沁水盆地石炭——二叠纪含煤岩系高分辨率层序地层及聚煤模式

晋东南沁水盆地的煤层气储层主要是石炭-二叠系煤层,其厚度变化明显受控于当时的沉积环境及层序地层格架。本文对该盆地含煤岩系的太原组和山西组进行了高分辨率层序地层分析,并探讨了主采煤层15号和3号煤层在层序地层格架下的分布模式。以区域性分布的与下切谷砂岩共生的间断面、不整合面、海侵方向转换面、下切谷砂岩底面、由深变浅-再由浅变深的沉积相转换面以及共生的古土壤层为界,将含煤岩系划分为3个三级复合层序和9个四级层序。15号厚煤层和3号厚煤层位于三级海侵(泛)面附近,前者形成于障壁——潟湖及滨外陆棚沉积环境,较低的泥岩堆积速率与较慢的可容空间增长速率相平衡;后者形成于三角洲平原分流间湾环境,较高的泥炭堆积速率与较高的可容空间的增长速率相平衡。太原组的以“根土岩——煤层——海相石灰岩”旋回为代表的四级层序中的煤层可能形成于“海相灰岩层滞后时段”,即从海平面抬升到陆棚之上到碳酸盐岩真正沉积下来之前的时段,因为缓慢的海平面抬升速率与泥炭堆积速率保持较长时间的平衡,从而聚集了厚层的泥炭/煤层。     

沁水盆地西南缘石炭-二叠纪含煤岩系层序地层及聚煤特征

沁水盆地石炭-二叠系含煤地层,其空间展布受沉积环境和层序地层的控制。以沁水盆地西南缘为研究对象,利用岩心、钻井等资料分析含煤地层岩相类型、沉积相、层序地层及聚煤作用特征,得到以下认识:①石炭-二叠系主要由粗砂岩、中细砂岩、粉砂岩、泥岩、灰岩和可燃有机岩组成,发育三角洲平原相、三角洲前缘相等三角洲沉积体系及障壁-滨外陆棚沉积体系;②识别出区域不整合面、下切谷冲刷面及沉积体系转换面等3种层序界面,将石炭-二叠系含煤地层划分为3个三级层序,并进一步划分出低位、海(湖)侵及高位体系域,其中层序Ⅰ、层序Ⅲ中发育厚度稳定的可采煤层;③障壁-滨外陆棚环境下煤层在层序地层格架中位于最大海泛面附近,三角洲平原环境下煤层位于湖侵体系域早中期,可容空间增加速率与泥炭堆积速率相平衡条件下,形成厚层煤层。     

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。     

沁水盆地晚古生代煤系层序地层及岩相古地理研究

运用层序地层学及沉积学的方法和原理,根据野外露头、钻井及区域地质资料分析,认为山西沁水盆地煤系主要存在碳酸盐岩台地、碎屑岩浅海和三角洲等沉积相类型.进行层序界面的识别、沉积相的分析和准层序的研究对比,将沁水盆地煤系划分为两个层序,每个层序又分为海侵体系域和高位体系域（缺低位体系域）.在此基础上,以体系域为单位编制了岩相古地理图,并分析了各个体系域的岩相古地理特征.     

北京西山潭柘寺地区石炭—二叠纪层序地层与聚煤作用研究

通过露头剖面及钻孔岩心数据,对北京西山潭柘寺地区石炭—二叠纪陆相及海陆过渡相含煤岩系进行了层序地层和聚煤作用研究。依据区域不整合面（古风化壳）、下切河道砂体底面、生物缺失带、海侵方向转换面以及岩性突变面等特征辨认出8个层序界面,据此将研究区石炭—二叠系划分为7个三级层序,分别对应于本溪组及太原组M6煤层底板以下、太原组中上部、山西组、下石盒子组、红庙岭组下段、红庙岭组上段、双泉组。根据岩相及沉积环境变化特征,可将每个三级层序进一步划分为低位体系域、海侵体系域和高位体系域。区内可采煤层（如M4）形成于下三角洲平原沉积环境,在三级层序内一般位于最大海泛面附近。     

