（地质工程专业论文）湘中地区石炭系测水组含煤岩系特征及成矿预测.pdf

摘要 摘要 湘中地区石炭系测水组含煤岩系是我国早石炭世聚煤期重要的 含煤建造，是华南早石炭世含煤性最好的煤系之一。为了提高湖南的 煤炭资源储量，需要在湘中地区进一步开展煤炭地质研究，总结该区 测水组煤层特征及分布规律，指导新的煤炭资源找矿工作，以期能有 所突破。 本文立足于湘中地区石炭系测水组，通过野外调查和地层学、岩 石学、沉积学、地球化学、煤炭地质学、煤岩学等综合研究，全面分 析了石炭系沉积特征和测水组含煤岩系特征，基本查明了测水组含煤 岩系的控矿因素和聚煤作用，为预测找煤和优选含煤区提供了科学依 据，着重对富煤分布区和老矿区进行了煤矿预测，获得主要认识如下： 1 石炭系沉积环境经历了海侵一海退一海侵的过程，主要有三 种不同类型，一是陆源碎屑岩沉积环境，二是碳酸盐岩沉积环境，三 是陆源碎屑和碳酸盐岩混合沉积环境。早石炭世主要为受局限的陆棚 泻湖沉积，其中邵东组和测水组为滨海泻湖沉积，至晚石炭世则演化 为开阔陆棚沉积。对于梓门桥组中的石膏，提出其形成于潮上萨布哈 环境。 2 测水煤系的母岩很可能与花岗岩有关。根据各地化指标在测 水煤系剖面上的变化特征，可将其划分为成煤前、成煤期和成煤后三 个阶段。自石磴子组顶至成煤前是个海退过程，古盐度为半咸水一咸 水，酸碱度为中性一碱性；成煤期海水稳定，为半咸水、酸性一中性； 成煤期后海水总的趋势是逐渐海侵，为咸水一半咸水一淡水、以碱性 为主。 3 湘中、湘南加里东印支穿插褶皱带对测水煤系的建造和改造 起着主导控制作用，次级构造单元的隆起和坳陷直接控制了煤系发育 和含煤性。一般而言，坳陷区内煤系发育程度和含煤性为好和较好， 而隆起区则相对较差或极差。古构造和古地理演化对早石炭世的聚煤 作用有影响。 4 古陆前缘坳陷是煤系沉积和聚煤的主要场所；泻湖及潮坪环 境是煤层发育的有利场所，低、中能的潮坪多潮道环境更有利于成煤； 含煤性与岩性组合及砂泥岩比有一定关系，含煤性好的地区砂泥岩比 值一般在1 2 1 范围内；后期构造具有重要控煤作用，富煤区往往 位于向斜仰起端和平缓翼部位。 摘要 5 依据构造与古地理的控煤作用和煤层的发育规律，结合煤田 地质和矿业开发资料，对富煤分布区和老矿区金竹山矿区深部和 渣渡矿区南段利民矿深部及两翼进行了预测，前者预测储量1 2 4 6 8 万 吨，后者2 4 8 3 0 万吨，二者总储量3 7 2 9 8 万吨。 关键词：湘中、石炭系、测水组、含煤岩系、沉积环境、控矿因 素、聚煤作用、煤田预测 硕士学位论文 a bs t r a c t t h ec o a l b e a t i n gf o r m a t i o no fc e s h u if o r m a t ：i o no fc a r b o n i f e r o u si n m i d d l eh u n a ni sa ni m p o r t a n tc o a l - b e a r i n gf o r m a t i o na tt h et i m eo fc o a l a c c u m a t i o na te a r l yc a r b o n i f e r o u si nc h i n a ，w h i c hi so n eo f 也ec o a l m e a s u r e sw i 也t h eb e s tc o a lc h a r a c t e ra te a r lc a r b o n i f e r o u si ns o u t h c h i n a i no r d e rt oe n h a n c et h er e s e r v e so fc o a lr e s o u r c ei nh u n a n p r o v i n c e , af u r t h e rs t e pr e s e a r c ho fc o a lg e o l o g yi nm i d d l eh u n a ni s n e e d e d ，s u mu pt h ec h a r a c t e r sa n dt h er e g u l a r i t i e so f d i s t r i b u t i o n so f c o a lm e a s u r e so fc e s h u if o r m a t i o n ，g u i d et h en e ww o r ko fs e a r c h i n gf o r c o a lr e s o u r c e w i t ht h eh o p eo fs o m eb r e a kt h r o u g h t h ep a p e ri se s t a b l i s h e di nt h ec e s h u if o r m a t i o no fc a r b o n i f e r o u si n m i d d l eh u n a n ，t h r o u g hf i e l d i n v e s t i g a t i o na n di n t