常嘉，陳世悅，2，鄢繼華，2

1.中國(guó)石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島 266580

2.海洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室海洋礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)與探測(cè)技術(shù)功能實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266071

渤海灣盆地是我國(guó)重要的含油氣盆地及產(chǎn)煤盆地，蘊(yùn)含著豐富的油氣和礦產(chǎn)資源。渤海灣盆地晚古生代含煤地層自中石炭世開(kāi)始接受沉積，至太原組早期—中期階段，海侵規(guī)模達(dá)到最大，而后至太原組末期，北部陰山—燕山褶皺帶逐步抬升，造成強(qiáng)制海退，海水逐漸退出，沉積物逐步充填盆地。整個(gè)演化階段，廣闊的平原地區(qū)氣候溫暖濕潤(rùn)，為植物的大量生長(zhǎng)提供了極其有利的氣候條件，也為聚煤作用提供了豐富的原始資料。而層序地層學(xué)是研究煤層發(fā)育特征及分布的有效手段，尤以層序地層格架下的可容空間增長(zhǎng)速率與泥炭堆積速率的平衡關(guān)系來(lái)解釋聚煤作用的強(qiáng)弱以及煤層厚度的變化特征。前人利用層序地層學(xué)的觀點(diǎn)，對(duì)渤海灣盆地晚古生代含煤地層特征、古地理演化及聚煤規(guī)律等方面進(jìn)行了大量研究。劉煥杰等[1]針對(duì)華北晚古生代含煤地層提出陸表海堡島體系沉積的觀點(diǎn)。陳世悅[2]提出聚煤作用的發(fā)育受海平面變化的控制，海平面升降周期的長(zhǎng)短決定了聚煤作用持續(xù)的時(shí)間。李增學(xué)等[3-4]提出海侵事件成煤作用及多元聚煤理論體系。張?jiān)銎娴萚5]提出山東境內(nèi)“凹中找壘，凸中找塹”的找煤模式。董大嘯等[6]基于層序地層格架的巖相古地理分析對(duì)華北地臺(tái)晚古生代的聚煤規(guī)律進(jìn)行研究。但由于層序地層劃分標(biāo)準(zhǔn)不同，缺乏全區(qū)范圍內(nèi)的統(tǒng)一對(duì)比研究。本文以渤海灣盆地周緣典型的晚古生代含煤地層剖面淄博博山剖面為例，開(kāi)展陸表海背景下含煤層序地層和聚煤作用的精細(xì)研究，進(jìn)一步豐富和深化渤海灣盆地聚煤理論，以期對(duì)渤海灣盆地內(nèi)煤炭及其伴生資源勘探和開(kāi)發(fā)提供指導(dǎo)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

淄博博山晚古生代野外露頭剖面位于山東省淄博博山大奎山一帶（圖1），該剖面地層出露完整，地層連續(xù)無(wú)間斷，頂?shù)捉缇€明顯，是研究渤海灣盆地晚古生代地層特征的典型野外露頭剖面，為本次研究的開(kāi)展提供了極為有利的條件[7]（圖2）。結(jié)合前人研究成果，并對(duì)其露頭剖面的地層特征及巖性組合，以及標(biāo)志層的識(shí)別，自下而上將該剖面晚古生代含煤地層劃分為SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5、SQ6 及SQ7 七個(gè)三級(jí)層序（圖3）。研究表明，研究區(qū)內(nèi)晚古生代含煤地層的形成環(huán)境為海陸交互相（堡島—臺(tái)地相和淺水三角洲相），共發(fā)育九層厚煤層及數(shù)層薄煤層。

2 含煤地層層序地層格架

2.1 關(guān)鍵層序界面識(shí)別

圖1 淄博博山晚古生代剖面地理位置（據(jù)侯中帥等[7]，有修改）Fig.1 Location of Late Paleozoic sections in Zibo Boshan area (modified from Hou et al.[7])

圖2 淄博博山地區(qū)晚古生代含煤地層信手地質(zhì)剖面圖Fig.2 Simplified geological profile of Late Paleozoic coal-bearing strata in Zibo Boshan area

層序地層學(xué)是分析基準(zhǔn)面變化的沉積響應(yīng)，研究可容空間（充填沉積物的空間）與沉積作用相互影響及其引起的沉積趨勢(shì)變化的一門學(xué)科。其研究的主要內(nèi)容是對(duì)層序及體系域界面進(jìn)行精確識(shí)別，追蹤和對(duì)比，劃分各級(jí)層序地層單元，明確各層序的結(jié)構(gòu)特征，建立層序地層格架。層序地層的關(guān)鍵界面有層序界面、最大海泛面及最大海退面等，這些關(guān)鍵界面的識(shí)別對(duì)于層序劃分有著極其重要的意義。

