浅析准噶尔盆地侏罗系煤层在层序地层中的意义.pdf

浅析准噶尔盆地侏罗系煤层在层序地层中的意义 刘豪王媛王英民 石油大学 北京盆地中 心，北京，1 0 2 2 4 9 摘要准 嘴尔 盆 地 休罗 系 主 丢 发育了 三套 煤 层 组 合， 分 别 位于 入 过清 组下 段、 八 道 清 组上 段 下部和西山窑姐底部.在准嘴尔 盆地妹岁系 层序地层学划分方t IE 中，S b l , 02 , 04界面 侧分，2位 于八道清组下 段、 八道沱组上段下 钾和西山 窑纽底却三套煤层组合附近.由 于 在不同层 序的不同 体系 城及同一体系城的不同时期可供煤层堆积所索要的可容空问和容峭快速堆称的煤层 泥炭 的 发育程度以及沉积环洗的不网，其聚谋情况也有较大差异。因而准嘴尔盆地休罗爪 煤层其有穿时 现象，在层序的各个体系城中 都有可能发育.经分析发现休罗系煤层主要发育于 U 层序 注的低 位和高 位城; 2 层 序1 1 的 低位 城 ， ， 层 序I I I 的高 位城和 4 局钾 发育于 层 序I Y 的 低社城. 主惬词准嘴尔 盆地 你岁 系 嫌 层 层 序地 层学 1 前言 自5 0 年代以 来， 人们 提出 了 不同的 成煤模式 Y o u m g , 1 9 5 5 , C o le m a n 和S m ith . 1 9 6 4 ; F e r m和H o m e , 1 9 7 9 ; H e w a r d , 1 9 7 8 ; H a s z e l d i n e 和A n d e r s o n , 1 9 8 0 ; A y e r s ; R ic h a r d s o n , 1 9 8 5 ; 张 麟飞 等， 1 9 8 3 S h a o L o n g y i 等， 1 9 9 8 。 他 们 大多 都 是 强调泥 炭 形成于 与 活 跃沉 积作用带相邻的低位沼泽或草沼地区。随着层序地层学的兴起和发展，这些传统的成煤模 式受到严峻 挑战，M c C a b e 1 9 8 4 认为 河流 三角洲环境中的 煤 泥炭 一般堆积在与海 侵密 切相关的高水位期的高位沼泽中，泥炭沉积并不是与局部的陆源碎屑沉积供给同时发生的。 D ie s s e l 1 9 9 2 , 1 9 9 8 和 H a r tle y 1 9 9 3 的 进一步研究 表明， 大面积分布的以 海相石灰岩 或含化石 泥岩为 顶板的 含煤旋回 层序中的 煤层多 是 在海 侵过 程中 形 成的。 H a m i l to n 等 1 9 9 4 还提出大面积展布的煤层作为潮湿气候的产物具有一定的等时性，吴因业 1 9 9 6 在沼泽 环 境 的 沉 积 作 用 分 析 荃 础 上 ， 认 i J 区 域 分 布 的 煤 层 可 作 为 成 因 地 层 层 序 的 边 界 . 目 前 ， 国 外一些学者普迫注意到的“ 煤层作为海浸期的 沉积” 如 A r d i tt o等.1 9 9 0 ; S h a n le y和 M c C a b e , 1 9 9 3 . 1 9 9 8 ; F l in t 等. 1 9 9 5 ; A it k e n , 1 9 9 5 , 1 9 9 6 ， 其实质都 是强调海平面或 荃 准面变化影响下的大面积发生的幕式聚煤作用。 2准噶尔盆地侏罗系层序地层框架 层序地层研究的核心在于建立盆地等时地层格架， 建立盆地等时地层格架的关键是层 序边界的识别。按照层序的定义， 层序边界可以是不整合面，也可以 是假整合或整合面， 不整合 面的识 别是层序分析的 关键 Y a il , 1 9 7 7 ; P o s a m e n ti e r , 1 9 8 8 ， 1 9 9 3 ; W a g e n o r , 1 9 9 0 . 通过大I t 地展剖面分析井结合众多钻 侧 井和野外礴头剖面的研究，在准心尔盆地 侏罗系共识别出八个不整合界面 相当于三级层序界面 ， 其中侏罗系顶、底界以 及中下侏 罗统水西沟群与中上侏罗统石树沟群之间为区域性不整合，其余五个在侏罗系内部，为局 部 不 整 合 . 