e g r a t e ds t u d yo f s t r a t i g r a p h y ，p e t r o l o g y ，s e d i m e n t o l o g y ，g e o c h e m i s t r y ，c o a lg e o l o g y a n dc o a lp e t r o l o g y , r o u n d l ya n a l y s i s e dt h es e d i m e n t a r yc h a r a c t e r so f c a r b o n i f e r o u sa n dt h ec h a r a c t e r so fc o a l b e a r i n gf o r m a t i o no fc e s h u i f o r m a t i o n ，b a s i c l yf o u n do u tt h ec o a l c o n t r o l l i n gf a c t o r sa n dt h ec o a l a c c u m u l a t i o no ft h e c o a l b e a r i n g f o r m a t i o no f c e s h u if o r m a t i o n ， p r o v i d e ds c i e n t i f i cr e a s o n sf o rp r e d i c t i n gc o a l f i e l da n dc h o o s i n gg o o d c o a l - b e a r i n gr e g i o n ，e s p e c i a l l yc a r r i e do u tc o a l f i e l dp r e d i c t i o no nt h e d i s t r i b u t i o n r e g i o n s o fr i c hc o a la n do l d d i g g i n g s 砀em a i n u n d e r s t a n d i n ga sb e l o w 1 t h es e d i m e n t a r ye n v i r o n m e n to fc a r b o n i f e r o u sh a se x p e r i e n c e da p r o c e s so tm a r i n et r a n s q r e s s i o n - 。m a r i n er e g r e s s i o n - - m a r i n et r a n s q r e s s i o n a n dt h r e ed i f f e r e n tk i n d sa p p e a r e d o n ei s t e r r i g e n o u sc l a s t i cr o c k e n v i r o n m e n t ，也es e c o n di sc a r b o n a t er o c ke n v i r o n m e n t 。t h et h i r di st h e m i x e de n v i r o n m e n to ft e r r i g e n o u sc l a s t i cr o c ka n dc a r b o n a t er o c k t h e m a i n s e d i m e n t a r ye n v i r o n m e n t i sl i m i t e d s h e l f - l a g o o n a t e a r l y c a r b o n i f e r o u s ，t h e r e i n t o ， s h a o d o n g a n dc e s h u if o r m a t i o na r e c o a s t a l - l a g o o ne n v i r o n m e n ta n di tc h a n g e dt ob eo p e ns h e l fe n v i r o n m e n t a tl a t ec a r b o n i f e r o u s t h eg e s s oi s 也o u g h tt ob ef o r m e di nt h e e n v i r o n m e n to fs u p r a l i t t o r a ls a b k h a 2 弧ep a r e n tr o c ko fc e s h u ic o a l - b e a r i n gf o r m a t i o ni sr e l a t e dw i 也 g r a n i t e t h ec e s h u ic o a l b e a t i n gf o r m a t i o nc a nb ed i v i d e di n t ot h r e e 1 1 1 硕士学位论文 a b s t r