福建省196地質(zhì)大隊 福建漳州 363007）

晚二疊世作為全球地質(zhì)歷史時期重要的成煤—聚煤期［1］，在我國華南地區(qū)也形成了大量的可采煤層，尤以西南各省煤炭資源最為豐富，滇東、黔西、川南等含煤區(qū)已成為我國南方主要的煤炭生產(chǎn)基地［2］。滇東含煤區(qū)晚二疊世所形成的1 套易受海進—海退變化影響的近海型含煤巖系，呈現(xiàn)出陸相→海陸交互（過渡）相→海相的沉積相變特征，為分析該時期沉積環(huán)境變遷和聚煤規(guī)律提供了較為理想的地層基礎(chǔ)［3-4］?？档峁抨憱|側(cè)聚煤區(qū)晚二疊世沉積環(huán)境以及聚煤模式的研究，早在20 世紀80 年代初我國很多學者就已展開了相關(guān)的研究工作。而聚煤規(guī)律方面也同時得以獲得較為廣泛的關(guān)注，并取得了一大批成果。其研究方向主要聚焦于滇東地區(qū)煤系地層沉積環(huán)境、聚煤規(guī)律、聚煤環(huán)境、成煤模式、含煤性以及對煤儲層的影響等［5-11］。此外，王基生等［12］還通過對沉積磷酸鹽古鹽度；劉晶晶［13］對煤中礦物質(zhì)進行地球化學分析，均揭示了滇東晚二疊世含煤地層的古沉積環(huán)境與地質(zhì)過程的指示意義。而且，我國含煤巖系沉積學的理論發(fā)展演進經(jīng)歷了旋回層理論→沉積模式→層序地層學理論階段，并出現(xiàn)了各種聚煤理論體系以及成煤—聚煤模式［14-15］。但過去人們的研究一般只注重闡明不同沉積環(huán)境或體系下的聚煤規(guī)律，而針對沉積遷移及其對成煤作用與聚煤規(guī)律的影響所開展的專門性分析研究則相對鮮見。因此，筆者在充分借鑒前人研究成果的基礎(chǔ)上，從區(qū)域構(gòu)造背景入手，通過對滇東含煤區(qū)晚二疊世煤系地層沉積環(huán)境與沉積遷移規(guī)律的分析，初步總結(jié)了該區(qū)的成煤環(huán)境以及聚煤規(guī)律。

1 區(qū)域構(gòu)造背景

我國西南晚二疊世含煤區(qū)屬近海型聚煤區(qū)近陸部分，其沉積構(gòu)造背景為：早晚二疊世末發(fā)生華力西期（海西期）第二幕東吳運動［3］，使康滇古陸及其兩側(cè)地幔物質(zhì)上涌，地殼隆升，在川滇古陸東側(cè)，原陽新海退到黔西南及桂西北地區(qū)，陽新灰?guī)r面遭受短暫剝蝕。板塊活動伴隨沿古斷裂形成川滇陸內(nèi)張裂帶，導致沿小江斷裂帶等南北向構(gòu)造帶為主要通道，同時發(fā)生大面積的玄武巖噴溢，在茅口灰?guī)r上形成西厚東薄的玄武巖楔形斜坡。之后由于深部熱衰減及冷縮，導致古陸邊緣地殼持續(xù)緩慢沉降，為陸源碎屑物質(zhì)供給創(chuàng)造了較為充分的條件，在川滇古陸東緣大致以小江斷裂為界，持續(xù)沉降，形成滇東、黔西、川南廣闊的晚二疊世聚煤沉積區(qū)。

