青海聚乎更矿区侏罗纪含煤岩系层序地层研究

青海聚乎更矿区侏罗纪含煤岩系层序地层研究 青海聚乎更矿区侏罗纪含煤岩系层序地层 研究 第18卷5期 2006年l0月 中国煤田地质 C0ALGE0L0GY0FCHINA VoI_l8No.5 0rt.2006 文章编号:1004—9177(2006)05—0019-03 青海聚乎更矿区侏罗纪含煤岩系层序地层研究 文怀军,鲁静,尚潞君,刘天绩,陈江峰,鞠崎,邵龙义 (1.青海省煤炭地质局,青海西宁810000;2.中国矿业大学(北京)资源与地球科学系,北京100083) 摘要:运用钻井岩心及层序地层学有关理论,方法,对木里煤田聚乎更矿区中侏罗统含煤岩系进行了层序地层学 研究共识别包括区域不整合面,河流下切谷及河道间6个序界面,将侏罗系含煤岩系划分为5个三级层序.全区 发育的厚煤层常横跨不同相区连续分布(如下.煤层),厚煤层的形成主要受控于可容空间的增加速率与泥炭堆积 速率的关系陆相含煤盆地三级层序湖侵体系域聚煤作用最好,煤层厚度的变化则与煤层下伏沉积相有一定关系 关键词:层序地层;层序界面;湖侵体系域;聚乎更矿区 中图分类号:P618.11;P539.2文献标识码:A 基于对近海盆地含煤岩系层序地层学的研究[1— 3】 ,人们认识到大面积分布的厚煤层形成于可容空间 增加速率与泥炭堆积速率保持平衡或略高于泥炭 堆积速率时,滨海平原含煤岩系层序地层学研究表 明,在靠陆一侧的三角洲平原,厚煤层主要出现在 最大海泛面位置;在靠海一侧H】,厚煤层主要出现在 初始海泛面的位置.然而,这些根据近海盆地含 煤岩系得出的规律是否适合内陆盆地含煤岩系还 有待于进一步研究.大通河流域聚乎更矿区侏罗系 是一陆相湖盆背景下沉积的含煤地层,关于厚煤层 在该陆相层序格架中的分布规律的研究还很少见, 本文即对聚乎更矿区煤系进行初步层序地层, 并探讨内陆盆地层序地层格架下的煤层分布特征. 1区域地质背景 木里煤田位于青海省东北部的大通河盆地(图 1),其构造单元属中祁连褶皱隆拗带的西段,包括 聚乎更,江仓和热水三个含煤盆地.其中聚乎更盆 地因煤层厚,储量丰富集中及煤质好而受到广泛关 注.盆地现今整体为一复式背向斜构造,由一个背 斜和两个向斜组成,其中北向斜分布有三井田,二 井田和一露天三个井田,南部向斜由四井田,一井 田,三露天和二露天组成.盆地基底上三叠统广泛 出露于矿区南北部及背斜轴部,岩性以黑色粉砂 岩,泥岩及薄煤层为主,与上覆中侏罗统,假整合接 触(图1).中侏罗统为研究区含煤地层,分为下部的 作者简介:文怀军(1964一),陕西省岐山县人,1987年毕业于西安矿 业学院地质系,高级工程师,长期从事工程地质,煤炭地 质技术及技术管理工作.现为青海煤炭地质105勘探队 副队长兼总工程师. 收稿日期:2006—04—29 责任编辑:雷小乔 图1研究区地理位置及钻孔分布图 Figure1Asimplifiedstructuralmapof Juhugengcoalminearea 木里组和上部的江仓组(图2).木里组下段为辫状 河冲积平原环境,沉积了一套粗碎屑岩,底部底砾 岩发育;上段以湖泊一沼泽环境为主,发育本区主 要可采煤层下和下:煤.江仓组下段主要为三角 洲一湖泊沉积环境,含煤2-6层;上段以浅湖一半 深湖环境为主,沉积了一套细碎屑泥岩,粉砂岩,不 含煤,由于后期剥蚀,主要残留于一井田中部.上侏 罗统不含煤,为干旱气候下的河流冲积环境,主要 残留于三露天东南部,岩性以黄,紫,紫灰色砾岩为 主,夹灰黄色厚层状粗砂岩,大型斜层理广泛发育. 2研究区侏罗纪含煤岩系层序地层格架 2.1关键层序界面识别 本次研究中层序的定义及体系域的划分采用 EXXON公司"Vail"学派的观点,各关键界面主要通 过层序界面,初始湖泛面,最大湖泛面进行识别: 2.1.1层序界面识别 层序界面在湖盆边缘通常表现为区域性不整 合面或河道下切冲刷面,而在湖盆内部常为连续沉 积的整合面.研究区层序界面类型包括以下三类: 区域不整合面如中侏罗统与盆地基底上三 叠统之间为一典型层序界面.层序界面上下地层颜 色,岩性突变,如中,上侏罗统之间,界面之上为一 套黄,紫,紫灰色河流相砂砾岩,界面之下为一套灰 20中国煤田地质第l8卷 地层比妥关三缓层序 例岩性料沉积沉积体系键 统组段R剖面桌构造界源相单元相面蜂系增层序 上侏统 上湖 段井半深湖 l田泊 __—— 19#m__——滨拽湖SV 5(卜丹溘间湾 qtS 由江分魄道 ?E=互瑟区 仓分流河道Sb!_一 组下10}q间湾湖泊HsT m^段露向湾沼泽_I?S? tS【J2j: 1分流河道天 S_一 1咭囊0 ' 分流阿湾曲 ml5_I[阃湾}召泽流 TSTSI?啊- 分流间湾河 侏寰三【S 舟流河道角 200 ?洲sb3_一 }下1i沼泽皿原 250 分渣湾;II 罗:—— 二L一【S 段露 3?-分流河道 大 Sb2— 太]一3o尊 拽湖 .. J 里]广J湖湾湖 !