沁水盆地地层剥蚀量研究

[摘 要]沁水盆地自晚三叠世以来不断抬升,遭受了多次剥蚀,但其累积剥蚀量一直悬而未决,对盆地模拟和资源评价产生了不良影响。本文在沁水盆地沉积-构造演化史、热演化史研究的基础上,根据野外露头和钻井资料,以镜质体反射率反演方法为主,辅以声波时差法和构造剖面法,较为准确地确定了沁水盆地中新生代以来的累积地层剥蚀量。研究表明,沁水盆地石炭-二叠系煤层在燕山运动时期遭受最高地温,其后回返抬升并伴有地温梯度下降。参照济阳坳陷连续沉积剖面建立了镜质体反射率与深度关系,经地温梯度校正后,计算出了沁水盆地石炭-二叠系最大埋深,从而得到其此后抬升过程中的累积剥蚀量,经与声波时差法、构造剖面法计算结果对比,三者计算结果较为符合。研究结果表明,晚三叠世以来沁水盆地累积地层剥蚀量在1400～3300m之间,其中盆地中部剥蚀量较少,一般小于2500m,盆地边缘剥蚀量较大,可达3000m以上。主要剥蚀时期为晚白垩世至新近纪,地层剥蚀量可达2000m以上;其次为晚三叠世至早侏罗世,地层剥蚀量一般小于1000m。     

承德地区石炭-二叠系层序岩相古地理

将层序地层学方法应用于岩相古地理研究中,首先建立承德地区石炭一二叠系层序地层格架,然后以四级层序为基本编图单元,编制岩相古地理图。分析了石炭一二叠系的沉积演化特征,讨论了层序地层、岩相古地理与聚煤作用的关系。在研究区识别出2个三级层序、5个四级层序、8个五级层序;揭示了海平面升降变化对成煤沼泽发育的控制,认为层序DS1的海侵或海退最大点处的四级层序Ⅲ控制了研究区两个主采煤层的发育。该结论对该区聚煤规律的研究和煤炭资源预测有一定的参考价值。     

沁水盆地地层剥蚀量研究

沁水盆地自晚三叠世以来不断抬升,遭受了多次剥蚀,但其累积剥蚀量一直悬而未决,不利于盆地模拟和资源评价。本文在沁水盆地沉积-构造演化史、热演化史研究的基础上,根据野外露头和钻井资料,以镜质体反射率反演方法为主,辅以声波时差法和构造剖面法,较为准确地确定了沁水盆地中新生代以来的累积地层剥蚀量。研究表明,沁水盆地石炭-二叠系煤层在燕山运动时期遭受最高地温,其后回返抬升并伴有地温梯度下降。参照济阳坳陷连续沉积剖面建立了镜质体反射率与深度的关系,经地温梯度校正后,计算出了沁水盆地石炭-二叠系最大埋深,从而得到其此后抬升过程中的累积剥蚀量,经与声波时差法、构造剖面法计算结果对比,三者计算结果较为符合。研究结果表明,晚三叠世以来沁水盆地累积地层剥蚀量在1400～3300m之间,其中盆地中部剥蚀量较少,一般小于2500m,盆地边缘剥蚀量较大,可达3000m以上。主要剥蚀时期为晚白垩世至新近纪,地层剥蚀量可达2000m以上;其次为晚三叠世至早侏罗世,地层剥蚀量一般小于1000m。     

河北南部地区石炭-二叠纪层序地层与聚煤特征

根据大量野外剖面及钻孔资料,将河北南部地l区晚石炭世至早二叠世地层划分为4个含煤层序。层序1为第一个关键成煤层序,代表了海陆交替型含煤岩系形成期间的第一次大规模海水进退序列,含有全区可追踪对比的煤层．但聚煤作用较弱;层序2为第二个关键成煤层序,由于盆地的构造转换引起海侵方向的改变,该层序煤层为海侵事件成煤,形成了全区稳定发育的大青煤（8^#）;层序3为华北板块发生“翘翘板”运动后的稳定沉积层序,高水位体系域形成的煤层稳定性好（6^#、7^#）：层序4为陆表海盆地向陆相盆地过渡形成的含煤层序,该层序高位体系域含煤性好．煤层厚,全区可对比。     

贺兰山—桌子山地区石炭—二叠系陆表海高精度层序地层模拟与聚煤分析

层序地层学的研究不断从盆地规模的层序地层格架和体系域分析向高精度的、微相规模的层序地层分析的方向深化。精细的野外和钻井资料分析表明,贺兰山—桌子山地区的太原组—山西组可划为3个三级层序、6~8个四级层序及20多个准层序。四级层序界面一般是下切的分流河道、潮—河混合水道、近端河口坝或滨面沉积的底部冲刷面,海进初期发育的煤层底界以及盆地方向低水位三角洲前缘底超面等,可以在大范围内追踪,其识别和划分是建立高精度层序地层格架的关键。应用层序地层模拟系统(SSMS)可揭示海平面变化、构造沉降等对层序形成过程的控制。模拟分析表明,对称和不对称的相对海平面变化产生的层序结构存在明显的差异,快速上升后缓慢下降的海平面变化过程可解释区内四级层序的结构特征和聚煤规律。四级层序高水位晚期至海进的转换期有利于形成广泛分布的煤层。     

