冀南某井田山西組沉積體系與聚煤規律

薛園園，邵長奎

1. 中國地質大學 長城學院，河北 保定 071000；2. 中國冶金地質總局 地球物理勘查院，河北 保定 071051

一、區域地質背景

研究區位于河北省南部，是該井田及其自然延伸部分。下二疊統山西組為研究區主要含煤地層，其形成于海退系列，是在濱海環境下形成的一套過渡相三角洲沉積[1]。上部以灰色、灰黑色泥巖、粉砂巖為主，下部以灰黑色砂質泥巖、細粒砂巖沉積為主。本組地層含煤2～4層，可采及部分可采者兩層，本組地層厚度69.40 m～110.57 m，平均厚度86.49 m。

研究區內構造跡線同區域構造跡線基本一致，以NNE～NE向構造為主，構造形式為高角度正斷層。地層走向NE～NNE向，傾向SE～SEE，以單斜形式為主，南部及北部呈疏緩褶曲構造形式。

二、2#煤層對比標志

下二疊統山西組2#煤層頂部距下二疊統下石盒子組底部的標志層——駱駝脖子砂巖約50 m，其間接頂板為灰白色、淺灰色石英砂巖，中—粗粒砂狀結構，含黑色泥質包體以及炭質線理，孔隙式膠結，為頂板可靠的對比標志（見圖1-a）。2#煤層底板以下約6.5 m左右，存在一層泥巖或粉砂巖，夾有含菱鐵質結核層，為底板可靠對比層（見圖1-b）。此外，2#煤層沉積厚度較大，其本身即是良好的對比標志[1]。

圖1 2#煤層頂、底板鉆孔巖心圖

三、山西組沉積體系特點

依據野外露頭剖面、測井資料的分析，研究區山西組為海陸過渡性質的河控型淺水湖泊三角洲。依據前人工作資料分析可知，研究區山西組地層內，河控型淺水湖泊三角洲主要發育有三角洲平原及三角洲前緣沉積亞相，前三角洲不甚發育。共識別出了分流河道、分流間灣、泥炭沼澤、天然堤、決口扇、洪泛平原、水下分流河道等沉積微相類型。且分布有連續性較好的多層砂巖，并形成厚煤層及部分可采煤層[1-3]。

（一）三角洲沉積體系

1．三角洲平原

（1）分流河道

分流河道發育于三角洲平原，以側向加積和河道充填的方式發生砂質沉積，分流河道數目眾多以及方向的分散性使其形成規模的河道網相互交錯。本區山西組發育的大面積連續的中細粒砂巖是上述分流河道沉積的，該地層砂巖不但厚度大連續好而且層數多，為多期三角洲分流河道沉積形成。在鉆井巖芯中，識別了分流河道底部沉積形成的含礫中砂巖及分流河道沉積形成的大型板狀交錯層理，兩者均為分流河道沉積的典型特征。

該處分流河道構成三角洲平原的主體，巖石類型以細粒巖屑長石砂巖為主，分選磨圓中等，具有向上變細的正粒序，發育大型板狀、槽狀交錯層理，底部常具有滯積層或明顯的沖刷面，自然伽馬曲線呈鐘形、箱形和不規則的漏斗形（圖2，圖3）。

（2）天然堤、決口扇

天然堤位于河道的兩側，平行于河道向前延伸，垂直剖面上呈楔狀或不對稱的透鏡狀，向河道的一側坡度與厚度均較大，背向河道的一側較緩厚度小且延伸較遠。當洪水期河水浸漫河床并破壞天然提，水體向天然堤外側傾瀉時，便在分流河道間形成扇形沉積體及決口扇（如圖3）。

圖2 4-9孔淺水三角洲沉積特征

（3）泥炭沼澤

泥炭沼澤常發育于分流河道間地勢比較低洼的地帶以及廣闊的被廢棄的三角洲平原上。沼澤為一個封閉的環境，水體流動不暢，一般能形成穩定的大面積的具工業開采價值的厚煤層。該區山西組中，沉積有泥巖、炭質泥巖及煤層，在自然伽馬曲線上表現為低寬峰值異常，視電阻率曲線則為寬幅高阻值異常，即是在泥炭沼澤的環境下形成的[4]。

圖3 0-12孔泥炭沼澤沉積特征

（4）洪泛平原

洪泛平原分布在三角洲平原比較平坦分流河道河床較寬的地區，但在特大洪水期上三角洲平原也能發育洪泛平原。此外，下三角洲平原分流河道間灣形成的洪泛平原缺乏穩定性，受海水潮汐的影響。所以，洪泛平原形成的煤層較薄。