———一 350滨湖砂坝泊 -''电湖{奄mrs 组' 下2滔泽 [? q【S田.河浸傩SI 统一 下?.?辩 心滩 段 井 状LST jj自==_田龟, 【0l簪河攫滩河 心滩 ;b】一上三叠统 巴目匿艟 圈. EsT低&体系域嘣立体系域sb层宇界面啪橙体系域 图2研究区沉积环境与层序 地层综合柱状图 Figure2Comprehensivecolumnof Juhugengcoalminearea 色,灰黑色,黑色 含煤地层 ?下切谷砂 砾岩体由河流 下切作用形成的 下切谷是层序界 面的典型标志. 下切谷充填沉积 一 般以叠置的厚 层及透镜状砂砾 岩体为特征,可 根据下切谷砂体 的规模及其垂向 的叠置关系把层 序界面处的下切 谷与次一级层序 的河道砂岩相区 别. ?河道间层 序界面.在河道 间地区,古土壤 可能较发育,此 外,大面积分布 的厚煤层底板也 是一个河道间典 型层序界面. 2.1.2初始湖泛 面识别 理论上初始湖 泛面为湖水体首 次漫过坡折带或 漫过低位下切谷所形成的湖泛面.研究区一般将河 道砂砾岩之上覆盖的泥岩,粉砂质泥岩,粉砂岩等细 粒岩石的底面定为初始湖泛面.在没有河道发育的 地带,初始湖泛面与层序界面重合. 2,1,3最大湖泛面识别 该界面为一个基准面旋回内基准面抬升速率及 可容空间增加速率最大,水体最深时形成的沉积面. 其识别特征为:在一套向上变细,变深的沉积序列 中,代表最深的岩相一般为滨,浅湖和半深湖相泥 岩,粉砂质泥岩和油页岩,这样的岩性一般以相对较 大的厚度出现时,可将其底面作为最大湖泛面的位 置;若最深的岩性岩相在剖面上重复出现,那么在厚 度上向上变到最厚的一个层位的底面即为最大湖泛 面的位置. 2.2层序划分与横向展布 根据以上关键界面识别原则,研究区侏罗纪含 煤岩系共识别出6个层序界面,将中侏罗统划分为 5个层序,每个层序大致相当于Vail的三级层序.聚 乎更矿区沉积环境和层序地层的划分和横向变化特 征如图2和图3所示. 层序I:层序界面为区域不整合面.层序I以低 位体系域和高位体系域为主,其次为湖侵体系域;低 位体系域处于盆地填平补齐阶段,由辫状河三角洲 平原分流河道沉积组成,沉积物以灰色厚层含砾砂 岩,中一粗砂岩,局部以砾岩为主,夹深灰色粉砂岩, 细砂岩,偶夹薄层炭质泥岩或薄煤,向上粒度变细, 斜层理发育;湖侵体系域构造活动相对减弱,伴随基 准面的上升,在废弃的辫状河冲积平原上沼泽广泛 发育,形成了本区主要可采下煤层,煤层底板粉砂 岩,炭质泥岩等细碎屑岩为初始湖泛面的标志.当基 准面上升速度超过泥炭堆积速度,沼泽开始被淹没, 植物死亡,聚煤作用终止,高位体系域沉积开始.层 序I高位体系域主要为湖泊沉积,三井田30—1和 26-1井高位体系域由湖湾环境相黑灰色页岩,夹 少量细砂岩,粉砂岩组成;一井田19井为三角洲前 缘远砂坝,河口坝深灰色粉砂岩和细砂岩;二井田 35和30井为滨,浅湖相巨厚层灰色粉砂岩,局部 有少量滨湖砂坝的细砂岩沉积;靠近盆地边缘的三 露天12井高位体系域相对不很发育.由于基地地 形较平坦,下煤层煤厚较稳定,变化在1.98, 46.92m之间,平均14.47m厚,煤层结构简单一较复 杂,为全区可采煤层. 层序?:层序底界面盆地边缘30—1,12等为 三角洲平原河流下切谷底界面,盆地内部为煤层底 板,其代表了基准面上升一下降(暴露)一上升的转 折点.层序?主要发育湖侵体系域,其次为低位体系 域,高位体系域基本不发育或被上覆层序冲刷没有 残留.低位体系域仅在盆地边缘三角洲平原发育,以 分流河道砂体为代表(30—1,12),向盆地方向,低位 体系域变薄并逐渐消失(如35),此时初始湖泛面与 层序界面重合.伴随基准面上升,全盆地开始沼泽 化,沼泽化首先从盆地中心开始,最终向盆地边缘三 角洲平原蔓延,形成了研究区另一重要全区可采下 煤层.受盆地基底微地貌变化影响,下煤厚度变化 较大,变化在0.72-29.5lm,平均8.32m;煤层结构较 复杂,普遍存在1,3层夹矸. 层序?一V:发育于江仓组,主要为三角洲平原 和滨,浅湖环境.层序界面包括分流河道下切谷底面 及盆地内部基准面下降一上升的沉积相转换面(如 5期文怀军,等:青海聚乎更矿区侏罗纪含煤岩系层序地层研究21 //日.s置兰量…\… 藤/一莓=,,ls毫一一一一一.. ', , —薷卜,羹w…………一LSB一 霉\cLS,T,……,.一lTs1 — HST,oo0ol一'一一. 鲁,,口——\一 ST , , -- [HSTIL蓍田Hs1=m,-- s1 一.面i一一.一一_'.P..S— 蚕硼: SV/: 三=]1…?l,,,,P一一一面一墨IL… ————— 一DC L 一一一一一一一仓5n蛔一 J!j 5-i;,,// 51L霎T,,…….,,,,…'I,,Ps啪_/TST,5—,,,IB Ij,.26-1#/DcLST,,—i, ,Dc丑sT,- 二_DC—S'I基LST''婴I———一 一譬曼 , , PS下1 . . 