孫四清，曲少東，陳冬冬，馬公社

（1.中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，西安 710054；2.陜西地建土地工程技術(shù)研究院，西安 710075；3.陜西陜煤黃陵礦業(yè)有限公司，陜西延安 727300）

陜西黃陵二號煤礦203工作面煤層底板沉積微相與瓦斯展布規(guī)律研究

孫四清1，曲少東2，陳冬冬1，馬公社3

（1.中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，西安 710054；2.陜西地建土地工程技術(shù)研究院，西安 710075；3.陜西陜煤黃陵礦業(yè)有限公司，陜西延安 727300）

針對陜西黃陵黃陵礦業(yè)有限公司二號煤礦203工作面煤層煤礦底板瓦斯異常涌出現(xiàn)象，在該工作面實(shí)施了井下取心鉆探。通過分析和觀測目標(biāo)層的巖性及瓦斯涌出資料，結(jié)合前人研究成果，對工作面煤層底板50 m范圍進(jìn)行地層對比、劃分和沉積微相分析，認(rèn)為該工作面底板發(fā)育三種沉積微相：三角洲前緣亞相的遠(yuǎn)砂壩微相、河口砂壩微相及三角洲平原的沼澤微相。

瓦斯；地層特征；沉積微相；圈閉

鄂爾多斯盆地是在中生代三疊紀(jì)晚期形成的坳陷盆地[1]，盆地邊緣構(gòu)造變形較強(qiáng)，但是內(nèi)部構(gòu)造變形很弱[2]。陜西黃陵礦業(yè)有限公司二號煤礦（以下簡稱二號煤礦）位于鄂爾多斯盆地南部，陜西黃陵縣城西約55 km，近年來在煤礦開采過程中，203工作面底板50 m范圍內(nèi)瓦斯異常涌出明顯，對煤礦的生產(chǎn)造成一定安全隱患，不利于礦區(qū)的有利發(fā)展。

地層的對比與劃分是地質(zhì)研究工作的基礎(chǔ)，通過地層的劃分與對比，可以實(shí)現(xiàn)對地層時(shí)空分布情況的了解，而沉積相的研究則對解釋瓦斯的形成和賦存規(guī)律具有非常重要的意義[3，4]。在礦區(qū)范圍內(nèi)，中生代瓦斯賦存大部分屬于巖性和構(gòu)造雙重控制，其儲層的發(fā)育和分布明顯受沉積環(huán)境和砂體展布的影響[5，6]。因此本文擬對二號煤礦203工作面煤層底板50 m范圍內(nèi)的地層對比、劃分及沉積相的研究意義和重要性尤為明顯。

1 203工作面簡介

203工作面位于井田二盤區(qū)東北部，西部緊鄰201工作面，東部為未開采的205工作面，巷道走向方位為339°，所處構(gòu)造位置為一小型背斜構(gòu)造，走向?yàn)楸蔽鳌蠔|，傾伏方向?yàn)槲鞅?，根?jù)三維地震勘探結(jié)果顯示，該區(qū)域內(nèi)無較大斷層存在。

為了精細(xì)的研究203工作面底板下50 m的巖性、構(gòu)造及瓦斯涌出等情況，在203工作面布置了5口井下取心研究鉆孔，分別為HLJX-10、HLJX-11、HLJX-12、HLJX-13和20304（圖1）。筆者通過對203工作面底板下50 m范圍內(nèi)地層進(jìn)行精細(xì)研究，對其地層進(jìn)行對比與劃分，并對沉積環(huán)境和沉積相進(jìn)行研究（沉積相劃分到微相），這有利于加深對底板地層對比與劃分和沉積相展布特征的認(rèn)識，并彌補(bǔ)目前對礦區(qū)范圍內(nèi)沉積相研究相對薄弱的現(xiàn)狀，為今后的安全開采提供更多的理論指導(dǎo)和依據(jù)。