a c t p e r i o d s ，a sf r o n t a lc o a l f o r m i n gp e r i o d 、c o a l - f o r m i n gp e r i o da n dp o s t c o a l - f o r m i n gp e r i o d ，a c c o r d i n g t ot h e c h a n g e c h a r a c t e r so fe a c h g e o c h e m i ci n d e xi nt h ep r o f i l eo fc e s h u ic o a l b e a r i n gf o r m a t i o n i ti s a m a r i n et r a n s q r e s s i o np r o c e s ss i n c et h et o po fs h i d e n g z if o r m a t i o nt o f r o n t a lc o a l - f o r m i n gp e r i o d ，t h ea n c i e n ts a l i n i t yi sh a l fs a l t s a l tw a v e ra n d t h ep hi sn e u t r a l a c i da tt h et i m e t h es e al e v e li ss t e a d ya tc o a l f o r m i n g p e r i o d ，w i t hh a l fs a l ta n da c i d n e u t r a lw a t e r t h ew h o l et r e n do f s e al e v e l i sg r a d u a lm a r i n er e g r e s s i o n ，w i t hs a l t h a l fs a l t - f r e s ha n da l k a l i n ew a t e r 3 t h ei n t e r l u d e df o l dz o n e sf o r m e da tc a l e d o n i a l l i n d o s i n i a ni n m i d d l ea n ds o u t hh u n a nh a v ead o m i n a n tc o n t r o la c t i o nt ot h ef o r m a t i o n a n dt r a n s f o r m a t i o no fc e s h u ic o a l - b e a r i n gf o r m a t i o n ，a n dt h eu p h e a v a l s a n dd e p r e s s i o n so fs u bt e c t o n i cu n i td i r e c t l yc o n t r o lt h ed e v e l o p m e to f c o a lm e a s u r e sa n dc o a l - b e a r i n gc h a r a c t e r s ，g e n e r a l l ys p e a k i n g ，w h i c ha le g o o di nt h ed e p r e s s i o n sa n dr e l a t i v e l yb a di nt h eu p h e a v a l s t h e d e v e l o p m e n to fp a l e o t e c o n s t r u c ta n dp a l e o g e o g r a p yh a v ea ni n f l u e n c et o t h ec o a la c c u m u l a t i o na te a r l yc a r b o n i f e r o u s 4 t h ed e p r e s s i o n si nt h em a r g i no fa n c i e n tl a n da r em a i nl o c a t i o n s o fc o a lm e a s u r e ss e d i m e n ta n dc o a la c c u m u l a t i o n l a g o o na n dt i d a lf l a t e n v i r o n m e n ta r eg o o dl o c a t i o n sf o rc o a lm e a s u r e s d e v e l o p i n g t i d a lf l a t w i t hm a n yt i d a lc h a n n e l se n v i r o n m e n tw i t hl o wa n dm i d d l i n ge n e r g ya r e m u c hb e t t e rf o rc o a l