康滇古陸東緣，有幾個固定的大型古陸山口，不斷向沉積區(qū)輸送大量陸源物質(zhì)（幾乎全為玄武巖屑），形成幾個古河流區(qū)，沖積物前方擴大，側(cè)向相連，形成云南宣威—富源沖積平原陸相沉積。這些由古陸山口控制的河流，多為NW-SE 走向，其最靠南部的古河為尋甸河，其源頭在今云南省尋甸縣功山鄉(xiāng)附近的支鍋山，發(fā)現(xiàn)晚二疊世聚煤期礫巖厚度超200 m，一直延續(xù)到下三疊統(tǒng)下部。該河流礫石帶，經(jīng)過羅木礦區(qū)，北緣到達慶云礦區(qū)南側(cè)石關(guān)，南緣到達大河-云山（營上）一帶。

2 區(qū)域沉積環(huán)境及煤系地層特征

根據(jù)滇東等西南地區(qū)聚煤盆地的充填規(guī)律以及區(qū)域構(gòu)造演化情況，可把煤系地層從上而下分為3 段：第1 段（P3l1）為海侵段；第2 段（P3l2）為沉積補償過剩形成的海退段；第3 段（P3c）為長興期海侵段。根據(jù)沉積作用以及海水進退規(guī)律，可將該區(qū)沉積環(huán)境成煤作用劃分為3 個階段。

（1）第1 段（P3l1）：為龍?zhí)督M沉積早期的1 次較大海侵，除了沉積開始各古山口河流帶來的礫石形成扇三角洲（從鄰近高地進來的沖積扇辮狀河礫石，未經(jīng)過沖積平原直接進入蓄水盆地的粗碎屑沉積體）之外，還包括幾個古山口的沖積扇和緊接沖積扇前緣發(fā)育的辮狀河礫石（粗砂礫），最后進入云貴2 省交界附近貴州火鋪、水城、威寧一線的陸表、淺海、河口灣而中止。礫巖中止之處，是最早的海岸線，它的前方和側(cè)向的河流間灣多為過渡相的瀉湖—潮坪沉積體系?？傮w上是由于該時期海侵已發(fā)生，且海水尚未到達時，沉積在玄武巖斜坡陸面上的第1 個蓋層巖石地層單位（專指底礫）。同時，由于地殼沉降運動以及早期新鮮堅硬的玄武巖風化碎屑產(chǎn)率較低，出現(xiàn)1 次大范圍的欠補償海侵，海水逼近沉積盆地構(gòu)造邊緣，淹沒相對的高坡，不論地層厚度或是否含煤，下部普遍沉積有1 層含瘤狀和圓珠狀黃鐵礦結(jié)核的粉砂質(zhì)泥巖。

（2）第2 段（P3l2）：為龍?zhí)督M沉積晚期的1 次較大規(guī)模海退，區(qū)域構(gòu)造沉降較平緩，但陸源物質(zhì)供給充分，處于沉積補償過剩階段，是濱海平原向海的方向擴大，呈現(xiàn)進積型特征。自下而上沖積扇與曲流河逐漸向沉積邊緣退縮，平原化程度越來越高，河水分流快，濱海平原網(wǎng)狀河發(fā)育，前方與潮坪相接，形成廣闊的沼澤環(huán)境，持續(xù)時間較長。區(qū)域上部的主采煤層M7、M9的沉積延伸范圍，既向西部沉積邊緣超覆，同時也向東部海的反向倒擴，即雙向發(fā)育擴展。由此形成滇東地區(qū)沉積范圍最廣、煤層厚度最大、穩(wěn)定性最好、煤質(zhì)灰分最低的可采煤層。

（3）第3 段（P3c）：為長興期海侵段。該段在離陸源碎屑供給區(qū)相對較遠的云南富源老廠礦區(qū)和鎮(zhèn)雄煤田東部海侵特征表現(xiàn)的最為明顯。其中在老廠礦區(qū)長興組各沉積煤層的頂板，幾乎都含海相動物化石，有時見有薄層灰?guī)r；而在鎮(zhèn)雄煤田東部，則夾有2～4 層灰?guī)r，含煤性不好，向西減少并出現(xiàn)鈣質(zhì)粉砂巖等巖性變化，煤層層數(shù)增加，并有可采煤層，該時期煤層主要為低硫煤與高硫煤交替出現(xiàn)。但在宣威、富源一帶，因處在沖積平原上，恩洪礦區(qū)此時受牛首山古陸的影響，海侵特征不甚明顯，但在M7、M6、M2+1煤層頂板偶見有海相動物化石，煤層幾乎全為低硫煤［16］。