2.1.1 層序界面的識(shí)別

（1）區(qū)域性構(gòu)造不整合面

在加里東構(gòu)造運(yùn)動(dòng)背景下，華北地臺(tái)基底整體抬升，地層長(zhǎng)期暴露于地表遭受風(fēng)化剝蝕，其殘留組分在風(fēng)化殼之上形成鐵鋁質(zhì)沉積物。受中奧陶世華北板塊區(qū)域性抬升作用的影響，華北地臺(tái)隆升，遭受138 Ma 的風(fēng)化剝蝕，并在不整合面之上發(fā)育鐵鋁巖（褐鐵礦與鋁土礦），是全區(qū)普遍發(fā)育且易于識(shí)別的層序界面（圖4a）。于穩(wěn)定或較穩(wěn)定的地區(qū)、古陸邊緣及淺海地帶，在溫室氣候下長(zhǎng)期侵蝕形成[8]。

圖3 淄博博山地區(qū)晚古生代含煤地層沉積相及層序地層柱狀圖Fig.3 Integrated histogram of sedimentary facies and sequence stratigraphy of Late Paleozoic coal-bearing strata in Zibo Boshan area

（2）下切谷沖刷面

在陸表海背景下，由于盆地內(nèi)古地形坡度較緩，較小幅度的海平面變化都可造成區(qū)域性范圍內(nèi)的海岸線推進(jìn)[9]。當(dāng)海平面下降時(shí)，盆地邊緣的河流下切作用顯著加強(qiáng)，碎屑物質(zhì)充填，形成一套低位河流下切谷砂體，且砂體厚度較大，其底面為侵蝕不整合面。砂巖底面常為河流沖刷下切形成的沖刷面，致使下伏地層遭受不同程度的侵蝕而產(chǎn)生缺失，界面上下的沉積環(huán)境、古生物種類等發(fā)生明顯變化。如山西組底部北岔溝砂巖的底界（圖4b）等[10]。

（3）海侵方向轉(zhuǎn)換面

圖4 淄博博山地區(qū)晚古生代含煤地層層序界面Fig.4 Stratigraphic sequence of Late Paleozoic coal-bearing strata in Zibo Boshan area

在太原組太原段底部煤層（圖4c）沉積時(shí)，華北地臺(tái)受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響發(fā)生了一次“翹板式”運(yùn)動(dòng)，其地形由原來(lái)的“南隆北傾”變?yōu)椤氨甭∧蟽A”，北部地勢(shì)抬高，南部地勢(shì)相對(duì)變低，海侵方向也由原來(lái)的北東方向變?yōu)槟蠔|方向[10]。其沉積環(huán)境發(fā)生變化，代表著新的沉積事件的開(kāi)始。

2.1.2 初始海泛面的識(shí)別

即海水首次漫過(guò)坡折帶或低位下切谷所形成的海泛面。初始海泛面之上常以薄煤層、灰黑色泥巖為主。在沒(méi)有下切谷砂體發(fā)育的區(qū)域，初始海泛面與層序界面重合。如太原組晉祠砂巖之上的暗色泥巖層的底界（圖4d）。

2.1.3 最大海泛面的識(shí)別

即一個(gè)基準(zhǔn)面旋回內(nèi)基準(zhǔn)面抬升速率及可容空間增加速率最大、水體最深時(shí)形成的沉積面，代表海侵范圍最大的一個(gè)界面，也是反映當(dāng)時(shí)水體最深的巖石單元的底面[10]。是在陸源沉積場(chǎng)所向陸遷移時(shí)海進(jìn)過(guò)程中海侵達(dá)到最大范圍時(shí)形成的，并被海退期間上覆于下部體系域頂面上的進(jìn)積傾斜沉積體所掩埋[8]。在陸表海沉積背景下，可以是一套向上變細(xì)的沉積序列中代表水體最深的泥巖的底面，如太原組潟湖相暗色泥巖底界；也可以是向陸地方向延伸最遠(yuǎn)的一層石灰?guī)r的底面[11]，如太原組L3灰?guī)r的底界（圖4e）。

2.1.4 最大海退面的識(shí)別

即海平面由下降至上升的轉(zhuǎn)換面，標(biāo)志著海侵作用的開(kāi)始。由于基準(zhǔn)面相對(duì)開(kāi)始下降，不管沉積物供給速率如何，都會(huì)造成海岸線向海方向遷移[12]。如太原組底部晉祠砂巖底面（圖4f）。

