冀南某井田山西组沉积体系与聚煤规律

薛园园，邵长奎

1. 中国地质大学 长城学院，河北 保定 071000；2. 中国冶金地质总局 地球物理勘查院，河北 保定 071051

一、区域地质背景

研究区位于河北省南部，是该井田及其自然延伸部分。下二叠统山西组为研究区主要含煤地层，其形成于海退系列，是在滨海环境下形成的一套过渡相三角洲沉积[1]。上部以灰色、灰黑色泥岩、粉砂岩为主，下部以灰黑色砂质泥岩、细粒砂岩沉积为主。本组地层含煤2～4层，可采及部分可采者两层，本组地层厚度69.40 m～110.57 m，平均厚度86.49 m。

研究区内构造迹线同区域构造迹线基本一致，以NNE～NE向构造为主，构造形式为高角度正断层。地层走向NE～NNE向，倾向SE～SEE，以单斜形式为主，南部及北部呈疏缓褶曲构造形式。

二、2#煤层对比标志

下二叠统山西组2#煤层顶部距下二叠统下石盒子组底部的标志层——骆驼脖子砂岩约50 m，其间接顶板为灰白色、浅灰色石英砂岩，中—粗粒砂状结构，含黑色泥质包体以及炭质线理，孔隙式胶结，为顶板可靠的对比标志（见图1-a）。2#煤层底板以下约6.5 m左右，存在一层泥岩或粉砂岩，夹有含菱铁质结核层，为底板可靠对比层（见图1-b）。此外，2#煤层沉积厚度较大，其本身即是良好的对比标志[1]。

图1 2#煤层顶、底板钻孔岩心图

三、山西组沉积体系特点

依据野外露头剖面、测井资料的分析，研究区山西组为海陆过渡性质的河控型浅水湖泊三角洲。依据前人工作资料分析可知，研究区山西组地层内，河控型浅水湖泊三角洲主要发育有三角洲平原及三角洲前缘沉积亚相，前三角洲不甚发育。共识别出了分流河道、分流间湾、泥炭沼泽、天然堤、决口扇、洪泛平原、水下分流河道等沉积微相类型。且分布有连续性较好的多层砂岩，并形成厚煤层及部分可采煤层[1-3]。

（一）三角洲沉积体系

1．三角洲平原

（1）分流河道

分流河道发育于三角洲平原，以侧向加积和河道充填的方式发生砂质沉积，分流河道数目众多以及方向的分散性使其形成规模的河道网相互交错。本区山西组发育的大面积连续的中细粒砂岩是上述分流河道沉积的，该地层砂岩不但厚度大连续好而且层数多，为多期三角洲分流河道沉积形成。在钻井岩芯中，识别了分流河道底部沉积形成的含砾中砂岩及分流河道沉积形成的大型板状交错层理，两者均为分流河道沉积的典型特征。

该处分流河道构成三角洲平原的主体，岩石类型以细粒岩屑长石砂岩为主，分选磨圆中等，具有向上变细的正粒序，发育大型板状、槽状交错层理，底部常具有滞积层或明显的冲刷面，自然伽马曲线呈钟形、箱形和不规则的漏斗形（图2，图3）。

（2）天然堤、决口扇

天然堤位于河道的两侧，平行于河道向前延伸，垂直剖面上呈楔状或不对称的透镜状，向河道的一侧坡度与厚度均较大，背向河道的一侧较缓厚度小且延伸较远。当洪水期河水浸漫河床并破坏天然提，水体向天然堤外侧倾泻时，便在分流河道间形成扇形沉积体及决口扇（如图3）。

图2 4-9孔浅水三角洲沉积特征

（3）泥炭沼泽

泥炭沼泽常发育于分流河道间地势比较低洼的地带以及广阔的被废弃的三角洲平原上。沼泽为一个封闭的环境，水体流动不畅，一般能形成稳定的大面积的具工业开采价值的厚煤层。该区山西组中，沉积有泥岩、炭质泥岩及煤层，在自然伽马曲线上表现为低宽峰值异常，视电阻率曲线则为宽幅高阻值异常，即是在泥炭沼泽的环境下形成的[4]。

图3 0-12孔泥炭沼泽沉积特征

（4）洪泛平原

洪泛平原分布在三角洲平原比较平坦分流河道河床较宽的地区，但在特大洪水期上三角洲平原也能发育洪泛平原。此外，下三角洲平原分流河道间湾形成的洪泛平原缺乏稳定性，受海水潮汐的影响。所以，洪泛平原形成的煤层较薄。

