东胜煤田延安组层序地层学特征及煤相演化主控因素分析_沈阳阳.pdf

第 35 卷 1 期2023 年 1 月中 国 煤 炭 地 质COAL GEOLOGY OF CHINAVol.35 No.1Jan.2023doi:10.3969/j.issn.1674-1803.2023.01.01文章编号:1674-1803(2023)01-0001-06东胜煤田延安组层序地层学特征及煤相演化主控因素分析沈阳阳,吕大炜,张之辉(山东科技大学地球科学与工程学院,山东青岛 266590)摘 要:运用传统沉积学、层序地层学理论知识,通过野外实地观测和钻井资料分析,对东胜地区延安组进行了层序地层划分。识别出两个三级层序(层序、层序),三个沉积体系域(低位体系域、湖侵体系域、高位体系域)。在延安组识别出两种沉积相 曲流河和湖泊三角洲。同时对延安组的煤层进行显微组分定量统计,研究显示研究区煤相主要为潮湿森林沼泽相。研究区构造稳定,煤相的垂向演化主要受湖平面波动的影响,而湖平面的波动受气候约束,显示气候是煤相演化的主要控制因素。关键词:东胜煤田;延安组;层序地层;显微组分;煤相中图分类号:P618.11 文献标识码:AAnalysis on Sequence Stratigraphy Characteristics and Main Controlling Factorsof Coal Facies Evolution of Yanan Formation,Dongsheng CoalfieldSHEN Yangyang,LYU Dawei,ZHANG Zhihui(College of Earth Science and Engineering,Shandong University of Science and Technology,Qingdao,Shandong 266590)Abstract:Based on the principle of traditional sedimentology and sequence stratigraphy,the sequence stratigraphy of Yanan Forma-tion in Dongsheng area is divided,through the comprehensive analysis of the field observation and drilling data.Two third-order se-quences(sequence and sequence)and three system tracts(lowstand system tracts,extended(lacustrine)system tracts and highstand system tracts)are recognized.Two sedimentary facies,including meandering river and lacustrine delta,were identified in the Yanan Formation.In addition,the quantitative statistics of maceral were introduced to identify the coal faces as moist forest swamp.The tectonic setting of the Dongsheng area was stable,and the vertical evolution of coal faces was mainly affected by the fluctu-ation of lake level,which was constrained by climate.Thus,the climate was the main controlling factor of coal faces in the Yanan Formation.Keywords:Dongsheng coal field;Yanan Formation;sequence stratigraphy;maceral;coal facies基金项目:国家自然科学基金项目“华北东部晚石炭早二叠世煤系沉积记 录 对 全 球 低 纬 度 沉 积 古 气 候 研 究 的 启 示”(41972170),国家自然科学基金项目“鄂尔多斯盆地中下侏罗 统 延 安 组 煤 系 沉 积 记 录 定 量 古 气 候 重 建”(42102127),国家重点研究计划重点专项“喀斯特型铝土矿形成过程与成矿模式”(2022YFC2903402)第一作者简介:沈阳阳(1997),女,山东济宁人,在读硕士研究生,主要从事沉积盆地分析工作通讯作者简介:吕大炜(1980)男,山东烟台人,教授,主要从事沉积学、能源地质学等方面的研究与教学工作。E-mail:lvdawei95 收稿日期:2022-06-01责任编辑:李华0 引言东胜煤田位于陕西省西北部和内蒙古自治区南部,是我国已探明的最大煤田,世界大型煤炭。本文以东胜煤田东北部开采区为研究区,对区内延安组层序地层学及岩相主控因素进行研究分析。1 研究区地质概况研究区位于鄂尔多斯盆地东北缘铜匠川地区,总面积约 700km2,出露地层主要为中生代地层(图1)1。地层近乎平缓,发育一个向西南倾斜 1 3的简单单斜,地层厚度 133279m。区内含煤地层为下中侏罗统延安组,与上下地层呈不整合接触。煤层总厚度由西南向东北逐渐变薄,西南部煤层厚度较大2。延安组是主要含煤单元,岩性为砂岩/泥岩和煤,煤层分为 6 个主要单元,从上到下分别编号为 2-2、3-1、4-1、5-1、6-1和 6-2z。2 层序地层划分与沉积相识别2.1 层序地层根据钻孔资料(图 1.B),以地层不整合面以及岩性转换面为识别标志,对延安组地层进行层序划分,结合沉积特征进行沉积相识别3-4。综合分析2 中 国 煤 炭 地 质第 35 卷得出东胜地区延安组可分为两个三级层序:层序、层序。