大柳塔煤矿活鸡兔井田侏罗系延安组高分辨率层序地层及聚煤规律研究.pdf

第56卷第3期 2020年5月 地质与勘探 GEOLOGY AND EXPLORATION Vo l . 56 No . 3 Ma y, 2020 （油 九资源（ do i 10. 12134/j. dzyk t .2020.03.014 大柳塔煤矿活鸡兔井田侏罗系延安组高分辨率 层序地层及聚煤规律研究 崔春兰打李斌1,任玺宁1,罗群2,董振国靳晓. （1.神华地质勘查有限责任公司，北京102249 ；2.中国石油大学（北京），北京100049） ［摘 要］根据高分辨率层序地层学理论对大柳塔煤矿活鸡兔井田侏罗系延安组进行层序地层划 分，并结合沉积环境分析，研究延安组煤系地层的聚煤规律。研究结果表明活鸡兔井田侏罗系延安组 可以划分出3个长周期基准面旋回，8个中周期基准面旋回,15-18个短周期基准面旋回。长周期基准 面旋回对应于陆相坳陷盆地初始沉降、扩张、萎缩过程，其地层组合序列记录了湖水超覆、扩展以及退缩 的沉积地质历史。延安组煤层形成于三角洲泛滥平原沼泽及三角洲湖泊沼泽两种沉积模式，其中5 煤.2-2上煤、1 -2煤、1 -2上煤形成于三角洲泛滥平原沼泽环境，主要位于短、中周期沉积基准面上升半 旋回的晚期或下降半旋回的早期，可容纳空间增加与沉积物供给速度较平衡，沉积厚度较大，分布较稳 定，但经历了异地搬运，局部冲刷现象明显，为三角洲泛滥平原沼泽沉积模式；而4煤、3 - 1煤、2 - 2煤 则形成于三角洲湖泊沼泽，主要位于短、中周期基准面下降半旋回，沉积物供给难以满足可容纳空间的 增长速度，煤层厚度较薄，分叉、合并现象明显，空间分布不稳定，未经历异地搬运沉积，无冲刷现象发 生，为三角洲湖泊沼泽沉积模式。 ［关键词］ 层序地层 沉积微相 聚煤规律 基准面旋回 侏罗系 延安组 活鸡兔井田 大柳塔煤矿 ［中图分类号JP539.2 ［文献标识码］A ［文章编号J0495 -5331（2020）03 -13 Cui Ch unl an, Li Bin, Ren Xining, Luo Qun, Do ng Zh eng uo, Jin Xiao do ng・ ・ Hig h -r eso l ut io a seq uence st r at ig r aph y and co al accumul at io n l aw o f Jur assic Yanan Fo r mat io n in t h e Huo jit u minefiel d o f t h e Dal iut a co al mine ［ J ］. Geo l o g y and Ex pl o r at io n ,2020,56（3） 0614 -0626・ ・ 0引言 大柳塔煤矿活鸡兔井田是国家能源集团神东煤 炭分公司的主力生产矿井，储量巨大。该区煤层呈 多层分布于中生界延安组巨厚碎屑岩中（焦养泉 等， ，1992）。虽然延安组地层总体产状平缓，空间分 布稳定，但单个煤层厚度不大，煤层间距较小（（5〜 30 m）,使得开采难度增大。近年来，随着煤田勘 探、开发的迅速推进，发现煤层厚度及其上下地层的 叠置模式在时空上变化较大，特别是中部煤层厚度 较小（ （0.3〜1.5 m）,但分叉、合并、尖灭现象明显， 而上部或下部煤层虽然相对较厚（（1.5〜5.0 m）,却 因受河道冲刷后，部分地区煤层有明显减薄现象，在 多个钻孔中得到验证。煤层间河道砂体纵向、横向 均变化较大，导致全区煤层及煤系地层缺乏可靠的 对比标志，依靠经验很难精细地进行煤层对比以满 足生产需求,迫切需要从地质学理论上进行分析、总 结，为煤田勘探、开发提供理论依据。 高分辨率层序地层学自1995年引入中国以来 迅速得到推广，其应用领域由石油地质行业不断 扩展到其他能源地质行业，在勘探中发挥了重要 的理论指导作用（邵龙义等,2009； ；李斌等,2017）。 高分辨率层序地层学是在基于野外露头、岩心、测 井和三维地震等资料的基础上，结合盆地构造分 析，以基准面旋回变化特征为基本单元，对地层旋 回进行精细对比，进而总结地层序列在时空范围 的叠置模式，预测盆地沉积演化规律（邵龙义等， 2009； ；郭立君等， ，2011）。