2.2 層序地層格架的建立

通過(guò)露頭剖面層序界面與體系域界面的精細(xì)研究，將淄博博山剖面晚古生代含煤地層劃分為七個(gè)三級(jí)層序（由下至上依次為SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5、SQ6 及SQ7），本溪組對(duì)應(yīng)SQ1 層序，太原組對(duì)應(yīng)SQ2、SQ3、SQ4 層序，山西組對(duì)應(yīng)SQ5、SQ6、SQ7 層序。

2.2.1 SQ1 層序

SQ1 總厚度為39.8 m。以?shī)W陶系石灰?guī)r剝蝕面之頂為底界，以晉祠砂巖之底為頂界。層序底部發(fā)育褐鐵礦和鋁土礦，向上過(guò)渡為灰褐色、灰黃色泥巖夾薄層灰白色粉砂質(zhì)泥巖以及厚層深灰色灰?guī)r（徐家莊灰?guī)r），頂部發(fā)育薄煤層。沉積相以混合坪、泥坪、泥炭坪（圖5i）為主，砂坪不發(fā)育，泥坪發(fā)育透鏡狀層理（圖5a），夾潮溝沖刷形成的薄層透鏡狀砂質(zhì)條帶。徐家莊灰?guī)r（圖5b）厚度達(dá)10 m 以上，發(fā)育硅質(zhì)條帶、硅質(zhì)結(jié)核（圖5c），含生物碎屑（圖5e），如腕足類、?類（圖5f）、海百合、有孔蟲(chóng)（圖5g）、菊石（圖5h）等大量生物碎屑，表面可見(jiàn)風(fēng)暴紋層（圖5d），屬開(kāi)闊臺(tái)地相沉積。

2.2.2 SQ2 層序

SQ2 總厚度為22.6 m。以晉祠砂巖（圖6a）之底為底界，以L1 灰?guī)r之底為頂界。主要以厚層塊狀灰白色砂巖（晉祠砂巖）、灰黑色泥巖以及灰色泥巖夾薄層粉砂巖（圖6d）為主，砂巖發(fā)育板狀交錯(cuò)層理（圖6b）、槽狀交錯(cuò)層理（圖6c）。沉積相以潮坪相、潟湖相為主。

圖5 淄博博山地區(qū)晚古生代含煤地層SQ1 巖性特征Fig.5 Lithological characteristics of Late Paleozoic coal-bearing strata SQ1 in Zibo Boshan area

圖6 淄博博山地區(qū)晚古生代含煤地層SQ2 巖性特征Fig.6 Lithological characteristics of Late Paleozoic coal-bearing strata SQ2 in Zibo Boshan area

2.2.3 SQ3層序

SQ3 總厚度為30.2 m。以L1 灰?guī)r之底為底界，以障壁島砂體底面為頂界。巖性以灰黃色泥巖夾薄層灰?guī)r（圖7c，e）為主，向上逐漸過(guò)渡為灰黑色泥巖夾砂巖透鏡體（圖7g）及薄煤層（圖7h），為含菱鐵礦結(jié)核（圖7i）的泥炭坪沉積?；?guī)r中可見(jiàn)海百合莖（圖7a）、菊石（圖7b）、有孔蟲(chóng)（圖7d）、介形蟲(chóng)（圖7f）等生物碎屑，厚度均較薄，屬于局限臺(tái)地相沉積。

2.2.4 SQ4層序

圖7 淄博博山地區(qū)晚古生代含煤地層SQ3 巖性特征Fig.7 Lithological characteristics of Late Paleozoic coal-bearing strata SQ3 in Zibo Boshan area

SQ4 總厚度為48.5 m。以障壁島砂體底面為底界，以北岔溝砂巖底面為頂界。巖性以數(shù)層厚層灰黃色砂巖、灰黑色泥巖為主，泥巖中可見(jiàn)菱鐵礦結(jié)核成層分布（圖8j），屬潟湖相沉積。頂部發(fā)育兩層煤層（圖8k，l），可見(jiàn)植物根莖化石，砂體沉積相以障壁島相、潮坪相潮汐水道為主。障壁島砂體巖性以中—細(xì)粒巖屑石英砂巖（圖8b）為主，粒度上表現(xiàn)為向上變粗的反粒序，形態(tài)上呈底平頂凸的透鏡體（圖8a），發(fā)育楔狀、板狀交錯(cuò)層理。潮汐水道砂體巖性以中—粗粒巖屑石英砂巖（圖8d）為主，底部可見(jiàn)礫石層，粒度上表現(xiàn)為向上變細(xì)的正粒序，形態(tài)上呈頂平底凸的透鏡體（圖8c），常以復(fù)數(shù)砂體疊置出現(xiàn)，其間可發(fā)育泥質(zhì)夾層，層理類型以雙向交錯(cuò)層理、板狀交錯(cuò)層理和平行層理為主，可見(jiàn)植物莖干化石（圖8g）和植物印膜化石，底部具有沖刷面（圖8e），且可見(jiàn)沖刷潟湖相暗色泥巖后卷攜形成的泥礫（圖8f）。其頂部發(fā)育一層薄層灰?guī)r，發(fā)育長(zhǎng)身貝（圖8h）、?類（圖8i）等生物碎屑，屬于局限臺(tái)地相沉積。