乒 … l\ , IL / fl 二LB /DLs/ MB苎::厦,, SU一- 段DC I LB }.甓, , DB ,;PS下2fT~'f LB,,昧,耋=1_,,cST, ,/一200一 s \ 至Bc BC辫状河道MB河口坝 下FP河浸律LS滨湖BC 图Ps沼泽sL拽湖 段IB抒流间湾DL潍湖 ''DC抒流河道LB湖湾?' DB近砂坝LSB演湖砂坝 乙一…lFP 层序?的湖侵体系域,分别发 育于废弃的辫状河冲积平原, 三角洲平原及盆地内滨,浅湖 上.层序?下.煤层横跨不同 的相区(三角洲平原,滨浅湖 和湖湾)而连续分布,说明大 面积分布的厚煤层与煤层下 部沉积环境间没有必然关系, 其形成主要受控于可容空间 的增加速率与泥炭堆积速率 的关系. 参考文献: 3结论 运用钻井岩心及层序地层学有关理论,方法,对 木里煤田聚乎更矿区侏罗纪含煤岩系进行了层序地 层学研究.共识别出包括区域不整合面,河流下切谷 及河道间6个层序界面,将侏罗系含煤岩系划分为 5个三级层序.研究区厚煤层主要形成于层序I和 f4]FlintSS,AitkenJF,HampsonG.Applicationofsequence stratigraphytocoal—bearingcoastMplainsuccessions:implications fortheUKcoalmeasuresfA].In:WhateleyMKG,SpearsDA (eds).Europeancoalgeology[C].GeologicalS~iety,London,Special Publication.1995.82:l—l6. 【5]邵龙义,张鹏飞.含煤岩系层序地层模式fJ].长春科技大学(专 辑),1998:67—72. f6]邵龙义,陈家良,李瑞军,等.广西合山晚二叠世碳酸盐岩型煤系 层序地层分析【J】.沉积,2003,2I(I):168—174. ASequenceStratigraphicDiscussionoftheJurassicCoalMeasuresinthe JuhugengCoalmineAreainQinghaiProvince WenHuaijun,LuJing,ShangLujun,LiuTianji,ChenJiangfeng2,JuQi,ShaoLongyi (1.QinghaiBureauofCoalGeologicalExploration,Xining,Qinghai810000;2.DepartmentofResourcesandEarthSciences, ChinaUniversityofMiningandTechnology,Beijing,100083) Abstract:ThesequencestratigraphyoftheMiddleJurassiccoal— bearingmeasuresintheJuhugengmineareainQinghai Provincewasstudiedbyusingthecoreandloggingdata.Atotalof6sequenceboundarieswereidentified,whichare characterizedbyincisedvalleyfillcoarse— grainedsandstoneatdisconformitiesaswellaspaleosoilsintheinter-fluvialarea. ThesesequenceboundarieshavedividedtheMiddleJurassicinto5third— ordersequences.Themajorcoalsintheresearch areaareextensivelydistributedacrossdifferentsedimentaryfaciesbelts.Depositionofthethi ckcoalswascontrolledbythe peataccumulationrateinbalancewithratesincreationofaccommodation.Thethickcoalsintheresearchareatendtobe accumulatedatlaketransgressivesystemstractwherethehigherpeataccumulationrateswerematchedbythehigher accommodationcreationrates.Thevariationofthicknessofcoalseamswascontrolledbythesedimentaryfaciesbeneaththe coalseams. Keywords:sequencestratigraphy;sequenceboundary;laketransgressivesystemtract;Juhugengeoalminearea