f o r m i n g t h e c o a l b e a r i n g c h a r a c t e rh a ss o m e r e l a t i o n sw i t hl i t h o l o g i c a la s s o c i a t i o na n dt h er a t i oo fs a n d s t o n ea n d m u d s t o n e ，w h i c hi s1 2 1i ng o o dr e g i o n s d e u t e r i cc o n s t r u c t sh a v e i m p o r t a n tc o a l c o n t r o l l i n ga c t i o na n d r i c hc o a lr e g i o ng e n e r a l l yl o c a t e da t r i s i n ge n da n dg e n t l yf l a n ko fs y n c l i n e 5 a c c o r d i n g t ot h e c o a l - c o n t r o l l i n g a c t i o no fc o n s t r u c ta n d p a l e o g e o g r a p h ya n dt h er u l eo fc o a lm e a s u r e s ，c o m b i n i n gt h ed a t ao f c o a l f i e l dg e o l o g ya n dm i n ed e v e l o p m e n t ，h a v ec a r r i e do u tc o a l f i e l d p r e d i c t i o no nt h ed i s t r i b u t i o nr e g i o n so fr i c hc o a la n do l dd i g g i n g s t h e d e 印p a r to fj i n z h u s h a nd i g g i n ga n dt h ed e 印p a r ta n dt w of l a n k so f l i m i nm i n ei nz h a d ud i f f i n g t h ep r e d i c t e dr e s e r v eo ft h ef o r m e ri s 12 4 6 8 、m i l l i o nt o n sa n dt h el a t t e ri s2 4 8 3 0m i l l i o nt o n s ，t o t a li s3 7 2 9 8 m i i l i o nt o n s 硕士学位论文 k e yw o r d s ：m i d d l eh u n a n ，c a r b o n i f e r o u s ，c e s h u if o r m a t i o n ， c o a l - b e a r i n gf o r m a t i o n ，s e d i m e n t a r ye n v i r o n m e n t ，o r e c o n t r o l l i n g f a c t o r s ，c o a la c c u m u l a t i o n ，c o a l f i e l dp r e d i c t i o n v 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名：之州日期：尘竺年月二日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文， 允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者躲塑一导师签名趔嗍芝墨二月二日 硕士学位论文 第一章前言 1 1 选题的目的和意义 第一章前言 湘中地区是我国南方石炭系最发育的地区之一，特别是湘中测水组是我国早 石炭世聚煤期重要的含煤建造，是华南早石炭世含煤性最好的煤系之一。煤炭既 是人类的重要能源资源，也是现代化工业的重要原料，被称作是工业的“真正的 粮食 。湘中地区的煤炭资源为湖南的工业发展起了积极的推动作用，经过多年 的不断开采，湘中地区的煤炭储量越来越少，照此发展下去，必然会对湖南的发 展产生消极的影响。因此，有必要在湘中地区进一步开展煤炭地质研究，总结该 区测水组煤层特征及分布规律，指导新的煤炭资源找矿工作，以期能有所突破， 提高湖南的煤炭资源储量，缓解地方能源紧张压力，为湖南未来的发展提供燃料 能源保障。 1 2 国内外研究现状 1 9 7 5 1 9 8 2 年，煤炭部地质局曾组织全国各省煤田地质公司进行了全国性的 煤田预测工作。与此同时，1 9 7 6 1 9 7 7 年，煤科院地质勘探研究所与湖南省煤勘 二队合作的湘中测水组沉积条件与主要煤层沉积特征的研究项目将湘中煤层 发育较好的区域划分成2 0 个区，分别进行了不同程度的预测，预测深度至 1 2 0 0 m ，预测总面积4 6 3k m 2 ，预测总储量1 2 2 2 6 3 5 万吨。 