圖1 203工作面鉆孔位置圖Figure 1 Working face No.203 borehole layout

2 地層對比與劃分

203工作面研究范圍小，鉆孔密級，結(jié)合周邊鉆孔及測井曲線資料，可以對底板地層進(jìn)行對比和劃分，并充分借鑒前人的劃分結(jié)果，以確保分層的科學(xué)準(zhǔn)確性。

2.1 單孔分析

對203工作面所有鉆孔進(jìn)行詳細(xì)觀測與描述，選取20304鉆孔進(jìn)行詳細(xì)描述。該鉆孔較深，且取心率高，伴隨有瓦斯涌出，因此作為代表孔詳細(xì)分析。

20304鉆孔位于203工作面6連巷以內(nèi)36 m處，距巷口2260 m，終孔深度為70.84 m，鉆孔傾角45°，垂深50.09 m。從上自下鉆遇地層為延安組底部、富縣組及瓦窯堡組，瓦斯涌出現(xiàn)象明顯，初次觀測到涌出的深度為6.5 m左右。延安組：二煤以下延安組厚度為1.02 m，巖性為厚層狀灰色、灰黑色泥巖，與下伏富縣組呈平行不整合接觸。富縣組：厚度為26.02 m，上部巖性為巨厚層狀灰綠色、灰白色粉砂巖和細(xì)粒砂巖互層，該層用便攜式瓦斯檢測儀檢測到瓦斯涌出；下部為紅褐色、灰綠色巨厚層狀泥巖（“花斑泥巖”）夾多層巨厚層狀灰綠色、灰白色細(xì)粒砂巖（圖2），砂巖表面含油漬，與下伏瓦窯堡組呈平行不整合接觸。瓦窯堡組：鉆遇厚度為20.39 m，未見底，頂部為巨厚層狀灰黑色細(xì)粒砂巖、粉砂巖，砂巖中碳質(zhì)含量高，表面滲油（圖3）。下部為巨厚層狀灰黑色泥巖夾灰色巨厚層狀粉砂巖。

圖2 富縣組上部巨厚層砂巖Figure 2 Extra thick sandstone in upper part of Fuxian Formation

圖3 瓦窯堡組頂部砂巖層中油漬Figure 3 Indication of oil in Wayaobu Formation top sandstone

2.2 標(biāo)志層的選取

煤層下部的寶塔山砂巖為鄂爾多斯盆地較好的標(biāo)志層，但在203工作面范圍內(nèi)分布有限，因此不宜作為標(biāo)志層。富縣組上部的雜色泥巖（俗稱“花斑泥巖”）在203工作面內(nèi)分布較廣，每口取心鉆孔都有揭露，且可以作為地層成因識別的很好沉積環(huán)境標(biāo)志，它的出現(xiàn)表明了河流泛濫的間歇期，代表了曲流河沉積環(huán)境，反映老的沉積旋廻結(jié)束，新的沉積旋廻開始[7]。因此，“花斑泥巖”成為地層等時(shí)劃分良好的對比標(biāo)志。

2.3古剝蝕面

鄂爾多斯盆地在晚三疊世受印支運(yùn)動的影響，受區(qū)域性擠壓整體抬升，瓦窯堡組頂部地層遭受不同程度的剝蝕，之后在早侏羅世有整體逐漸下降，富縣組就沉積在該剝蝕面之上[8]，因此鄂爾多斯盆地在三疊系和侏羅系直接發(fā)育有一個古剝蝕面。在二號煤礦范圍內(nèi)，三疊系瓦窯堡組和侏羅系富縣組之間的接觸面表現(xiàn)為含礫砂巖。延安組和富縣組的在井田范圍內(nèi)呈平行不整合接觸，其判斷標(biāo)準(zhǔn)是顏色的突變，延安組底部呈灰色、灰黑色泥巖或粉砂巖，富縣組頂部呈灰綠色、紅褐色泥巖或粉砂巖。