根据关键面以及地层叠加模式识别层序中的体系域:低位体系域(LST),湖侵体系域(EST)、高位体系域(HST)(图 2)。序对应延安组下部。LST 以厚层粗砂岩、砾岩为主,岩石的分选磨圆一般,表现出进积的堆积模式,一般为曲流河沉积环境。在 EST 中细粒沉积物发育,泥砂互层较多,整体表现为退积特征,代表湖侵,为三角洲沉积环境。EST 厚煤层发育,是延安组主要的成煤阶段。HST 以厚层砂岩为主,表现为砂、泥、煤互层,煤层较厚,呈现出进积特征,代表湖退,沉积环境以湖泊三角洲为主。层序对应延安组上部。LST 以砂岩为主,相比于层序砂岩的厚度减少,砾岩沉积较少,表现出进积特征,为三角洲沉积环境,与层序相比三角洲的范围明显减少。EST 以细粒沉积物为主,岩性多为细砂岩、粉砂岩,煤层和泥岩互层,煤层沉积厚度较大,显示退积特征,表现为三角洲沉积环境。在HST 中可以看出沉积物粒度向上变粗,整体显示出进积特征,沉积环境为曲流河、湖泊三角洲。2.2 沉积相类型及特征 根据钻孔资料以及野外实际观测,在延安组识别出曲流河和湖泊三角洲两种沉积相(图 2)。曲流河沉积相多位于低位体系域以及高位体系域的顶部。岩性特征以砂岩为主,具有向上变细的沉积演替和发育良好的侧向加积的宏观形态。底部的砾岩相 56m 厚,砾岩相中发育板状交错层理、水平层理,水动力条件较强,常代表河床滞留沉积环境;粗砂岩相与中砂岩、细砂岩互层,交错层理、槽状层理发育,砂岩中可见砾石颗粒,河流冲刷,判断为点砂坝沉积环境;点砂坝环境和河床滞留沉积微相代表了曲流河河床亚相。粉砂岩、泥岩发育,以水平层理为主,泥岩厚度大,大量植物化石发育,可以认为是天然堤沉积环境;顶部粉砂岩、泥岩以及薄煤层(0.30.4m)发育,伴随水平层理、植物化石,厚度小,显示为一种泛滥平原环境。曲流河沉积体系中下部的可容空间大,所以垂向沉积厚度大,侧向迁移较弱;随着补偿性沉积,可容空间减少,垂向上沉积厚度变小,较易发生侧向迁移6。湖泊三角洲沉积以细粒沉积物为主,沉积物主要是中砂岩、细砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层。泥岩、煤层及大量的植物化石表明沉积环境能量较低,与前三角洲、深海或湖泊环境非常相似。MIALL(1996)将具有水平层理的粉砂岩相解释为分流间湾的特征7;具有板状交错层理、槽状交错层理的细砂岩图 1 东胜地区区域概况(据参考文献1修改)a.研究区位置;b.区域地质简图Figure 1 Regional overview of Dongsheng district(modified from reference 1)a.Location of the study area;b.Regional geological diagram相解释为河口坝沉积8;分流河道以中砂岩细砂岩为主,具有明显的交错层理冲刷面9;煤层和泥岩相组合指示泥炭-沼泽环境10。3 样品与分析方法为了解东胜地区煤层的显微组分特征、煤层形成环境、煤相类型等,对煤层进行了煤岩学分析。选取延安组纳源和高西沟煤矿的煤样:采集高西沟煤矿 2-2、3-1、4-1、5-1煤层煤样,采集纳源煤矿 6-1、6-2z煤层煤样。此外,在所有煤层中以 10 cm 为采样间隔,共采集 176 个样品进行显微组分分析。煤样风干,压碎至最大晶粒尺寸 2mm,制备抛光环氧结合颗粒用于岩相分析。采用 Zeiss Axio Scope A1 反射光显微镜和 MSP UV-VIS2000 分光光1 期沈阳阳,等:东胜煤田延安组层序地层学特征及煤相演化主控因素分析3 度计11-12,在山东省沉积成矿作用与沉积矿物重点实验室对各样品的显微组分含量和惰质组反射率进行测定。每个样品的岩石学成分都通过计算至少500 个点进行测量,最后将显微组分和矿物组成结果转化为各显微组分和矿物的百分比。煤的显微组分观察和定量统计根据 GB/T88992013 煤的显微组分组和矿物测定方法进行。常用的煤相参数有结构保存指数(TPI)和凝胶化指数(GI)13-14。凝胶化指数(GI)=(镜质体+粗粒体)/(半丝质体+丝质体+惰屑体):指煤中凝胶化组分与非凝胶化组分的比值,反映泥炭沼泽的覆水程度和植物残体的凝胶化程度15-16。结构保存指数(TPI)=(结构镜质体+均质镜质体+半丝质体+丝质体)/(基质镜质体+粗粒体+惰屑体):可用于指示泥炭的降解程度和埋藏速度,反映植物组织降解强度以及植物细胞结构保存程度13,17。4 结果分析4.1 煤的显微组分及煤相参数分析 煤的显微组分分析结果表明,煤层自下而上显微组分含量呈现规律性的变化:镜质组含量呈先增加后减少的趋势,惰质组含量则相反(图 3)。镜质组含量变化范围在 20.06%64.29%,6-2z煤层镜质组含量最低,4-1煤层镜质组含量最高;惰质组的含量变化范围在 29.85%73.22%,6-2z煤层惰质组含量最高,4-1煤层惰质组含量最高。壳质组含量在 2.74%9.45%。煤中矿物质含量为 1.45%4.05%。与壳质组一样,矿物质含量较低且相对稳定(表 1)。表 1 东胜煤田延安组煤层显微组分及矿物平均含量Table 1 Average content of macerals and minerals in coal seamsof Yanan Formation in Dongsheng Coalfield%煤层镜质组惰质组壳质组矿物质2-236.5749.929.454.053-147.9446.033.482.564-164.2929.853.142.725-156.3839.432.741.456-139.1154.753.202.946-2z20.0673.222.863.86凝胶化指数(GI)临界值为 1,凝胶化指数1,表明气候相对湿润,泥炭沼泽覆水较深18,反之则代表成煤环境较干燥且泥炭沼泽覆水浅15,19-20。结构保存指数(TPI)临界值为 1,TPI1,表明成煤植物以木