湖南省煤田地质勘探公司于1 9 8 2 年1 0 月编印了湖南省煤田预测说明书， 把全省测水煤系煤层发育分布区划分为6 0 个区，进行了不同程度的预测，预测 总面积达2 1 6 2 5 k m 2 ，预测总储量2 6 4 5 6 8 万吨，其中湘中涟源测区测水煤系预 测总储量2 0 3 3 3 2 万吨。 这两次预测工作比较全面和系统地编制了煤田地质图、煤田预测图及其它相 关的成煤规律图、煤种煤质分布图等，为指定煤田地质勘探规划提供了科学依据， 为进一步进行科学研究指出了方向和奠定了基础。 湘中地区在大地构造上属东南地洼区( 一级) 赣桂地洼系( - - 级) 的湘中地 穹列( 三级) 。自元古代以来，湘中地区经历了中元古代一志留纪地槽阶段、泥 盆纪一中三迭世地台阶段、晚三迭世一现在地洼阶段等三个大地构造阶段【1 。2 】。 湘中地区现阶段呈现的地穹构造，在地台和缓期的石炭纪及地台余“定期初的 晚二迭世，则是一个聚煤盆地，形成了中南诸省境内最重要的测水组、龙潭组煤 裂3 翊。 硕士学位论文第一章前言 刘新华等【5 】依据对冷水江矿区测水组含煤段的沉积环境分析，提出该段为障 壁泻湖体系的沉积，垂向上表现为海退序列一海进序列，指出聚煤作用受到沉 积环境的重大影响。王文祥【6 】研究了湘中金竹山矿区测水组煤中硫的剖面分布形 式，指出金竹山矿区测水组含煤岩系属典型的近海障壁一泻湖一潮坪沉积体系。 本区煤层中硫的含量较正常情况低，结合成煤环境分析，提出了海水淡化的理论， 认为成煤期海湾泻湖中海水淡化是本区煤中低硫的一个重要原因，且煤层顶板岩 相对煤中硫的含量也有一定的影响。杨荣丰【7 】对此有相同的看法。刘新华等【5 】对 冷水江矿区测水组的研究也有与之相似的结论，认为煤层含硫低与该区泻湖及表 层海水淡化有关。王文祥【8 】开展了煤中伴生元素b 、s r 、b a 、s 的地球化学指相 研究，指出湘中测水组煤的形成环境为受海水轻度干扰的淡水一微咸水沼泽相。 对龙潭组煤系也开展了很多研究。彭正奇等【9 j 认为分布于湘中南区的龙潭组 煤层形成于近海湖泊和三角洲环境。牛雅莉【l o 】认为龙潭煤系的主要聚煤环境类 型为滨海平原和滨海三角洲。许桂生等【1 1 】研究认为，湘中保和堂矿区龙潭组主要 为浅水三角沉积平原，三角洲废弃期的聚煤条件较好。彭正奇【1 2 】也指出三角洲 环境为湘中南地区龙潭组的主要成煤环境，而且三角洲朵叶体的展布决定了厚煤 带及煤层的分布范围，并强调全面认识涟邵三角洲、衡郴三角洲的展布范围、特 征对找煤具有极其重要的意义。此外，同沉积构造在湘中涟邵煤田龙潭组含煤建 造中普遍存在，与聚煤作用关系密切，且具有控煤意义【1 3 1 。 煤变质作用的过程就是其热演化过程，区域岩浆热变质是形成中国大多数中 高煤级煤的主因【1 4 】，煤变质与热液作用有密切的关系【1 5 】。测水组和龙潭组煤层 多为高变质煤，演化程度处于成熟一过成熟阶段【1 6 1 。毕华等【3 l 他2 】对涟源地区测 水组和龙潭组煤的变质作用和热演化史进行过详细的研究，建立了湘中涟源地区 测水组、龙潭组煤的古地温地质模式，指出研究区测水组、龙潭组的煤自沉积以 来经历了深成热演化期( c 1 1 2 ) 、区域岩桨热演化期( t 2 。k 2 ) 、低地热流热演化 期( r - 现在) 三个热演化期。区域岩浆热变质作用是湘中涟源煤盆地测水组煤系 变质的主要原因，对研究区煤变质起了决定性作用，对测水组煤系化学结构影响 较大，动力变质作用仅起局部和次要作用。区域岩浆热变质作用迭加于具有普遍 意义的深成变质作用之上，并基本掩盖了正常地热场的原始背景，形成了区域性 煤变质的格局，并延续至今。潘伟尔掣2 3 】也持相同认识，他在2 0 0 0 年对湘中南 地区煤变质与地质构造的关系进行研究后指出，湘中南煤变质程度的高低与地质 构造无直接关系，构造变形强烈的含煤隆褶带、含煤盆地或其中变形相对强烈的 某个构造部位中煤的变质程度并不一定高，而其中的煤级升高应有非构造应力形 成的热源机制【2 4 】。这也从侧面左证了之前的认识。 对构造及其控煤作用的研究是湘中地区煤田地质研究的重要方面。湘中下石 2 硕士学位论文第一章前言 炭统测水煤系主要赋存于隔挡式褶皱中，隔挡式褶曲背斜部位的逆冲断层下盘有 可能赋存较丰富的煤炭资源【2 5 1 。滑脱断裂构造在湘中地区找煤实践中具有重要 地位，控煤意义显著，对此已有较多研究【2 4 1 。具体表现为对煤层的破坏性和保 护性，发生在煤系地层中的断裂对煤层破坏严重，保护性体现在两个方面：其一， 断裂面倾角小于或等于煤层倾角时，下盘煤层则得以保存；其二，断裂导致其上 下煤层重复，扩大了单位面积的煤炭资源【3 5 l ，且滑体前侧的深部煤层可能会由 于堆栈而增厚【3 6 】。因此应根据断裂与煤层的相对切割关系及其变化规律指导找 煤，其方向是在构造复杂的滑脱断层上盘之下找到简单完整的下盘可采煤层p 7 1 。 宾清等【3 8 】通过对湘东推覆构造进行研究后认为，在湖南广泛分布的老地层区不 应成为找煤的“禁区 ，透过一个个孤立的构造窗有可能找到新的煤炭资源。 