2.4 沉積分析

沉積分析，主要指利用沉積旋廻、巖性組合、地層厚度、標(biāo)高的特征對地層劃分對比綜合分析[9-11]。二號煤礦煤層底板構(gòu)造活動微弱，地層平緩，各層巖性變化不大，因此可以結(jié)合地層厚度、標(biāo)高等參數(shù)進(jìn)行對比劃分。

2.5 劃分與對比結(jié)果

通過上述的劃分對比標(biāo)志，對203工作面底板50 m范圍內(nèi)的地層進(jìn)行了精細(xì)對比劃分，做出了203工作面井下取心孔連井剖面圖（圖4）。劃分結(jié)果顯示，203工作面從巷口向內(nèi)，呈下坡趨勢，煤層以下延安組的厚度略有增大，巖性由粉砂巖漸變到泥巖，富縣組厚度從25.8 m增加到38.7 m，整體巖性也有變細(xì)趨勢，瓦窯堡組揭露較少，總體呈粉砂巖和泥巖互層。

圖4 203工作面煤層底板地層對比與沉積微相分析Figure 4 Working face No.203 coal floor strata correlation and sedimentary microfacies analysis

3 沉積微相分析

沉積微相分析必須依靠大量的巖心資料及測井曲線，在識別大相、亞相的前提下逐級進(jìn)行。巖心是地質(zhì)研究中最直接、最全面、最詳細(xì)的第一手資料，也是地下沉積相研究最重要的信息。

203工作面取心孔均勻布置在整個巷道，在取心井單井微相分析時(shí)，通過細(xì)致的巖心觀察與描述，結(jié)合后期實(shí)驗(yàn)分析資料，從顏色、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、巖性、旋廻性、自生礦物及古生物化石等多方面進(jìn)行沉積特征的全面、系統(tǒng)、詳細(xì)分析，并結(jié)合區(qū)域沉積背景，根據(jù)巖石剖面結(jié)構(gòu)和沉積環(huán)境演化規(guī)律，確定研究區(qū)目的層段的亞相、微相類型、巖石相類型進(jìn)行單機(jī)相分析。

經(jīng)過大量分析，認(rèn)為研究區(qū)富縣組及瓦窯堡組頂部屬于三角洲前緣亞相沉積，延安組底部屬于三角洲平原亞相，確定研究區(qū)內(nèi)三種沉積微相：三角洲前緣亞相的遠(yuǎn)砂壩微相、河口砂壩微相及三角洲平原的沼澤微相（圖4）。

203工作面垂向演化特征表現(xiàn)為多種沉積微相組合特征。自下而上為遠(yuǎn)砂壩微相-河口砂壩微相-沼澤微相，由于剖面范圍小，垂深較淺，沉積相序并不完整，微相變化反映了三角洲平原-前緣亞相特征，有向?yàn)I淺湖亞相變化的趨勢，但不同時(shí)期三角洲前積體發(fā)育程度和前積范圍有一定差異。

203連井剖面與礦區(qū)構(gòu)造線斜交，總體上來說各巖層相互連通性呈中等，砂體較不連續(xù)，多處砂體出現(xiàn)尖滅，表現(xiàn)為向巷道內(nèi)水體變深的趨勢，在瓦窯堡組沉積末期-富縣組早期，表現(xiàn)為遠(yuǎn)砂壩沉積，水體較深，巖性較細(xì)，主要為泥巖-粉砂巖互層；富縣組上部表現(xiàn)為河口砂壩沉積，水體相對較淺，局部沉積紅褐色、灰綠色泥巖；煤層下部延安組發(fā)育沼澤微相。因此，203工作面從巷口向內(nèi)，水體逐漸變深（圖4），表現(xiàn)為典型的三角洲平原-前緣亞相沉積。