该理论的提出弥补了经 ［收稿日期］2019 -06 -05；［改回日期］2020 -01 -20；［责任编辑］郝情情。 ［基金项目］国家自然科学基金（编号41672118）资助。 ［第一作者］崔春兰（1970年-）,男,1992年毕业于阜新矿业学院，获学士学位，高级工程师，长期从事煤田地质研究。E-ma il1013522284 qq. co mo ［通讯作者］李 斌（1970年-），男,2009年毕业于中国地质大学（北京），获博士学位，高级工程师，长期从事沉积学研究。E-ma ill ib- in 9600 so h u . co mo 614 第3期崔春兰等大柳塔煤矿活鸡兔井田侏罗系延安组高分辨率层序地层及聚煤规律研究 典层序地层学理论，为陆相盆地的地学分析提出 了一种新的方法（邵龙义等,2009）,特别是可容空 间概念的提出，为解释地层的叠置模式及时空分 布提供了创新性的研究思路（黄曼等， ，2007）。应 用可容纳空间变化与煤炭沉积物供给的比率变化 来解释在一个特定周期内煤层厚度变化特征，进 而揭示煤层的聚煤模式，已经成为煤田地质研究 的热点（赵俊兴等,2003）。 很多学者已从鄂尔多斯盆地的沉积环境、岩相 古地理、煤层特征及油气成藏模式等进行了相关研 究，论述煤炭资源主要形成于湖泊-三角洲沼泽或 河流冲积平原沼泽环境（葛道凯等,1990；；吴朝东 等,1996； ；王东东等， ，2012）。但有关聚煤规律的相 关论述，主要侧重于整个鄂尔多斯盆地的构造演化、 地层特征以及沉积相分析方面（张永霖,1983 ； ；刘志 飞等,2018）；有关高分辨率层序地层学原理的应用 主要侧重于油气储层方面的对比分析（杨明慧和刘 池洋,2006； ；郭顺等， ，2010）。目前仍未有应用高分 辨率层序地层对大柳塔矿区开展聚煤规律方面的针 本文充分利用钻孔岩心资料、测井数据,通过对 大柳塔煤矿延安组地层组合特征分析，结合盆地构 造演化特点，进行高分辨率层序地层划分，识别出三 种级别的基准面旋回。在高分辨率层序地层格架内 进行沉积环境研究，解释不同级别基准面变化的时 间范围内沉积盆地时空演化特征，进而研究等时地 层格架下可容纳空间控制下的聚煤规律，对提高煤 层分布规律精细描述的准确性具有重要的意义，并 为下一步煤田地质勘探、开发提供可靠的理论基础， 可以有效地指导煤田地质生产。 1区域地质背景 大柳塔煤矿活鸡兔井田位于鄂尔多斯盆地东北 部伊陕斜坡的边缘（图1;周春光等,1996；；王东东 等,2012）。盆地从中晚元古代以来，在古亚洲、特 提斯和环太平洋三大构造域的作用下，经历了漫长 的地质构造运动，形成了现今四周均被造山带围限 的地形特征南北分别为近东西向展布的秦岭构造 带及阴山构造带，东西则分别为近南北向展布的太 行-吕梁构造带和贺兰山构造带。对性研究报道。 图1大柳塔煤矿活鸡兔井构造位置图 Fig . 1 Tect o nic set t ing a and l o cat io n o f wel l s b o f Huo jit u minefiel d,Dal iut a co al mine 1 -地名；2 -研究区;3 -构造分区；4 一断层;5 -断裂带；6 -钻孔 1 - pl a ce n a me ； 2 - st u d y a r ea ； 3 - t ect o n ic d iv isio n ；4 - fa u l t ； 5 - fa u l t zo n e ； 6 - bo r eh o l e 鄂尔多斯盆地整体发育于华北太古界变质岩系 结晶基底之上，从寒武纪开始沉积，白垩纪末期大部 分地区沉积结束（王东东等， ，2012；；王双明， ，2017）。 鄂尔多斯盆地是一个整体升降、坳陷迁移、构造简单 的大型多旋回克拉通盆地（郭艳琴,2019）。该盆地 早古生代属于整个华北大陆板块的组成部分，其西 北侧为兴蒙海，南部为秦祁海,华北板块处于稳定的 被动大陆边缘陆表海沉积环境，沉积了大套的碎屑 615 地质与勘探2020 年 岩-碳酸盐岩建造。早古生代末期，华北板块南、北 两侧先后发生洋壳俯冲并沿大陆边缘形成加里东褶 皱带，导致华北板块早奥陶世以后隆升为陆,长期遭 受剥蚀、夷平，至晚石炭世华北大陆板块开始沉降, 再次开始接受沉积（赵振宇等，，2012；；王双明， 2017），使得晚古生代沉积了大套海相碎屑岩（杨华 等,2015）。