殷天濤，李守軍，趙秀麗，原麗媛

(1．中化地質(zhì)礦山總局山東地質(zhì)勘查院，山東 濟(jì)南 250013；2．山東科技大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266590；3．中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所現(xiàn)代古生物學(xué)與地層學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210008)

山東彭莊石炭-二疊紀(jì)層序地層及聚煤特征

殷天濤1，2，3，李守軍2，3，趙秀麗2，3，原麗媛2，3

(1．中化地質(zhì)礦山總局山東地質(zhì)勘查院，山東 濟(jì)南 250013；2．山東科技大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266590；3．中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所現(xiàn)代古生物學(xué)與地層學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210008)

國(guó)際二疊系三分后，隨著魯西南煤炭等資源進(jìn)一步勘探要求，迫切需要厘清其地層特征以及其與聚煤特征的關(guān)系。經(jīng)過(guò)巖心分析，結(jié)合鉆井資料，運(yùn)用層序地層學(xué)原理，以山東彭莊煤礦為例對(duì)石炭-二疊紀(jì)地層進(jìn)行層序地層研究，并對(duì)相應(yīng)聚煤特征進(jìn)行了分析。共識(shí)別出2個(gè)類型的層序界面，把該區(qū)石炭-二疊紀(jì)地層劃分為3個(gè)三級(jí)層序，S1相當(dāng)于太原組上部，S2相當(dāng)于山西組，S3相當(dāng)于石盒子群下部。通過(guò)分析揭示S1主要為潟湖-沼澤、潮坪相，物源相對(duì)較差。S2主要由下三角洲平原相中分流河道相、泥炭沼澤相、河口壩相組成，物源相對(duì)較豐富，在海侵初期開(kāi)始產(chǎn)生聚煤作用，到末期煤層發(fā)育最好。S3主要為上三角洲平原相，無(wú)煤層發(fā)育。

聚煤特征；層序地層格架；石炭-二疊紀(jì)；山東彭莊

近年針對(duì)華北地區(qū)克拉通盆地石炭-二疊系層序地層特征及其聚煤作用研究較多，其聚煤作用主要受海平面變化影響[1-4]，但少見(jiàn)就具體某一地區(qū)進(jìn)行研究。山東石炭-二疊系主要發(fā)育在安丘-莒縣斷裂以西地區(qū)。淄博，濟(jì)陽(yáng)等地研究較為成熟[2，5]。魯西南(菏澤)具有較為豐富的煤礦資源，其研究相對(duì)較少。近年對(duì)山東晚古生代太原組、山西組地層特征從巖石地層、生物地層、層序地層等方面進(jìn)行了較為細(xì)致的研究[6-8]，依據(jù)沉積學(xué)、層序地層學(xué)原理，根據(jù)沉積特征及層序界面識(shí)別標(biāo)志，結(jié)合鉆井資料，建立研究區(qū)石炭-二疊系層序地層格架，并對(duì)其聚煤作用進(jìn)行相應(yīng)的分析研究，以期對(duì)煤炭等能源的勘探提供更好的思路。

1 地質(zhì)背景

在早二疊世早期紫松期華北地區(qū)達(dá)到海侵高峰，在此之后逐漸海退[9]。揭示二疊紀(jì)華北地區(qū)沉積環(huán)境以陸相為主，下部發(fā)育潟湖—沼澤相等，中部以三角洲平原相含煤碎屑巖為主，上部以陸源碎屑巖沉積為主。

山東彭莊位于山東西南部菏澤市境內(nèi)，屬于華北地臺(tái)，總體具華北沉積特征(圖1)。該區(qū)晚古生代石炭-二疊紀(jì)太原組、山西組、石盒子群代表了由海相、海陸交互相再到陸相沉積。

根據(jù)最新國(guó)際石炭-二疊系劃分標(biāo)準(zhǔn)[11]，結(jié)合山東省石炭-二疊系劃分[12]，該次研究采用山東省石炭-二疊系最新劃分方案(表1)。

受鉆井取心限制，主要以研究區(qū)石炭-二疊紀(jì)太原組上部、山西組、部分石盒子群來(lái)進(jìn)行研究。經(jīng)分析山東彭莊太原組上部為海陸交互相沉積，由石灰?guī)r、粉砂巖、砂巖組成。山西組含煤地層，屬三角洲相沉積體系，為陸源過(guò)渡相沉積，由泥巖、細(xì)粒粉砂巖、粉砂巖等組成，石盒子群下部主要由粉砂巖、砂質(zhì)泥巖等組成，為一套陸源碎屑巖沉積。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造分區(qū)圖(據(jù)張巍，2010修改)[10]

