黄龙县瓦子街-崾崄勘查区含煤地层特征及沉积环境分析

陈禹旭 张震 王晓声

作者简介：陈禹旭（1984-），男，陕西咸阳人，地质工程师，主要从事煤田地质工作。张震（1988-），男，河南南阳人，学士学位，地质工程师，主要从事煤田地质工作。

摘 要： 通过对陕西省黄龙县瓦子街-崾崄勘查区钻孔岩心、测井曲线的岩石学和沉积相特征综合分析，对该区含煤地层进行了沉积环境和聚煤特征分析研究。研究表明：瓦窑堡组沉积景观具有明显的继承性，区内由下到上依次为河流沉积体系、湖泊沉积体系和湖泊三角洲沉积体系。受古气候、古构造及古地理因素的影响，造成区内煤层层数多、厚度小、缺少厚煤层的特征。

关键词： 黄龙县;瓦窑堡组;沉积环境;聚煤特征

【中图分类号】P618.11     【文献标识码】A     【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.26.289

0 引言

陕西省黄龙县瓦子街-崾崄勘查区位于鄂尔多斯盆地南缘。三叠系上统瓦窑堡组为本区的含煤地层，自下而上划分为5个含煤层段，即第一～五段。第一段上部含1号煤层，第二段中部含2号煤层，第三段顶部含3号煤层，第四段底部含4号煤层、上部含5号煤层，第五段中部偶含1～2层煤层。3号煤层为区内局部可采薄煤层，厚度0～0.70m;其余煤层在区内沉积不稳定，厚度0～0.41m，均为不可采煤层。

1 含煤地层特征

（1）瓦窑堡组一段（T3w1）

连续沉积于永坪组地层之上，属河道相沉积，全区分布，地层厚度148.13～184.58m，平均厚度170.49m。岩性下部为灰色中、细粒砂岩夹灰黑色泥岩、粉砂岩，具波状层理及水平层理;中上部为灰黑色砂质泥岩，深灰色粉砂岩夹灰白色中、细粒砂岩、黑色泥岩及薄煤线，具水平层理和微波状层理，含植物化石。

该段上部含不可采煤层1号。

物性特征：电阻率曲线幅值异常偏低，略高于基线;长源距伽玛以较高幅值反映，呈锯齿状变化;自然伽玛曲线反应平缓，无明显起伏出现;自然电位曲线反应低于基线，反映平缓。

（2）瓦窑堡组二段（T3w2）

连续沉积于一段之上，属河流、湖相沉积，全区分布，地层厚度130.73～212.49m，平均厚度173.82m。岩性为下部一套巨厚层灰色中、细粒砂岩夹深灰色粉砂岩，具波状层理;中上部为深灰色粉砂岩、泥岩夹浅灰色细粒砂岩及多层薄煤线，具微波状层理、斜层理及水平层理，含植物化石。

该段中部含不可采煤层2号，厚度0～0.25m。

物性特征：电阻率曲线一般反映平缓，中、细粒砂岩以高阻显示;长源距伽玛以较高幅值反映，与电阻率曲线互为倒影，高、低相互对应;自然伽玛曲线呈低幅值反映;自然电位曲线形态平缓，呈略低于基线的负异常反映。

（3）瓦窑堡组三段（T3w3）

连续沉积于二段之上，属湖泊相沉积，区内分布广泛，南部遭受后期剥蚀，地层厚度34.48～37.66m，平均厚度36.07m。岩性以深灰色粉砂岩及细粒砂岩为主，次为深灰色泥岩及煤层，富含植物茎叶化石。

该段顶部含局部可采煤层3号，厚度0～0.70m，平均0.33m。

物性特征：电阻率曲线一般反映平缓;长源距伽玛曲线煤层及泥岩呈高异常;自然伽玛曲线反应平缓，在煤层处呈高异常;自然电位曲线形态平缓，异常上部高于下部。曲线在3号煤层位置呈低电阻率、高长源距伽玛、高自然伽玛、负电位、形态呈多指状、剑状。

（4）瓦窑堡组四段（T3w4）

连续沉积于三段之上，属湖泊三角洲相沉积，区内分布广泛，南部遭受后期剥蚀，区内保留地层厚度10.38～57.22m，平均厚度38.38m。岩性以深灰色粉砂岩及细粒砂岩为主，次为灰白色中粒砂巖及煤层，具水平层理及波状层理，富含植物化石。

该段地层含煤0～8层，均为不可采煤层，其中5号煤层位该段地层上部，厚度0～0.41m，平均0.27m，下距4号煤层16.37～49.08m，平均32.25m;4号煤层位于该段地层底部，厚度0～0.32m，平均0.21m，下距3号煤层2.67～9.38m，平均5.69m。

物性特征：电阻率曲线一般反映平缓，细粒砂岩以高阻显示;长源距伽玛曲线与电阻率曲线高、低相互对应;自然伽玛幅曲线大部分反映低平，在煤层处出现较高幅度值反应;自然电位呈略低于基线的负异常反映。

（5）瓦窑堡组五段（T3w5）

连续沉积于四段之上，属湖泊三角洲相沉积，区内分布广泛，南部遭受后期剥蚀，区内保留地层厚度13.09～55.00m，平均厚度27.92m。岩性以深灰色泥岩、粉砂岩为主，次为同色细粒砂岩，底部岩性一般为厚～巨厚层状浅灰色中、细粒砂岩，成份以石英为主，岩屑及暗色矿物次之，分选好，次圆状，局部裂隙发育，裂隙面充填方解石薄膜。