中三叠世末，印支运动发生，西伯利亚 板块与华北板块、扬子板块与华北板块间碰撞、造 山，华北板块内部构造抬升，结束了海相沉积历史， 在华北板块内形成了陆相碎屑岩前陆盆地（李士祥 等,2010； ；杨华等,2015）。侏罗纪时，板块间构造松 弛,南北向挤压力消失。太平洋板块向华北板块俯 冲，华北板块东部强烈抬升，西部地壳相对下沉，形 成了大型中生代陆相坳陷型盆地一鄂尔多斯盆地。 盆地北部发育伊盟古隆起向南与伊陕斜坡构成统一 的稳定斜坡带，为盆地提供了稳定的陆源沉积物，使 盆地中侏罗统沉积了巨厚的内陆碎屑物，其中中侏 罗统延安组为重要的含煤地层，形成了丰富的煤炭 资源。盆地内构造简单，岩层近水平延展，总体为一 向西倾伏的单斜构造带（杨圣彬等， ，2008；；李士祥 等,2010； ；杨华等,2015）。 早、中侏罗世鄂尔多斯盆地经历了盆地的形成、 发展和萎缩、消失的过程。中侏罗世末期发生了燕 山运动，使鄂尔多斯盆地整体构造抬升，发生了短期 的沉积间断（杨遂正等,2006）。白垩纪初，鄂尔多 斯盆地下降,形成了南北向延伸的箕状断陷盆地，大 部分地区接受沉积，形成了下白垩统巨厚的志丹群 红色碎屑岩。晚白垩世,燕山运动加剧，整个鄂尔多 斯盆地构造翻转盆地成为剥蚀区，结束了陆相盆地 沉积历史（张泓等,2008）。 2延安组地层特征 根据钻孔揭露，延安组地层厚度为193. 32 233.56 m,从岩性序列上看，从下向上可以分出5段 岩性序列，分别叙述如下。 （1）延安组第一段（（J-2 /） 从延安组底部至5 - 1煤层顶部。井田内该段 分为上下两段，下部地层发育5 - 1下煤层，该段岩 性以灰白色中-细砂岩为主，夹灰白色粗砂岩，泥质 胶结，碎屑物主要成分为石英、岩屑、长石，分选、磨 圆较差;上部地层以灰-深灰色粉砂岩为主，夹薄层 细砂岩、泥岩，发育波状及脉状层理,可见大量植物 化石碎片。上部地层发育5 - 1煤，煤层厚度为 1.8-2.85 m,分布较稳定，但煤层顶部具有条带状 616 冲刷现象，使煤层剥蚀、削薄，部分地区中仅保留了 0.38 -0.98 m,其顶部砂岩中见大量煤岩撕裂屑或 条带状煤岩纹层组。 （2） 延安组第二段（（J-犷） 该段从5-1煤层顶板至4-2煤层顶部。该段 地层下部以灰色-灰白色中、粗砂岩为主，夹灰色细 砂岩、粉砂岩和粉砂质泥岩,局部夹深灰色泥岩。中 部岩性以浅灰-深灰、灰黑色粉砂岩、砂质泥岩和泥 岩为主，夹灰色细砂岩、灰黑色炭质泥岩、灰色-青 灰色薄层粘土岩，见大量植物化石，该层段夹多层薄 煤层及煤线。该段发育2层煤，煤层厚度一般为0.5 0.9 m,分布不稳定，大部分为不可采煤层。上部 以灰色中-细砂岩为主，夹灰白色粗砂岩、灰色粉砂 岩和粉砂质泥岩。 （3） 延安组第三段（人_2閱） 自4-2煤层顶板至3-1煤层顶部。岩性以灰 色细砂岩和粉砂岩为主，夹灰白色中砂岩、灰色粉砂 质泥岩和泥岩，偶见粘土岩，发育波状层理和小型交 错层理。该段岩层中发育2-3层煤，下部煤层极 薄，呈煤线状，分布极不稳定；上部煤层厚度为 0.18-2.06 m,分布不稳定，空间变化较大。 （ （4） ） 延安组第四段di.y） 该段为3-1煤层顶板至2_2上煤层顶部。该 段可分为上、下两个部分。下部地层以灰色-灰白 色中、细砂岩为主，夹灰白色粗粒砂岩和灰色粉砂 岩,局部含深灰色粉砂质泥岩。上部地层以灰色粉 砂岩为主，夹灰色细砂岩和深灰色-灰色粉砂质泥 岩,局部可见薄层-中厚层状灰白色中砂岩、灰色泥 岩。该段地层发育2层煤（2-2煤、2-2上煤），下 部2-2煤层厚度0.4 -5.2 m,分布不稳定；上部 2-2上煤层厚度0.99 -2. 4 m,分布稳定，但局部有 冲刷、削薄现象,顶部砂岩中可见少量煤岩碎屑及煤 岩纹层。 （5） 延安组第五段（人_2閱） 自2_2上煤层顶板至直罗组底界。岩性组合分 为上下两段。下部地层从2-2上煤层顶板至1-2上 煤层顶板，岩性以灰色细砂岩和粉砂岩为主，夹灰白 色中-粗砂岩，局部夹灰色泥岩和粉砂质泥岩，偶见 薄煤层及炭质泥岩。上部地层从1 -2煤层顶板至 直罗组底界，岩性以灰色-灰白色中、细砂岩为主， 夹灰白色粗砂岩，局部夹灰色粉砂岩，偶见粉砂质泥 岩、泥岩和炭质泥岩。