中國(guó)年代地層山東省巖石地層系統(tǒng)魯西地層分區(qū)代號(hào)二疊系石炭系上統(tǒng)中統(tǒng)下統(tǒng)上統(tǒng)石盒子群月門溝群孝婦河組P3x奎山組P2k萬(wàn)山組P2w黑山組P2h山西組P1?2s太原組C2P1t本溪組C2b

2 層序地層格架

2.1 層序界面識(shí)別

該次研究層序的定義及體系域的劃分主要按照Exxon公司“Vail”的學(xué)派觀點(diǎn)。結(jié)合眾多學(xué)者在研究區(qū)所屬的華北地區(qū)晚古生代層序研究的基礎(chǔ)上[1-2]，進(jìn)行次研究，在研究上充分保證了其區(qū)域性特點(diǎn)，從而更有利于研究的典型性。

結(jié)合華北地區(qū)特定陸表海條件進(jìn)行劃分，海侵體系域位于初始海泛面和最大海泛面之間，高水位體系域位于最大海侵面和層序界面之間。厚層砂巖上的泥巖，泥質(zhì)粉砂巖等較為細(xì)粒的巖石作為初始海泛面。下切谷砂礫巖面表現(xiàn)在研究區(qū)山西組、石盒子群下部砂體，其特征主要體現(xiàn)在視電阻率與自然伽馬有較為明顯的差異。最大海泛面代表水體最深的沉積，被認(rèn)為是可容空間速率迅速增大的沉積面，通常是海侵體系域與高水位體系域之間的界面。

2.2 層序地層格架建立

研究區(qū)石炭-二疊紀(jì)太原組上部、山西組、部分石盒子群含煤巖系，共識(shí)別出2個(gè)層序界面，自下而上劃分為3個(gè)三級(jí)層序(圖2)，其特征分述如下：

(1)S1相當(dāng)于太原組上部，其沉積微相主要為潟湖、沼澤相到潮坪相。綜合分析，太原組上部為海侵體系域(TST)、高水位體系域(HST)組成。海侵體系域(TST)主要由深灰色砂狀泥巖、泥灰?guī)r等組成。高水位體系域的發(fā)育主要是由石灰?guī)r、沼澤相粉砂巖等組成，石灰?guī)r沿解理縫充填方解石脈(圖3a，3b)，部分方解石發(fā)生重結(jié)晶(圖3c)，主要為泥晶方解石。

(2)S2相當(dāng)于山西組。層序界面主要為三角洲平原相下的河道下切谷砂巖底面。主要由低水位體系域(LST)、海侵體系域(TST)、高水位體系域(HST)組成。低水位體系域(LST)開(kāi)始于山西組底部灰色泥巖，含細(xì)砂巖，泥巖條帶及包裹體，作為初始海泛面(圖3d)。海侵體系域(TST)開(kāi)始于山西組下部煤層底部的細(xì)粒砂巖，主要由砂質(zhì)泥巖、煤層、石英砂巖等組成，含豐富的植物化石。高水位體系域(HST)主要由灰綠色細(xì)砂巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖夾薄層泥巖等組成，細(xì)砂巖中含較多的云母碎片，層理發(fā)育，主要見(jiàn)平行層理、交錯(cuò)層理等，含較多植物化石，主要代表了三角洲平原相沉積序列(圖3e)。

(3)S3為石盒子群下部，其層序界面為河道下切谷，屬上三角洲平原相。發(fā)育低水位體系域(LST)、海侵體系域(TST)。低水位體系域主要以中粗粒砂巖(圖3f)、砂質(zhì)泥巖為主，含少量植物莖葉化石。海侵體系域(TST)主要由決口扇，天然堤和河道砂巖、砂質(zhì)泥巖等組成。其初始海泛面，主要表現(xiàn)為粒度突變?yōu)榧?xì)粒的砂巖，含少量暗色礦物。

3 測(cè)井響應(yīng)

山東彭莊山西組煤層測(cè)井曲線(圖4)揭示三側(cè)向電阻率、自然伽瑪物性特征是：煤層處的自然伽瑪值由低到高。在低值處煤層發(fā)育最好。即是海侵體系域中，可容空間增加至最大海泛面時(shí)。而三側(cè)向電阻率值則相反，在自然伽馬低值處為其峰值。自然電位呈鋸齒狀處呈現(xiàn)的是砂泥巖互層。進(jìn)一步響應(yīng)了標(biāo)志層處沉積相特征。