3 區(qū)域煤層沉積與遷移規(guī)律

滇東等西南聚煤區(qū)晚二疊世主要以康滇古陸東緣小江斷裂為邊界，由于處于板塊構(gòu)造邊緣，地殼運動較為活躍，沉積基底持續(xù)沉降，煤系連續(xù)沉積的海侵式成煤序列，屬近海型煤田。其沉積古地理單元自西向東依次為：川滇古陸剝蝕區(qū)→陸相沉積區(qū)→海陸過渡相區(qū)→海相區(qū)的順序變遷。而近海型聚煤區(qū)或含煤區(qū)基底的連續(xù)沉降，意味著會發(fā)生海侵事件，但由于距陸緣區(qū)較近，碎屑物質(zhì)補給充分，因而滇東地區(qū)含煤地層的沉積環(huán)境主要以陸相或海陸過渡相為主。滇東陸相區(qū)煤系地層一般稱為宣威組，而海陸過渡（交互）相區(qū)含煤地層則稱為龍?zhí)督M，其實際包含龍?zhí)镀?、長興期2 個同期異相含煤沉積。長興組（期）與龍?zhí)督M（期）的界線，以滇東統(tǒng)一編號的M7主采煤層頂板為界。該煤層中部含有上細下粗等正粒序的2 層火山灰蝕變粘土巖夾矸，具有明顯的粒度韻律結(jié)構(gòu)特征和等時性，可在滇東、黔西、川南廣大聚煤區(qū)內(nèi)進行地層對比。M7煤層頂板在云南富源老廠礦區(qū)有薄層灰?guī)r發(fā)育；在滇東北鎮(zhèn)雄—宣威一帶，C5煤層頂板發(fā)育硅質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r或鈣質(zhì)粉砂巖，含古（Paleofuslino sp.）柯蘭尼蟲（Colaniella sp.）；在黔西含煤區(qū)的相同層位發(fā)現(xiàn)假提羅菊石，均為長興階標準化石，代表長興期海侵的開始?？傮w上，在上述礦區(qū)二疊系長興組各煤層頂板，常見海相化石，偶見碳酸鹽潮下沉積環(huán)境。但在滇東宣威至富源云山（營上）一帶，因受沖積平原河流淡水的持續(xù)沖刷影響，煤系地層第3 段（長興組）海侵特征不夠明顯，但在云南恩洪、后所、慶云等礦區(qū)M6煤層頂板或M7煤層附近的1 層黑色泥巖中，有時發(fā)現(xiàn)有海相瓣鰓類動物化石，表明其在沉積的過程中曾局部受到海水入侵。

滇東等西南地區(qū)晚二疊世的聚煤作用，總體表現(xiàn)為海進（海侵）—海退成煤的特征。其中滇東沉積區(qū)海侵方向是由E向W、由S 向N 推進，其合成海進方向是由SE 向NW 推進。體現(xiàn)在煤層層位及其沉積范圍，自下而上由SE 向NW 方向超覆遷移，層位逐漸抬升，呈疊瓦狀分布。即含煤巖系下部煤層，首先在東部濱海地區(qū)接受沉積，之后向西逐漸尖滅而不含煤（如沾益羅木、宣威羊場礦區(qū)西部下段含煤性極差甚至不含煤）；而煤系上段的可采煤層在沉積區(qū)偏西位置開始向西部延伸最遠，成為沉積區(qū)邊緣的卡居、來賓、倘塘唯一的可采煤層段；煤系第2 段因海退引發(fā)的沉積性過剩補償，泥炭沼澤同時向陸和向海的方向雙向擴大，兩側(cè)延展發(fā)育，使龍?zhí)督M晚期含煤性最好、成煤層位最穩(wěn)定、煤層分布范圍最廣（如滇東的M7、M9和滇東北的C5煤層），出現(xiàn)多個富煤區(qū)，與黔西、川南一帶的富煤區(qū)相連，構(gòu)成了滇東地區(qū)主要的聚煤區(qū)。而云南富源大河、云山（營上）及恩洪礦區(qū)恰好處在煤系地層3 段均含可采煤層的疊加區(qū)，整體上以下、中段賦煤為主，其中下段煤層組合結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，厚度變化較大，層位較不穩(wěn)定，含硫較高；中段煤層結(jié)構(gòu)較為簡單，穩(wěn)定性較好，為低硫和特低硫煤；上段煤層層位也較不穩(wěn)定且可采煤層數(shù)少。區(qū)域上，煤系地層含煤性出現(xiàn)由上段向中下段變好遷移；自SE 向NW 方向遷移的規(guī)律，該區(qū)煤層沉積遷移與海侵推進的發(fā)育趨勢基本一致（圖1）。