该段地层中部偶含1～2层煤层，厚度0.20～0.25m。

物性特征：电阻率曲线变化明显，中、细粒砂岩以高阻显示，粉砂岩及泥岩以低阻显示，呈多峰林立的形态;长源距伽玛曲线与电阻率曲线高、低相互对应;自然伽玛曲线反应平缓，呈低幅值反映;自然电位曲线形态平缓，趋于基线。

2 含煤地层沉积环境

三叠系上统瓦窑堡组属陆相沉积体系，发育河流沉积体系、湖泊三角洲沉积体系和湖泊沉积体系。勘查区瓦窑堡组主要为湖泊体系，各段沉积环境较为简单，总的沉积景观具有明显的继承性。从垂向上看，第一段以河流体系为主，第二、三、四、五段以湖泊、湖泊三角洲体系为主。

（1）第一段沉积环境

该段是在下覆永坪组准平原化的基础上沉积的，沉积环境以河流体系为主，在沿分流河道狭窄的发育不好的堤岸处，形成不可采的1号煤层。岩性以灰色中、细粒砂岩及灰黑色泥岩、粉砂岩为主，偶含薄煤线。

（2）第二段沉积环境

由于河水流量的增大以及前期河流的夷平作用，湖侵體系分布广泛，致使本段以湖泊沉积为主，在滨浅湖淤浅沼泽处，形成不可采的2号煤层。岩性以灰色中、细粒砂岩及深灰色粉砂岩、泥岩为主，含多层薄煤线。

（3）第三段沉积环境

该段湖区范围扩大，而河流作用减弱，以湖湾沼泽和滨浅湖淤浅沼泽沉积为主，发育局部可采的3号煤层。岩性以深灰色粉砂岩及细粒砂岩为主，次为深灰色泥岩及煤层。

（4）第四段沉积环境

该段湖泊范围周期性扩张，以湖泊三角洲沉积为主，在三角洲平原沼泽发育多层薄煤层，含4、5号煤层，均不可采。岩性以深灰色粉砂岩及细粒砂岩为主，次为灰白色中粒砂岩及煤层。

（5）第五段沉积环境

该段湖泊逐渐萎缩并消亡，河流作用增强，以湖泊三角洲沉积为主。岩性以深灰色泥岩、粉砂岩为主，次为同色细粒砂岩，偶含1～2层薄煤层。

3 聚煤特征分析

3.1 聚煤规律

勘查区瓦窑堡组地层厚度309.50～540.69m，平均厚度408.20m，在靠近盆地中心的西北部含煤地层厚度较大，煤层也比较发育，在接近盆地边缘的南部及东部含煤地层厚度变薄，含煤性差。含煤地层在不同地段遭受到不同程度的冲刷和剥蚀，从北西到南东剥蚀作用由弱变强。

勘查区瓦窑堡组含煤达10余层，单孔见煤总厚度0.28～3.24m，平均1.29m。区内仅3号煤层在勘查区中部的小寺庄～土地庙沟一带存在可采区段，为局部可采煤层，其余均为不可采煤层。

形成煤层层数多主要是受构造因素控制，即瓦窑堡组沉积时地壳升降运动十分频繁，导致湖水频繁进退，而且进退的时间较短，造成煤层层数多，厚度小，缺少厚煤层。

3.2 控煤因素分析

（1）古气候与古植物对聚煤作用的控制

气候条件不仅控制着大气降水，而且控制着地表水的蒸发，以及陆表风化作用、集水区的土壤性质和植被发育等情况，从而控制着河流与湖泊的沉积环境、沉积特征和煤层发育。

瓦窑堡组沉积期间以温暖～湿润气候为主，氧化作用较弱，但变化相对比较频繁，这种气候不利于长时期聚煤作用的发生，因此煤层发育层数虽多但薄。

（2）古构造对聚煤作用的控制

为勘查区控制聚煤的主要因素，瓦窑堡组沉积时地壳的垂直升降运动十分频繁，表现为湖泊水体的频繁进退，而且周期较短，造成煤层层数多、无厚煤层发育的特征。沉积环境因素也控制着富煤带的空间展布，富煤带主要发育于三角洲平原区和废弃河道，局部发育于湖湾或浅湖淤浅之后的沼泽环境。

（3）古地理对聚煤作用的控制

瓦窑堡组煤层主要发育在河流、三角洲和湖湾环境。沉积早期，其沉积环境由河流向湖泊～三角洲逐渐过渡，富煤带由河流洪泛平原沼泽逐渐向三角洲平原过渡，一直延伸到三角洲前缘的近岸位置。沉积中期，湖泊范围周期性扩张，三角洲平原沼泽成为了该时期最主要的聚煤地区。沉积后期，湖泊逐渐萎缩并消亡，三角洲平原沼泽以及逐渐淤积变浅的湖湾成为了最有利的成煤环境，随着湖泊的逐渐萎缩，河流洪泛平原沼泽成为了最主要的成煤环境。

4 结论

（1）陕西省黄龙县瓦子街-崾崄勘查区含煤地层为三叠系上统瓦窑堡组，自下而上划分为5个含煤层段，即第一～五段。3号煤层为区内局部可采薄煤层，其余煤层均为不可采煤层。

（2）瓦窑堡组属陆相沉积，主要为湖泊体系，沉积景观具有明显的继承性。从垂向上看，第一段以河流体系为主，第二、三、四、五段以湖泊、湖泊三角洲体系为主。岩性以深灰色粉砂岩及细粒砂岩为主，含多层薄煤层。

（3）古构造为勘查区控制聚煤的主要因素，瓦窑堡组沉积时地壳的垂直升降运动十分频繁，表现为湖泊水体的频繁进退，而且周期较短，造成煤层层数多、无厚煤层发育的特征。

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