2.2.5 SQ5、SQ6、SQ7層序

山西組整體以北岔溝砂巖之底為底界，以駱駝脖子砂巖之底為頂界，共發(fā)育有三期沉積旋回，每一期沉積旋回劃分為一個(gè)三級(jí)層序。旋回內(nèi)主要為灰色、淺黃褐色砂巖、粉砂巖與灰色、深灰色、淺黃褐色泥巖互層夾薄煤層（圖9b），泥巖中古植物化石發(fā)育，砂巖單層厚度較薄，以巖屑砂巖（圖9c）、長(zhǎng)石巖屑砂巖為主。SQ5 總厚度為12.9 m。底部可見(jiàn)明顯的反粒序，由底部泥巖往上過(guò)渡為中—粗粒砂巖（圖9a，d），橫向延伸較遠(yuǎn)，識(shí)別為三角洲前緣河口壩。SQ6總厚度為18.3 m。河道砂巖較發(fā)育，可見(jiàn)板狀交錯(cuò)層理（圖9e）、槽狀交錯(cuò)層理等，以及沖刷下伏地層形成的泥礫（圖9f）。SQ7 總厚度為13.7 m。泥巖明顯增多，可見(jiàn)薄層砂巖透鏡體，植物根莖發(fā)育（圖9g）。SQ5—SQ7層序主要為淺水三角洲沉積，三角洲前緣和三角洲平原亞相交替發(fā)育，共識(shí)別出了水下分流河道、河口壩、泛濫平原、泥炭沼澤等主要的沉積微相類型。

3 層序地層格架內(nèi)的聚煤作用分析

3.1 層序格架內(nèi)的沉積演化

華北板塊晚古生代盆地具有極緩的古坡度，難以形成侵蝕成因的角度不整合，因此陸表海含煤地層可以作為一個(gè)完整的盆地充填層序，反映了陸表海盆地發(fā)育至衰亡的全部過(guò)程[13]。華北板塊現(xiàn)今保存下來(lái)的石炭—二疊系基本都是大陸架之內(nèi)的沉積，三級(jí)層序主要有海侵體系域及高位體系域組成，低位體系域僅見(jiàn)于大陸邊緣的下切谷底部，山西組以上過(guò)渡沉積環(huán)境中，層序發(fā)育低位體系域、海侵體系域及高位體系域[13]。

圖9 淄博博山地區(qū)晚古生代含煤地層SQ5—SQ7 巖性特征Fig.9 Lithological characteristics of Late Paleozoic coal-bearing strata SQ5-SQ7 in Zibo Boshan area

華北地臺(tái)經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)化剝蝕后，于SQ1 層序整體進(jìn)入沉降階段，海水由北東部向西侵入，在風(fēng)化面上首先形成風(fēng)化鋁土層，代表了海侵開(kāi)始的濱淺海沉積[14]。風(fēng)化鋁土層之上變?yōu)槟嗥骸⒒旌掀?，砂坪不發(fā)育，屬于水進(jìn)沉積序列。高位體系域主要發(fā)育潮坪相泥巖，頂部可見(jiàn)泥炭坪淤淺后形成的煤層。SQ2 層序底部發(fā)育多期疊置的厚層潮道相砂體，構(gòu)成海侵體系域。向上為高位體系域，由潟湖相泥巖、潮坪相砂泥巖互層組成，頂部可見(jiàn)泥炭坪薄煤層。SQ3層序底部海侵方向由北東方向轉(zhuǎn)變?yōu)槟蠔|方向，以海侵作用為主，發(fā)育泥炭坪、臺(tái)地、潟湖沉積。向上為高位體系域，主要發(fā)育潮坪相泥炭坪，其中夾有海平面波動(dòng)上升過(guò)程中形成的薄煤層[15]。SQ4 層序底部發(fā)育小范圍的海侵體系域，以障壁島—泥坪為主。向上為大范圍的高位體系域，主要發(fā)育潟湖相泥巖與多期疊置的厚層潮道相砂體疊置組成，頂部的潟湖相泥巖夾有兩套穩(wěn)定發(fā)育的厚煤層。SQ5—SQ7時(shí)期發(fā)育淺水三角洲相，低位體系域以發(fā)育三角洲前緣河口壩及水下分流河道砂體為主，海侵體系域和高位體系域以三角洲平原泛濫平原、泥炭沼澤為主，夾有穩(wěn)定發(fā)育的煤層。