1 3 研究的基本思路与主要内容 本文立足于湘中地区石炭系测水组，通过地层学、岩石学、沉积学、地球化 学、煤炭地质学、煤岩学等综合研究，全面分析石炭系沉积特征和测水组含煤岩 系特征，基本查明测水煤系的控矿因素和聚煤作用，为预测找煤和优选含煤区提 供科学依据，着重在富煤分布区和老矿区进行煤矿预测，以期能查明更多的煤炭 资源。具体内容如下： 1 ) 查明石炭系沉积特征：石炭系在湘中地区分布广泛，发育完整，下石炭 统从下往上依次为邵东组、孟公坳组、刘家塘组、石磴子组、测水组和梓门桥组， 上石炭统从下往上依次为黄龙组和船山组，通过野外实地露头观察结合查阅总结 前人数据，弄清各组地层的岩石学特征和沉积环境及其形成原因和演化过程。 2 ) 分析测水组含煤岩系特征：通过野外实地调查，查明测水组的岩性组合 特征；采集岩石标本并进行岩石薄片和光片观察，弄清测水组各类岩石的岩石学 特征；对部分样品进行地球化学测试与分析，如母岩及物源分析、海水进退情况 分析、古盐度分析等，探讨测水煤系的沉积环境特征。 3 ) 研究控矿因素及聚煤作用：结合湘中地区的大地构造背景，分析古地理 演化和古构造控制与聚煤作用的关系，探讨测水煤系的聚煤规律。 4 ) 煤矿预测：在完成上述内容之后，以其结果为科学依据，并结合相关矿 业开发数据，在富煤分布区和老矿区进行煤矿预测，即对金竹山矿区深部和渣渡 矿区南段利民矿深部及两翼进行煤矿预测，查明煤炭储量，并提出对以往某些预 测区的意见。 3 硕士学位论文第一章前言 1 4 完成的主要工作量 本文的完成过程大致可以分为三个阶段： 1 ) 资料收集与调研阶段 对该项目研究的地质任务和技术要求进行了仔细的分析和领会，在此基础 上，收集了前人对该区及相关地区的研究成果资料，了解了研究区的基本地质情 况。 2 ) 野外现场工作及样品处理阶段 在研究区进行野外实地考察，收集了大量的第一手可靠数据，采集了大量的 岩石标本，并进行了薄片与光片观察和样品的地球化学元素测试，为下一步研究 奠定了良好的基础。 3 ) 室内资料整理、分析研究与论文撰写阶段 根据所收集的资料，结合自己的观察和测试结果，进行了综合的分析研究， 同时编制了一系列必要图件，最后完成本文的撰写工作。 完成的主要工作量见表1 1 。 表1 - 1 资料收集、野外工作及室内研究情况一览表 1 5 主要成果及结论 通过对湘中地区石炭系测水组含煤岩系进行地层学、岩石学、沉积学、地球 化学、煤炭地质学、煤岩学等综合分析研究，全面分析了石炭系沉积特征和测水 组含煤岩系特征，基本查明了测水煤系的控矿因素和聚煤作用，为预测找煤和优 选含煤区提供了科学依据，着重对富煤分布区和老矿区进行了煤矿预测。获得主 要认识如下： 1 ) 石炭系沉积环境经历了海侵海退一海侵的过程，主要有三种不同类型， 一是陆源碎屑岩沉积环境，二是碳酸盐岩沉积环境，三是陆源碎屑和碳酸盐岩混 合沉积环境。早石炭世主要为受局限的陆棚泻湖沉积，其中邵东组和测水组为滨 4 硕士学位论文第一章前言 海泻湖沉积，至晚石炭世则演化为开阔陆棚沉积。对于梓门桥组中的石膏，提出 其形成于潮上萨布哈环境。 2 ) 地球化学分析指出，测水煤系的母岩很可能与花岗岩有关。根据各地化 指标在测水煤系剖面上的变化特征，可将其划分为成煤前、成煤期和成煤后三个 阶段。成煤前阶段为j s i v l 3 - j c i v l 0 - 1 ，成煤期阶段为j s 底 - j c l 2 0 1 ，成煤 后阶段为j c l 2 9 i - j c i l l 8 1 。自石磴子组顶至成煤前是个海退过程，古盐度为半 咸水一咸水，酸碱度为中性一碱性；成煤期海水稳定，为半咸水、酸性一中性； 成煤期后海水总的趋势是逐渐海侵，为咸水一半咸水一淡水、以碱性为主。 3 ) 湘中、湘南加里东印支穿插褶皱带对测水煤系的建造和改造起着主导控 制作用，次级构造单元的隆起和坳陷直接控制了煤系发育和含煤性。一般而言， 坳陷区内煤系发育程度和含煤性为好和较好，而隆起区则相对较差或极差。古构 造和古地理演化对早石炭世的聚煤作用有影响。 一 4 ) 总结了测水煤系的聚煤规律，指出古陆前缘坳陷是煤系沉积和聚煤的主 要场所；泻湖及潮坪环境是煤层发育的有利场所，低、中能的潮坪多潮道环境更 有利于成煤；含煤性与岩性组合及砂泥岩比有一定关系，含煤性好的地区砂泥岩 比值一般在1 2 1 范围内；后期构造具有重要控煤作用，富煤区往往位于向斜 仰起端和平缓翼部位。老矿区往往富煤性好，中深部及周边煤炭资源往往赋存状 况较好，是寻找上规模煤炭资源应优先考虑的预测区。 5 ) 依据构造与古地理的控煤作用和煤层的发育规律，结合煤田地质和矿业 开发数据，对富煤分布区和老矿区金竹山矿区深部和渣渡矿区南段利民矿深 部及两翼进行了预测，前者预测储量1 2 4 6 8 万吨，后者2 4 8 3 0 万吨，二者总储量 3 7 2 9 8 万吨。 最后指出，继续开展煤田预测研究特别是加强对缓倾斜断裂控矿作用的认识 是在湘中地区寻找煤炭资源的重要途径，涟源含煤区仍是今后寻找湘中地区测水 组无烟煤的重点区。 5 硕士学位论文第二章湘中地区石炭系地层及沉积特征 第二章湘中地区石炭系地层及沉积特征 2 1 石炭系地层岩性特征及其分布 石炭系地层在湘中地区分布广泛，发育完好，层序清楚( 表2 1 ) 。