冀西北宣东矿区煤系基底地层厘定及其地质意义

张树胜，谢明忠，任建帅，周建飞，张新博

(1.河北省煤田地质局第四地质队，河北宣化 075100；2.河北省煤田地质局环境地质调查院，石家庄 050085)

随着国家对清洁能源的勘查和利用重视程度的不断提高，下马岭组页岩的生烃潜力和页岩气前景引起人们的关注[1-3]。包括张矿集团宣东一井、宣东二矿及宣三井田在内的宣东矿区，面积近百平方千米，位于宣化—下花园煤田西部(宣化城区东南部近郊)(图1)，其下花园组煤系基底地层主要为下马岭组页岩，自然成为关注的焦点之一[4-5]。在历年的勘查工作中，施工的钻孔一般是在揭穿煤系后，揭露基底地层10m左右即终孔。由于勘查目的任务的局限等原因，当时只是将揭露的煤系基底地层笼统地确定为下马岭组[6-9]，未进一步详细划分，为对该区域页岩气资源条件评价和勘查带来了困难。

图1 研究区位置Figure 1 Study area position

近年，相关单位在区内施工了页岩气参数井ZY1井[10]，笔者收集相关资料，并结合邻区赵家山村下马岭组剖面，对区内钻孔揭露的煤系基底地层层位进行厘定，对于该区乃至宣化-下花园地区下马岭组页岩气资源条件评价和勘查工作具有重要的现实意义。

1 ZY1井下马岭组地层层序

ZY1井位于宣三井田内，井深1 512.24m，揭露下马岭组厚度为216m(不含4层总厚度29.84m的流纹斑岩)，下侏罗统南大岭组不整合其上，下伏蓟县系铁岭组白云岩(图2，图3)[10]。地层层序如下：

图2 宣东地区ZY1井与赵家山剖面下马岭组对比(赵家山剖面据文献[16]修改)Figure 2 Contrast between Xiamaling Formation in well ZY1and on Zhaojiashan section in Xuandong mining area(Zhaojiashan section data after reference [16], modified)

上覆地层：下侏罗统 南大岭组凝灰岩

～～～～不整合～～～～

19.紫红色泥岩，以紫红色为主，夹绿色条带，呈互层状，页理发育，断口平坦。

16.30m

18.绿色细砂岩，夹紫红色、绿色页岩、泥质粉砂岩薄层和条带，并显示出水平纹层。细砂岩

碎屑成分以石英、长石为主，少量岩屑和海绿石，硅质胶结，较坚硬。

4.66m

17.紫红色泥岩，夹少量绿色条带，具有水平纹层，页理部发育。裂隙较发育。

2.76m

16.浅灰色流纹斑岩，带绿色调，顶底部颜色较深，呈深灰绿色。斑状结构，斑晶主要为长石

和石英，φ1～3mm。致密块状。裂隙较发育，岩心破碎。

3.28m

15.紫红色泥岩，层理不发育，块状。裂隙较发育，部分有方解石充填。

2.07m

14.灰绿色细砂岩，成分以石英、长石为主，并含有少量海绿石，硅质胶结，坚硬致密，厚层块

状，见有平行层理。

11.65m

13.紫红色泥岩，夹绿色条带，具有水平纹层，页理不发育。与下层明显接触。

7.27m

12.灰绿色细砂岩，岩性较细，近粉砂岩，因夹较多的泥质粉砂岩、泥岩薄层和条带，易碎成

薄片状，断口平坦。

10.30m

11.浅灰色流纹斑岩，带绿色调，斑状结构，块状构造，厚层块状，致密坚硬。斑晶主要由石

英和长石组成，φ1～3mm。顶、底部各有0.2m颜色较深，呈深灰绿色。

11.55m

10.灰绿色页岩，夹灰色，并夹较多细砂岩条带，页理较发育，岩心断口平坦。

17.61m

9.浅灰色流纹斑岩，微带绿色，顶底部各有0.2m为深灰绿色。斑状结构，块状构造，斑晶

成分主要为石英和长石，φ1～3mm。厚层块状，致密坚硬。

7.01m

8.灰色泥质粉砂岩，页理较发育。

8.00m

(以下无心钻进，据岩屑录井资料并综合区域资料)