3.2 控制因素

控制沉積演化及煤層聚集的主要因素主要包括古構(gòu)造、古地理、古氣候及海平面變化等。

3.2.1 古構(gòu)造

聚煤盆地一般形成于特定的地球動(dòng)力背景下，其形態(tài)會(huì)受地殼沉降的幅度、范圍以及沉降速度影響[16]。研究區(qū)在經(jīng)過(guò)晚奧陶世—早石炭世長(zhǎng)達(dá)140 Ma 的風(fēng)化、溶蝕、夷平作用后，于晚石炭世整體沉降接受沉積[17-18]，此時(shí)期華北地塊與西伯利亞板塊全面碰撞，隨著擠壓應(yīng)力由板緣向板內(nèi)逐步傳遞，使陰山—燕山造山帶進(jìn)一步隆升，而且也使華北地塊北部擠壓坳陷，形成沉積盆地。但由于沉降速度過(guò)快，未能提供穩(wěn)定的沉積環(huán)境，因此這一時(shí)期的含煤性差。晚石炭世末—早二疊世初，華北板塊南部北秦嶺構(gòu)造帶隆升，遭受剝蝕，成為新的物源區(qū)，同時(shí)在其北側(cè)相鄰地區(qū)產(chǎn)生擠壓坳陷，形成沉積中心[19]。隨著碎屑物質(zhì)的輸入，水深相對(duì)逐漸變淺，適合煤層的形成和聚集。中二疊世時(shí)期，盆地處于坳陷向隆起的過(guò)渡階段，構(gòu)造作用相對(duì)穩(wěn)定，地勢(shì)變平坦，碎屑物質(zhì)在此條件下形成了廣闊的平原，成為泥炭堆積發(fā)育的最有利場(chǎng)所。

3.2.2 古地理

聚煤盆地的形成、演化受古構(gòu)造背景控制，而煤層的發(fā)育、分布則由古地理環(huán)境所控制。

SQ1—SQ4 時(shí)期，聚煤作用主要發(fā)生于堡島—臺(tái)地體系中，其作用的強(qiáng)弱本質(zhì)上取決于海水進(jìn)退的規(guī)模大小及海退持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短。聚煤作用常發(fā)生在每期旋回的海退至海侵的轉(zhuǎn)折時(shí)期，此時(shí)地表廣泛暴露或處于弱覆水環(huán)境，使成煤植物具有一定的生長(zhǎng)發(fā)育空間，而泥炭的堆積和保存需要一定的水位以阻止已沉積的成煤植物遺體向泥炭轉(zhuǎn)化時(shí)被氧化，同時(shí)又不能過(guò)高以確保其他成煤植物存活[20]。在潮道及淤淺潟湖中堆積的泥炭，由于潮道砂體的側(cè)向遷移及洪泛水流的沖刷侵蝕作用，煤層常發(fā)生缺失或破壞，混入的泥砂使煤層形成夾矸，灰分含量增多。

SQ5—SQ7 時(shí)期，聚煤作用主要發(fā)生于淺水三角洲體系中，此時(shí)期海水已基本退出此地區(qū)，淡水在碎屑沉積中占主導(dǎo)地位，并發(fā)育有大面積的泛濫平原，在合適的條件下，形成了較多面積廣、持續(xù)時(shí)間久的泥炭沼澤沉積，發(fā)育具有工業(yè)價(jià)值的煤層。

3.2.3 古氣候

煤本身是一種沉積巖，形成于一定的沉積環(huán)境。作為一種特殊的事件沉積，只有當(dāng)古構(gòu)造、古地理、古氣候和古植物等條件都具備時(shí)，才能形成聚煤環(huán)境。古氣候影響動(dòng)植物的發(fā)育，從而影響煤的“物源”供應(yīng)。