沁水盆地石炭纪-二叠纪海陆交互相含煤旋回的天文周期驱动

沁水盆地石炭纪-二叠纪海陆过渡相含煤岩系发育明显的旋回性, 这些沉积旋回与天文周期信号有良好的对应关系。本研究基于古气候替代指标自然伽马(GR)测井数据, 通过Acycle软件进行时间序列分析, 识别其中的天文周期信号, 并建立经405 ka长偏心率校准的天文年代标尺。根据频谱分析确定出沁水盆地4个钻孔剖面晚石炭世至早二叠世的405 ka长偏心率周期、92.4~128.7 ka的短偏心率周期、33.5~48.1 ka的地轴斜率周期以及19.7~23.2 ka的岁差周期, 这些周期参数与石炭纪-二叠纪天文轨道旋回周期相近, 说明相关沉积记录受到地球轨道周期的驱动。根据天文轨道周期约束的浮动天文年代标尺, 可将区内含煤岩系沉积时限约束在6.9 Ma。对层序地层格架和年代标尺的综合分析表明, 沁水盆地本溪组顶界沉积年龄为300.00 Ma, 太原组沉积年龄为300.00~295.28 Ma, 山西组为295.28~293.95 Ma, 据此计算出的层序1沉积时限为1500 ka, 沉积速率约为2.7 cm/ka, 该时期主要发育潟湖及滨外碳酸盐陆棚相; 层序2沉积时限为4070 ka, 沉积速率约为3.0 cm/ka, 该时期沉积相以潮坪、潟湖及滨外陆棚为主, 并向三角洲相过渡; 层序3沉积时限为1330 ka, 沉积速率3.7 cm/ka, 发育三角洲相。沉积速率总体呈现逐渐加快的趋势, 且海陆过渡相地层沉积速率较海相地层快。本研究建立的天文年代标尺可为区内含煤岩系古环境演化分析提供高分辨率的年代地层格架。

     

补连塔煤矿中生界高分辨率层序地层与沉积环境演化

通过多口钻孔岩心、测井等资料,结合区域地质背景,对补连塔煤矿中生界进行层序地层及微相划分,总结其沉积环境演化规律。研究结果表明：补连塔煤矿中生界可以区分出7个长周期基准面旋回,13个中周期基准面旋回,在全矿区均可对比。从下向上,侏罗系延安组为三角洲沉积相,侏罗系直罗组和安定组为河流沉积相,白垩系志丹群为冲积扇沉积相。中生代从早到晚,补连塔煤矿由近坳陷湖盆三角洲沉积环境逐渐演化为远坳陷湖盆的河流沉积环境（河流—冲积平原）以及凹陷盆地冲积扇沉积环境,其水平面具有两次加深—变浅的旋回性变化过程。地层组合序列变化记录了盆地沉积演化的地质历史,反映了一个陆相坳陷盆地初始形成、扩张、萎缩到消亡和一个凹陷盆地的形成、发展和萎缩的叠合过程。长周期基准面下降半旋回晚期出现的煤层具有条带状冲刷减薄现象,在掘进中重点预防厚煤层顶板层状剥落现象;而在长周期基准面上升半旋回与下降半旋回转换处（最大水泛面处）沉积煤层具有分叉、合并现象,在掘进中需要重点预防顶板塌陷现象。     

东海陆架全新统高分辨率层序地层学研究

在高分辨率14C测年、岩石、生物、化学、同位素、气候及磁性地层学研究成果基础上,通过不同沉积背景典型钻孔的沉积学分析,运用层序地层学理论,对东海陆架全新统进行了高分辨率层序划分及对比;建立了全新世层序地层格架及海平面变化过程;提出了相应的层序成因模式。研究结果表明,东海陆架全新统相当于一个发育中的六级（1~10ka）层序,可进一步划分为3个七级（0.1~1ka）层序和若干个更次级层序。代表1个六级或3个七级周期相对海平面变化过程中叠加有若干更次级的海平面波动,它们与地球旋回谱系中的太阳带、历法带密切相关。七级层序具有与三级层序相近的内部构型和成因格架。在东海陆架全新世沉积演化过程中,长江三角州至少有3次不同程度地越过东海陆架进入冲绳海槽,并滞留有至少3层海侵改造"残积砂"沉积。在东海陆架全新世海平面变化期间,最大海平面时期为约距今6~5ka,大致高于现今海平面2~4m,最低海平面在距今10ka左右,大约低于现今海平面130m。目前,由于温室效应的影响,海平面仍呈小幅度波浪式上升。事实证明,层序地层学不仅丰富了现代海洋沉积学的内容,而且解决了许多海洋沉积学未能解决的问题.     

