滇東含煤區晚二疊世沉積遷移與聚煤規律分析

劉復焜

（福建省196地質大隊 福建漳州 363007）

晚二疊世作為全球地質歷史時期重要的成煤—聚煤期［1］，在我國華南地區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、川南等含煤區已成為我國南方主要的煤炭生產基地［2］。滇東含煤區晚二疊世所形成的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境變遷和聚煤規律提供了較為理想的地層基礎［3-4］?？档峁抨憱|側聚煤區晚二疊世沉積環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的研究工作。而聚煤規律方面也同時得以獲得較為廣泛的關注，并取得了一大批成果。其研究方向主要聚焦于滇東地區煤系地層沉積環境、聚煤規律、聚煤環境、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境與地質過程的指示意義。而且，我國含煤巖系沉積學的理論發展演進經歷了旋回層理論→沉積模式→層序地層學理論階段，并出現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境或體系下的聚煤規律，而針對沉積遷移及其對成煤作用與聚煤規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上，從區域構造背景入手，通過對滇東含煤區晚二疊世煤系地層沉積環境與沉積遷移規律的分析，初步總結了該區的成煤環境以及聚煤規律。

1 區域構造背景

我國西南晚二疊世含煤區屬近海型聚煤區近陸部分，其沉積構造背景為：早晚二疊世末發生華力西期（海西期）第二幕東吳運動［3］，使康滇古陸及其兩側地幔物質上涌，地殼隆升，在川滇古陸東側，原陽新海退到黔西南及桂西北地區，陽新灰巖面遭受短暫剝蝕。板塊活動伴隨沿古斷裂形成川滇陸內張裂帶，導致沿小江斷裂帶等南北向構造帶為主要通道，同時發生大面積的玄武巖噴溢，在茅口灰巖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緩慢沉降，為陸源碎屑物質供給創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，持續沉降，形成滇東、黔西、川南廣闊的晚二疊世聚煤沉積區。

康滇古陸東緣，有幾個固定的大型古陸山口，不斷向沉積區輸送大量陸源物質（幾乎全為玄武巖屑），形成幾個古河流區，沖積物前方擴大，側向相連，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附近的支鍋山，發現晚二疊世聚煤期礫巖厚度超200 m，一直延續到下三疊統下部。該河流礫石帶，經過羅木礦區，北緣到達慶云礦區南側石關，南緣到達大河-云山（營上）一帶。

2 區域沉積環境及煤系地層特征

根據滇東等西南地區聚煤盆地的充填規律以及區域構造演化情況，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。根據沉積作用以及海水進退規律，可將該區沉積環境成煤作用劃分為3 個階段。

（1）第1 段（P3l1）：為龍潭組沉積早期的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率較低，出現1 次大范圍的欠補償海侵，海水逼近沉積盆地構造邊緣，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核的粉砂質泥巖。

（2）第2 段（P3l2）：為龍潭組沉積晚期的1 次較大規模海退，區域構造沉降較平緩，但陸源物質供給充分，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，濱海平原網狀河發育，前方與潮坪相接，形成廣闊的沼澤環境，持續時間較長。區域上部的主采煤層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，即雙向發育擴展。由此形成滇東地區沉積范圍最廣、煤層厚度最大、穩定性最好、煤質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相對較遠的云南富源老廠礦區和鎮雄煤田東部海侵特征表現的最為明顯。其中在老廠礦區長興組各沉積煤層的頂板，幾乎都含海相動物化石，有時見有薄層灰巖；而在鎮雄煤田東部，則夾有2～4 層灰巖，含煤性不好，向西減少并出現鈣質粉砂巖等巖性變化，煤層層數增加，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。但在宣威、富源一帶，因處在沖積平原上，恩洪礦區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 區域煤層沉積與遷移規律

滇東等西南聚煤區晚二疊世主要以康滇古陸東緣小江斷裂為邊界，由于處于板塊構造邊緣，地殼運動較為活躍，沉積基底持續沉降，煤系連續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→陸相沉積區→海陸過渡相區→海相區的順序變遷。而近海型聚煤區或含煤區基底的連續沉降，意味著會發生海侵事件，但由于距陸緣區較近，碎屑物質補給充分，因而滇東地區含煤地層的沉積環境主要以陸相或海陸過渡相為主。滇東陸相區煤系地層一般稱為宣威組，而海陸過渡（交互）相區含煤地層則稱為龍潭組，其實際包含龍潭期、長興期2 個同期異相含煤沉積。長興組（期）與龍潭組（期）的界線，以滇東統一編號的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構特征和等時性，可在滇東、黔西、川南廣大聚煤區內進行地層對比。M7煤層頂板在云南富源老廠礦區有薄層灰巖發育；在滇東北鎮雄—宣威一帶，C5煤層頂板發育硅質灰巖、泥灰巖或鈣質粉砂巖，含古（Paleofuslino sp.）柯蘭尼蟲（Colaniella sp.）；在黔西含煤區的相同層位發現假提羅菊石，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M6煤層頂板或M7煤層附近的1 層黑色泥巖中，有時發現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。