该段发育两层煤，下部1-2 煤层厚度3 -4.93 m,上部1 -2上煤层厚度2. 8 3.87 m,全区分布稳定，但多个钻孔中揭示，煤层具 第3期崔春兰等大柳塔煤矿活鸡兔井田侏罗系延安组高分辨率层序地层及聚煤规律研究 有条带状冲刷、削薄的现象，使部分地区下部煤层最 小厚度为0.61 m,上部煤层最小厚度为1.11 mo其 顶部砂岩中可见大量煤岩碎裂屑或条带状煤岩纹 层组。 3 沉积环境分析 沉积环境控制沉积物的特征（李平等,2018； ；侯 东壮等,2019），聚煤型沉积环境决定了煤层的原始 分布范围、煤层的聚积厚度及变化特征等。前人对 鄂尔多斯盆地的聚煤环境研究很多，大部分学者认 为研究区煤层形成于三角洲沉积环境，根据煤系地 层的组合序列，进一步划分出上三角洲平原沼泽和 下三角洲平原沼泽环境（周春光等,1996；；张泓等, 2008； ；王双明， ，2017）。笔者在勘探实践中发现煤层 的形成不只局限于三角洲平原沼泽一种环境，还存 在其他类型沉积环境。根据岩石组合序列、测井曲 线和植物化石等特征分析，将研究区煤层沉积环境 划分出三角洲泛滥平原沼泽和三角洲湖泊沼泽两种 沉积环境。 三角洲泛滥平原沼泽形成于三角洲靠近陆地一 侧，因物源搬运距离较近，煤层顶底岩层常发育厚层 中、粗砂岩，且河流变道频繁，垂直剖面上出现砂岩 -泥岩交替出现的现象，在河道沉积中发育明显的 正旋回序列，在测井曲线上出现多个钟形或箱形组 合。且三角洲平原沉积因覆水较浅，易于形成生长 大型木本植物为主体的泥炭沼泽，植物茎秆粗大 （图2）,煤层具有条带状和透镜状分布的特征，煤层 中肝石较少，煤层从物源区向汇水区有增厚的趋势。 三角洲泛滥平原沼泽因水面稳定，成煤期形成还原 环境，煤层中多发育大量的黄铁矿结核体。 图2 5-1煤层顶板植物化石 HB124,310.97m Fig . 2 Pl ant fo ssil s o f 5 -1 co al seam r o o f HB124,310.97m 三角洲湖泊沼泽形成于三角洲靠近湖盆一侧， 因物源搬运距离较远，且物源供给不充分，很少发育 厚层的中粗砂岩，煤层顶底板均以粉砂岩、泥岩为 主,有时发育薄层细砂岩，几乎不发育河道沉积的正 旋回序列，测井曲线上多以线性或指形组合为主。 因三角洲湖泊沼泽覆水较深，易于形成以草本植物 或矮小木本植物为主体的泥炭沼泽，植物茎秆细小 （图3）,煤层常以线理状和块状为主。三角洲湖泊 平原沼泽因水面不稳定，成煤期易形成氧化环境，煤 层中很少发育黄铁矿,但煤层中砰石含量较多。 图32-2煤层顶板植物化石 H 8124,192. 82m Fig .3 Pl ant fo ssil s o f 2 -2 co al seam r o o f HB124,192.82m 4高分辨率层序地层划分 高分辨率层序地层研究的思路是以基准面旋回 为时间地层单元进行地层旋回的划分与对比，进而 揭示地层序列在时空方向的演化规律及其成因特 征。在基准面旋回变化过程中，由于可容纳空间与 沉积物供给比值的变化，导致沉积物的沉积厚度、岩 性特征、沉积构造、地层堆积样式、相序、相类型等变 化（梁积伟等,2007）。由于基准面旋回所控制的等 时地层单元内的地层分布有序性和规律性变化，深 刻理解含煤陆相盆地内层序地层的旋回性特征，就 可以准确预测地层的空间变化，并总结其聚煤规律 （梁积伟等,2007； ；魏恒飞等,2012）。基准面旋回是 一个相对完整的时间地层单位,在长期旋回内，还可 根据水平面的周期性变化识别出次一级的中周期旋 回和短周期旋回。一个基准面旋回可以划分出基准 面上升半旋回和基准面下降半旋回两个部分，划分 标准一般由岩性组合与旋回界面组成。在沉积盆地 的不同构造部位和不同的构造时期，基准面上升半 旋回和下降半旋回的地层序列叠置样式、对称性及 旋回性变化较大,需要结合区域地质构造背景、盆地 沉积演化环境以及物源的供应方向、路径以及湖平 面变化等综合因素控制的可容纳空间变化来深入 分析。 通过多个钻孔的岩性、测井资料对比分析,活鸡 兔井田侏罗系延安组可以划分出3个长周期基准面 617 地质与勘探2020 年 旋回（SQ1、SQ2、SQ3） ,8个中周期基准面旋回（（s q l、 sq 2、sq 3、sq 4、sq 5、sq 6、sq 7、sq 8） , 15 〜］8 个短周期基 准面旋回（图4）。