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。     

新疆吐哈盆地中、下侏罗统含煤岩系层序地层及古地理

在吐哈盆地中、下侏罗统含煤岩系层序地层分析的基础上,对聚煤期古地理特征及其与聚煤作用的关系进行了研究。结果表明,吐哈盆地中、下侏罗统含煤岩系形成于河流-三角洲-湖泊沉积体系,其中共发育4个三级层序,分别对应于八道湾组、三工河组、西山窑组一、二段和三、四段。吐哈盆地从层序Ⅰ到层序Ⅳ,先后经历了沼泽（层序Ⅰ）-湖泊（层序Ⅱ）-沼泽（层序Ⅲ）-湖泊（层序Ⅳ）过程。在对应于最大湖泛面的湖侵体系域末期和高位体系域早期,较快的可容空间增加速率与泥炭堆积速率相平衡,从而有利于厚煤层的堆积。煤层厚度、碳质泥岩厚度与砂砾岩含量呈负相关关系,即砂砾岩含量越少,煤和碳质泥岩厚度越大;地层厚度300～500 m（层序Ⅰ）和400～550m之间（层序Ⅲ）时,煤层厚度最大,说明有利于煤和碳质泥岩聚集的环境是沉降速率中等、陆源碎屑供给相对较少的三角洲间湾、湖湾以及下三角洲平原环境,层序Ⅰ和层序Ⅲ的聚煤中心如艾维尔沟、柯尔碱、桃树园、七泉湖、柯柯亚、鄯善、艾丁湖、沙尔湖、大南湖和三道岭等均属于这类环境。     

Permo-Carboniferous coal measures in the Qinshui basin: Lithofacies paleogeography and its control on coal accumulation

The Qinshui basin in southeastern Shanxi Province is an important base for coalbed methane exploration and production in China. The methane reservoirs in this basin are the Carboniferous and Permian coals. Their thickness is strongly controlled by the depositional environments and the paleogeography. In this paper, sedimentological research was undertaken on the outcrop and borehole sections of the Taiyuan and Shanxi formations in the Qinshui basin and the basin-wide lithofacies paleogeography maps for these two formations have been reconstructed. The Taiyuan Formation is composed of limestones, aluminous mudstones, siltstones, silty mudstones, sandstones, and mineable coal seams, with a total thickness varying from 44.9 m to 193.48 m. The coal seams have a thickness ranging between 0.10 and 16.89 m, averaging 7.19 m. During the deposition of the Taiyuan Formation, the northern part of the basin was dominated by a lower deltaic depositional system, the central and southern parts were dominated by a lagoon environment, and the southeastern corner was occupied by a carbonate platform setting. Coal is relatively thick in the northern part and the southeastern corner. The Shanxi Formation consists of sandstones, siltstones, mudstones, and coals, with the limestones being locally developed. The thickness of the Shanxi Formation is from 18.6 m to 213.25 m, with the thickness of coal seams from 0.10 to 10 m and averaging 4.2 m. During the deposition of the Shanxi Formation, the northern part of the Qinshui basin was mainly dominated by a lower deltaic plain distributary channel environment, the central and southern parts were mainly an interdistributary bay environment, and the southeastern part was occupied by a delta front mouth bar environment. The thick coals are distributed in the central and southern parts where an interdistributary bay dominates. It is evident that the thick coal zones of the Taiyuan Formation are consistent with the sandstone-rich belts, mainly located in the areas of the northern lower deltaic plain and southeastern barrier bar environments, whereas the thick coal zones of the Shanxi Formation coincide with the mudstone-rich belts, located in the areas of the central and southern interdistributary bay environments. Translated from Journal of Palaeogeography, 2006, 8(1): 43–52 [译自: 古地理学报]     

内蒙古海拉尔盆地早白垩世含煤岩系层序地层与聚煤规律

利用煤田钻孔资料,对内蒙古海拉尔盆地下白垩统含煤岩系层序地层格架及聚煤规律进行研究。根据区域不整合面、下切谷砂砾岩体底面、古生物组合突变面及沉积相转换面等层序界面,将海拉尔盆地下白垩统含煤岩系划分为6个三级层序。铜钵庙组是盆地初始断陷阶段的产物;南屯组一段、二段是盆地快速沉降阶段,大磨拐河组一段、二段是盆地稳定拉张阶段,伊敏组是断陷萎缩阶段。盆地早白垩世含煤地层的煤层发育表现为东、北部好,中部次之,西南部差的特点;聚煤作用主要发生在伊敏组及南屯组二段,这2个时期构造沉降表现出间歇性、震荡性及多旋回性,保证了可容空间增加速率与泥炭堆积速率之间的平衡关系,从而形成了区域性的厚煤层。