4 瓦斯賦存主控因素及展布規(guī)律分析

4.1 瓦斯賦存主控因素分析

根據(jù)203工作面現(xiàn)有5個取心孔氣測錄井資料顯示，瓦斯主要賦存于富縣組頂部的砂巖層中，由于富縣組較薄，且下部巖性以紫雜色泥巖(“花斑泥巖”)為主，有機(jī)質(zhì)含量較低，不具備生烴條件。鄂爾多斯盆地富縣組砂巖層中瓦斯主要來自于下部延長組[12-15]。瓦斯運(yùn)移通道包括但不僅限于侏羅系和三疊系之間的不整合面和巨厚砂體[16]。203工作面總體為一緩坡，瓦斯富集于工作面中部的斜坡上，屬于構(gòu)造斜坡帶成藏。同時(shí)，富縣組上部的砂巖儲層發(fā)育河口砂壩微相沉積，砂巖孔隙率較高，可以作為很好的儲層，在砂巖的上傾尖滅方向，瓦斯大量賦存，砂體上部覆蓋的厚層延安組泥巖，對運(yùn)移來的油氣起良好的阻擋作用，因此具有巖性圈閉氣藏特征（圖5）。綜合分析認(rèn)為，203工作面煤層底板瓦斯賦存主要受構(gòu)造和巖性控制，為典型的構(gòu)造-巖性圈閉氣藏。

圖5 203工作面井下取心孔連井剖面Figure 5 Working face No.203 underground coring drilling crossborehole section

4.2 瓦斯展布規(guī)律預(yù)測

做好瓦斯展布規(guī)律的預(yù)測，對于煤礦安全生產(chǎn)有重要意義。黃陵二號煤礦整個井田范圍內(nèi)，整體沉積物粒度較細(xì)，但在發(fā)育有細(xì)粒砂巖的區(qū)域，由于相對物性較好，瓦斯比較容易聚集，特別是在構(gòu)造高點(diǎn)，即砂巖的上傾尖滅端，瓦斯極易大量聚集。因此，研究認(rèn)為，在有細(xì)粒砂巖發(fā)育的部位，同時(shí)位于砂巖上傾尖滅端的部位，為瓦斯的有利賦存部位，在煤礦的后續(xù)開采過程中，應(yīng)尤為注意。

5 結(jié)論

（1）203工作面自下而上為遠(yuǎn)砂壩微相-河口砂壩微相-沼澤微相，由于剖面范圍小，垂深較淺，沉積相序并不完整，微相變化反映了三角洲平原-前緣亞相特征，有向?yàn)I淺湖亞相變化的趨勢，但不同時(shí)期三角洲前積體發(fā)育程度和前積范圍有一定差異。

（2）203工作面煤層底板瓦斯儲集于工作面中部的斜坡部位的富縣組上部，儲層巖性以細(xì)粒砂巖為主，并在砂巖的上傾尖滅部位大量富集，說明瓦斯聚集主要受構(gòu)造和巖性影響，為一典型的構(gòu)造-巖性圈閉氣藏。同時(shí)，細(xì)粒砂巖的上傾尖滅端也可以作為預(yù)測瓦斯富集的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

（3）井下取心作為一種低成本、高效率的工作方法，可以快速有效的判斷煤層底板沉積微相，分析儲層展布及構(gòu)造規(guī)律，可以精確地查找和預(yù)測瓦斯賦存部位，為煤礦后續(xù)的安全生產(chǎn)提供保障。

[1]段毅，吳保祥，鄭朝陽，等.鄂爾多斯盆地西峰油田油氣成藏動力學(xué)特征[J].石油學(xué)報(bào)，2005，26（4）：29-33.

[2]任戰(zhàn)利，趙重遠(yuǎn)，張軍，等.鄂爾多斯盆地古地溫研究[J].沉積學(xué)報(bào)，1994，12（1）：56-65.

[3]王渝明.陸相沉積地層油層對比方法[M].北京：石油工業(yè)出版社，2001.

[4]何金先，段毅，張曉麗，等.鄂爾多斯盆地林鎮(zhèn)地區(qū)延安組延9油層組地層對比與沉積微相展布[J].天然氣地球科學(xué)，2012，23（2）：291-298.