圖1 滇東含煤區(qū)晚二疊世含煤巖系沉積巖相與古地理

4 滇東聚煤規(guī)律分析

滇東地區(qū)晚二疊世含煤區(qū)處在陸相沖積平原與海陸過渡區(qū)相交接處，其初始的過渡區(qū)界線大致位于云貴2 省交界處。沉積盆地為淺陸表海，由古陸邊緣一系列位置固定的山口陸源河供給大量碎屑物質(zhì)，由于地殼連續(xù)沉降，物質(zhì)補償與海水進退等因素的綜合作用，形成三角洲。三角洲是近海型煤田成煤的必要條件，但它是多相疊加的綜合體，在一定程度上可反映成煤環(huán)境。

4.1 成煤環(huán)境

滇東海陸過渡相區(qū)常規(guī)的成煤環(huán)境是沖積平原，是河流沉積體系的堆積產(chǎn)物，在其上面發(fā)育的潮坪—泥炭沼澤對成煤作用有較大的影響。但其成煤環(huán)境主要取決于河流型式變遷所形成的泥炭沼澤發(fā)育程度。龍?zhí)督M與長興組的海陸過渡相或陸相的煤系地層，總體表現(xiàn)為近海型煤田海侵序列的成煤、聚煤環(huán)境［16］。而且，海進海退交替出現(xiàn)也會影響成煤作用的程度，尤其是每次短暫的海侵均可把沉積界面夷平，與海平面接近，從而形成平坦開闊、泥炭沼澤發(fā)育、含煤性較高的平原成煤環(huán)境。

其中沖積平原上一般發(fā)育完整的河流，流向均為西部邊緣往東部近海方向遷移，呈現(xiàn)條帶狀相間發(fā)育，均控制著各種沉積巖相在空間上的組合關(guān)系。從上游到下游河流類型變化的模式主要為：古陸山口沖積扇→高能量的辮狀河→中能量的曲流河→低能量的網(wǎng)狀河（圖2）。具體為：

圖2 滇東含煤區(qū)晚二疊世含煤巖系河流變化模式與沉積體系

（1）辮狀河：上游與沖積扇相接，河床坡度大，水流能量高，沉積粒度粗，不成煤。

（2）曲流河：上游以辮狀河平直河道發(fā)生蛇曲擺動開始至發(fā)生分流河道終止，地形較平緩，下游更平。上段河曲發(fā)育，河床常因淤積而高出兩岸，發(fā)生決口而不斷遷移，并形成泛濫平原、廢棄河道及沼澤化成煤。河道砂層呈“之”字形上升，煤層層位交替上升，成煤環(huán)境不連續(xù)、不同期，很難對比，成煤條件差。下游段多為分流河道，河道間區(qū)沼澤成煤，煤層在平面上常被河流砂體分隔，但尚能對比清楚，是較好的成煤環(huán)境。