研究區(qū)底部發(fā)育厚度大、全區(qū)分布的鐵鋁巖段，表明初期處于炎熱潮濕條件下，SQ1層序中發(fā)育的徐家莊灰?guī)r，SQ3 層序中發(fā)育的L1、L2、L3 灰?guī)r及SQ4層序中發(fā)育的L4灰?guī)r中，均可見(jiàn)大量海百合類、腕足類、?類等海相生物化石，泥巖中發(fā)現(xiàn)大量科達(dá)、鱗木等植物化石。表明此時(shí)期轉(zhuǎn)為溫暖潮濕環(huán)境。因此可推斷此時(shí)期研究區(qū)處于陸地潮濕、海水溫暖的亞熱帶氣候環(huán)境。

3.2.4 海平面變化

華北晚古生代陸表海盆地的海平面升降變化具有復(fù)合海平面變化的顯著特點(diǎn)，長(zhǎng)周期的海平面變化中疊加了中、短周期的海平面變化。長(zhǎng)周期海侵過(guò)程中有短周期的海退發(fā)生，而長(zhǎng)周期海退過(guò)程中有多次短周期海侵事件發(fā)生[21]。

基準(zhǔn)面是一個(gè)相對(duì)于盆地基底波狀起伏的、連續(xù)的、總體略向盆地方向下傾的抽象曲面，其位置、運(yùn)動(dòng)方向及升降幅度隨時(shí)間不斷變化[22]。若要確保成煤植物存活又要給予泥炭堆積保存一定的空間，則需要基準(zhǔn)面的上升速率大于0，且低于泥炭產(chǎn)生、堆積的速率，使得泥炭堆積速率與可容空間增長(zhǎng)速率保持較長(zhǎng)時(shí)間的平衡。

海侵體系域主要表現(xiàn)為海水向陸地侵入的過(guò)程，發(fā)育的泥炭沼澤向陸遷移，形成的煤層具有一定的穿時(shí)性[22]。在海侵體系域早期—中期階段，基準(zhǔn)面的上升速率較慢，可容空間增長(zhǎng)速率較為穩(wěn)定，有利于泥炭的堆積和保存，且煤層主要位于初始海泛面附近。隨著海侵作用進(jìn)行，成煤相帶逐漸向陸遷移，煤層分布廣泛，煤層常與海相沉積直接接觸[23]。在海侵體系域晚期，基準(zhǔn)面的上升速率明顯加快，水體深度逐步增加，成煤植物被淹沒(méi)死亡，泥炭堆積速率降低至0，聚煤作用終止，或僅有較薄的煤層形成。

在高水位體系域，基準(zhǔn)面抬升逐步減慢而后開(kāi)始下降，可容空間增長(zhǎng)速率逐漸降低并趨于0，泥炭堆積速率與可容空間增長(zhǎng)速率保持較長(zhǎng)時(shí)間的平衡，此時(shí)聚煤作用達(dá)到頂峰。成煤相帶逐漸向海遷移，煤層相對(duì)較厚、分布廣泛[4]。

總體上，聚煤作用在高水位體系域最為強(qiáng)烈，海侵體系域次之。

3.3 煤層分布特征

渤海灣盆地晚古生代聚煤作用主要有海退成煤及海侵成煤[3]兩種類型。

在海退時(shí)期，海水由西向東退去，西部地區(qū)首先處于弱覆水條件下，聚煤作用先于東部地區(qū)發(fā)生；在海侵時(shí)期，海水由東向西侵入，東部地區(qū)先于西部被水體覆蓋，西部地區(qū)聚煤作用結(jié)束時(shí)間晚于東部。兩者相比，西部聚煤作用總體時(shí)間長(zhǎng)于東部地區(qū)，煤層厚度也較東部地區(qū)厚。東部地區(qū)距海較近，發(fā)生小規(guī)模海侵的次數(shù)要多于西部地區(qū)，因此從煤層數(shù)量上來(lái)說(shuō)，東部地區(qū)多于西部地區(qū)。

在海侵時(shí)期，海平面緩慢持續(xù)上升、海水逐漸淹沒(méi)的條件下可以形成很厚的煤層，而在快速海侵條件下，植物來(lái)不及補(bǔ)償，煤層厚度及連續(xù)性均較差。因此西部地區(qū)的煤質(zhì)量仍優(yōu)于東部地區(qū)。

總的來(lái)說(shuō)，渤海灣盆地晚古生代煤層分布大體上具有東部地區(qū)層數(shù)多，單層厚度薄，西部地區(qū)層數(shù)相對(duì)較少，單層厚度較厚的特點(diǎn)。而淄博博山地區(qū)位于渤海灣盆地東南部地區(qū)，距海較近，總體上煤層具有層數(shù)多、單層厚度薄的特點(diǎn)（圖10）。