石炭系与 下伏泥盆系一般呈整合接触，系内各统、阶、组之间多为连续沉积。古生物繁衍 迅速，门类齐全，以珊瑚、腕足、筵类为主。王雄鹰等【3 9 1 对湘中涟源一冷水江 地区测水组的植物组合及古生物分带特征进行过详细的研究。区内赋存有煤、铁 等多种沉积矿产。 表2 - 1 湘中涟源地区石炭系地层综合简表 地层系统 地壳 | 止目上b 且 i m f 白：，一、土上枯3 摹 出，石7 i 、i 月，工1 1 1 j 由r n - i 哪j 口b 界 系统阶组 运动 二迭系下统 栖霞组p 1 q 8 0 - 3 5 0生物碎屑灰岩夹叶岩，煤线 船山组 c 3 c 9 4 - 3 4 0 灰岩、白云岩 上统 黄龙组c 2 h3 5 0 - 5 5 0 白云岩夹灰岩 梓门桥组 c l d 3 7 2 18 0灰岩，下部为夹泥质灰岩、叶岩 上海 大塘阶 测水组 c l d 2 2 5 1 7 9 砂岩、叶岩夹煤层 古 i 一 灰岩、生物屑灰岩、底部见砂岩 西 石炭系 石磴子组c l d i 3 删主寻r ”。一“”。”。 生 下统 刘家塘组c 。y 3 5 7 - 5 5 0 7 荨喜嚣黼灰岩、泥灰 运 界 孟公坳组c 。旷7 3 - 2 5 8 耋翥霎兰茎爿匕部灰岩、泥灰岩 动 岩关阶 邵东组c l y i 2 5 8 。萎萎荨喜、叶岩夹灰岩南部灰 泥盆系上统 锡舢组陋2 2 - 2 5 0 考篙裟下段灰 2 1 1 下石炭统 2 1 1 1 岩关阶 1 ) 邵东组 岩性变化较大，自南而北，海相碳酸盐成分减少，陆源碎屑物质逐渐增多。 在南部的零陵、新田、道县、江永、江华及宜章地区全为较纯的碳酸盐岩沉积， 岩性单一稳定，主要为厚层状中厚层状的生物碎屑灰岩及泥晶灰岩，产珊瑚及 腕足化石。向北至涟源、邵阳一带，剖面中砂泥质逐渐增多，并且在邵东组的中 6 硕士学位论文 第二章湘中地区石炭系地层及沉积特征 部有0 8 m 左右厚度的铁矿层，主要为含鲕绿泥石铁矿。再向北至涟源仙洞一带， 邵东组几乎全变为陆源碎屑砂泥质沉积，主要由细粒极细粒的石英砂岩、粉砂 岩、泥岩组成，在中部夹有薄煤层。砂岩全由石英组成，磨圆度为次棱角棱角 状，分选中等。泥岩中含有较多的白云母碎片。砂岩层面或泥岩中的生物扰动现 象、遗迹化石较多。另外，本区生物化石在横向上也呈现出规律变化，在南部主 要为珊瑚及腕足，而在北部则以腕足化石为主。本组厚几十米，在北部厚度增大。 2 ) 孟公坳组 岩层厚度变化较大，西部涟源、邵阳至江华一线厚度一般为1 0 0 2 0 0 m ，最 厚达3 0 0 m ，东部较薄，且以新田至祁东一线最薄，一般为几十米。局部地区沉 积有煤、铁、磷等矿产。生物群面貌南部以珊瑚为主，往北腕足、珊瑚极为繁盛。 自南而北，陆源碎屑物质含量逐渐增高。在隆回、祁东、耒阳、汝城一线以南， 孟公坳组几乎全由碳酸盐岩组成，岩性主要为灰黑色灰色中厚层厚层状泥晶灰 岩、生屑泥晶灰岩，另外还有亮晶砂屑灰岩、亮晶藻屑灰岩及白云质灰岩。南部 碳酸盐岩分布范围较邵东组要广，说明由邵东组至孟公坳组海侵范围逐渐增大。 向北至新邵龙头坳，孟公坳组中的砂泥质含量增高，主要由泥晶灰岩、生屑泥晶 灰岩、泥灰岩、泥岩及细粒石英砂岩、粉砂岩组成。生物化石以腕足为主，珊瑚 次之，另有海百合茎、苔藓虫及植物化石。再往北至涟源、新化等地，砂泥质含 量甚高，下部为砂岩、砂质泥岩、泥岩夹泥灰岩、灰岩，上部则为生物碎屑泥晶 灰岩、泥晶灰岩夹海百合茎亮晶灰岩及叶岩和砂岩，局部灰岩及砂岩中生物遗迹 化石丰富。涟源仙洞、新邵等地夹有1 2 层薄煤层。 3 ) 刘家塘组 岩性主要为生物碎屑泥晶灰岩、泥晶灰岩与泥灰岩互层。上部夹有鲕状泥晶 灰岩，在岩性上与孟公坳组无多大差别，唯该组有机质含量高，生物扰动构造强 烈，遗迹化石丰富。中部夹有钙质泥岩、泥岩及粉砂岩，局部地区如江华、涛圩 等地夹有具工业价值的磷块岩2 4 层。生物化石以腕足为主，次为珊瑚，另外还 有一些海百合茎、苔藓虫、瓣腮类及介形虫。在刘家塘组地部及上部，局部地区 群体珊瑚化石极为丰富，局部富集成层，形成生物滩。 2 1 1 2 大塘阶 1 ) 石磴子组 石磴子组在湘中地区为一套海相碳酸盐岩沉积，厚1 1 8 3 6 2 8 m ，一般在 1 0 0 2 0 0 m 左右，区内岩性变化不大，主要为中厚层状的生物碎屑灰岩，含生屑 泥晶灰岩，中间夹泥晶灰岩、泥灰岩、钙质泥岩及亮晶藻屑灰岩及砂屑灰岩，在 底部夹有薄层的钙质砂岩及粉砂岩，局部地区中间夹有沥青质泥灰岩，生物化石 7 硕士学位论文第二章湘中地区石炭系地层及沉积特征 以珊瑚、腕足为主，其次为少量的海百合茎、筵、三叶虫及腹足类。南部产珊瑚 较北部为多。在本组的底部及中部，生物遗迹化石异常丰富，局部生物潜穴可富 集成层。 2 ) 测水组 岩性为一套海陆过渡相的陆源碎屑含煤层系，在湘中及湘南地区广泛分布。 该含煤岩系在湘中的新化、涟源、双峰、邵阳一带十分发育，煤层发育较好，已 是较重要的煤炭基地。而在湘南及湘东地区，煤层则发育较差。其中在金竹山、 涟源沙坪以及双峰太平寺、坳头山均厚达1 4 0 2 2 0 m ，是两个沉积中心。而在靠 近北部雪峰古陆地区如新化东庄、桃江灰山港厚度则小于8 0 m 。