含煤岩系沉积特征

1.艾维尔沟矿区

艾维尔沟矿区早、中侏罗世地层发育比较齐全，出露也十分完好，实测剖面总厚度1530.64 m（其中，早、中侏罗世地层厚1359.14 m），八道湾组，厚548.02 m；三工河组，厚156.05 m；西山窑组，厚655.07 m。八道湾组是该区主要含煤地层，艾维尔沟煤矿主采煤层即赋存于八道湾组中（图2-4）。

（1）八道湾组沉积特征

图2-4 吐哈盆地地层柱状图和沉积相

八道湾组岩性以粗碎屑岩为主，主要有砾岩、含砾粗砂岩、中砂岩、细砂岩、粉砂岩、泥岩及炭质泥岩和煤层，含大量菱铁质薄层及菱铁质结核。煤层编号从上往下依次为C1、C2、C3～C12。八道湾组各分段沉积特征及沉积环境如下：

1）C12～C10含煤段：形成于在晚三叠世浅湖相基础上发育而来的辫状河三角洲体系及辫状河体系中，沉积物主要为砾岩、含砾粗砂岩与中砂岩、细砂岩及粉砂岩、泥岩互层，发育大型板状交错层理和大型槽状交错层理。沉积相主要有辫状河道、辫状分流河道、砾质河口坝、分流间湾及前三角洲等。该段含煤3～4层，包括C12、C11、C10含煤层组，其煤层较薄，厚度均小于lm，并且结构复杂。含煤性差的原因可能是由于砾质辫状河快速充填过程中成煤环境不稳定。该段为一个总体变浅序列。

2）C10～C8含煤段：为曲流河三角洲体系下的沉积，沉积物主要为中粒砂岩、粗粒砂岩、细砂岩及粉砂岩与泥岩的互层，发育大型板状交错层理、大型槽状交错层理及大型楔状交错层理，既有发育冲刷面及向上变细序列的三角洲平原分流河道，又有向上变粗序列的三角洲前缘河口坝等沉积相类型。该段主要为三角洲平原环境，沉积相主要有分流河道、河口坝、决口扇、分流间湾、湖湾及泥炭沼泽等类型。该段下部表现为水进序列，向上则表现为正常进积序列。水进序列中形成的煤层不好，该段只有顶部的C8煤层较厚，约2 m。

3）C8～C5含煤段：该段为曲流河体系或上三角洲平原环境的沉积，发育典型的曲流河旋回序列，每一旋回底部为冲刷面，其上的河床滞留沉积为含树干化石的砂质砾岩，再向上为发育大型板状交错层理和大型槽状交错层理的点砂坝砂岩，最上部为天然堤、决口扇及泛滥盆地的细粒沉积厚度1～5 m。

4）C5～C1含煤段：该段为水体重新变深过程中发育的三角洲体系的沉积，表现为水进型三角洲序列，沉积物主要为中砂岩、细砂岩、粉砂岩及泥岩，局部见砾岩透镜体。砂体中发育大型板状交错层理、大型槽状交错层理、大型楔状交错层理以及包卷层理等层理构造，并可见到泥砾及煤砾。灰黑色泥岩层位见动物化石及完整叶片化石。该段沉积相主要有水下分流河道、河口坝、远砂坝、分流间湾、前三角洲及湖湾等。水进过程中沉积环境不稳定，所形成的煤层较薄且结构复杂。牛轭湖沉积环境比较稳定，所形成的煤层厚度大且分布广泛。

整个八道湾组沉积序列表现为，首先是辫状河三角洲快速充填，然后在此基础上发育曲流河三角洲体系，这一阶段由于水体深度不稳定，所以形成的煤层一般较薄，只有在随后的曲流河体系或上三角洲平原稳定发育阶段才形成厚度较大、分布稳定的煤层。上部水进序列中的三角洲，成煤仍然较差。

（2）三工河组沉积特征

吐哈盆地艾维尔沟区三工河组厚度大，岩性单一，主要为灰黑色页岩，局部夹条带状粉砂岩。细砂岩，发育沙纹层理和波痕，属于滨湖沉积。顶部则有三角洲分流河道和远砂坝砂体。吐哈盆地三工河组中未见煤层。