7.浅灰色流纹斑岩，微带绿色，斑状结构。

8.00m

6.深灰色粉砂质泥岩，页理较发育，夹粉砂岩、细砂岩条带。

8.00m

5.深灰色泥质粉砂岩，水平纹层较发育，断口平坦。

20.00m

4.深灰色粉砂质泥岩，页理较发育，岩心断口平坦。

20.00m

3.灰色泥质粉砂岩，水平纹层较发育。

8.00m

2.灰色粉砂质泥岩，页理较发育，易裂成片状。

14.00m

1.深灰色泥质粉砂岩，下部夹绿灰色薄层和条带，并夹细砂岩和页岩薄层。底部约5m含铁质。

36.00m

- - - -平行不整合- - - -

下伏地层：蓟县系 铁岭组白云岩

2 宣东矿区煤系基底地层层位厘定

2.1 ZY1井下马岭组层位

杜汝霖等[11]报道的河北怀来县赵家山村下马岭组剖面厚约530 m，层序完整，厚度较大，上下限清楚，分段标志明显，被视为本组的标准剖面或参考剖面[12-15]。根据岩性组合特征，赵家山下马岭组自下而上分为4个岩性段，一段为杂色富铁砂页岩段，厚度约100m，岩性主要为灰绿、黄绿、灰色页岩夹粉砂岩、含铁细砂岩。二段为红绿色页岩段，厚度约60m，下部为暗绿色海绿石砂岩、粉砂岩，中部为鲜绿色与紫红色页岩互层，夹泥灰岩透镜体，上部以鲜绿色页岩为主。三段为黑色页岩段，厚度约280m，以黑色、灰黑色页岩为主，夹10层沉凝灰岩(斑脱岩)薄层，底部有板状硅质岩。四段为页岩夹泥灰岩段，厚度约100m，以灰色和灰绿色页岩为主，夹砂岩、钙质泥岩薄层或泥灰岩透镜体(图2，图3)。

ZY1井位于赵家山剖面位置西北方向16km。与赵家山标准剖面[16]对比，ZY1井揭露的下马岭组下部的1～11层，颜色以灰色为主，夹有少量灰绿色，岩性主要为粉砂质页岩和泥质粉砂岩，夹细砂岩薄层和流纹斑岩3层，减去流纹斑岩后的地层厚度为128.33m，其层位应当属于一段。12～19层厚度为55.01m(不包括3.28m的流纹斑岩)，下部岩性主要为灰绿色海绿石细砂岩，夹绿色页岩，上部主要由紫红色与绿色页岩互层组成，层位与二段相当，且保存不全。三段及其以上下马岭组缺失(图2)。

2.2 宣东矿区煤系基底层位

宣东二矿西以F2断层为界，与宣东一井毗邻，东南深部为尚未开发的宣三井田(图4)。矿区及其周边在勘查期间共施工钻孔200余个，一般在揭露基底地层10m以内即终孔，仅有少量钻孔揭露了小于100m的基底地层。以往地质报告将宣东一井、二矿钻孔揭露的硅质白云岩确定为蓟县系铁岭组，全区页岩统称为下马岭组。

图4 宣东矿区煤系基底地质图Figure 4 Coal measures basement geological map of Xuandong mining area

对照ZY1井揭露的下马岭组层序和岩性特征，将宣东矿区钻孔揭露的煤系基底地层层位厘定如下。

据勘查资料，矿区煤系基底地层的倾角一般为3°～5°，且比较平缓，局部受小构造影响变大为10°左右，总体向南东倾斜。F2断层为倾向南东，断距180m的正断层，其形成时期为煤系沉积之后。该断层虽破坏了煤系基底地层产状的连续性，但断层两盘的地层可以很好对比。

据钻孔揭露，宣东一井的煤系基底多数为硅质白云岩，仅东南部边缘为绿灰色页岩；宣东二矿则主要为灰色页岩，仅东北和西南局部为硅质白云岩。93、102、宣水1和1-1号孔揭露煤系基底地层厚度较大，分别为84.30、65.91、52.55、49.73m，四个钻孔均在揭露硅质白云岩21.08～44.20m后，见厚度8.70～21.63m的灰色页岩，后又见白云岩。

后期施工的补水1孔位于宣东二矿东北部硅质白云岩分布地段内，距1-1号孔420m，揭露基底地层厚度128.43m。上部为厚度30.10m的硅质白云岩，夹绿色泥岩薄层，其下为厚度21.55m灰黑色页岩，页岩之下为厚度66.78m的灰白色白云岩(据取样化学分析及镜下鉴定，主要为含灰泥晶白云岩、灰质泥晶白云岩，局部夹含铁白云质泥晶灰岩)，地层层序及岩性特征与1-1号钻孔完全相同。从揭露地层的层序、岩性特征和厚度看，补水1和1-1号钻孔夹于白云岩之间的“灰色页岩”与93、102和宣水1等孔白云岩所夹“灰色页岩”为同一层位。进一步与附近上花园、鸡鸣山和东黄庄等地露头剖面对比，该灰色页岩应为洪水庄组，其上、下地层相应分属铁岭组和雾迷山组(图5)。也就是说，原勘探报告将宣东一井大多数钻孔揭露的硅质白云岩划归铁岭组是正确的；加深的93、102和宣水1孔所揭露页岩上、下之“白云岩”，应分别归属铁岭组和雾迷山组。