根 据 这 些 不 整 合 将 株 罗 系 划 分 为 两 个 构 造 层 序 I 、 II 和 七 个 三 级 层 序 场一 J S Q 2 , J S Q 3 . J S Q 4 . J S Q J S Q O 和 J S ， 各级 层序 与 传统 地层 方 案及 地展 反射波 组的 对应 关系 如表 I . t l A一 a i i } “. 准口尔盆地株罗系层序地层划分方俨 - - 一序地1k 芳3 1 6- 不整合面 地， 反射 麟二竺丛场 构造 层序 体系城 竺一竺段 群 吐谷普群 石树沟群 TJ’TJJ几 不同地区体系城发育程度不同 传统地层方案 地面 mJ,kJagJ,t TJR 低位域 高位域 水进域 低位城 场-场 1 声 上段 I s 水西沟群下段 上段 J , 6 J s o a 竺锅-锅-Jlsl-树-树-J.sJ厕工w-W-城︼Jlba 1 so , 水进城 低位城 高 位城 东 哥 硕 低位城 小泉 沟群 3煤层与层序界面的关系 进行含煤岩系层序地层分析时，对煤层在层序中的位里以 及含煤岩系中层序界面性质 的认识是十分关键的 刘光华， 1 9 9 9 。准噶尔盆地侏罗系主要发育 了 三套煤层组合.分别位于八道湾组 下段、八道湾组上段下部和西山窑组 底部。在准噶尔盆地侏罗系层序地层 学划分方案中， J s b , . 1 s 蚝 、 J s b , 界 面 则分别位于八道湾组下段、八道湾组 上段下部和西山窑组底部三套煤层组 合附近。 地震剖面上这兰套煤层组合 是由 2 - 3个强相位组成的双轨反射波 组，表现出较强的连续性， 层序界面 可按波组的下波峰连续追踪 图1 . . 图t e c l 井煤层特征钻井 地炭桥式对比 D2001〕 年断祖油田公司 准呜尔盆地侏罗系 层序地层学及油气成截研究项目 层序划分标准 5 5 2 端 羲趁 乞 姚 濡鬓 。斗 但是在钻测井剖面上这两套煤层实际是由 砂岩、泥岩与煤层组成的一套含煤砂泥岩组合， 厚度达数十米，煤层可出现一层或多层。 横向上煤层在有些地区连续，有些地区不连续， 图2 准噶尔盆地陆梁地区侏罗系层序地层及焦层钻、 浦并对比 垂向上煤层在不同钻 井剖面上层位井不固 定。在含煤地层组合 的上、中、下部位都 可出现。在钻侧井层 序划分中，若以煤层 的出现和消失作为 J s b , J s b , 层序边界， 往往与地及的层序界 面标定在深度上相差 很大 图 2 。因此， 准噶尔盆地侏罗系该系列界面煤层的发育具有穿时现象， 层序界面的上下都可以有煤层出 现。 也就是说界面以下的高位体系域和界面以上的低位或水进体系域都可能发育有煤层 图 3 , 4煤层与体系域的关系 煤层的形成需要高的地下水位或潮湿的 气候、较长的堆积时间和低的陆源沉积补给 t以及迅速埋藏等条件。在对地展资料和钻 测井详细的层序划分和对比的基础上，发现 侏罗系煤层发育于 ①序 t 的 底部和顶部; ②序1 1 底部;③序I I I 顶部和④局部发育于层 序1 V底部。 “获理 退 里 丝 立风 O -.v / A F , 图3 9 9 E W2 线 C D P 6 1 7 2 - 7 3 0 0煤层 在」 劝2 界面上下穿时现象 4 . 1离位域煤层 从理论上讲.高水位体系域以滨岸进积作用为主，早期高位体系沉积物在煤系地层中 一般以浅海灰岩 湖相泥岩 和活动的三角洲、 河口 湾碎屑沉积为主， 虽然高位滨海 湖 平原上泥炭沼泽仍然广泛发育，但常受水道改道、洪水泛滋的影响而使连续性和煤质变差。 晚期高位体系域中发育的大型进积型三角洲水上平原是良 好的成煤环境，可能发育有连续 和煤质较好的煤层，因为水体被不断淤浅，进积的三角洲朵体会不断废弃和迁移，新进积 的 滨岸平原会慢慢压实下沉形成相对的 地下水位上升并增加泥炭堆积空间。 特别是在废弃 的三角洲朵叶上和被淤浅的海清泻湖及河口 海上。陆源碎屑沉积不再活跃， ‘ 优质、连续的 高 位体系 域煤层 可能形 成. 在 准嘴 尔 盆地株罗 系， 高 位域 煤层 主要 分布在层序J s g I 和J s g 3 e J s g I高位域的 煤层主要为水退阶段进积型三角洲水上平原沼 泽沉积特征， 虽然高 位滨海 〔 湖平原上泥炭沼泽仍然广泛发育， 但常受水道改道、 洪水泛谧的影响而使连续性和煤 质 变 差 . 