该组可见动物化石，为典型的开阔湖泊沉积，并以半深湖沉积为主。上部夹有数层薄至中厚层状的砂岩。

（3）西山窑组沉积特征

该区西山窑组是在充填三工河组开阔湖泊的基础上形成的，可能是距物源区较远或盆地沉降过快的缘故。整个西山窑组表现为稳定的水下三角洲环境的景观，沉积相主要有水下分流河道、分流间湾、河口坝、远砂坝、前三角洲及开阔浅湖等，局部见到分流间湾泥炭沼泽。该组煤层层数少且较薄，一般小于1 m。该组在野外常见到灰白色的透镜状砂体有规律地斜列现象，反映了树枝状水下分流河道的迁移特征。

2.桃树园矿区

桃树园剖面早、中侏罗世地层包括八道湾组、三工河组及西山窑组，总厚382.08 m，八道湾组厚113.12 m；三工河组厚100.08 m；西山窑组厚168.79 m。八道湾组和西山窑组各有1层可采煤层，是221兵团桃树园煤矿的主采煤层（图2-4）。

八道湾组是在充填晚三叠世湖泊相沉积物的基础上形成的辫状河体系的沉积，其底部为早侏罗世初期盆地重新沉降期在湖泊背景下形成的辫状河三角洲体系。沉积三工河组时湖泊处于扩张期，湖平面升高。吐哈盆地普遍发生湖侵，桃树园因距物源区较近，在三工河组沉积初期沉积物仍较粗，以特征的灰绿色细砾岩为主，横向分布较为稳定。这套砾岩是在湖平面抬升过程中形成的水进型三角洲沉积，灰绿色砾岩本身反映三角洲前缘河口坝或湖滩沉积，而湖侵最大期，则形成了三工河组典型的褐色、褐灰色页岩，并含叠锥灰岩。三工河组上部发育湖滨砂坝及三角洲远砂坝，岩性为具沙纹层理及波痕的粉砂岩和中砂岩、细砂岩，反映湖泊在高水位稳定期进一步被三角洲充填的过程，其结果是形成西山窑组下部的曲流河三角洲体系，并在下三角洲平原上发生聚煤作用，形成该区主采煤层。西山窑组上部重新发育的水上砾质辫状河道透镜状砾岩体，属于辫状河三角洲体系的沉积。

3.七泉湖矿区

七泉湖红星煤矿剖面八道湾组下部因在背斜轴部而出露不全，其余早、中侏罗世含煤地层均出露良好。该区八道湾组厚338.49 m；三工河组厚212.22 m；西山窑组厚357.32 m（图2-4）。

八道湾组含有1层煤层，厚5～14 m，俗称“红灰槽煤”，位于八道湾组中部。以该煤层顶板为界，可将八道湾组分为上、下两段：下段主要为中、细砂岩，粉砂岩及泥岩；中、下部夹数层煤线；顶部为“红灰槽煤”。该段中、下部发育一些河口坝，分流间湾及决口扇等沉积；上部发育分流河道、分流间湾及泛滥平原等沉积。“红灰槽煤”为七泉湖红星煤矿的主采煤层之一，该煤层是在下三角洲平原的分流间湾和泛滥盆地的基础上发育而来的。八道湾组上段表现为水下三角洲的特征，主要有水下分流河道相含泥砾、砂砾的中砂岩、细砂岩，河口坝相具变形层理及包卷层理的中砂岩、细砂岩和粉砂岩以及分流间湾相泥岩等沉积。

三工河组下部为一套厚约150 m的发育包卷层理的巨厚层状砂岩，夹数层砾岩，砂岩中除具包卷层理外，还见到大型板状交错层理和大型槽状交错层理，代表着水进型水下三角洲沉积，具大型板状交错层理及大型槽状交错层理的巨厚层状砂岩为水下分流河道沉积，发育包卷层理的巨厚层状砂岩为河口坝沉积，所夹砾岩可能为水下重力流的沉积。三工河组上部为区域性分布的褐灰色泥岩，是典型的开阔湖相泥岩。

西山窑组下部为在充填三工河组沉积期开阔湖泊的基础上形成的三角洲前缘、三角洲平原沉积，尤其是接近大槽煤层附近，主要为下三角洲平原的沉积类型，南槽煤层主要是在分流间湾泥炭沼泽中形成。北槽煤层可能是在沉积环境进一步变浅的基础上在上三角洲平原的分流间区或泛滥盆地泥炭沼泽中形成。西山窑组上部主要为水下三角洲的细粒沉积，岩石类型主要有粉砂岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，夹数层细砾岩和中砂岩、细砂岩，沉积相主要为河口坝、远砂坝及前三角洲等。西山窑组在七泉湖地区表现为先变浅形成煤，然后又变深的环境演化过程。

