劉安然，巫曉兵,胡俊仁

(1.四川省能投煤層氣投資開發(fā)有限公司，四川 成都 610023; 2.四川省能源投資集團(tuán)有限公司，四川 成都 610023)

石寶礦段(下稱研究區(qū))位于川南煤田古敘礦區(qū)內(nèi)(圖1)，晚二疊世龍?zhí)督M是其主要的含煤地層，資料顯示研究區(qū)內(nèi)煤炭資源總量69202萬t[1]，煤層氣資源總量94億m3[2]。前人在整個(gè)川南煤田二疊系龍?zhí)督M都做了大量的構(gòu)造、地層特征、沉積環(huán)境和成煤規(guī)律等研究工作，但往往都圍繞以煤炭為主的固體礦產(chǎn)進(jìn)行[1,3-7]。煤層氣作為新興能源，對緩解我國緊張的能源形勢有著不可替代的作用。研究區(qū)為煤與瓦斯突出地區(qū)，煤層氣地面抽采對煤礦生產(chǎn)也有著重要的保障作用。層序地層學(xué)在石油地質(zhì)領(lǐng)域已被廣泛應(yīng)用于盆地分析和儲(chǔ)層預(yù)測等研究中，將其引入到川南地區(qū)煤層氣儲(chǔ)層研究中，進(jìn)行沉積地層的劃分、對比和分析，也能為更精確的地質(zhì)年代對比，古地理恢復(fù)和沉積物質(zhì)分布預(yù)測研究服務(wù)[8-12]。作為一種新能源，煤層氣勘探具有很多和常規(guī)油氣資源相同之處，綜合前人的研究成果，對研究區(qū)的層序地層研究能起到去粗存精的作用，有利于煤儲(chǔ)層的追蹤對比、成煤環(huán)境以及連通性等研究，對后期的勘探開發(fā)工作具有重要的意義。

圖1 石寶礦段位置圖

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于揚(yáng)子板塊西部，出露地層較為齊全，歷史上數(shù)次大面積升、降幅度不等的造陸運(yùn)動(dòng)，有利于地層和礦產(chǎn)的沉積。主體構(gòu)造為石寶向斜，屬于古藺復(fù)式背斜南翼的次級(jí)褶皺[1]。受二疊世東吳運(yùn)動(dòng)使上揚(yáng)子盆地整體抬升為陸的影響，研究區(qū)茅口組晚期海水大規(guī)模退出，經(jīng)過一定時(shí)期的風(fēng)化剝蝕作用，形成殘積平原，為含煤地層的沉積準(zhǔn)備了平坦的地形條件，也是這一時(shí)期重要的層序界面。含煤地層龍?zhí)督M假整合于茅口組之上，主要接受來自西部的康滇古陸物源供給，而東部的相對海平面升降對沉積物質(zhì)的分布有一定影響，巖性組合為灰白、灰、黑色薄至中厚層細(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖、黏土巖、炭質(zhì)泥巖，煤層和硫鐵礦。沉積環(huán)境包括潮坪、瀉湖、沼澤和三角洲、屬典型的海陸過渡相沉積[13-14]。這一時(shí)期構(gòu)造活動(dòng)穩(wěn)定，有利于有機(jī)物形成和保存，但沉積環(huán)境橫向變化較大，僅C25、C17煤層全區(qū)可采。龍?zhí)督M沉積晚期，受揚(yáng)子板塊持續(xù)下降和東部大規(guī)模海侵的雙重作用，研究區(qū)結(jié)束了該時(shí)期的海陸過渡相沉積，轉(zhuǎn)變?yōu)樯细查L興組的碳酸鹽巖海相沉積[3-7]。

2 層序地層劃分與對比

不同層序界面的識(shí)別和追蹤是層序劃分的基礎(chǔ)，通過對研究區(qū)龍?zhí)督M野外露頭剖面、鉆井巖心以及地球物理測井等資料的分析，將沉積充填序列中識(shí)別出的頂?shù)捉缑妗⒑拥讻_刷面、巖性巖相轉(zhuǎn)換面和最大海泛面等4種具不同性質(zhì)、成因和產(chǎn)出規(guī)模的界面類型，作為劃分不同級(jí)次地層基準(zhǔn)面旋回層序的依據(jù)[15-16]。

2.1 不整合面

不整合面是新老地層之間的物理界面，是地質(zhì)歷史時(shí)期具有分段性的層序地層標(biāo)志，在這個(gè)界面可能發(fā)生侵蝕或暴露等沉積間斷，造成地層缺失或巖性突變等現(xiàn)象，對沉積歷史和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)展開研究有重大意義。不整合面是層序劃分、特別是構(gòu)造層序劃分的重要界面。研究區(qū)內(nèi)茅口組受構(gòu)造抬升，經(jīng)歷剝蝕風(fēng)化，與上覆地層龍?zhí)督M及假整合接觸，該界面分布穩(wěn)定、界面清析，具有較好的對比性及等時(shí)性。

