新疆准东煤田东部层序地层学及聚煤规律研究

首次以准东煤田东部煤矿勘查区为主要研究对象,以钻井岩心描述资料、地震和测井资料为基础,运用层序地层学、煤田地质学和沉积学等相关理论和技术方法,建立了准东煤田东部层序地层格架,重点研究了中侏罗统西山窑组层序地层特征,探讨了聚煤作用和聚煤规律.研究区内侏罗系可划分为两个二级层序和6个三级层序,西山窑组可划分为一个完整的三级层序,6个准层序组(4级)和19个准层序(5级).层序地层研究表明,西山窑组可采煤层主要发育于湖扩体系域(TST)末期和高位体系域(HST)早期,该时期较快的可容纳空间增加速率和较快的泥碳堆积速率间相平衡,有利于厚煤层的聚集.     

陆表海背景下障壁海岸体系沉积层序及聚煤模式 ——以渤海湾地区晚古生代太原组为例

渤海湾地区位于华北板块东部,是我国重要的煤炭产区,晚古生代发育多套可供工业开采的煤层,其中以陆表海背景下发育的海相煤层分布范围最广。为研究陆表海背景下障壁海岸体系沉积层序及聚煤模式,本文以渤海湾地区晚古生代太原组为研究对象,结合钻井及野外剖面资料,对该地区展开沉积学及层序地层学研究。在识别岩性及沉积相基础上,开展层序地层研究,在层序地层格架内揭示障壁海岸体系聚煤模式。太原组岩性以黄褐色、灰黑色泥岩及黄绿色、灰白色砂岩为主,夹数层海相灰岩及煤层。沉积相类型主要为潮坪相、潟湖相、障壁岛相及台地相。在障壁海岸体系背景下,基准面与沉积界面基本一致,层序界面多为沉积界面。根据沉积相转换面与下切谷冲刷面两类不整合面(SU)以及海侵方向转换面(TDS)可将太原组划分为3个三级层序Sq1、Sq2及Sq3。通过最大海泛面(MFS)与最大海退面(MRS)将三级层序划分为低位体系域、海侵体系域及高位体系域3个体系域,代表 8个四级层序。Sq1时期,盆地内部地区未能提供稳定聚煤环境,煤层发育厚度较薄。Sq2时期,海平面升降对盆地内部影响增大,聚煤作用达到顶峰,煤层整体厚度增加并连接成片。Sq3时期,聚煤作用相对减弱,聚煤中心分布范围收缩,且孤立发育。统计钻井资料中煤层累积厚度可知,厚煤层发育主要集中在冀中坳陷东部、黄骅坳陷及济阳坳陷等地区。将研究区太原组聚煤模式划分为LST、TST早期、TST中期、TST晚期及HST五期演化过程。受可容空间增长速率及泥炭堆积速率的控制,泥炭坪及潟湖为有利聚煤中心。      

四川宝鼎盆地晚三叠世层序地层与聚煤作用

运用钻井岩心、测井及层序地层学的有关理论、方法,对位于扬子地块西缘、四川攀枝花地区的宝鼎盆地的含煤岩系进行了层序地层学与聚煤作用研究。在主要含煤段大荞地组发育12个层序界面和11个四级层序,其中在40#煤层以上地层发育层序Ⅳ到层序Ⅺ等8个四级层序。伴随着宝鼎盆地由断陷盆地(大荞地组沉积时期)向大型拗陷盆地(宝鼎组沉积时期)演化,盆地基底沉降速率减小,可容空间增加速率降低,聚煤作用在垂向上先增强再减弱。断陷盆地发育早期,聚煤作用较弱;断陷盆地发展中期(层序Ⅳ-层序Ⅷ),主要煤层多发育于低位体系域、初始湖泛面附近和高位体系域中晚期,平面上聚煤中心位于可容空间增加速率中等的三角洲平原相带;至盆地发展晚期(层序Ⅸ-层序Ⅺ),主要煤层的发育位置逐渐向四级层序最大湖泛面靠近,平面上聚煤中心向可容空间增加速率最大的盆地沉积中心迁移。     