其中长周期基准面旋回可以在整 个鄂尔多斯盆地进行对比，记录了一个典型陆相坳 陷盆地的形成、发展和萎缩的过程；而中周期基准面 旋回可以在大柳塔煤矿特定的范围内进行对比，反 映了沉积盆地某一个构造沉降阶段与湖平面变化的 综合过程;短周期基准面旋回可以在盆地内近距离 的范围内对比，反映了同一次小规模构造运动下，湖 平面变化所决定的地层叠置序列。 Hbl 24综合柱状图Hbl 26综合柱状图Hbl 33综合柱状图 岩性符号 1-2 上,3. Im 3-1. 1.3 I 11 CGFR2・m 0 ------ 5000 沉积相 高分辨率 层序地层 短 周 期期期 V A A i 7 V I * A I A V 令1 1 m l.........I 1 ...........2 I.........I 4 二| 道 一道一泽一 道 - 一道一可一泽一原一道 H 聞 1 」 图4 活鸡兔井田层序地层对比图 Fig . 4 Seq uence st r at ig r aph ic ch ar t s o f t h e Huo jit u minefiel d 1 -砂岩;2-粉砂岩;3 -泥质粉砂岩;4-粉砂质泥岩;5-泥岩;6-含碳泥岩;7-煤层;8-含钙泥岩;9-含钙砂岩;10-基准面上升半旋回； 11 -基准面下降半旋回 1 - sa n d st o n e；2 - sil t st o n e；3 - a r gil l a ceo u s sil t st o n e；4 - sil t y mu d st o n e ；5 - mu d st o n e ；6 - ca r bo n a ceo u s mu d st o n e ；7 - co a l sea m ；8 - ca l ca r eo u s mu d st o n e ； 9 - ca l ca r eo u s sa n d st o n e ； 10 - ba se l ev el r isin g h a l f cycl e ； 11 - ba se l ev el fa l l in g h a l f cycl e （1）长周期基准面旋回 经沉积学、高分辨率层序地层学综合研究，多个 钻孔资料综合对比，划分出三个长周期基准面旋回 （SQ1、SQ2、SQ3）。长周期旋回的界面一般为不整 合面或岩性序列的转化界面（赵俊兴等,2003 ； ；邵龙 义等,2009 ；程岳宏等,2015 ； ；赵俊斌等,2015）。 SQ1底界为下侏罗统富县组与中侏罗统的沉积 间断面，为一重大不整合面，在鄂尔多斯南部表现明 618 第3期崔春兰等大柳塔煤矿活鸡兔井田侏罗系延安组高分辨率层序地层及聚煤规律研究 显,前人多有报道（杨遂正等,2006）。该地层序列 为坳陷盆地初始形成时期,构造运动活跃，物源供给 充分条件下沉积的地层序列，总体上以砂岩、粉砂岩 为主，粒度较粗，夹部分粉砂岩、泥质粉砂岩。5-1 煤层位于该基准面旋回内。测井曲线上表现为3个 高幅度箱形-钟形组合夹两段低幅锯齿状指形组 合。该旋回的MFS位于5-1煤层的中间部位，其 下部为退积序列的正旋回地层组合，测井曲线表现 为钟形，为基准面上升半旋回；上部为三个进积序列 的反旋回地层组合。因坳陷盆地初始形成时，物源 供给充分，可容纳空间的变化较大,SQ1为非对称性 基准面旋回基准面上升半旋回厚度明显小于基准 面下降半旋回，其比例为13,该旋回总体为退积型 旋回。 在湖平面上升达到一定高度后，陆源物质向湖 盆内的供给速率降低，且向陆内退积,在湖盆边缘一 定范围内形成了三角洲泛滥平原沼泽环境，生长了 密集、高大的植物，为煤炭的形成提供了物质基础。 但随着构造运动加剧，物源供给向湖盆内进积，原已 形成的沼泽环境破坏，成煤物质生产停止。在坳陷 盆地初期成煤时，构造运动相对活跃，此时可容纳空 间的增加速率与成煤物质的供给速率接近或达到平 衡时间中等,形成的煤层厚度中等，全区分布稳定。 但是，成煤环境结束后，煤层之上多沉积了河道砂 体，常对其下煤层冲刷、改造，所以在局部地区煤层 呈条带状冲刷剥蚀，煤层之上的砂岩底部可见冲刷 面，砂岩中可见大量的煤岩碎屑及煤岩撕裂屑等。 