层 序J s g 3 高 位 域 相 当 于 西 山 畜 下 段 ， 与 八 道 湾 早 期 沉 积 环 境 类 似 ， 随 着 湖 平 面 的 进一步上升， 具有可供煤层发育的 潜在空间， 此时盆地内为大面积泛渡平原沼泽环境，同 5 5 3 一 {漪 嫩 。盗粼粉 羹 歇 时C o n i o p t e r is - P h o e n ic o p s is 植 物群 发 展 到 鼎 盛阶 段， 特 别 是 真 藏 类，占 领了 各种 陆 地环 境， 为盆地侏罗纪第三次重要的 成煤期 图2 . 4 . 2低位域煤层 相对海 湖平面或侵蚀基准面的下降，可以形成大片平坦的湖滨或滨海平原，并引 起河流下切， 使陆源碎屑物大部分被带到新的岸线以下。 平坦的 地形、较少的陆源碎屑沉 积干扰，是成煤沼泽发育的有利条件，但大面积的地下水位下降 使得大规模沼泽发育成煤 的 可能 性变小. 在准噶尔 盆地. 层 序J s q l , J s g 2 和J s g 4 低位域都有 煤层发 育，由 于 在湖 退 或低位域期间，广泛发育河流相河漫沼泽、 湿地扇的扇间凹地等降雨沼泽，可形成面积较 大的 煤 层. 在准噶尔盆地J s g I 低 位域期间〔 八道清早 期 ， 其广泛发育河流相河漫沼泽、 湿地扇的扇间凹地等降雨沼泽，其煤层以曲 流河、辨状河的河漫沼泽相为主，其次，湿地 }_扇 的 扇 间 凹 陷 沼 泽 沉积该煤层，因此 低位域出现的煤层 _ 稳定、 广泛 图4 . 其面积较大。 层序 J s g 2低位域相当于 八道湾上段中期， 煤层在地展剖面上反射相对比较连续 图 2 , 3 ， 尽管随着湖平面下降， 地下水位和可容 空间减小. 但此时湖盆向南收缩， 盆地内部出现大面积沼泽环境，以及曲流河、辨状河的 河漫沼泽相和湿地扇的扇间凹陷沼泽沉积出现， 有利于形成大面积煤层。西山窑组沉积中- 晚 期 即J s g 4 低 位 域时 期 ， 受 燕山 运 动 影 响 ， 盆 地 强 烈 抬 升， 水 体 再 次 收 缩， 溯 相 生 物 迅速减少，由于气温回升，湿度下降， 锥叶截 拟次葵植物群大幅度衰退， 对成煤不利。因 此J s g 4 低 位域仅 只发 育了 局 部 煤 层 图2 . 4 . 3湖俊城煤层 理论上， 相对海 湖 平面上升或侵蚀基准面上升可以引 起区域性地下水位抬升，海 湖 滨沼泽发育，从而造成在海 湖退平原的古土壤层上大面积的沼泽化成煤。由于 从泥炭到煤的压实率很大 1 S - 1 1 0 . 泥炭堆积孺要比 其它沉积物更大的空间条件，海 湖 进引起的水位上升可以 满足这种条件. 而且在海 湖进时期，碎屑沉积物主要堆 积在海 〔 湖 退形成的下切谷中，因而对同期的泥炭沼泽干扰较小。此外， 泥炭层可以很 自 然地被高位体系沉积物所埋藏而保存下来成煤。因此海 湖 进体系城中 有侧向 连续性 较好的厚煤层。对于准喝尔盆地侏罗系，溯俊体系域主要发育湖泊相，以层序 1 、n 、m 水进域最广阔，深湖半深湖分布范围小，主要位于层序 I 、II , II I 水进域玛湖凹陷、中央 凹 陷 东 侧和 南 缘山 前 凹陷 东部. 从 沉 积相分 析 上发 现， 该时 期 沼 泽 相不发 育。 局部 地方 如 湖 盆边缘可发 育滨湖沼泽. 因 此， 准噶 尔盆地 在各层序水进域时期， 缺乏煤层发育的 泥炭 沼泽环境，故煤层极不发育。 5准嘴尔盆地侏罗系层序地层及其与报煤规律的关系 通过对准噶尔盆地株罗系层序地层及煤层展布的研究，发现在I II 级层序中，不同 类型 5 5 4 羹 ; 鑫幸 赘 醚 金 一旧妇肚︸ 图 5是准噶尔盆地侏罗系 含煤层系在层序格架中典型的 分布模式。湖岸平原上地下水 系的活动是控制泥沼地产生、 位置及发展的主要因素。由于 在湖退或低位域期间，广泛发 育河流相河漫沼泽、湿地扇的 扇间凹地等降雨沼泽，而在高 位域时期虽然湖岸平原上泥炭 沼泽仍然广泛发育，但常受水 道改道、洪水泛滥的影响而使 连续性和煤质变差。