劉洪勝，陳志強(qiáng)

（山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濟(jì)南250100）

陶和礦區(qū)位于新疆和什托洛蓋盆地東端，面積約48 km2，煤炭資源量13.4億t，含煤地層主要為中侏羅統(tǒng)西山窯組。西山窯組指整合于頭屯河組之下，三工河組之上的一套含煤碎屑巖沉積，為新疆最主要的含煤地層，俗稱“上含煤層”。西山窯組選層型剖面位于新疆瑪納斯河紅溝[1]，厚度972 m。前人對(duì)和什托洛蓋盆地成生發(fā)展、構(gòu)造演化、地層特征進(jìn)行了一定的研究工作[2-4]，認(rèn)為盆地自西向東沉積物粒度變小，湖相地層比例加大,盆地的東北部是沉降最大的地區(qū)[3]。還保存有扇三角洲環(huán)境的沉積記錄，故也是距離盆地邊緣較近的地區(qū)[3]。一般把盆地中部-西部西山窯組劃分為2個(gè)三級(jí)層序[5-8]，可采煤層最多達(dá)41層[6]。但對(duì)和什托洛蓋盆地東部（陶和礦區(qū)及周圍）沉積環(huán)境、煤系特征的研究明顯不足，缺少物源方向依據(jù)，對(duì)盆地橫向變化缺少對(duì)比依據(jù)；盆地東部三級(jí)層序發(fā)育特征缺少研究，尤其是整個(gè)盆地高分辨率層序地層學(xué)研究不足[9]，在一定程度上影響了油氣田勘探開發(fā)各階段的要求。本文依據(jù)勘查資料對(duì)陶和礦區(qū)西山窯組沉積相進(jìn)行了厘定劃分，應(yīng)用高分辨率層序地層學(xué)理論方法構(gòu)建了礦區(qū)層序地層格架，研究了物源方向及準(zhǔn)層序中煤層聚集的規(guī)律。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

1.1 礦區(qū)構(gòu)造位置與盆地演化

新疆和什托洛蓋盆地為一山間小盆地，位于西伯利亞板塊、準(zhǔn)噶爾微板塊與哈薩克斯坦微板塊交界部位[10]。東西長(zhǎng)約230 km，南北寬14～46 km，面積約5600 km2[11]。盆地于印支期形成雛形。由于燕山早期區(qū)域性伸展作用影響，盆地沉積范圍迅速擴(kuò)大，水體也隨之不斷加深，整個(gè)盆地中沉積了厚度巨大、較為均勻的下—中侏羅統(tǒng)。其中，西山窯組在盆地中部最厚，向兩端稍有減薄，東部陶和礦區(qū)地層厚度一般在480～570 m之間。

1.2 煤層特征

陶和礦區(qū)大部位于庫(kù)侖鐵布克背斜南翼，地層傾角10°～41°，北部煤層可出露地表，南部控制埋深1200 m。西山窯組共含煤35層，其中可采煤層為19層，煤層平均總厚度為43.45 m[12]。主要可采煤層有7層（編號(hào)自上而下為B132、B131上、B12、B10上、B9上、B5、B3下），結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，均為穩(wěn)定—較穩(wěn)定的中厚—厚煤層（表1）。主采煤層厚度呈規(guī)律性變化，B132、B10上、B9上煤層厚度由SW向NE逐漸變?。籅131上、B12、B5、B3下煤層厚度由SW向NE逐漸變厚（圖1）。主采煤層自身特征、層間距、測(cè)井曲線[13]、地震物性特征基本一致，煤層對(duì)比可靠。

圖1 陶和礦區(qū)主采煤層厚度等值線圖

表1 煤層特征一覽表

2 層序地層特征

2.1 單井層序界面識(shí)別及層序劃分

ZK1105孔中西山窯組短期旋回明顯，主要巖性包括細(xì)砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、煤層、炭質(zhì)泥巖等。以其為例利用鉆探巖芯、測(cè)井資料等進(jìn)行單井層序地層分析（圖2）。層序界面識(shí)別標(biāo)志主要為沉積相旋回組合、下切侵蝕界面、相轉(zhuǎn)換面等[14-20]。西山窯組頂部與頭屯河組底礫巖呈假整合接觸[3，11]，為典型層序界面（SB3）；底部與下侏羅統(tǒng)三工河組界面為區(qū)域沉積相轉(zhuǎn)換面（SB1）；中部識(shí)別出1個(gè)沉積相轉(zhuǎn)換面（SB2）。依據(jù)3個(gè)層序界面劃分三級(jí)層序2個(gè)，分別命名為SQI、SQⅡ。