SQ2底界为延安组内部岩性、岩相转换界面，也 是沉积环境的重要转折界面，其下为粗粒碎屑岩为 主，其上则明显转化为以细粒粉砂岩、泥质粉砂岩为 主的地层序列。从测井曲线上可以得到很好的验 证界面之上GR曲线振幅整体发生较大规模的减 小,但其频率增加，反映了构造沉降加大后，物源供 给不充分，湖平面整体上升后构造强度减弱的沉积 过程，为坳陷盆地发展期的典型特征。4煤组、3-1 煤、2 -2煤层位于该基准面旋回内，煤层厚度较小， 且煤层分布不稳定，分叉、合并现象常见。SQ2为近 对称型基准面旋回，其上升半旋回厚度与下降半旋 回厚度接近，该旋回为加积型基准面旋回。岩性特 征上基准面上升半旋回与下降半旋回均为加积型地 层组合，但基准面下降半旋回中出现一段较厚的中、 粗砂岩。测井曲线上表现为基准面下降半旋回中具 有振幅增加、频率降低的趋势。SQ2中煤层一般形 成于湖盆周缘湖水较深的湖泊沼泽环境，湖平面适 中，光照充分，适宜于植物生长，为煤炭的形成提供 了物质基础。但湖平面的频繁变化使植物生长环境 难以长时间持续维持，特别是湖水淹没沼泽地区时， 植物生长环境遭受破坏，煤层的形成环境不稳定，煤 层厚度较薄，并出现分叉、合并现象。此时物源供给 不充分，难以满足可容纳空间的增加幅度，煤层多为 近源沉积，未见煤层被冲刷、剥蚀的现象。SQ2中基 准面下降半旋回中物源供给速率增加，其煤层厚度 明显大于发育于基准面上升半旋回煤层厚度，且煤 层间距加大。 SQ3底界为2-2煤层的顶界，是岩性、岩相变 化的重要转折面,其下为粉砂岩、泥质粉砂岩为主的 细碎屑岩组合，其上为中、粗砂岩为主的粗碎屑岩组 合。从测井曲线上看，界面之下总体为低幅、高频的 锯齿状指形组合，其上为振幅较高的几个箱形或钟 形组合。SQ3基准面旋回顶界为延安组与直罗组之 间的界面，岩性上变化明显，从灰色砂岩为主的岩性 组合直接转化为灰绿色粉砂岩、泥岩。SQ3形成于 坳陷盆地萎缩期,SQ3结束后进入直罗组早期，坳陷 盆地开始构造翻转，一些地区可见不整合面。该旋 回形成时，构造活动加剧，物源供给充分，但构造活 动频率降低,湖平面变化相对稳定，沉积了多套厚层 的粗碎屑岩。MFS位于1-2煤层的中部，其下为基 准面下降半旋回，其上为基准面上升半旋回。SQ3 为对称性基准面旋回，该旋回总体为加积型旋回。 上升半旋回以中、细砂岩、粉砂岩夹泥岩为主，下降 半旋回则以中、粗砂岩夹粉砂岩为主,岩石粒度明显 变粗。测井曲线上，上升半旋回表现为振幅中等的 四个漏斗形-箱形组合，而下降半旋回则表现为振 幅较高的两个大型的钟形组合。该旋回内发育2- 2煤、1 -2煤、1 -2上煤层，煤层均生成于三角洲平 原沼泽环境。此时湖盆开始萎缩，湖盆周缘原SQ2 三角洲湖泊消失，地形高度增加，物源供给丰度增 加，形成了三角洲平原环境，分流河道星罗棋布，沉 积了厚层砂岩、粉砂岩组合，当降雨量增加，湖平面 再度上升时，在湖盆周缘形成了泛滥平原沼泽环境， 生长了密集、高大的植物群落,为煤炭的生成提供了 物质基础。在坳陷盆地萎缩期，构造活动的频率降 低，使泛滥平原环境相对稳定，植物生长繁茂，使可 容纳空间的增加速率与成煤物质的供给速率维持平 衡的时间较长，所以该基准面旋回内沉积的煤层厚 度较大，但煤层顶部常受分流河道的强烈冲刷改造， 呈条带状剥蚀削薄，在煤层顶部可见明显的冲刷面, 在顶板粗砂岩中局部可见煤岩撕裂屑。 619 地质与勘探2020 年 （2）中周期基准面旋回 研究区共识别出8个中期基准面旋回（（s q l、 sq 2、sq 3、sq 4、sq 5、sq 6、sq 7、sq 8 ） o s q l位于SQ1下部，为一个对称型基准面旋回， mfs位于5 -1煤层中间。5 -1煤层下部为一个粒 度向上变细的正旋回，测井曲线上表现为钟形组合; 5 - 1煤层上部为一个粒度向上加粗的反旋回，测井 曲线上表现为箱形组合。 sq 2位于SQ1上部，为一个近对称型基准面旋 回，mfs位于岩性突变处。基准面上升半旋回为一 个粒度向上变细的正旋回，测井曲线上表现为高幅 锯齿状指形组合;基准面下降半旋回为一个粒度向 上加粗的反旋回，测井曲线上表现为两个箱形组合。 sq 3位于SQ2下部，为一个退积型基准面旋回， mfs位于4-2煤层顶部。