2.2 河底沖刷面

河底沖刷面成因一般是海平面下降或其他因素使水流速度高于平常，將河床底部的沉積物揭起并搬運(yùn)離開，常見于河流、沖積扇、三角洲等河道發(fā)育的沉積相中。沖刷面是巖性界面，上下地層顯示為突變的接觸關(guān)系，且起伏不平，及上覆河流攜帶的顆粒較粗的沉積物質(zhì)沖刷較老的河道沉積，使其直接與其河床幾米甚至數(shù)十米以下的泥頁巖接觸。

2.3 巖性、巖相轉(zhuǎn)換面

巖性或巖相在垂向剖面上的缺失、突變或底礫巖的發(fā)育，都是一種層序界面，一般是沉積環(huán)境或地球化學(xué)突變。根據(jù)相序遞變的規(guī)律，巖性或者相的突變意味著在此界面上下的地層之間必然發(fā)生了沉積間斷。

2.4 最大海泛面

當(dāng)相對海平面上升至水位最大時(shí)，由海水泛濫作用形成的弱補(bǔ)償或欠補(bǔ)償沉積界面,通常伴隨一套泥頁巖大面積發(fā)育在濱海沉積的頂部，即所謂的密集段或凝縮層，具有巖性單一，易識(shí)別，等時(shí)性強(qiáng)等特點(diǎn)，巖性特征表現(xiàn)為向上變細(xì)加深沉積序列頂部的泥巖段或煤層；測井曲線對應(yīng)低電阻、低電位和高伽瑪。最大海泛面代表地層基準(zhǔn)面由上升折向下降的轉(zhuǎn)換面位置，是區(qū)域上最重要的等時(shí)追蹤對比標(biāo)志，只要不出現(xiàn)風(fēng)化剝蝕，不管是在野外露頭還是鉆井巖心中都較容易識(shí)別。

通過對以上層序界面以及各種表現(xiàn)形式的研究，依據(jù)層序發(fā)育具有同時(shí)受構(gòu)造、海平面升降、物源和地層自旋回過程等多種因素控制的特點(diǎn)，同時(shí)考慮界面性質(zhì)、界面級(jí)次、層序結(jié)構(gòu)和疊加樣式，結(jié)合測井曲線、鉆井巖心及野外露頭的巖性組合變化規(guī)律，將研究區(qū)龍?zhí)督M劃分為3個(gè)長期基準(zhǔn)面旋回層序LSC1-LSC3，以及若干中期基準(zhǔn)面旋回層序(圖2)，其中長期基準(zhǔn)面旋回層序在研究區(qū)內(nèi)可進(jìn)行較好的追蹤對比(圖3)。

圖2 川南地區(qū)石寶礦段龍?zhí)督M層序地層綜合柱狀圖(ZK1206井)

圖3 川南地區(qū)石寶礦段龍?zhí)督M層序地層格架

3 層序特征

研究區(qū)龍?zhí)督M構(gòu)造活動(dòng)較為穩(wěn)定，沉積環(huán)境為一套由瀉湖-三角洲-潮坪-海灣等組成的頻繁變化的海陸過渡相沉積[4]，各層序內(nèi)沉積物質(zhì)演變規(guī)律和成煤機(jī)制主要受來自西部的康滇古陸物源供給和相對海平面升降影響，及可容空間的增減與沉積物堆積速度之間的匹配關(guān)系[17-18]。

3.1 LSC1層序特征

LSC1層序結(jié)構(gòu)總體呈現(xiàn)為向上變深基準(zhǔn)面旋回小于向上變淺旋回的非對稱基準(zhǔn)面旋回結(jié)構(gòu)，層序底界面與下伏地層下二疊統(tǒng)茅口組呈暴露侵蝕不整合接觸。海侵早期，底部發(fā)育一套全區(qū)可見的C25煤層，部分井巖性表現(xiàn)為突變接觸，代表了海侵的開始，具有等時(shí)對比意義，受海水的還原環(huán)境影響，煤層可見黃鐵礦。此后相對海平面上升加快，沉積物質(zhì)以灰色中薄層狀細(xì)-粉砂巖為主，泥質(zhì)含量逐漸增高。至最大海泛面時(shí)期，凝縮層沉積一套灰白色薄層狀含黃鐵礦黏土巖，灰黑色薄層狀泥頁巖和煤層。由于是大范圍的幕式沉積，該時(shí)期物質(zhì)表現(xiàn)與下伏沉積物的沉積環(huán)境沒有必然聯(lián)系，因此煤層在各層序最大海泛面時(shí)期大面積發(fā)育。