青海聚乎更矿区侏罗纪含煤岩系层序地层研究

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个层序界面，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。     

鄂尔多斯盆地延安组层序地层格架与煤层形成

研究鄂尔多斯盆地延安组的煤层发育特征,首先建立延安组等时的层序地层格架,进而分析可容空间变化对煤层形成的控制作用。通过分析野外露头、钻孔、测井等资料,识别延安组中发育的关键层序地层界面,将延安组划分为3个三级层序;层序由低位正常湖退、湖侵、高位正常湖退和强迫湖退4个体系域组成,并建立了全盆地范围等时的层序地层格架。研究发现:在等时层序地层格架中,煤层主要发育在层序I、层序Ⅱ湖侵和高位正常湖退体系域的中、晚期和层序Ⅲ的湖侵体系域的晚期;在区域上,盆地北部地势较为平坦,发育中等厚度、区域稳定性较好的煤层,盆地南部发育稳定性较差的厚-巨厚煤层;从滨湖平原到三角洲平原再到河流泛滥平原,厚煤层从位于四级基准面上升半旋回的底部逐渐过渡到中上部。综上可知,不同沉积区可容空间增加速率与泥炭堆积速率达到平衡的位置不同,厚煤层主要发育在二者近似处于平衡状态的位置,并且发育随着沉积相带变化有规律地迁移。     

中国含煤岩系层序地层学研究进展

层序地层学理论为人们理解聚煤作用模式提供了新的思路,通过近二十年的研究,人们认识到含煤岩系旋回性与不同级别的全球海平面变化规律密切相关,认识到有工业价值的煤层形成于基准面(海平面)抬升过程,相继提出幕式聚煤作用、海侵过程成煤、事件成煤作用、海相层滞后阶段聚煤等基于层序地层分析的聚煤作用理论。同时概括出层序地层格架下基于可容空间增加速率与泥炭堆积速率的关系的厚煤层聚集模式。今后的研究将会进一步对不同构造背景下的含煤岩系层序地层格架样式、层序地层格架下的优质煤炭资源聚集模式、煤层在地球演化的长周期过程中的地质意义等方面进行探索,此外,针对中国五大聚煤区的成煤时期及盆地构造背景的特殊性,中国学者还会进一步总结其层序地层格架样式以及聚煤模式,并将其用于指导中国优质煤炭资源预测     

二连盆地吉尔嘎朗图凹陷下白垩统赛汉塔拉组层序地层及聚煤特征

二连盆地吉尔嘎朗图凹陷是一个陆相断陷聚煤盆地,下白垩统赛汉塔拉组是其主要含煤地层,作者利用岩心、钻孔资料对其岩相类型、沉积相、层序地层及聚煤作用特征进行研究。(1)赛汉塔拉组主要由砂砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩、碳质泥岩及厚层褐煤组成,发育扇三角洲平原相、扇三角洲前缘相、辫状河三角洲平原相、辫状河三角洲前缘相、滨浅湖相,分别属于扇三角洲沉积体系、辫状河三角洲沉积体系和湖泊沉积体系。(2)识别出2种层序界面:不整合面和下切谷冲刷面,将赛汉塔拉组划分为2个三级层序。从层序Ⅰ到层序Ⅱ,煤层厚度逐渐增大,聚煤作用逐渐增强。(3)在滨浅湖环境下厚煤层主要形成于湖侵体系域早期,在扇/辫状河三角洲环境下厚煤层主要形成于湖侵体系域晚期,煤层厚度在凹陷中部最大,向西北和东南方向均变小。聚煤作用明显受基底沉降作用影响,可容空间增加速率与泥炭堆积速率相平衡,从而形成了区内巨厚煤层。     