基准面上升半旋回为一 个粒度向上变细的正旋回，以粉砂岩、泥岩、煤层为 主,测井曲线上表现为高幅锯齿状指形组合;基准面 下降半旋回为一个加积型地层序列，以粉砂岩夹泥 岩为主，测井曲线上表现为低幅锯齿状线型组合。 sq 4位于SQ2中部，为一个进积型基准面旋回， mfs位于一层煤线顶部。基准面上升半旋回为一个 粒度向上变细的正旋回，以粉砂岩、泥岩为主，测井 曲线上表现为低幅锯齿状小钟形组合;基准面下降 半旋回为一个加积型地层序列，以粉砂岩夹泥岩为 主，测井曲线上表现为钟形组合。 sq 5位于SQ2上部，为一个退积型基准面旋回， mfs位于一层煤线顶部。基准面上升半旋回为一个 粒度向上变细的正旋回，以粉砂岩、泥岩为主，测井 曲线上表现为低幅锯齿状小钟形组合;基准面下降 半旋回为一个加积型地层序列，以粉砂岩夹泥岩为 主，测井曲线上表现为钟形组合。 sq 6位于SQ3下部，为一个退积型基准面旋回， mfs位于2 -2 煤层中部。基准面上升半旋回为 加积型地层序列，测井曲线上表现为漏斗形-钟形 组合;基准面下降半旋回也是一个加积型地层序列， 测井曲线上表现为钟形组合。 sq 7位于SQ3中部，为一个进积型基准面旋回， mfs位于1-2煤层中部。基准面上升半旋回为向 上粒度减小的正旋回，测井曲线上表现锯齿状指形； 基准面下降半旋回为加积型地层序列，测井曲线上 表现为钟形组合。 sq 8位于SQ3上部，为一个进积型基准面旋回， mfs位于1 -2上煤层中部。基准面上升半旋回为向 上粒度减小的正旋回，测井曲线上表现锯齿状指形； 620 基准面下降半旋回为加积型地层序列，测井曲线上 表现为钟形组合。 在8个中周期基准面旋回中，发育煤层的旋回 有6个。其中下部和上部旋回中，煤层均发育在基 准面上升半旋回的早期和下降半旋回的晚期；而中 部旋回中，煤层一般出现在基准面下降半旋回的晚 期,少部分出现在上升半旋回的晚期。 （3）短周期基准面旋回 研究区共识别出15 18个短周期旋回。其中 SQ1中发育的短周期旋回以退积型为主，向上逐渐 发展为对称型，煤层出现在基准面上升半旋回的晚 期或下降半旋回的早期；SQ2中发育的短周期基准 面旋回均为退积型，煤层全部出现在下降半旋回； SQ3中发育的短周期基准面旋回以对称型为主，煤 层出现在上升半旋回的晚期或下降半旋回的早期。 5聚煤规律分析 聚煤作用的进行与高分辨率层序地层中基准面 的变化密切相关（程岳宏等,2015）。而基准面的变 化是由控制盆地形成、发展与萎缩的构造运动及气 候等因素综合控制下的湖平面变化所决定的，湖平 面的变化影响沉积环境的变迁，从而决定了能否具 有煤炭形成所依赖的物质基础（赵俊斌等,2015）。 煤一般由植物遗体转变而成，而适于植物遗体堆积 并转变为泥炭的场所为沼泽（苗霖田等,2018）。在 陆相盆地周缘，常见的适于泥炭沼泽发育的沉积 环境有湖泊滨岸、三角洲平原、冲积平原、冲积 扇前缘等。成煤环境决定了煤层在基准面变化中 所处的位置。泥炭的形成与保存需极其严格的沉 积条件，只有在可容纳空间增加速率、沉积物供给 速率及泥炭堆积速率三者达到某种平衡时才能形 成煤层，而煤层的厚度则取决于平衡时间的长短。 因湖水进退和地壳振荡性运动的周期性变化，使 陆相盆地沉积了不同级别的地层基准面旋回，旋 回中煤层出现的位置、特征以及煤系地层的叠置 模式决定了不同的聚煤方式及规律。根据高分辨 率层序地层特征、沉积微相特征、煤层及其顶底岩 层特征等，研究区可以识别出两种聚煤模式三角 洲泛滥平原沼泽聚煤模式和三角洲湖泊沼泽聚煤 模式（图5 6）o （1）三角洲泛滥平原沼泽聚煤模式 该种模式发生在研究区延安组SQ1和SQ3基 准面旋回内，沉积了 5 -1煤、2 -2 煤、1 -2煤、 1-2上煤层。煤层厚度较大，稳定分布，煤层顶部常 第3期崔春兰等大柳塔煤矿活鸡兔井田侏罗系延安组高分辨率层序地层及聚煤规律研究 见条带状冲刷、削薄现象,煤质中灰分、挥发分较低O 煤层沉积环境为三角洲泛滥平原沼泽,煤层顶、底常 有多期三角洲平原水上分流河道厚层砂岩沉积，且 煤层顶部砂岩中还有比例较高的黑色煤岩碎屑。研 究区延安组坳陷盆地初始形成时及晚期坳陷盆地萎 缩时,构造运动剧烈，物源供给充分的条件下，在陆 相湖盆周缘的活鸡兔地区形成了三角洲平原环境， 分流河道携带物源不断地向湖盆内运输、堆积，在三 角洲分流河道及分流河道间沉积了厚层的碎屑岩； 当构造运动减缓、大气降水增加，物源供给不充分 时，沉积基准面上升，原三角洲平原分流河道萎缩， 形成了规模较大的三角洲泛滥平原沼泽环境，繁殖 了大量的高大、密集乔木植物,为煤炭的形成提供了 物质条件。