（5）分流间湾

分流间湾位于下三角洲平原的河道间地带，常与海相连通，主要是泥质的静水沉积。图1中，泥岩呈致密厚层状，含植物化石。该泥质沉积就是在分流间湾的环境下形成的。

2．三角洲前缘

三角洲前缘是三角洲水下部分的主体，主要有河口砂坝和前缘席状砂组成。

（1）河口砂坝

在垂向上位于分流河道的下部，主要由细砂岩和中粒砂岩组成，成熟度和分选中等—较好，说明上游河流搬运的砂质物质在河口处流速减小而快速堆积造成的。发育有板状、楔形交错层理或砂纹层理等。

河口砂坝砂体在剖面上呈透镜状，在垂向上常与分流河道、远砂坝及分流间湾共生，构成一个完整的向上变粗的反粒序序列。

（2）水下分流河道

水下分流河道是陆上分流河道的延伸部分，以砂、粉砂为主，泥质极少。在图3中，三角洲前缘分布了大面积的且厚度较大的细砂岩，该处砂岩体就是在水下分流河道的环境下形成的。

3．前三角洲

研究区内前三角洲不甚发育，为三角洲前缘向海延伸之细粒沉积物，主要以黑色泥岩为主，一般具有水平层理。

（二）河流沉积体系

研究区内河流沉积主要分布于山西组地层内，发育相对较简单，分析前人资料仅识别出河床滞留沉积、边滩、河漫滩、河漫湖泊等河流沉积微相。虽地层厚度大，但未曾形成较厚煤层[5]。

四、聚煤规律

煤层厚度受沉积环境及古地理的影响，且是主控因素之一，主要是对煤层的厚度及结构的影响。分析该区的测井资料，进行单井相以及连井相（如图4、5）的研究可知，本区山西组地层发育有三角洲沉积体系和河流沉积体系，但控制煤层厚度变化的主要沉积体系为河控浅水三角洲沉积体系[6]。

图4 2-6井、2-7井、2-8井沉积相连井横剖面图

研究区山西组共含两层煤，其中1#煤较薄不可采，2#煤厚度大，分布广泛且层位稳定，易于进行对比研究，亦是本区最重要的可采煤层之一。海水于早二叠世晚期逐渐由该区东南部退出，沉积环境则由早期的潮坪沉积转换为浅水三角洲沉积。这对该区聚煤作用十分有利，特别是三角洲平原上之泥炭沼泽环境，该处地势一般较低洼、水能低且营养丰富，从而广利于植物的生长及泥炭的堆积，因此往往可以形成分布面积广且煤层厚度大的煤层[7]。

图5 2-6井、4-8井、8-13井、8-15井、10-18井沉积相连井横剖面图

因为分流河道的多次迁移作用，使得该区的煤层出现分叉及合并现象，导致煤层厚度变化较大。此外，由于该区成煤后期构造运动以及煤层的冲蚀现象普遍，导致煤层在该区的分布呈现差异性[8]。依据测井资料可知，由于分流河道冲刷和迁移作用，煤层厚度发生明显的变化，1#煤层变薄甚至消失，2#煤层则厚度明显变薄（如图5）。该区山西组沉积稳定，2#煤层厚度较大，各参数曲线特征易于识别。视电阻率为宽幅高阻值反映，自然伽玛曲线则为低宽峰值反映。

图6 研究区煤层厚度等值线图

作为该区最重要的可开采煤层，2#煤层厚度介于3.0～6.0 m之间，总体呈现出西北厚东南减薄的特点（图6）。这是由于区域内该时期海水由北、北东方向向南东方向逐渐退出，海水的影响逐渐减弱。经过河流的搬运作用，陆源碎屑物在此发生沉积，形成了该区域厚层的砂岩组成的河口砂坝，导致河流多次的改道，从而形成了众多的三角洲朵体，其上发生了持续时间较长的沼泽化，从而沉积了较厚的泥炭堆积，然后下一期的三角洲开始发育，其上被沉积物持续覆盖和改造，经历多期的三角洲，最终形成了该期的煤层[9]。

五、结论

本文对井田山西组地层及沉积体系进行了研究，结合多个测井曲线图，划分出该区的主要沉积体系类型是河控型浅水湖泊三角洲沉积体系，微相环境主要是分流河道、分流间湾、天然堤、决口扇、洪泛平原、水下分流河道、泥炭沼泽，并详细分析了沉积体系的特征。

最后结合沉积特征和测井资料，对聚煤规律进行了探讨。再结合多个连井剖面图，来分析研究区煤层厚度变化特征。研究表明，本区山西组控制煤层厚度变化的沉积体系主要是三角洲沉积体系，尤其是三角洲平原上的泥炭沼泽，此处因地势较低洼、覆水较浅、水能低、营养丰富，有利于植物的生长和泥炭的堆积，形成的煤层厚度较大、面积较广。该区发育稳定的2#煤层，是可靠的对比标志，而且煤层厚度较大，具有经济可采价值[10]。

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[10] 张鹏飞, 彭苏萍, 邵龙义, 等. 含煤岩系沉积环境分析[M]. 北京: 煤炭工业出版社, 1993: 20-50.