[5]郭正權(quán)，張立榮，楚美娟，等.鄂爾多斯盆地南部前侏羅紀(jì)古地貌對延安組下部油藏的控制作用[J].古地理學(xué)報(bào)，2008，10（1）：63-71.

[6]劉聯(lián)群，劉建平，李勇，等.鄂爾多斯盆地彭陽地區(qū)侏羅系延安組油氣成藏主控因素分析[J].西安地質(zhì)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，32（3）：263-267.

[7]陳永嶠，李偉華，汪凌霞，等.鄂爾多斯盆地合水地區(qū)延長組—延安組地層分布特征[J].地層學(xué)雜志，2011，35（1）：41-48.

[8]何自新.鄂爾多斯盆地演化與油氣[M].北京：石油工業(yè)出版社，2003.

[9]白衛(wèi)衛(wèi).鄂爾多斯盆地南部侏羅羅系延安組沉積體系研究[D].西安：西北大學(xué)，2007.

[10]王彬.華池-馬嶺地區(qū)侏羅系沉積微相及成藏規(guī)律研究[D].蘭州：中國科學(xué)院蘭州地質(zhì)研究所，2008.

[11]丁曉琪，張哨楠.鄂爾多斯盆地西南緣延安組層序地層分析[J].成都理工大學(xué)（學(xué)報(bào)自然科學(xué)版），2008，35（6）：681-685.

[12]段毅，張勝斌，鄭朝陽，等.鄂爾多斯盆地馬嶺油田延安組原油成因研究[J].地質(zhì)學(xué)報(bào)，2007，81（10）：1407-1415.

[13]段毅，吳保祥，鄭朝陽，等.鄂爾多斯盆地馬嶺油田延9油層組油氣運(yùn)移研究[J].沉積學(xué)報(bào)，2008，26（2）：349-354.

[14]張曉麗，段毅，何金先，等.鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)延長組下油層組原油地球化學(xué)特征及油源對比[J].天然氣地球科學(xué)，2011，22（5）：866-873.

[15]張才利，高阿龍，劉哲，等.鄂爾多斯盆地長7油層組沉積水體及古氣候特征研究[J].天然氣地球科學(xué)，2011，22（4）：582-587.

[16]段毅，孫濤，吳保祥，等.鄂爾多斯盆地馬嶺油田延10油層組油氣運(yùn)移特征與機(jī)理[J].成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，36（1）：1-7.

Working Face No.203 Coal Floor Sedimentary Microfacies and Gas Distribution Pattern Study in Huangling No.2 Coalmine,Shaanxi

Sun Siqing1,Qu Shaodong2,Chen Dongdong1and Ma Gongshe3
(1.Xian Research Institute,China Coal Technology and Engineering Group Corp,Xian,Shaanxi 710054; 2.Shaanxi Provincial Land Engineering Construction Research Institute,Xi'an,Shaanxi 710075; 3.Huangling Mining Group,Shaanxi Coal Industry Co.Ltd.,Yan'an,Shaanxi 727300)

In allusion to working face No.203 floor gas abnormal emission phenomenon in Huangling No.2 coalmine,carried out underground coring drilling in the working face.Through analysis and observation of target layer lithology and gas emission information,combined with previous research results,carried out strata correlation,division and sedimentary microfacies analysis within 50m range under working face floor.From the results can see three sedimentary microfacies have developed on the floor:namely distal bar microfacies and river mouth bar of delta front subfacies,and delta plain swamp microfacies.

gas;strata features;sedimentary microfacies;trap

P618.11；P618.13

A

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.01.07

1674-1803(2017)01-0031-04

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41202122）；國家科技重大專項(xiàng)(2008ZX05040-002)

孫四清（1977—），男，河南信陽人，副研究員、博士研究生，主要從事礦井地質(zhì)與煤礦瓦斯綜合防治的研究工作。

2016-08-10

責(zé)任編輯：宋博輦