（5）分流間灣

分流間灣位于下三角洲平原的河道間地帶，常與海相連通，主要是泥質的靜水沉積。圖1中，泥巖呈致密厚層狀，含植物化石。該泥質沉積就是在分流間灣的環境下形成的。

2．三角洲前緣

三角洲前緣是三角洲水下部分的主體，主要有河口砂壩和前緣席狀砂組成。

（1）河口砂壩

在垂向上位于分流河道的下部，主要由細砂巖和中粒砂巖組成，成熟度和分選中等—較好，說明上游河流搬運的砂質物質在河口處流速減小而快速堆積造成的。發育有板狀、楔形交錯層理或砂紋層理等。

河口砂壩砂體在剖面上呈透鏡狀，在垂向上常與分流河道、遠砂壩及分流間灣共生，構成一個完整的向上變粗的反粒序序列。

（2）水下分流河道

水下分流河道是陸上分流河道的延伸部分，以砂、粉砂為主，泥質極少。在圖3中，三角洲前緣分布了大面積的且厚度較大的細砂巖，該處砂巖體就是在水下分流河道的環境下形成的。

3．前三角洲

研究區內前三角洲不甚發育，為三角洲前緣向海延伸之細粒沉積物，主要以黑色泥巖為主，一般具有水平層理。

（二）河流沉積體系

研究區內河流沉積主要分布于山西組地層內，發育相對較簡單，分析前人資料僅識別出河床滯留沉積、邊灘、河漫灘、河漫湖泊等河流沉積微相。雖地層厚度大，但未曾形成較厚煤層[5]。

四、聚煤規律

煤層厚度受沉積環境及古地理的影響，且是主控因素之一，主要是對煤層的厚度及結構的影響。分析該區的測井資料，進行單井相以及連井相（如圖4、5）的研究可知，本區山西組地層發育有三角洲沉積體系和河流沉積體系，但控制煤層厚度變化的主要沉積體系為河控淺水三角洲沉積體系[6]。

圖4 2-6井、2-7井、2-8井沉積相連井橫剖面圖

研究區山西組共含兩層煤，其中1#煤較薄不可采，2#煤厚度大，分布廣泛且層位穩定，易于進行對比研究，亦是本區最重要的可采煤層之一。海水于早二疊世晚期逐漸由該區東南部退出，沉積環境則由早期的潮坪沉積轉換為淺水三角洲沉積。這對該區聚煤作用十分有利，特別是三角洲平原上之泥炭沼澤環境，該處地勢一般較低洼、水能低且營養豐富，從而廣利于植物的生長及泥炭的堆積，因此往往可以形成分布面積廣且煤層厚度大的煤層[7]。

圖5 2-6井、4-8井、8-13井、8-15井、10-18井沉積相連井橫剖面圖

因為分流河道的多次遷移作用，使得該區的煤層出現分叉及合并現象，導致煤層厚度變化較大。此外，由于該區成煤后期構造運動以及煤層的沖蝕現象普遍，導致煤層在該區的分布呈現差異性[8]。依據測井資料可知，由于分流河道沖刷和遷移作用，煤層厚度發生明顯的變化，1#煤層變薄甚至消失，2#煤層則厚度明顯變薄（如圖5）。該區山西組沉積穩定，2#煤層厚度較大，各參數曲線特征易于識別。視電阻率為寬幅高阻值反映，自然伽瑪曲線則為低寬峰值反映。

圖6 研究區煤層厚度等值線圖

作為該區最重要的可開采煤層，2#煤層厚度介于3.0～6.0 m之間，總體呈現出西北厚東南減薄的特點（圖6）。這是由于區域內該時期海水由北、北東方向向南東方向逐漸退出，海水的影響逐漸減弱。經過河流的搬運作用，陸源碎屑物在此發生沉積，形成了該區域厚層的砂巖組成的河口砂壩，導致河流多次的改道，從而形成了眾多的三角洲朵體，其上發生了持續時間較長的沼澤化，從而沉積了較厚的泥炭堆積，然后下一期的三角洲開始發育，其上被沉積物持續覆蓋和改造，經歷多期的三角洲，最終形成了該期的煤層[9]。

五、結論

本文對井田山西組地層及沉積體系進行了研究，結合多個測井曲線圖，劃分出該區的主要沉積體系類型是河控型淺水湖泊三角洲沉積體系，微相環境主要是分流河道、分流間灣、天然堤、決口扇、洪泛平原、水下分流河道、泥炭沼澤，并詳細分析了沉積體系的特征。

最后結合沉積特征和測井資料，對聚煤規律進行了探討。再結合多個連井剖面圖，來分析研究區煤層厚度變化特征。研究表明，本區山西組控制煤層厚度變化的沉積體系主要是三角洲沉積體系，尤其是三角洲平原上的泥炭沼澤，此處因地勢較低洼、覆水較淺、水能低、營養豐富，有利于植物的生長和泥炭的堆積，形成的煤層厚度較大、面積較廣。該區發育穩定的2#煤層，是可靠的對比標志，而且煤層厚度較大，具有經濟可采價值[10]。

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