贵州DH地区上二叠统层序地层及聚煤作用分析

彭英明 邵先杰 李 峰 刘泽恒 李明峰 Oyaka Dickens

(燕山大学车辆与能源学院, 河北 秦皇岛 066004)

研究区位于贵州省，地质构造位于上扬子地块滇东 —— 黔中隆起东部，其中含煤地层为二叠系上统宣威组。勘查区沉积环境为陆相 — 海相过渡区环境沉积。岩性为灰 — 深灰色粉砂岩、细砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩及煤层等。地层中含有似层状、团块状菱铁矿及黄铁矿结核，以水平层理、缓波状层理为主，含多层可采煤层。

1 层序界面特征与地层划分

针对研究区晚二叠系晚期含煤岩系层序地层进行研究，采用了Vaill层序地层模式[1]。层序，是指相对整合的、成因上有联系的，其顶底界面是以不整合面或者与这些不整合面可以对比的整合面为界的地层[2-3]。其中，层序关键界面包括层序界面、初始海泛面、最大海泛面，层序关键界面的识别对于层序划分有着极其重要的意义[4]。

1.1 层序界面的特征

古构造运动形成的不整合面是典型的层序界面[1]。该研究区域层序的顶底面均为古构造运动而形成的不整合面，其底面以早二叠世峨眉山玄武岩组顶面作为层序底界，而顶面则以存在于三叠系的不整合面为层序顶界。图1所示为研究区层序底界图例。图2所示为研究区层序顶界图例。

1.2 初始海泛面的特征

初始海泛面以下，标志着低水位体系域。海侵开始后，海水深度逐渐增加，于是出现了砂岩与泥岩的互层。本次研究中，将一组砂岩与泥岩的互层上覆盖的泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩等细粒岩石的底面划分为初始海泛面。图3所示为研究区初始海泛面图例。

图1 研究区层序底界图例

图2 研究区层序顶界图例

图3 研究区初始海泛面图例

1.3 最大海泛面的特征

最大海泛面反映的是，层序中海侵范围缓慢地侵漫到陆上使海岸线逐渐后退的地质过程。只有当可容空间的整体增长速率稍大于泥炭堆积速率，或两者相当时，泥炭才能持续堆积，从而形成较厚的煤层[5]。煤炭形成于水动力相对较强的浅水环境。此外，在粒度向上变细、水位变深的沉积序列中，代表水体最深的岩相一般为泥岩、粉砂质泥岩或薄层灰岩[6]。因此，最大海泛面应划分在较厚的泥岩或粉砂质泥岩层之下，且其上面不能出现煤层。图4所示为研究区最大海泛面图例。

1.4 地层划分

根据以上层序划分原则，研究区域的峨眉山玄武岩上边界(宣威组下段下边界)为第1个层序界面，第2个层序界面则在三叠系的飞仙关组之中。因数据有限，此次仅以CB-101井为例划分出完整的三级层序，对于其他井只在宣威组段进行划分。针对研究区上二叠统含煤岩系识别出1个层序界面，划分出不完整三级层序及海侵体系域、低水位体系域。图5所示为CB-101井宣威组含煤系沉积环境与层序地层柱状图。

图4 研究区最大海泛面图例

图5 CB-101井宣威组含煤系沉积环境与层序地层柱状图

下面对含煤岩系三级层序及其体系域特征进行分析。层序I包括地层从峨眉山玄武岩组顶界到存在于三叠系中的不整合面之间。层序底界和顶界均为区域性不整合面。在该层序，发育了低水位、海侵和高水位体系域。

(1) 低水位体系域。该体系域地层包括，从峨眉山玄武岩组玄武岩顶界到厚砂岩层底面的区域。其岩性多为细砂岩，或砂岩与泥岩的互层，颜色以浅灰色为主，含C103、C201、C202、C204、C301、C302、C303、C401等煤层。

(2) 海侵体系域。底部以厚砂层底面为界，顶部以C605煤层顶面为界。其岩性为粉砂岩和泥岩，颜色多为灰色、灰绿色和深灰色等暗色，含C407、C409、C503、C602、C604、C605等煤层。其煤层含大量半亮煤和少量亮煤，这是海侵煤的一大特点。

(3) 高水位体系域。底部以C605煤层顶面为界，顶部以存在于三叠系中的不整合面为界。其岩性包括粉砂岩和砾岩，颜色多为暗色的猪肝色与灰绿色。该体系域不发育煤层。

2 研究区主要沉积相类型及其特点

2.1 潟湖

潟湖是为海岸所限制、被障壁岛所遮拦的浅水盆地，波浪作用微弱，潮汐作用明显，且极易受气候影响而导致淡化、咸化或停滞缺氧。在潮湿多雨的气候条件下，可形成一定储量的近海煤田。按照潟湖的形成条件，可将潟湖相细分为淡化潟湖相、咸化潟湖相和沼泽化潟湖相等。

研究区的潟湖相属于沼泽化潟湖相，是在湿热的气候条件下，滨海平原上沼泽化了的淤积盆地。其岩石组成以黏土岩为主，其次是粉砂岩、砂岩油页岩和煤层，具水平层理及韵律层理，植物化石种类丰富。研究区的潟湖岩性主要为黏土岩、泥岩和粉砂岩，可见大量水平层理，存在大量植物化石。图6所示为潟湖相岩性图。