当物质成分为泥炭的沉积供给与可容纳 空间的增长速率达到平衡时，可形成煤层。在坳陷 盆地初始形成期构造活动频繁，平衡维持的时间较 短，煤层厚度相对较小，而在湖盆萎缩期构造活动频 率较低，煤层厚度较大。该种模式下，含煤地层中均 有多期次粒度较粗的河道砂体，且煤层底部常发育 由分流河道-泛滥平原过渡的向上变浅的粗砂岩- 粉砂岩-泥岩序列的正旋回序列，泥岩含量较少 （图7a）;其顶部一般出现一段薄层泥岩-粉砂岩- 厚层粗砂岩反旋回序列（图7b），为泛滥平原向分流 河道间-分流河道过渡的沉积序列，部分地区的煤 层底部为细砂岩-粉砂岩-泥岩正旋回序列（图 7c）,顶部直接发育厚层中、粗砂岩，紧邻煤层的砂 岩中可见大量煤岩撕裂屑和煤岩碎屑，为河道冲刷、 搬运所致（图7d）o该模式煤层上下地层组合特征 一般表现为两种类型（图8a,8b）煤层之下均为向 上岩石粒度变细的正旋回，前一种类型的特征为煤 层之上出现反旋回序列，后一种类型特征为煤层之 上直接为中、粗粒砂岩。 丫 丫 丫 丫 丫 丫 丫 Y/ T 丫// 丫 丫 丫 丫 丫 丫丫丫 丫/ 丫 Y 丫 Y 丫 67 图5三角洲泛滥平原沼泽聚煤模式图 Fig . 5 Co al accumul at io n mo del o f del t a fl o o dpl ain swamp 1 -煤;2 -分流河道;3 -沼泽;4 -砂岩;5 -粉砂岩;6 -粉砂质泥岩;7 -泥岩;8 -基底 1 - co a l；2 - d ist r ibu t a r y ch a n n el s；3 - swa mp；4 - sa n d st o n e；5 - sil t st o n e；6 - sil t y mu d st o n e；7 - mu d st o n e；8 - ba semen t 621 地质与勘探2020 年 / 丫; 丫 /t t /t r 丫 t / 丫 丫丫丫 丫丫 丫 丫 Y 丫 丫 「％ 丫 丫可 丫丫工 丫 丫 丫 三7. 8 图6三角洲湖泊沼泽聚煤模式图图例同图5 Fig . 6 Co al accumul at io n mo del o f del t a l ak e swamp l eg end same as Fig . 5 H Bmp wn ,/7Zf2 图7 HB124井2 -2上煤层底板 a、2 -2上煤层顶板 b、1 -2上煤层底板 c、1 -2上煤层顶板d岩性序列 Fig . 7 Lit h o l o g ical seq uence o f fl o o r a and r o o f b o f 2 -2upper co al seam,and fl o o r c and r o o f d o f 1 -2upper co al seam in HB124 wel l 622 第3期崔春兰等大柳塔煤矿活鸡兔井田侏罗系延安组高分辨率层序地层及聚煤规律研究 b 国2 巨3 （C） |二| 4 匸二 | 5 d 图8 煤层顶底板地层组合序列 Fig . 8 Co al seam r o o f and fl o o r st r at um co mbinat io n seq uence 1 -煤层;2 -泥岩撕裂屑；3 -粉砂岩；4 -粉砂质泥岩；5 -泥岩 1 - co a l sea m ； 2 - mu d st o n e t ea r in g d ebr is ； 3 - sil t st o n e ；4 - sil t y mu d st o n e ； 5 - mu d st o n e （2）三角洲湖泊沼泽聚煤模式 该种模式发生在研究区延安组SQ2基准面旋回 内,沉积了 4煤组、3 -1煤、2-2煤层。煤层厚度较 小，分布不稳定，发育煤层分叉合并现象，煤质中灰分 和挥发分相对较高。延安组中期，坳陷盆地进入了发 展期，因构造运动加剧，构造沉降进入了最大时期，湖 盆面积扩展，原湖盆边缘靠陆一侧形成了沙坝，阻挡 了河道碎屑物的供给，原三角洲平原河道砂体及泛滥 平原被湖水淹没，形成了闭