新疆准噶尔盆地南缘八道湾组沉积特征与聚煤规律分析

根据经典层序地层学和现代沉积学的基本原理,在综合研究钻井、测井、露头、岩心及古生物资料的基础上,分析了准噶尔盆地南缘八道湾组的沉积特征和聚煤规律:对单井进行了层序地层分析,提出准南侏罗系八道湾组的层序划分方案,将八道湾组分为两个具有完整三分结构的层序SQ1和SQ2(与煤田八道湾组下段和上段一一对应);根据连井剖面,建立了八道湾组层序地层格架;在此基础上,结合盆地地质条件,进行了各体系域的沉积相平面分析;最后分析了聚煤规律,表明煤田主力煤层主要发育在低位体系域的末期和高位体系域早期,三角洲平原区是聚煤的最佳场所,对下一步煤炭勘探区的确立具有一定的指导意义。     

近海型含煤岩系沉积学及层序地层学研究进展

层序地层学是近20年来发展起来的一门新的方法学科,并在聚煤作用分析中得到广泛应用。作者就近海型含煤岩系沉积学研究历史以及煤系层序地层学研究方法及有关问题进行探讨,认为近海环境的聚煤作用实际上是海平面(基准面)上升过程中发生的,同时提出煤层厚度受泥炭堆积速率与可容空间增加速率的控制：靠陆一侧冲积平原和三角洲平原沉积环境中,厚煤层主要出现在最大海泛面位置;而靠海一侧障壁-潟湖或碳酸盐岩台地沉积环境中,厚煤层主要出现在初始海泛面的位置;但就整个三级复合层序来说,层序中厚度最大、分布最广的煤层主要分布于可容空间增加速率最大的最大海泛面附近的位置。对于中国晚古生代近海型煤系中常见的“根土岩-煤-石灰岩”序列,聚煤作用发生于海相石灰岩“滞后时段”,即在海侵之后、海相石灰岩层真正沉积下来之前的时段,这一时段可容空间增加速率与泥炭堆积速率平衡,有利于聚煤作用发生。     

鲁西南地区石炭纪—二叠纪含煤岩系层序地层及聚煤特征

根据钻井、测井和地质等资料,对鲁西南地区石炭纪—二叠纪含煤岩系进行了层序地层学与聚煤作用研究。识别出以区域不整合面、古土壤层底面、海侵方向转换面、下切谷砂体底面为代表的4种类型的层序界面;划分出本溪组、太原组、山西组和下石盒子组中的4个三级层序,从下到上依次为SⅢ1、SⅢ2、SⅢ3及SⅢ4。通过对比研究不同层序的含煤性及煤层的发育特征后认为,形成于分流间湾沼泽环境的SⅢ3煤层发育最好,形成于潟湖与沼泽环境的SⅢ1及SⅢ2煤层发育次之,SⅢ4没有煤层发育。在同一个层序内部,泥炭聚集速率与可容空间增加速率之间的平衡状态决定了煤层的厚度,这种平衡状态保持较长时间是煤层形成的基本条件,而与泥炭聚集有关的可容空间的持续增加需要基准面的不断抬升,因此,发育较好的煤层最可能形成于海侵体系域末期,如SⅢ3的TST末期的3号煤层。     

近海含煤岩系层序地层学研究现状

20世纪80年代末期兴起的层序地层学,为人们理解聚煤作用提供了新的思路。通过对国内外近海含煤岩系层序地层学研究成果的分析,认识到:海侵过程成煤、幕式聚煤作用、事件成煤作用、海相层滞后时段聚煤等观点的提出,大大促进了含煤岩系研究的发展;含煤岩系层序地层学聚焦于基准面与泥炭堆积关系的研究,煤岩学、煤化学方法与层序地层学的结合使这种关系更加清晰化;地层接触关系、煤层特征、煤岩特征和煤化特征是判断煤层作为成因层序地层边界的重要依据;含煤岩系层序地层学由聚焦于层序格架中煤层位置的研究,逐步转变为关注于煤层中高频基准面旋回的研究和可容纳空间与煤层、煤岩关系的研究。今后的研究要逐渐拓展到内陆湖盆,应建立不同构造背景下的内陆湖盆成煤模式或理论。      