3.4 沉積發(fā)育相帶

在層序地層格架內(nèi)，不同層序間的沉積環(huán)境的不同也導(dǎo)致了煤層形成、分布的差異性。在堡島—臺(tái)地相背景下，聚煤作用常發(fā)生于高位體系域中—晚期，研究區(qū)范圍內(nèi)沼澤化作用強(qiáng)烈，形成大面積泥炭沼澤，形成了潮坪相泥炭坪和潟湖[21]。在淺水三角洲背景下，基準(zhǔn)面上升早期即正常海退期，沉積物充填盆地；隨后當(dāng)基準(zhǔn)面上升速率大于沉積物供給速率時(shí)，海侵作用發(fā)生，海水充填盆地形成弱覆水環(huán)境，聚煤作用發(fā)生，且多聚集在水動(dòng)力條件較弱的三角洲平原亞相中的泥炭沼澤微相[24]。通過(guò)對(duì)野外煤層發(fā)育的上下地層關(guān)系，結(jié)合渤海灣盆地的沉積演化背景，共總結(jié)出五種煤層沉積發(fā)育相帶（圖11）。

圖10 渤海灣盆地內(nèi)部層序地層及煤層對(duì)比剖面圖Fig.10 Stratigraphic sequence and coal seam correlation profile in Bohai Bay Basin

圖11 淄博博山地區(qū)晚古生代含煤地層聚煤模式及聚煤強(qiáng)度Fig.11 Coal accumulation model and Late Paleozoic coal accumulation extent in Zibo Boshan area

3.4.1 潮坪泥炭坪型

泥炭坪位于潮坪的潮上部分，氣候溫暖濕潤(rùn)，植被繁盛，常發(fā)育于潮坪相頂部，煤層穩(wěn)定，發(fā)育較厚。如SQ1 層序內(nèi)的8#、9#煤，SQ2 層序內(nèi)的8上煤，SQ3層序內(nèi)的L3上煤。

3.4.2 島后泥炭坪型

島后泥炭坪位于障壁島后靠潟湖一側(cè)，分布相對(duì)較為狹窄，底部常發(fā)育障壁島砂體，煤層較薄，分布范圍較小，且因潮道側(cè)向遷移而被沖刷破壞。

3.4.3 潟湖型

潟湖是為海岸所限制、被障壁島所遮攔的淺水盆地[25]。潟湖水體流動(dòng)性較差，水動(dòng)力條件較小，以潮汐作用為主，與外界水體交換作用弱，沉積環(huán)境穩(wěn)定，底部常發(fā)育障壁島砂體，頂部發(fā)育潮道砂體。煤層發(fā)育較厚，硫分較高。如SQ3 層序內(nèi)的L3下煤，SQ4層序內(nèi)的6#、7#煤。

3.4.4 三角洲前緣支流間灣型

支流間灣屬于分流河道之間的低洼部分，較厚處可發(fā)育薄煤層，水下分流河道的沖刷可使煤層變薄或缺失，分布范圍不穩(wěn)定，在平行于分流河道堤岸地帶煤層較厚，向分流間灣逐漸尖滅。

3.4.5 三角洲平原泥炭沼澤型

泥炭沼澤屬于泛濫平原中周期性被水淹沒(méi)的低洼地區(qū)，為弱還原—還原環(huán)境，煤層發(fā)育穩(wěn)定，厚度較大。如SQ5層序內(nèi)的5#煤，SQ6層序內(nèi)的4#煤。

總的來(lái)說(shuō)，潮坪相泥炭坪為煤層最有利發(fā)育相帶，其次為三角洲平原泥炭沼澤、潟湖。

3.5 聚煤規(guī)律

SQ1 層序內(nèi)發(fā)育兩層煤層（8#、9#煤），總厚度在1.8～2 m 之間，平均厚度為1 m，發(fā)育于高位體系域中，屬于海退成煤。聚煤作用主要發(fā)生于潮坪相泥炭坪。8#、9#煤層分布范圍幾乎遍及整個(gè)盆地，層位極為穩(wěn)定，全盆地可對(duì)比[26]，厚度大，連續(xù)性好，分布廣泛，但灰分較多，發(fā)育夾矸。

SQ2層序內(nèi)發(fā)育一層煤層（8上煤），厚度為0.7 m，頂板為海相灰?guī)r，發(fā)育于高位體系域中，屬于海侵成煤。聚煤作用發(fā)生于潮坪相泥炭坪。根據(jù)前人資料（魯西南稱16上煤層，肥城煤田、邯邢煤田稱8煤[27]），此煤層全盆地穩(wěn)定分布，且呈南薄北厚的特點(diǎn)，反映出海水由南向北侵入對(duì)潮坪泥炭沼澤的影響程度[21]。