進(jìn)積期，物質(zhì)表現(xiàn)為底部含黃鐵礦的大套灰色中薄層狀粉砂巖夾薄層灰黑色泥巖，且粒度逐漸加粗，見河流底沖刷現(xiàn)象。該期層序底部發(fā)育一套單獨(dú)的灰色中厚層狀細(xì)-粉砂巖低位體系域沉積，應(yīng)為茅口組受剝蝕的洼地接受西部康滇古陸物源所沉積，或沉積物供給量小于該地區(qū)可容納空間的增量，后期的沉積物被頻繁被剝蝕而保存不全甚至侵蝕缺失。

3.2 LSC2層序特征

LSC2層序結(jié)構(gòu)與上期相似，同樣為上大下小的非對稱基準(zhǔn)面旋回結(jié)構(gòu)，底界面發(fā)育較粗粒的深灰色薄層狀細(xì)-粉砂巖，與下覆煤層突變接觸，且見大量植物碎片化石。海侵期巖性總體為一套深灰色中薄層狀細(xì)砂巖、粉砂巖夾灰黑色薄層狀泥質(zhì)粉砂巖和煤組成，粒度向上逐漸變細(xì)，層厚變薄，泥質(zhì)含量增高，表明水體逐漸加深的過程。這一時(shí)期成煤作用與海侵過程密切相關(guān)，濱岸地帶暴露土壤由于侵進(jìn)的水體開始生長植物, 進(jìn)而泥炭沼澤化, 早期已經(jīng)形成的泥炭被逐漸加深的水體覆蓋而保存成煤，這樣所形成的煤層具有穿時(shí)性，因此煤層頂?shù)捉缑娌荒茏鳛閷有騽澐值囊罁?jù)。 zk1206井在這一時(shí)期沉積一套含植物碎片化石的倒粒序灰色細(xì)砂巖，應(yīng)是受前三角洲河口壩沉積物質(zhì)供應(yīng)速率較大而形成的局部進(jìn)積。

進(jìn)積期，海平面相對下降，水體變淺，可容納空間變小，垂向序列表現(xiàn)為灰色薄層狀泥巖、泥質(zhì)粉砂巖向灰色中薄層狀粉砂巖的過度，具有泥質(zhì)含量逐漸減少，砂質(zhì)含量逐漸增多的特點(diǎn)，夾數(shù)層薄煤層。這一時(shí)期水退后產(chǎn)生了有利于泥炭沼澤的堆積環(huán)境，煤層的厚度和分布受泥炭沼澤發(fā)育的控制。

3.3 LSC3層序特征

LSC3期層序結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為基準(zhǔn)面向上變深旋回和向上變淺旋回相等或近似相等的對稱基準(zhǔn)面旋回結(jié)構(gòu)，說明這一時(shí)期可容空間的增減與沉積物供應(yīng)速率是平衡的。海平面上升半旋回，發(fā)育有深灰色中層狀粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，夾薄層狀灰黑色泥巖、煤，粒度逐漸變細(xì)，為典型的退積體系域沉積，而低位體系域內(nèi)煤層較發(fā)育。海平面上升引起了濱岸泥炭沼澤向陸推進(jìn)，隨著水體加深演化成煤，煤層與下部地層呈連續(xù)過渡接觸。

進(jìn)積期，發(fā)育多套灰色中薄層狀細(xì)砂巖，夾灰黑色薄層泥巖、黑色炭質(zhì)泥巖，粒度逐漸變粗，層間可見沖刷面構(gòu)造，受這一時(shí)期相對海平面快速下降的影響，且物源供給充足，容易發(fā)生河流回春現(xiàn)象。煤層僅在ZK1206附近發(fā)育，說明其他地區(qū)水體后退速度較快，未形成有利于植物生長的環(huán)境。

4 結(jié)論

1)通過野外露頭、鉆井巖心和測井資料研究，識(shí)別出區(qū)域不整合面、河流沖刷侵蝕面、巖性、巖相轉(zhuǎn)換面和最大海泛面4種層序界面，并分析各個(gè)界面的成因和物質(zhì)表現(xiàn)形式。

2)依據(jù)層序發(fā)育受多種因素控制的特點(diǎn)，利用層序界面性質(zhì)、層序結(jié)構(gòu)和測井、巖性綜合分析，將研究區(qū)龍?zhí)督M劃分為3個(gè)長期基準(zhǔn)面旋回層序LSC1—LSC3，以及若干中期基準(zhǔn)面旋回層序。

3)選取長期基準(zhǔn)面旋回層序，建立等時(shí)地層格架進(jìn)行對比，并根據(jù)相對海平面升降對長期層序內(nèi)的物質(zhì)變化規(guī)律和成煤機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)描述。

[1] 四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局一一三地質(zhì)隊(duì).四川省古藺縣川南煤田古敘礦區(qū)石寶礦段煤炭資源詳查報(bào)告[R].2010.

[2] 四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局一一三地質(zhì)隊(duì).四川省古藺縣石寶礦段石寶-邱家祠井田煤層氣地質(zhì)調(diào)查評價(jià)報(bào)告[R].2012.

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