黔西北晚二叠世含煤岩系高分辨率层序地层与聚煤模式研究

在高分辨层序地层学基本理论指导下,结合研究区岩心数据、测井等资料对黔西北晚二叠世含煤岩系划分出三个层序组,在此基础上研究了黔西北晚二叠世的聚煤模式。分析认为:研究区晚二叠世厚煤层的形成与分布直接受控于古沉积环境,水城、纳雍一带聚煤中心的三角洲沉积组合利于厚煤层的形成;聚煤中心的迁移受控于沉积盆地旋转引起的旋转旋回沉积机制;龙潭期—长兴期持续海进是研究区晚二叠世含煤岩系沉积期,尤其是晚二叠世沉积盆地顺时针方向的旋转导致可容纳空间变化的非均一性,致使聚煤中心发生逆时针方向的北迁和回迁。     

浑江煤田石炭二叠纪含煤岩系层序地层与聚煤作用

运用层序地层学有关理论和方法,分析了浑江煤田石炭系-二叠系含煤岩系的层序,探讨了聚煤作用的控制因素。石炭纪-二叠纪含煤地层共识别出4个层序边界,划分为3个三级层序。为分析煤层厚度与地层厚度及砂岩百分含量的关系,绘制了三维相关图。研究表明,层序2地层厚度在40-70 m时,层序3地层厚度在50-80 m时,煤层发育较厚,而此时砂岩百分含量小于50%,表明有利于煤层聚积的环境是沉降速率中等、陆源碎屑供给相对较少的沉积环境,主要是三角洲间湾以及下三角洲平原地区。研究区含煤岩系层序地层格架中,不同层序沉积时期,煤层的分布有所不同,对于层序2来说,主要可采煤层分布在最大海泛带两侧,而层序3主要可采煤层分布在海侵面附近,此时较低的泥炭堆积速率与较慢的可容空间增加速率相平衡,从而形成该煤层。     

超厚煤层分布与成因模式

煤厚的分级主要是从煤炭开采的角度来确定的,大于8m的厚煤层一概以巨厚煤层来称之。世界上,煤层总厚最大的是澳大利亚的吉普斯兰盆地,总厚达到700多米;加拿大哈溪煤田二号露天区则为单层煤厚最大的矿区,煤厚达510m;中国内蒙古自治区胜利煤田胜利东二号露天煤矿,单层（6煤层）厚达244.7m,总煤厚达320.65m。从沉积、层序地层与构造诸角度出发,依据现代泥炭堆积与阴沉木堆积等现象进行厚煤层的成因研究,对异地成煤及一些超厚煤层的成因模式进行了介绍和初步评价。     

二龙山含煤盆地中新世富锦组沉积相及层序地层特征

黑龙江东部二龙山盆地是一新生代陆相聚煤盆地,中新世富锦组是其含煤地层。通过对富锦组沉积相、层序地层和聚煤作用特征的研究,可以看出:富锦组主要由凝灰质粉砂岩及中细砂岩、凝灰质砾岩及褐煤组成,发育滨浅湖相、深-半深湖相、冲积扇扇根相、扇中相及沼泽相,分别属于湖泊沉积体系和冲积扇沉积体系;富锦组是一个以区域不整合面为上下界的三级层序,其低位体系域对应底部砾岩段,湖侵体系域对应下部砂岩段和中部含煤段,高位体系域对应上部砂岩段;研究区煤层形成于湖侵体系域末期,且以盆地中部煤层厚度最大,向西北和西南方向煤层均变薄;聚煤作用明显受基底沉降作用影响,在湖侵体系域末期基底稳定沉降阶段,可容空间增加速率与泥炭堆积速率相平衡,从而形成了区内巨厚煤层。      