（3）網(wǎng)狀河：發(fā)育在河流的下游，地形十分平坦，從曲流河分流河道開始，不斷分流擴大，并出現(xiàn)多源頭網(wǎng)狀河并網(wǎng)，聯(lián)結(jié)成巨大的體系，流水高度分散，通過細小水溝及滲透緩慢流動，全面沼澤化，前方與潮坪沼澤連接，在最大海岸線（高潮線）兩側(cè)發(fā)育高度相近，面積廣闊的泥炭沼澤所形成的M7、M9煤層走向長幾百公里、寬幾十公里，是滇東等西南各聚煤區(qū)最好的成煤沼澤類型。

在滇東恩洪礦區(qū)，因有牛首山古陸屏障，受滇東古河流影響較小，沖積平原不發(fā)育，多為瀉湖—潮坪沉積體系，海侵特征較明顯：①巖層呈深灰～灰黑色，巖層與煤層普遍含侵染狀、斑狀和瘤狀、姜結(jié)狀黃鐵礦結(jié)核，煤層含硫高達4%以上，反映為較強的還原環(huán)境；②巖層中常見砂泥薄互層狀、脈狀、透鏡狀、雙黏土層和“之”字型的潮汐層理，有時還夾有薄層灰?guī)r；③常見瓣鰓類、蜿足類動物化石及生物活動的痕跡化石；④底部巖層中常夾有1 層厚0.10～1.00 m 的蠟黃色水云母泥巖，礦物成份為伊利石和蒙脫石，是火山灰降落在海水堿性介質(zhì)中蝕變而成（火山灰降落到泥炭沼澤酸性環(huán)境中，則蝕變?yōu)楦邘X石），此層斷續(xù)分布在威信、羊場、富源大坪、恩洪一線，在靠近西部沉積邊緣的宣威、來賓、魯?shù)榈鹊匾灿邪l(fā)現(xiàn)，說明海侵影響的范圍很大；⑤煤層除含硫較高外，煤層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，變化大，穩(wěn)定性較差。⑥在恩洪礦區(qū)、阿崗、扯土、色戈一帶，底部的2 層煤中發(fā)現(xiàn)有海相動物化石，煤層及其頂?shù)装鍨楹Y(jié)核狀和星散狀的黃鐵礦層，是云南省與含煤地層有關(guān)的泥積型硫鐵礦礦區(qū)。在滇東北鎮(zhèn)雄東部黑樹莊、威信順河等地含煤地層底部的硫鐵礦層都是同一成因，上述均為受海侵影響的特征。而在宣威-富源沖積平原上，因受古河流影響，海水被淡化，底部巖層和煤層仍見黃鐵礦結(jié)核，煤層含硫低一些，一般為含硫1.5%～2.5%的中硫～中高硫煤。在宣威羊場、來賓、彝良、昭通等地，雖然下段已不含煤，但巖層中黃鐵礦結(jié)核依然存在。就各個主采煤層而言，海侵事件發(fā)生時，成煤環(huán)境形成一般由海向陸方向推進，相應(yīng)的成煤條件逐漸增強。該區(qū)東側(cè)因海相地層增多而引起成煤條件消減，即上部煤層相較于下部的分布范圍存在向西或北西移動的趨勢，這種現(xiàn)象在該區(qū)恩洪或鎮(zhèn)雄礦區(qū)表現(xiàn)得尤為顯著。

4.2 聚煤規(guī)律

煤層的形成一般由沉積巖性、古地理、古環(huán)境、古氣候以及古構(gòu)造的控制，還受海侵海退頻率的影響?？档峁抨戇吘売捎诘貧こ掷m(xù)沉降，滇東地區(qū)沉積平原化程度逐漸增高，河流類型變化形式往成熟度更高的曲流河、網(wǎng)狀河發(fā)展演化，泥炭沼澤沉積相也同時向陸地和海洋方向雙向遷移擴展。而沖積平原上各河流在時間和空間上，河流型的發(fā)育程度與河流入海前的長度有關(guān)。因此，一般層序（層次的）聚煤作用，取決于何種河流沼澤類型與潮坪沼澤相接，從而控制著聚煤沼澤的大小和含煤性的好壞。辮狀河直接入海（過渡區(qū)）與潮坪沼澤相接，陸相區(qū)不含煤，多見于滇東煤系下段。曲流河沼澤與潮坪沼澤相接，陸相區(qū)含煤較好，整體成煤也較好。網(wǎng)狀河沼澤與潮坪沼澤相接，在高潮線兩側(cè)廣大地區(qū)聚煤，成煤條件好。