因此在准 臼任， ﹄侄尸﹂ 层序的不同体系域及同一体系域的不同时期，煤层发育情况及聚煤规律不同即使同一体 系域的同一时期，由于沉积环境不同.其聚煤情况也有较大差异 图5 . 舀 位 月晚 月一 健 位 . 甲 二、 c任 位翻 翻口 阶 月0组 .幼 阶 脸 坦，位口 早翔F翻位暇中 门 图5 准噶尔盆地侏罗系层序地层与滚煤规体模式图 噶尔盆地侏罗系低位域煤层通常较高 位域煤层分布广泛且稳定。 对于湖侵体系域而言，因为在较长时期内沉积条件不稳定， 泥沼的移动很快.并且有 大量的 碎屑沉积物堆积在湖岸平原低洼处。 又由 于湖任地形通常是不均衡的，湖畏沼泽首 先形成于较陡的堤岸地带，随着湖侵的进一步加大广泛分布于河道间地，但从来未有较长 时间 在同一地带发育，甚至泥沼的类型在湖侵过程中也发生变化， 连续的泥炭分布不常见。 此外在准噶尔盆地侏罗系湖侵体系域主要发育湖泊相。 而沼泽相不发育， 缺乏煤层发育的 泥炭沼泽环境，故准噶尔盆地侏罗系湖任域煤层极不发育。 参考文献 1 . 龚 绍礼、 张春晓。华南二盈纪盆地 层序地 层 特征及聚 煤规 律， 地学前缘， 1 9 9 9 , 6 增刊 1 6 7 . 1 7 2 2 . 李增学、 魏久传、魏振岱等.含煤层序地层学. 地质出 版社，2 0 0 0 3 . 刘光华， 煤沉积学研究现状与动态，地学前缘.1 9 9 9 , 6 增刊 1 0 1 - 1 0 8 4 . 宋岩 主 编 1 9 9 5 ， 准嘴尔盆地天然 气聚集区 带地 质 特征 ， 石 油工 业出 版社. 1 7 2 页. 5 . 魏魁生 徐怀大等， 松辽盆地白 呈系高分辨率层序地层格架，石油与天然气地质，1 9 9 7 . 1 8 1 , 7 - 1 4 6吴因业。 煤层一种陆相盆地中的成因层序边界， 石油学报.1 9 9 6 . 1 7 4 . 2 8 - 3 4 7 . 徐怀大等译，1 9 9 3 , 层序地层学原理，石油工业出 版社。 8张义杰、顺新元.场张北部珠罗纪的古气候及其愈义。新皿首届青年学术讨论会文集，新.人民出 版 杜，1 9 9 3 3 6 0 - 3 6 5 9 . A it k e n J F a n d S S F l in t . T h e a p p lic a t io n o f h ig h - r e s o lu t i o n s e q u e n c e s t r a t ig r a p h y t o fl u v ia l s y s t e m s a c a s e s t u d y fr o m t h e U p p e r C a r b o n i f e ro u s B r e a t h i tt G ro u p , E a s te rn K e n tu c k y , U S A . S e d i m e n t o l o g y , 1 9 9 5 , 4 2 3 - 3 0 1 0 . D i e s s e l C F G . C o a l - b e a r i n g d e p o s i t i o n a l s y s t e m . N e w Y o r k S p r i n g e r . V e r l 咯 1 9 9 2 7 2 1 1 1 . H a m i lt o n D S a n d T a d ro s N Z . U t il ity o f c o a l s e a m s a s g e n e t ic s tr a t i g r a p h i c s e q u e n c e b o u n d a r ie s in n o m n w in e b a s in s A n e x a m p le fr o m t h e G u n n e d a h B a s i n , A u s tr a li a, A A P G , 1 9 9 4 , 8 7 2 1 2 . H e c k e l P H . G la c i a l - v u s t a t ic b a s e - le v e l- c lim a t ic m o d e l