圖2 陶和礦區(qū)ZK1105孔西山窯組層序地層及沉積相

初始湖泛面（fs）是位于低位體系域與湖擴(kuò)體系域之間的標(biāo)志界面，SQI層序、SQⅡ?qū)有虺跏己好娣謩e對(duì)應(yīng)西山窯組下部、中部相對(duì)連續(xù)薄煤層底界面。最大湖泛面（mfs）主要特征為發(fā)育廣泛分布的泥巖，是指一個(gè)湖平面變化周期中的最高湖平面。最大湖泛面之下以退積沉積組合樣式為主；最大湖泛面之上以進(jìn)積沉積組合樣式為主。本次依據(jù)識(shí)別出的初始湖泛面、最大湖泛面來確定三級(jí)層序的低位體系域、湖擴(kuò)體系域和高位體系域。

SQI中識(shí)別出9個(gè)準(zhǔn)層序；SQⅡ中識(shí)別出11個(gè)準(zhǔn)層序。所謂準(zhǔn)層序（短期旋回），是由于地球偏心率短周期導(dǎo)致氣候變化而形成的沉積充填序列組成，其時(shí)限基本一致[9]。初始湖泛面以灰色—灰黑色粉砂質(zhì)泥巖出現(xiàn)為代表；最大湖泛面以自下而上沉積組合樣式由進(jìn)積向退積轉(zhuǎn)變進(jìn)行判別。

2.2 連井層序?qū)Ρ?/h3>

依據(jù)鉆孔的分布，選擇近EW向連井剖面線進(jìn)行分析研究（圖3）。根據(jù)單井劃分及連井分析，東西兩側(cè)砂巖含量高，為物源方向。SQI為單一的三角洲平原環(huán)境；SQⅡ以三角洲平原環(huán)境為主，最大湖侵期發(fā)展為三角洲前緣環(huán)境。SQⅡ的厚度、厚煤層數(shù)、最大湖侵范圍均明顯超過SQI。

圖3 陶和礦區(qū)西山窯組層序地層及沉積體系格架圖（剖面位置見圖4）

SQI層序：主要巖性為粉砂巖、細(xì)砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，泥巖、煤層次之，中粒砂巖偶見。低位體系域由1個(gè)上升半旋回（IPs1）構(gòu)成；湖擴(kuò)體系域由5個(gè)上升半旋回（Ips2、3、4、5、6）組成；高位體系域由1個(gè)上升半旋回（Ips7）、1個(gè)加積旋回（Ips8）和1個(gè)下降半旋回（Ips9）組成。B3下煤層位于湖擴(kuò)體系域中部，B5煤層位于高位體系域中上部。

SQⅡ?qū)有颍簬r性組成與SQI層序大體一致。低位體系域由1個(gè)下降半旋回（ⅡPs1）組成；湖擴(kuò)體系域由4個(gè)下降半旋回（Ⅱps2、3、4、5）和1個(gè)上升半旋回（Ⅱps6）組成；高位體系域由2個(gè)下降半旋回（Ⅱps7、8）和3個(gè)上升半旋回（Ⅱps9、10、11）組成。B10上、B9上煤層位于湖擴(kuò)體系域中部，B132、B131上、B12煤層位于高位體系域中部。

3 巖相古地理及聚煤規(guī)律分析

3.1 沉積相分析

渠洪杰等[3]認(rèn)為，和什托洛蓋盆地沉積物物源方向?yàn)榕璧乇辈亢臀髂喜可絽^(qū)，西山窯組以曲流河沉積體系為主；胡楊等[10]依據(jù)和參1井、和參2井孔隙度與滲透率特征，認(rèn)為西山窯組自西向東沉積環(huán)境存在橫向變化。本次研究認(rèn)為：陶和礦區(qū)西山窯組以發(fā)育三角洲相為主。依據(jù)沉積物特征、沉積韻律、巖性組合及測(cè)井曲線特征[13]，可區(qū)分出三角洲平原亞相、三角洲前緣亞相（表2）。三角洲平原以分支流河道砂沉積與沼澤的煤層沉積為主，另有天然堤、分支間灣、湖泊等；三角洲前緣包括分支流河口砂壩、遠(yuǎn)砂壩。