4.柯柯亚矿区

柯柯亚一带八道湾组和三工河组发育较好，西山窑组仅下部在向斜轴部出露，八道湾组、三工河组及西山窑组底部地层厚535.77 m，八道湾组厚356.66 m；三工河组厚93.54 m；西山窑组厚68.75 m（图2-4）。

八道湾组有明显的上、下段岩性分异，下段为厚至巨厚层透镜状砾岩与砂岩、粉砂岩互层，主要是在晚三叠世末—早侏罗世初期盆地重新沉降期，进一步充填晚三叠世开阔湖泊的辫状河三角洲沉积。该辫状河三角洲发育有阶段性，在其稳定阶段，在三角洲平原上形成了巨厚层状的煤层。北槽煤层形成期沉积环境比南槽煤层形成期更为稳定。因此，北槽煤层厚度较大。两层煤的合并现象充分说明南槽煤层形成后仍有沉降作用发生，其结果是在早期泥炭沼泽中进一步发育分流河道或决口扇沉积。八道湾组上段以典型的透镜状叠置的砂质砾岩及含砾粗砂岩为特征，透镜状砂体底部为冲刷面，其上为铁质胶结的紫红色砾岩，向上逐渐变为含砾粗砂岩和砂岩，见少量菱铁质结核，该段为典型的辫状河体系的沉积。

三工河组在吐哈盆地台北凹陷以典型的棕灰色页岩为特征，俗称“毡子层”。页岩中含动物化石，具水平层理，是典型的开阔湖相沉积。在这层“毡子层”之下，也就是三工河组下部，一般发育有厚层状砾岩或粗砂岩。柯柯亚一带三工河组下部以水进型辫状河三角洲沉积为特征，沉积物为横向分布较为稳定的砾岩，其中发育逆粒序层理；顶部向西山窑组过渡阶段，发育正常进积的曲流河三角洲，有分流河道、分流间湾、河口坝、远砂坝及前三角洲沉积。

西山窑组底部即为正常的曲流河三角洲沉积，可见向上变粗和又变细的三角洲旋回，这一阶段的砂体明显比八道湾组的砂体要稳定。

5.三道岭矿区

三道岭含煤地层厚555 m。其中，八道湾组及三工河组地层较发育，八道湾组厚230.50 m。该组地层上部以灰色、深灰色细砂岩、粉砂岩和煤为主，夹灰色粗砂岩、砾岩。砾岩成分主要为流纹岩及板岩为主，属哈密凹陷早期发育的辫状河或辫状河三角洲沉积（图2-4）。

三工河组以砾岩层之上的一段细粒沉积为代表。中侏罗世沉积特征反映出盆地逐渐沉降，水体逐渐变深的一个过程。在西山窑组沉积时期发育的沉积相主要有远砂坝、河口坝、水下分流河道、分流间湾、浅湖、湖湾、湖岸砂坝，以及浅湖风暴沉积等，总体为一种水下三角洲和滨浅湖的景观，整个剖面主要为中厚至厚层状细砂岩、粉砂岩和泥岩互层，夹7层（K1～K7）砂岩体。这些砂岩体就是该区西山窑组的分流河道沉积，其他的细砂岩和粉砂岩主要为河口坝、远砂坝或湖滨砂坝沉积。泥岩主要于浅湖和湖湾环境形成，其特征是泥岩中含完整植物叶片化石及镜煤化树干，并常见菱铁质结核。浅湖沉积中还可见到动物化石，常夹有具小型沙纹层理和砂泥薄互层层理的粉砂岩、细砂岩。湖湾沉积中则常含炭质泥岩或薄煤层及相伴的根土岩。

该区含煤层6～7层，从上往下编号为一、二、三……七号煤层，其中四号煤层在该区发育最好，分布最广，厚度最大，是露天矿主采煤层。从层序上看，三、四、五号煤层是在三角洲平原环境中形成，一、二号煤层则可能是在湖湾基础上形成的。从五号、四号煤层到一号煤层，沉积序列反映出沉积环境水体逐渐变深的过程，在此过程中形成的煤层越来越薄。在西山窑组上部盆地重新抬升，水体又开始变浅，在西山窑组沉积末期又发育辫状河和曲流河冲积平原环境。由于三道岭区在西山窑组沉积期水体总体上相对较深，所以在湖湾、分流间湾及浅湖环境中常保存完整的压扁状镜煤化植物树干。