f o r la t e M i d d le to L a t e P e n n s y l v a n ia n c o a l - b e d f o r m a t io n in t h e A p p a la c h ia n B a s in . J o u rn a l . o f S e d im e n t a ry R e s e a r c h , S e ct io n B S t r a t ig t a p 妙a n G lo b a l S t u d ie s , 1 9 9 5 , B 6 5 3 3 4 8 - 3 5 6 1 3 . L iu G u n n g h u a } P e n g G e l in . H y d ro l o g ic a l p ro c e s s e s i n m o d e r n p e a t fo r m a t i o n a n d t h e i r i m p r in t s o n a n c i a n t . -卜 凑 漆权 吏 c o a l s e q u e n ce s . A b s t r a c t o f t h e 2 沪I n te m a t C o n g G e o l , 1 9 9 2 , 3 8 2 5 1 4 . M c C a b e P J . D e p o s it i o n a l e n v i r o n m e n t s o f c o a l - b e a r in g s tr a t a I n t e rn a l A s s o c S e d im e n t o l o g i s t s S p e c i a l P a p e r , 1 9 8 4 , 7 1 3 - 3 2 1 5 . P o s a m e n t ie r H W , J e rv e y M T e t a l ., E u s t a d c c o n t ro l s o n c l a s ti c d e p o s i t i o n I - C o n c 印f u e l f r a m e w o r k s i n S e a . le v e l c h a n g e s a n in t e r p r e te d a p p r o a c h . S p e c . P u b l . S o c . E a n . P a l e o n t . M i n e r . 1 9 8 8 , 4 2 , 1 0 4 . 1 林 1 6 . P o s a m e n t i e r H W , D P l a n u m A n o v e r v ie w o f s e q u e n c e s tn r t ig r a p h i c c o n c e p ts . 。a n d a b u s e I n t . A s s o c S e d i m e n t o l. S p e c . P u b l . 1 9 9 3 , 1 9 , 3 - 1 9 1 7 . S h e n l e y K狱 M c C a b e P 1 . P e r s p ec t i v e o n t h e s e q u e n ce s tr a d g m p h y o f c o n t in e n t a l s tr a ta . A A P G B u l le t i n , 1 9 9 4 , 7 8 4 5 钊- 5 6 8 1 8 . V a i l P 凡M it c h u m R M, T h o m p s o n S . G lo b a l c y c le s o f r e l a t i v e c h a n g e s o f s e a le v e l . A m . A s s . P a l o [. G e o l, 1 9 7 7 , 2 6 9 9 - 1 1 6 . 5 56 鬓 魏一魂 热羹 食