图5 宣东矿区A—A＇线钻孔揭露煤系基底地层对比Figure 5 Correlation of line A-A’ borehole revealed coal measures basement strata in Xuandong mining area

宣东二矿钻孔所见煤系基底，除北部边缘铁岭组硅质白云岩外，其余绝大部分为灰色页岩，少量钻孔见有绿灰色页岩(多数分布在靠近北部)。其中，45、8和7-5号钻孔揭露页岩厚度分别达27.00、74.63、35.60m，仍未见底，岩性以灰色页岩为主夹绿灰色页岩。地层层序、岩性和厚度均表明其层位应为下马岭组一段(本区洪水庄组厚度小于30m)。

a.赵家山剖面下马岭组三段黑色页岩；b.赵家山剖面下马岭组二段上部绿色页岩；c.赵家山剖面下马岭组二段下部紫红色、绿色页岩互层；d.赵家山剖面下马岭组二段紫红色页岩与绿色页岩互层；e.赵家山剖面下马岭组二段底部海绿石砂岩，风化后呈褐红色，因抗风化，形成陡崖地貌；f.赵家山剖面下马岭组一段灰色夹绿灰色页岩；g.ZY1井下马岭组二段紫红色、绿色页岩互层(岩心箱长度0.8m)；h.ZY1井下马岭组二段下部绿灰色海绿石细砂岩(岩心箱长度0.8m)；i.ZY1井下马岭组一段灰色夹绿灰色页岩(岩心箱长度0.8m)图3 宣东矿区ZY1井与赵家山剖面下马岭组岩性特征Figure 3 Well ZY1 and Zhaojiashan section Xiamaling Formation lithologic features in Xuandong mining area

宣三井田位于宣东二矿东南，属于宣东矿区的深部，有部分钻孔未能揭露煤系基底地层。勘查资料显示，井田西南部因有闪长岩侵入，导致钻孔未能揭露煤系基底。与宣东二矿边界附近为界，其绝大部分钻孔揭露的煤系基底地层岩性为绿色或绿色与紫色互层页岩，按地层层序和岩性特征可以确定其层位属于下马岭组二段无疑。

综上所述，宣东矿区钻孔所揭露的煤系基底地层，由西北向东南依次为：主要分布于宣东一井，宣东二矿北部也有少量赋存的铁岭组；主要分布于宣东二矿，其底部有较多的绿灰色页岩的下马岭组一段；

主要分布于宣三井田的下马岭组二段(图4,图6)。

图6 宣东矿区B—B＇线地质剖面图Figure 6 Line B-B’ geological section in Xuandong mining are

3 地质意义

近年来，有不少学者研究认为，下马岭组页岩具有较好的生烃潜力，是寻找页岩气资源的目的地层。宣化、下花园及怀来一带广泛分布有下马岭组页岩，其中，生烃潜力最大的层段为下马岭组三段黑色页岩，其次为四段灰黑色页岩。前文论及，宣东矿区仅有下马岭组一段、二段发育，其岩性分别以灰色页岩夹绿灰色页岩与紫红色、绿色页岩互层。同时显示，矿区西部和西北部外围煤系的直接基底地层为铁岭组，下马岭组全部被剥蚀。这就意味着包括宣东矿区在内的上花园村以西地区没有生烃潜力较大的下马岭组三、四段赋存，不具备页岩气成藏条件，不宜开展进一步的页岩气勘查工作。

从区域资料来看，下马岭组赋存厚度最大部位为宣东矿区东南部外围的下花园、怀来、涿鹿一带，以潟湖沉积环境为主[16-17]，赋存有下马岭组三、四段黑色页岩，可以做为今后进行页岩气勘查工作的重点地区。

4 结论

1)宣东矿区钻孔揭露的煤系基底地层，在勘查期间统称为下马岭组或铁岭组，经与近期施工的ZY1井及邻区赵家山剖面对比，自西北向东南详细划分为铁岭组、下马岭组一段、下马岭组二段。

2)下马岭组生烃潜力较大的层段在三段，所以，包括宣东矿区在内的上花园村以西地区页岩气成藏条件较差。页岩气勘查评价的重点地区应在下花园、怀来及涿鹿一带。