SQ3 層序內(nèi)發(fā)育五層煤層，總厚度在3.3～3.5 m，平均厚度為0.7 m，海侵體系域中發(fā)育兩層煤層，分布在潟湖相中，含一層穩(wěn)定可采煤層（L3下煤），根據(jù)前人資料（魯西南地區(qū)稱15上煤層、邯邢煤田稱7煤[27]），此煤層全盆地穩(wěn)定分布，屬可采煤層，但厚度較薄。高位體系域中發(fā)育三層煤層，分布在潮坪相泥炭坪中，含一層穩(wěn)定可采煤層（L3上煤），根據(jù)前人資料（邯邢煤田稱6 煤[27]），此煤層全盆地穩(wěn)定分布，屬可采煤層，厚度較大，灰分較少。

SQ4 層序內(nèi)發(fā)育兩層煤層（6#、7#煤層），總厚度在2～2.5 m，平均厚度為1.2 m，發(fā)育于高位體系域，屬于海退成煤，聚煤作用發(fā)生于潟湖相。此煤層均穩(wěn)定可采，厚度大，連續(xù)性好，分布廣泛，灰分較少，硫分含量高。

SQ5層序內(nèi)發(fā)育一層煤層（5#煤），厚度為1.3 m，頂板為三角洲前緣水下分流河道砂體（河南地區(qū)稱大占砂巖），發(fā)育于海侵體系域，聚煤作用發(fā)生于三角洲平原泥炭沼澤。根據(jù)前人資料（禹縣煤田稱二1煤[28]，魯西南地區(qū)稱3#煤[11]），此煤層全盆地大面積分布，總體上有著向陸方向變厚、向海方向變薄的特點(diǎn)。屬于穩(wěn)定可采煤層，厚度大，分布廣泛，灰分少，但由于不同地區(qū)河道砂體的沖刷、構(gòu)造破壞等條件，使該煤層在局部地區(qū)遭受沖刷變薄或破碎。

SQ6 層序內(nèi)發(fā)育一層煤層（4#煤），厚度1 m，發(fā)育于海侵體系域，聚煤作用發(fā)生于三角洲平原泥炭沼澤。魯西南地區(qū)稱3上煤，此煤層仍屬于魯西南地區(qū)主采煤層[29]。

SQ7層序內(nèi)不發(fā)育煤層。

總的來(lái)說(shuō)，研究區(qū)共發(fā)育有9 層穩(wěn)定可采煤層，在渤海灣盆地內(nèi)均可全區(qū)對(duì)比，SQ1層序發(fā)育8#、9#煤，SQ2 層序發(fā)育8上煤，SQ3 層序發(fā)育L3下煤、L3上煤，SQ4 層序發(fā)育6#、7#煤，SQ5 層序發(fā)育5#煤，SQ6層序發(fā)育4#煤。

4 結(jié)論

（1）研究區(qū)層序界面主要為區(qū)域性構(gòu)造不整合面、下切谷沖刷面、海侵方向轉(zhuǎn)換面、初始海泛面、最大海泛面以及最大海退面等層序界面類型，并由此將渤海灣盆地淄博博山地區(qū)晚古生代含煤地層劃分為SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5、SQ6 及SQ7 七個(gè)三級(jí)層序。本溪組對(duì)應(yīng)SQ1 層序，太原組對(duì)應(yīng)SQ2、SQ3、SQ4層序，山西組對(duì)應(yīng)SQ5、SQ6、SQ7層序。

（2）控制煤層聚集的主要因素主要包括古構(gòu)造、古地理、古氣候及海平面變化等。在層序格架中，聚煤作用在高水位體系域最為強(qiáng)烈，海侵體系域次之。研究區(qū)共發(fā)育潮坪泥炭坪型、島后泥炭坪型、潟湖型、三角洲前緣支流間灣型及三角洲平原泥炭沼澤型五種煤層沉積發(fā)育相帶。其中潮坪相泥炭坪為煤層最有利發(fā)育相帶；其次為三角洲平原泥炭沼澤、潟湖。

（3）研究區(qū)共發(fā)育有9層穩(wěn)定可采煤層，在渤海灣盆地內(nèi)均可全區(qū)對(duì)比，SQ1層序發(fā)育8#、9#煤，SQ2層序發(fā)育8上煤，SQ3層序發(fā)育L3下煤、L3上煤，SQ4層序發(fā)育6#、7#煤，SQ5 層序發(fā)育5#煤，SQ6 層序發(fā)育4#煤。