根據(jù)滇東含煤地層的3 個成煤階段（時期），可認為其沉積作用大致經(jīng)歷了1 個大旋回，在垂向上各煤層的成煤環(huán)境由曲流河沼澤開始，以網(wǎng)狀河沼澤告終，而且網(wǎng)狀河超覆曲流河，出現(xiàn)一次最佳聚煤時間窗口，以龍?zhí)督M第2 段（P3l2）為代表，M7、M9中段主采煤層最為明顯，還包括一些沉積小旋回，如M12等較穩(wěn)定煤層的出現(xiàn)，屬于典型的網(wǎng)狀河沼澤大范圍聚煤模式。而第1 段（P3l1）則出現(xiàn)沖積扇前緣的辮狀河以及前方、側(cè)向局部發(fā)育的河流間灣，成煤作用也大多集中于個別海陸交互相的瀉湖—潮坪過渡環(huán)境，常受到海侵的影響，一般形成薄煤層且不穩(wěn)定。第3 段（P3c）海侵事件發(fā)生的頻率不穩(wěn)定，造成該區(qū)的成煤作用分布不均，只是局部地區(qū)出現(xiàn)可采煤層?？傮w聚煤規(guī)律呈現(xiàn)出：橫向上，從南東至北西含煤性逐漸變好，含煤程度由海往陸出現(xiàn)增強遷移；縱向上，海侵（第1 段）→海退（第2 段）→海侵（第3 段）均形成了厚度、穩(wěn)定性不一的煤層，但海退階段成煤作用最強，故第2 段含煤系數(shù)、可采系數(shù)及厚度都大且較為穩(wěn)定，而海侵的早、晚期間地殼一般不穩(wěn)定，所形成的煤層薄且大多是不穩(wěn)定煤層。相對應(yīng)的是早期（第1 段）海水進退頻繁，成煤基底不穩(wěn)定，屬于退積型聚煤，小旋回多，厚煤層難形成；中期（第2 段）海水進退頻率低，海平面下降，基底穩(wěn)定，屬于進積型聚煤，沉積旋回厚度大，厚煤層及富煤區(qū)易于形成；晚期（第3 段）海水進退次數(shù)較多，海平面漸升且動蕩，基底較不穩(wěn)定，也屬于退積型聚煤，旋回完整性較差，但局部可形成厚煤層。

5 結(jié)論

（1）滇東含煤區(qū)晚二疊世煤層遷移表現(xiàn)在上段往中下段變好、南東往北西增厚的趨勢。區(qū)內(nèi)各時期、各地聚煤作用的程度有差異，且與海平面升降、海水進退次數(shù)及頻率有關(guān)，屬于近海型煤田海侵序列的聚煤沉積環(huán)境，總體呈現(xiàn)出海進—海退的成煤特征。

（2）沖積平原是滇東地區(qū)海陸過渡相普遍的成煤環(huán)境，是河流沉積體系泥炭沼澤形成的基礎(chǔ)以及河流類型變化模式的產(chǎn)物。通常網(wǎng)狀河是該區(qū)最好的成煤—聚煤環(huán)境，曲流河次之，辮狀河最差。

（3）滇東晚二疊世聚煤規(guī)律以第2 段進積型聚煤為主，第1、3 段退積型聚煤為輔，厚煤層一般形成于海退階段且成煤基底穩(wěn)定時期，沉積旋回完整性好、厚度大。網(wǎng)狀河沼澤和潮坪沼澤相接時，平原化程度更高，沼澤化程度更強，聚煤條件更好。