滇東等西南地區晚二疊世的聚煤作用，總體表現為海進（海侵）—海退成煤的特征。其中滇東沉積區海侵方向是由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偏西位置開始向西部延伸最遠，成為沉積區邊緣的卡居、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，兩側延展發育，使龍潭組晚期含煤性最好、成煤層位最穩定、煤層分布范圍最廣（如滇東的M7、M9和滇東北的C5煤層），出現多個富煤區，與黔西、川南一帶的富煤區相連，構成了滇東地區主要的聚煤區。而云南富源大河、云山（營上）及恩洪礦區恰好處在煤系地層3 段均含可采煤層的疊加區，整體上以下、中段賦煤為主，其中下段煤層組合結構較為復雜，厚度變化較大，層位較不穩定，含硫較高；中段煤層結構較為簡單，穩定性較好，為低硫和特低硫煤；上段煤層層位也較不穩定且可采煤層數少。區域上，煤系地層含煤性出現由上段向中下段變好遷移；自SE 向NW 方向遷移的規律，該區煤層沉積遷移與海侵推進的發育趨勢基本一致（圖1）。

圖1 滇東含煤區晚二疊世含煤巖系沉積巖相與古地理

4 滇東聚煤規律分析

滇東地區晚二疊世含煤區處在陸相沖積平原與海陸過渡區相交接處，其初始的過渡區界線大致位于云貴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，由于地殼連續沉降，物質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境。

4.1 成煤環境

滇東海陸過渡相區常規的成煤環境是沖積平原，是河流沉積體系的堆積產物，在其上面發育的潮坪—泥炭沼澤對成煤作用有較大的影響。但其成煤環境主要取決于河流型式變遷所形成的泥炭沼澤發育程度。龍潭組與長興組的海陸過渡相或陸相的煤系地層，總體表現為近海型煤田海侵序列的成煤、聚煤環境［16］。而且，海進海退交替出現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、泥炭沼澤發育、含煤性較高的平原成煤環境。

其中沖積平原上一般發育完整的河流，流向均為西部邊緣往東部近海方向遷移，呈現條帶狀相間發育，均控制著各種沉積巖相在空間上的組合關系。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→低能量的網狀河（圖2）。具體為：

圖2 滇東含煤區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生蛇曲擺動開始至發生分流河道終止，地形較平緩，下游更平。上段河曲發育，河床常因淤積而高出兩岸，發生決口而不斷遷移，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，成煤環境不連續、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，是較好的成煤環境。

（3）網狀河：發育在河流的下游，地形十分平坦，從曲流河分流河道開始，不斷分流擴大，并出現多源頭網狀河并網，聯結成巨大的體系，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）兩側發育高度相近，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最好的成煤沼澤類型。

在滇東恩洪礦區，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、姜結狀黃鐵礦結核，煤層含硫高達4%以上，反映為較強的還原環境；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，有時還夾有薄層灰巖；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中蝕變而成（火山灰降落到泥炭沼澤酸性環境中，則蝕變為高嶺石），此層斷續分布在威信、羊場、富源大坪、恩洪一線，在靠近西部沉積邊緣的宣威、來賓、魯甸等地也有發現，說明海侵影響的范圍很大；⑤煤層除含硫較高外，煤層結構較復雜，變化大，穩定性較差。⑥在恩洪礦區、阿崗、扯土、色戈一帶，底部的2 層煤中發現有海相動物化石，煤層及其頂底板為含結核狀和星散狀的黃鐵礦層，是云南省與含煤地層有關的泥積型硫鐵礦礦區。在滇東北鎮雄東部黑樹莊、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，但巖層中黃鐵礦結核依然存在。就各個主采煤層而言，海侵事件發生時，成煤環境形成一般由海向陸方向推進，相應的成煤條件逐漸增強。該區東側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，這種現象在該區恩洪或鎮雄礦區表現得尤為顯著。

4.2 聚煤規律

煤層的形成一般由沉積巖性、古地理、古環境、古氣候以及古構造的控制，還受海侵海退頻率的影響?？档峁抨戇吘売捎诘貧こ掷m沉降，滇東地區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、網狀河發展演化，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，河流型的發育程度與河流入海前的長度有關。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）與潮坪沼澤相接，陸相區不含煤，多見于滇東煤系下段。曲流河沼澤與潮坪沼澤相接，陸相區含煤較好，整體成煤也較好。網狀河沼澤與潮坪沼澤相接，在高潮線兩側廣大地區聚煤，成煤條件好。

根據滇東含煤地層的3 個成煤階段（時期），可認為其沉積作用大致經歷了1 個大旋回，在垂向上各煤層的成煤環境由曲流河沼澤開始，以網狀河沼澤告終，而且網狀河超覆曲流河，出現一次最佳聚煤時間窗口，以龍潭組第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等較穩定煤層的出現，屬于典型的網狀河沼澤大范圍聚煤模式。而第1 段（P3l1）則出現沖積扇前緣的辮狀河以及前方、側向局部發育的河流間灣，成煤作用也大多集中于個別海陸交互相的瀉湖—潮坪過渡環境，常受到海侵的影響，一般形成薄煤層且不穩定。第3 段（P3c）海侵事件發生的頻率不穩定，造成該區的成煤作用分布不均，只是局部地區出現可采煤層?？傮w聚煤規律呈現出：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、可采系數及厚度都大且較為穩定，而海侵的早、晚期間地殼一般不穩定，所形成的煤層薄且大多是不穩定煤層。相對應的是早期（第1 段）海水進退頻繁，成煤基底不穩定，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，基底穩定，屬于進積型聚煤，沉積旋回厚度大，厚煤層及富煤區易于形成；晚期（第3 段）海水進退次數較多，海平面漸升且動蕩，基底較不穩定，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 結論

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

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

（3）滇東晚二疊世聚煤規律以第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定時期，沉積旋回完整性好、厚度大。網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。