测水组一般可分 为上下两段，下段约6 0 m 左右，主要由黑色泥岩、粉砂岩夹石英砂岩和煤层组 成，含有1 7 层煤，可采及局部可采可达4 层。上段厚约8 0 m 左右，其下部由 石英砂岩夹粉砂岩、泥岩和薄煤层组成，上部由灰岩、泥灰岩、砂岩和泥岩组成， 含正常的海相动物化石。f u c u s o p s i s 痕迹化石组合在测水组的潮坪泻湖沉积中最 为典型【删。 3 ) 梓门桥组 分布范围基本与测水组一致。下部主要为中厚层状的生物碎屑灰岩、泥晶灰 岩与泥灰岩和泥岩互层，上部则主要为中厚层至厚层状的生屑泥晶灰岩、泥晶生 屑灰岩及泥晶灰岩夹泥灰岩，顶部含多层燧石结核，似层状分布。另外，还有少 量亮晶生屑灰岩、亮晶砂屑灰岩及亮晶球粒灰岩。局部含有白云质灰岩及白云岩。 在郴州、耒阳地区，梓门桥组则几乎全由厚层至巨厚层状的白云质灰岩及白云岩 组成，其中含有大量的珊瑚化石。在邵东、邵阳、涟源地区，梓门桥组中含有具 工业价值的石膏2 - 4 层。在局部地区例如金竹山梓门桥组底部夹有薄煤线。生物 化石极为丰富，主要为珊瑚、腕足，此外尚有较多的苔藓虫、海百合茎、瓣腮、 有孔虫及筵类。 2 1 2 上石炭统 上石炭统地层在全区范围内较为稳定，变化不大。 1 ) 黄龙组一 下部主要为厚层至巨厚层状的生物碎屑灰岩、含生屑泥晶灰岩、泥晶灰岩、 白云质灰岩，夹白云岩及少量亮晶生屑灰岩及亮晶砂屑灰岩。生物化石有筵、有 孔虫，底部含有较多的珊瑚、腕足、海百合茎化石，有时可见块状群体珊瑚。上 部主要为灰色厚至巨厚层状的白云岩、灰质白云岩夹白云质灰岩。白云岩中极少 见到生物化石。在西南部隆回、滩头、洞口严塘、邵阳、东安、零陵上河、江华 等地，黄龙组全为白云岩夹灰质白云岩，生物化石极为稀少。然而在邵东一带， 黄龙组则主要由灰色厚层状泥晶灰岩、生物碎屑泥晶灰岩组成。仅局部夹白云质 8 硕士学位论文第二章湘中地区石炭系地层及沉积特征 灰岩。 2 ) 船山组 船山组较黄龙组岩性较为单一，变化不大，主要为灰色厚层至巨厚层状的生 物碎屑泥晶灰岩、含生屑泥晶灰岩、泥晶灰岩夹白云质灰岩、白云岩，局部可见 亮晶灰色灰岩、亮晶藻屑灰岩、亮晶砂屑灰岩，在零陵、道县等地，船山组全由 白云岩及灰质白云岩组成，生物化石稀少。而在邵东的左山冲羊家尾一带，船 山组则几乎全由灰岩组成。船山组生物化石主要为筵及有孔虫，此外尚有极为破 碎的珊瑚、腕足、腹足类、海百合茎、苔藓虫等生物碎片，在上部还出现有葛万 藻。 从上述可以看出，白云岩在各地含量不一，无论是在横向上还是在垂向上均 表形出较大的差异，即使在同一岩层中也表形出由灰岩白云质灰岩白云岩的逐 渐过渡现象。另外白云岩交代灰岩的程度也不相同，交代强烈者，原始结构面貌 消失殆尽，全由细晶。粗晶的白云岩组成，交代不够强烈者，尚可见到原始结构 面貌。由此可见，上石炭统白云岩主要为成岩交代作用形成。 2 2 石炭系沉积环境 湘中地区乃至整个湖南地区石炭系沉积类型多种多样，不仅有海相的碳酸盐 岩沉积，而且也有过渡相的陆源碎屑岩沉积。由于本区独特的古地理、古气候和 古构造条件的约束，导致了其独具特色的沉积面貌。 晚泥盆世末期，地壳上升，海水深度逐渐变浅。在湖南境内形成了以含植物 和鱼类化石为特征的滨海砂泥质沉积。在泥盆纪海水尚未全部退出之际，湘中、 南地区又迎来了大规模的石炭纪海侵。海水自西南入侵，重新淹没和加深了泥盆 纪海盆，海域范围向北扩大至长沙、益阳、安化、洞口至城步一线，成为石炭纪 最初的海岸线。石门、澧县一线以南和怀化、沅陵、安化、常德、平江一线以北 的地区，在整个石炭纪期间，一起隆起成陆，处于剥蚀状态，成为陆源碎屑的供 应区域。而在其东南的湘中南广大海域内，则形成厚达一二千米石炭纪碳酸盐岩 夹陆源碎屑岩沉积。 在石炭纪的不同发展时期，以及同一时期不同地区之间，沉积环境各不相同。 同一地区随着海平面的波动，沉积环境也处于不断变化之中，因此我们必须从垂 向上和横向上结合起来分析问题，才不至于得出片面的结论。下面综合叙述本区 石炭纪地质历史时期中所见的沉积环境类型及其沉积物特征。 2 2 1 陆源碎屑岩沉积环境 在平面上看，湖南北部靠近雪峰古陆边缘，发育有较多的陆源碎屑物质，在 垂向上，除测水组几乎全由陆源碎屑物质组成之外，邵东组、孟公坳组也含有陆 9 硕士学位论文第二章湘中地区石炭系地层及沉积特征 源碎屑沉积。在其它组内也可以见及，但含量不多。 1 ) 浅海 主要由灰黄色黄色的泥岩、钙质泥岩、砂质泥岩夹细粒石英砂岩、粉砂岩、 泥灰岩和灰岩组成。有小型交错层理及小波痕水平层理发育，含有正常海相动物 化石如珊瑚、苔藓虫、海百合茎、筵、有孔虫等。 2 ) 滨海 主要由薄层。中厚层状的细中粒石英砂岩、石英砾岩及含砾石英石英组成， 中间夹有粉砂岩及泥岩，含有少量植物化石碎片。发育有海滩交错层理、各种小 型交错层理、波痕、干裂、雨痕等。滨海及浅海陆源碎屑沉积环境主要见于测水 组上部及邵东组上部。 3 ) 障壁砂坝 主要由结构成熟度高的细粒中粒石英砂岩组成，局部含有砾石。具向上变 粗的逆粒序，发育有低角度海滩交错层理、大型交错层理、小波痕、雨痕等。主 要见于测水组。 4 ) 滨海泻湖 主要由灰黑色及黑色的泥岩、砂质泥岩、粉砂岩组成，中