圖2 山東彭莊西補(bǔ)15井石炭-二疊系層序地層柱狀簡(jiǎn)圖

4 聚煤特征

通過(guò)對(duì)山東彭莊石炭-二疊紀(jì)層序地層格架進(jìn)行分析，揭示S1主要為潟湖-沼澤相、潮坪相，其物源較差。S2主要為分流河壩相、泥炭沼澤相，物源豐富，煤層發(fā)育最好。發(fā)現(xiàn)煤層主要集中發(fā)育在水動(dòng)力條件相對(duì)比較穩(wěn)定的泥炭沼澤相沉積環(huán)境中，聚煤作用在初始海侵開(kāi)始聚集，在海侵結(jié)束時(shí)達(dá)到最大,臨近最大海泛面,煤層發(fā)育最好,因?yàn)樵诤Ｇ煮w系域初始海泛面時(shí)，其可容空間開(kāi)始加速，至最大海泛面也即海侵結(jié)束時(shí)，其可容空間增至最大?？扇菘臻g的大小以及增加的速率為煤層的發(fā)育提供了良好的環(huán)境。

圖3 山東彭莊西補(bǔ)15井石炭-二疊紀(jì)代表巖心特征

圖4 鉆孔測(cè)井曲線和柱狀圖

5 結(jié)語(yǔ)

(1)根據(jù)層序界面識(shí)別標(biāo)志，下切谷砂巖底面、初始海泛面、最大海泛面等將山東彭莊石炭二疊紀(jì)太原組上部、山西組、石盒子群下部層序劃分了3個(gè)三級(jí)層序，S1相當(dāng)于太原組上部，S2相當(dāng)于山西組，S3為石盒子群下部。

(2)根據(jù)層序地層學(xué)原理，結(jié)合層序地層格架、測(cè)井、沉積相等特征表明了煤層主要集中在層序2中的海侵體系域(TST)。海侵末期煤層發(fā)育最好，其可容空間為煤層的聚集形成提供了良好的條件。

致謝:感謝山東科技大學(xué)王明遠(yuǎn)教授、高麗華博士、張序萍副教授、李萬(wàn)江副教授、張雷霞女士、王秀靜碩士、常州大學(xué)李雪博士，濟(jì)南王盼盼碩士等同志對(duì)該文形成提供的幫助，以及匿名審稿專家和山東國(guó)土資源編輯部同志對(duì)文章出刊做出的積極努力。

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Sequence Stratigraphic and Characteristics of Carboniferous and Permian Coal Accumulation in Pengzhuang Area of Shandong Province

YIN Tiantao1,2,3,LI Shoujun2,3, ZHAO Xiuli2,3, YUAN Liyuan2,3

(1.Shandong Geological Prospecting Institute of China Chemical Geology and Mine Bureau，Shandong Jinan 250013，China；2．College of Earth Science and Engineering，Shandong University of Science and Technology，Shandong Qingdao 266590, China； 3． State Key Laboratory of Palaeobiology and Stratigraphy,Nanjing Institute of Geology and Palaeontology, CAS, Jiangsu Nanjing 210008, China)

Accompanying with dividing international Permian into three series, as the needs of further exploration of coal resource in southwestern Shandong province，the correlation between the internal stratigraphy characteristics and the characteristics of the coal accumulation should be defined. Through drilling cores analysis, combining with drilling data, by using the principle of the sequence stratigraphy, setting Pengzhuang coal mine in Shandong province as an example, Carboniferous and Permian sequence stratigraphy has been studied, and the characteristics of the coal accumulation have been analyzed. Two types sepuence boundries have been determined. Carboniferous and Permian strata in this area have been divided into three third-order sequences. S1 is equivalent to the upper part of Taiyuan formation, S2 is equivalent to Shanxi formation, and S3 is equivalent to the lower part of Shihezi group. S1 is mainly shallow lacustrine-swamp and tidal-flat facies with poor sources. S2 is mainly composed of stream channel facies, peat swamp facies, mouth bar facies in the lower delta plain facies with rich sources. The coal accumulation occurred mainly in the early transgression. It will be better in the last transgression. S3 is mainly the upper delta plain facies and no coal bed.

Characteristics of coal accumulation; sequence stratigraphic framework; Carboniferous-Permian; Pengzhuang area of Shandong Province

2015-09-22；

2016-06-21；編輯：王敏

中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所現(xiàn)代古生物學(xué)與地層學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題(編號(hào)：123104) 作者簡(jiǎn)介：殷天濤(1983—)，男，山東臨朐人，工程師，主要從事沉積學(xué)方面的科研與工作；E-mail：derek0408@163.com

P618.11

A

殷天濤，李守軍，趙秀麗，等.山東彭莊石炭-二疊紀(jì)層序地層及聚煤特征[J].山東國(guó)土資源，2016,32(12)：25-29.YIN Tiantao,LI Shoujun, ZHAO Xiuli, etc. Sequence Stratigraphic and Characteristics of Carboniferous and Permian Coal Accumulation in Pengzhuang Area of Shandong Province[J].Shandong Land and Resources, 2016,32(12)：25-29.