表2 沉積相劃分表

3.2 沉積相演化特征

本區(qū)西山窯組沉積特征總體為三角洲相，是盆地由湖泊相向河流相轉(zhuǎn)變的中間過程，盆地基底活動(dòng)小[4]，沉積較為均勻。前期西部為主要的物源方向，砂巖厚度大；后期東部砂質(zhì)匯入增強(qiáng)。全區(qū)砂/泥比值均大于0.6，砂/泥比值為0.6～1.5，區(qū)域上應(yīng)屬于三角洲前緣，砂/泥比值大于1.5基本屬于三角洲平原。物源匯入?yún)^(qū)砂/泥比值比中部大，大于2.0的區(qū)域呈朵葉狀平面展布特征（圖4），應(yīng)為分支流河道及其擺動(dòng)范圍。

圖4 西山窯組砂泥比平面展布圖

3.3 煤層聚集特點(diǎn)

煤層發(fā)育的主要控制因素包括泥炭聚集期古構(gòu)造、古地理、古氣候、沉積環(huán)境以及古植被發(fā)育條件等[21]。西山窯組2個(gè)三級(jí)層序中，低位域可容納空間的增長(zhǎng)有限，其小于沉積物的堆積速率，泥炭沼澤不發(fā)育，僅在局部形成不連續(xù)的炭質(zhì)泥巖；最大湖侵面垂向臨近區(qū)（即湖擴(kuò)體系域上部及高位體系域下部），由于可容納空間的增長(zhǎng)遠(yuǎn)大于沉積物的堆積速率，也不利于煤炭堆積。湖擴(kuò)體系域中部及高位體系域中部，陸源碎屑供給不斷減少，泥炭堆積速度與可容納空間的增長(zhǎng)速率形成一定時(shí)期的動(dòng)態(tài)平衡，有利于厚煤層的形成。在本區(qū)總體水淺環(huán)境下，厚煤層主要發(fā)育于下降半旋回底部（B9上、B12）、上升半旋回頂部（B131上、B132）（表1）。

煤層厚度變化在橫向上表現(xiàn)出一定的規(guī)律性。B3下、B5煤層自西向東變厚，主要?dú)w因于西部砂泥質(zhì)匯入形成了煤分層；B9上、B10上煤層自西向東變薄，歸因于煤層形成于沼澤持續(xù)發(fā)育的晚期，東部由于大量泥質(zhì)匯入造成煤層間歇式發(fā)育；B12煤層在本區(qū)厚度大且東部最厚，首先是由于這一時(shí)期泥炭堆積速度與可容納空間增長(zhǎng)速率長(zhǎng)期保持動(dòng)態(tài)，其次是西部物源供給略強(qiáng)于東部；B131上煤層表現(xiàn)出中部厚而東、西兩側(cè)變薄特點(diǎn)，歸因于東、西兩個(gè)方向物源供給水平相當(dāng)，中部區(qū)域更有利于煤層聚集；B132煤層表現(xiàn)為自西向東變薄特點(diǎn)，推測(cè)為東部隨湖侵進(jìn)一步擴(kuò)大，植物被淹之故。

4 結(jié)論

本文在和什托洛蓋盆地陶和礦區(qū)西山窯組中識(shí)別出1個(gè)不整合面、2個(gè)沉積相轉(zhuǎn)換面，進(jìn)一步劃分出2個(gè)三級(jí)層序、20個(gè)準(zhǔn)層序。

厚煤層主要形成于湖擴(kuò)體系域中部及高位體系域中部，其與準(zhǔn)層序的對(duì)應(yīng)關(guān)系表現(xiàn)為多樣性，短期旋回之下降半旋回底部及上升半旋回頂部易于形成厚煤層；各主采煤層厚度由SW向NE呈規(guī)律性變化。

通過進(jìn)行巖相古地理分析，本區(qū)主要為三角洲相沉積；物源為東、西兩個(gè)方向，以西部為主，后期東部增強(qiáng)；主采煤層頂、底板巖性隨距物源的遠(yuǎn)近呈規(guī)律性變化。