2.2 潮坪

潮坪是指具有周期性作用、倾斜非常平缓的海岸带[7]。潮坪多发育在不具有强烈海浪作用的潟湖周围，如海湾、障壁岛或砂坝的后方。同时，多发育波状层理、水平层理和交错层理，根据其沉积特征又可划分为砂坪、混合坪、泥坪等微相。

(1) 砂坪。由于位于平均低潮线以下，砂坪沉积大部分时间处于水下环境经常受到潮汐和波浪的作用，因此，沉积物以推移载荷搬运为主，常有粗砂和砂沉积，且分选性表现为中等 — 好。研究区砂坪以细砂岩、粉砂岩为主，可见波状层理。图7所示为砂坪相岩性图。

图6 潟湖相岩性图

图7 砂坪相岩性图

(2) 混合坪。 混合坪沉积处于平均高潮线与平均低潮线之间。混合坪沉积物的运移形式以床砂载荷和悬浮搬运为主，分选性表现为中等 — 好。其间形成很多潮渠和潮溪，其能量和动力都远大于潮间的其他地带。该区域是水介质双向运动的活跃地带，主要岩层为砂岩与泥岩的薄互层。研究区混合坪岩性为含有粉砂岩、细砂岩、泥岩、砂岩的互层，可见水平层理、波状层理等。图8所示为混合坪相岩性图。

(3) 泥坪。泥坪沉积位于平均高潮线以上，沉积物运移形式以悬浮搬运为主。泥坪沉积大部分时间暴露在地表接受生物改造或物理风化，水动力作用较弱，常见泥质沉积物，有时可形成粉砂质薄层。研究区泥坪岩性以黏土岩为主，含有极少量砂岩夹层，可见水平层理。图9所示为泥坪相岩性图。

图8 混合坪相岩性图

图9 泥坪相岩性图

(4) 潮汐水道和潮汐三角洲。潮流的冲刷，使得潮坪上形成冲沟，进而形成潮汐水道和潮汐三角洲。大量的潮汐水道连接起潮坪与大海，潮水由此进出，从而导致潮坪上出现大量的潮渠和潮沟，这些潮渠和潮沟向陆地方向呈树枝状分叉延伸。潮汐水道具有曲流作用，即在侧向迁移的同时快速加积。在这种作用下，水道的一侧形成纵向交错层理。由于沉积速度快，因而生物扰动性很弱。潮汐水道分为大潮道和小潮道：大潮道底部为砂质沉积物，富含介壳和泥砾；小潮道主要沉积泥质，存在透镜状砂质夹层，含有介壳和泥砾[8]。潮汐三角洲是潮流在潮道口侧方堆积而形成的沉积体，形态不规则。研究区潮汐水道岩性为细砂岩、粉砂岩，可见板状交错层理、楔状交错层理。潮汐三角洲处于潟湖中，岩性为粉砂岩，发育板状交错层理。图10所示为潮汐水道岩性图。图11所示为潮汐三角洲岩性图。

图10 潮汐水道岩性图

图11 潮汐三角洲岩性图

3 聚煤作用分析

3.1 层序格架下的聚煤作用

在DH地区宣威组层序格架下，海侵体系域的聚煤作用比低水位体系域的聚煤作用强。表1所示为DH地区宣威组层序格架中煤层分布。海水进侵缓慢，泥炭的堆积速率也较慢，初始海泛面的海平面上升速度较慢，泥炭不至于被淹没，从而为泥炭提供了合适的聚集、储存空间，最后形成广泛分布的厚煤层[9]。低水位体系域不具备可供泥炭堆积的可容空间而不利于成煤，所以，海侵体系域所发育煤层的厚度远远大于低水位体系域。

表1 DH地区宣威组层序格架中煤层厚度分布 m

3.2 沉积相格架下的聚煤作用

表2所示为DH地区宣威组沉积相中煤层厚度分布。根据表中数据计算各沉积相煤层的平均厚度，即可判断其聚煤作用的强弱。其中，潟湖相煤层平均厚度约为13.04 m，其聚煤作用最强；混合坪相煤层平均厚度为4.91 m，泥坪相煤层平均厚度为2.77 m，二者的聚煤作用稍次；砂坪相煤层平均厚度为2.19 m，其聚煤作用最弱；潮汐水道和潮汐三角洲均未发育煤层，无聚煤作用。

各沉积相中，潟湖相煤层总厚度为52.15 m，混合坪相煤层总厚度为19.64 m，泥坪相含煤层厚度为11.09 m，砂坪相煤层总厚度为8.77 m。其中，潟湖相所含煤层的总厚度约为各相所含煤层总厚度的57%。潮汐水道和潮汐三角洲不发育煤层，总厚度为0。煤层的形成是植物碎屑供应充足、稳定，泥炭持续堆积的结果[10]，而在沼泽化潟湖相中生物丰富，环境温暖潮湿且水体安静又利于有机质的堆积，所以潟湖相含煤量最多。

表2 DH地区宣威组沉积相中煤层厚度分布表 m

4 结 语

DH地区宣威组含煤系主要发育区域性构造不整合面层序界面类型。该区域可划分为1个不完整三级层序、2个体系域、5种沉积相。

研究认为，在DH地区宣威组含煤系中，沉积环境是潮坪 — 潟湖沉积，煤层厚度变化明显受沉积环境影响。研究区自上而下，潟湖发育煤层最厚，体系域中海侵体系域发育煤层较厚，低水位体系域稍次，高水位体系域不发育煤层。