中国含煤岩系古地理及古环境演化研究进展

随着含煤岩系沉积学从最初的旋回层理论到沉积模式,再到现阶段层序地层学理论的发展,中国学者已经在含煤岩系沉积学研究领域取得了显著的成果。(1)层序地层格架下基于可容空间增加速率与泥炭堆积速率之间平衡关系的厚煤层聚集模式受到重视,层序地层学提供了等时性地层单元,用于中国六大聚煤区等时性层序地层格架下岩相古地理的重建,为预测各聚煤期聚煤中心及富煤带的分布起到指导性作用。随着层序地层学理论的深入研究,煤相及沉积有机相的发育特征、研究方法以及划分方案也取得了新的进展。(2)近年来,煤系共伴生矿产已经成为当今煤地质学研究的热点问题之一,含煤盆地的煤层气、页岩气、天然气水合物、铀矿、三稀矿产、石墨等矿产资源具有重要的经济价值,部分共伴生矿产潜在的价值甚至超过煤炭本身。古地理作为研究煤系矿产资源的先决条件,与之联系密切,为这些矿产的研究和勘探提供极大的帮助。(3)煤作为泥炭地的产物和重要的沉积载体,其中蕴藏着丰富的"深时"古气候信息。以米兰科维奇旋回作为地层时间的"度量"工具,可以通过分析煤中碳的聚集速率,进而分析泥炭地的碳聚集速率、净初级生产力以及大气CO2的变化趋势;而随着对煤中惰质组成因的重新认识,蕴含在煤中的古野火信息越来越受到重视,基于煤中惰质组的含量对地质历史中古泥炭地野火事件以及大气氧含量的估算也成为古环境研究的新方向。中国聚煤模式及聚煤古地理今后的研究需进一步加强对不同构造背景下含煤盆地的层序地层模式、各聚煤期的聚煤古地理及聚煤规律、有益煤系共伴生矿产的古地理重建、含煤岩系"深时"古气候信息以及大数据驱动下的含煤岩系古地理定量化研究等方面的探索。     

含煤岩系沉积学和层序地层学研究现状和展望

在对含煤岩系沉积系研究历史进行回顾的基础上,论述了含煤岩系层序地层学方法以及海平面变化与聚煤作用的关系。注重强调分布广泛的厚煤层实际上是在基准面或海平面的抬升过程中堆积的,煤层底面代表海泛面。     

低可容空间浅水三角洲沉积层序及聚煤模式:以渤海湾地区下二叠统山西组为例*

为研究低可容空间浅水三角洲体系沉积层序及聚煤模式,以渤海湾地区下二叠统山西组为主要研究对象,开展层序地层研究,在层序地层格架内揭示低可容空间浅水三角洲体系聚煤模式。根据沉积相转换面以及下切谷冲刷面两类不整合面(SU)可将山西组划分为3个三级层序Sq1、Sq2及Sq3,每个三级层序代表 1期三角洲。通过最大洪泛面(MFS)与最大水退面(MRS)将每个三级层序划分为LST、TST及HST 3个体系域,代表 9个四级层序。根据岩性参数等值线绘制一系列特定于层序的沉积相图,在可容空间增长速率及泥炭堆积速率的控制下,三角洲平原泛滥平原及三角洲前缘泥炭沼泽为聚煤中心,位于冀中坳陷东部、黄骅坳陷中北部以及济阳坳陷部分地区。泛滥平原中形成的煤层厚度大,且聚煤中心具有随三角洲推进逐渐南移的趋势,三角洲前缘聚煤环境相对较差,形成的煤层厚度较薄,且易被分流河道砂体冲刷。渤海湾地区下二叠统浅水三角洲层序地层学及沉积学分析为聚煤模式提供了基础,该模式包括LST、TST早期、TST中期、TST晚期以及HST 5个时期的演化。煤层主要聚集在Sq1与Sq2的TST以及HST时期。这些成果对渤海湾地区煤炭资源勘探及提高钻探工程地质效果具有现实意义。