梁山煤田高分辨率層序地層與聚煤規律研究

賈強，趙坤，牛金，陳東，蘭君

(1.山東省第五地質礦產勘查院，山東 泰安 271000;2.萊蕪市國土資源局，山東 萊蕪 271100)

魯西南地區是山東省重要的煤炭基地，梁山煤田作為該區重要的組成部分，煤炭資源儲量豐富，其經濟地位不言而喻，前人在對魯西南地區的沉積環境以及高分辨率層序做過大量的研究，但對該區研究則較少，隨著能源問題以及勘探的進行，該區的成煤環境以及層序劃分成為一個亟待解決的問題，因而該區成煤環境的分析研究就有重要的意義。

1 區域地質概況

梁山煤田位于魯西斷塊魯西南塊陷的北部，就EW向構造帶而言，位于昆侖-秦嶺緯向構造帶的東延北支部分，并處于新華夏系第二沉降帶南端復合部位。晚石炭世本溪組沉積物平行不整合于中奧陶世灰巖之上，主要發育鐵質泥巖及鋁土巖，屬淺海沉積環境；晚石炭—早二疊世太原組連續沉積于本溪組之上，多期次海進、海退的交互出現以及古氣候、古植物及古構造等有利條件的影響，使該期成為一個重要聚煤時期。同時，隨后期海平面下降，山西組時期形成的河控淺水三角洲的泥炭沼澤部位同樣有利于煤的形成，形成該區又一個重要的聚煤時期。

2 高分辨率層序地層劃分

運用高分辨率層序地層學的基本原理和分析方法[1]，結合聚煤盆地構造、氣候和物源供應等特點，利用測井曲線、露頭和巖相對比資料，對地層沉積相進行識別，通過地層基準面旋回分析和對比，識別各級成因層序地層界面，對該區含煤地層進行了高分辨率層序地層劃分，進而分析基準面變化與該區成煤作用的關系。

對鉆孔資料進行識別對比，發現該區含煤地層屬陸表海盆地充填體系[2]，存在瀉湖-臺地、障壁-瀉湖、臺地-潮坪、障壁-潮坪、潮坪、河控淺水三角洲6大沉積體系，依據沉積相組合特征，海平面變化及水進水退周期，將該區含煤地層劃分為30個準層序、3個層序(圖1)，每個層序又分為2個體系域。

從圖2中可以看出，在梁山煤田含煤地層構造層序內可以劃分為6個長周期基準面旋回、10個中期基準面旋回和30個短期基準面旋回，長周期基準面旋回代表3級海平面的變化規律，中期基準面旋回代表體系域的變化，短期基準面的變化代表短時間海進海退的沉積序列[3]，整個含煤地層總體上代表短時間的海侵和長時間的海退組合，從而反映出該區沉積環境與海水基準面的下降相關[4]。

2.1 短期基準面旋回

依據該區露頭和鉆井資料分析，對短期基準面旋回進行分析發現其主要表現為對稱型和不對稱型，其中不對稱旋回又包括進積結構不對稱旋回和退積結構不對稱旋回。由代表基準面上升的退積半旋回和代表基準面下降的進積半旋回組合形成的對稱型結構主要發育于瀉湖-潮坪沉積環境中，主要表現在層序2中(圖2-a)。進積結構不對稱旋回主要發育于層序3中(圖2-b)，代表了海水基準面的不同期次的持續下降，同時，退積結構不對稱旋回主要發育于層序1中(圖2-c)，主要表現在瀉湖-臺地沉積環境中。

圖1 梁山煤田含煤地層沉積序列層序劃分

圖2 短期基準面旋回

2.2 中期基準面旋回

對短期基準面旋回樣式進行綜合分析，根據其巖相組合特征，識別出2類中期基準面旋回：退積型、進積型。

2.2.1 退積型

垂向總體表現為退積型，主要出現在瀉湖-臺地沉積體系和臺地-潮坪沉積體系。瀉湖-臺地沉積體系中表現為：巖性上泥巖厚度向上增厚，灰巖厚度向上也變厚，巖性逐漸向陸相轉變，主要發育在層序1海侵體系域中(圖3-a)；臺地-潮坪沉積體系中表現為：巖性上砂巖厚度向上增厚，灰巖厚度向上也變厚，巖性逐漸向陸相轉變，主要發育在層序2海侵體系域中。

2.2.2 進積型

垂向上表現為進積疊加樣式為主，主要出現在障壁-瀉湖沉積體系和淺水三角洲沉積體系中[5]。障壁-瀉湖沉積體系中主要表現為下部砂巖厚度大，砂巖層數少，向上砂巖層數增大、厚度變小，泥質含量向上減少，主要發育在層序1高位體系域中；淺水三角洲沉積體系中巖性從下往上表現為砂巖厚度增加，粒度變粗，泥質減少。巖性由淺水三角洲沉積體系向陸相沉積體系轉變，海陸交互相沉積逐漸退出該區，逐漸轉變為陸相沉積。主要發育在層序3高位體系域中(圖3-b)。

圖3 中期基準面旋回

2.3 長期基準面旋回

確定中期基準面旋回之后，對中期基準面旋回進行對比分析，確定長期基準面旋回，依據區域性海侵海退以及沉積相巖性組合特征，對基準面界面進行識別。經綜合分析，分析出6個長期基準面旋回。每個長期基準面旋回都由1～3個中期基準面旋回組合而成。長期基準面旋回反映的是三級海平面變化，經研究發現，含煤地層沉積環境中長期基準面旋回均以下降半旋回為主，表明較長周期內海水基準面的變化以下降為主[6,7]。

3 聚煤規律

梁山煤田延伸至整個華北地區在盆地充填過程中，受古構造、古氣候、古植被等各方面影響，均處于陸表海盆地充填層序，聚煤作用主要發生在海侵作用減弱三角洲作用增強階段[8]，主要有2個時期的聚煤作用，第一期為早期太原組聚煤階段，第二期為山西組聚煤階段。太原組聚煤階段主要形成因海侵作用形成的海相煤層，主要發生于障壁-瀉湖，潮坪沉積體系；山西組聚煤階段主要發生于構造較穩定的潛水三角洲沉積體系，主采3煤層，煤層主要產生于淺水三角洲的泥炭沼澤部位。

3.1 太原組聚煤階段

研究區太原組聚煤作用主要位于層序1、層序2，該組含煤22層，其中。8下，12下，15上，15-2，16上，16下，17下煤5層可采或局部可采；18下煤層為零星可采煤層；其他煤層均不可采。該階段為陸表海沉積階段，海平面的上下震蕩，多期次的海進海退，從而該區形成潮坪、瀉湖、障壁等沉積環境，潮坪、瀉湖等沉積環境有利于煤的形成，從而形成多層海相煤層，是該時期成煤的主要原因[9]。該時期煤層特點是大部分呈現出“灰巖壓煤”現象，煤層多出現于短期基準面上升半旋回的底部[10]。

3.2 山西組聚煤作用

3.3 聚煤作用演化

梁山煤田聚煤作用沉積環境隨海平面的變化由原來的陸表海環境向海陸過渡相環境轉化[11]，即臺地-瀉湖沉積環境向河控淺水三角洲沉積環境轉換，太原組主要以瀉湖、潮坪沉積環境成煤，山西組主要以泥炭沼澤相成煤，太原組成煤特點為“灰巖壓煤”現象，煤層出現于海侵體系域，山西組煤層則出現于高位體系域[12]。

4 結論

在分析梁山煤田含煤地層沉積環境、煤巖層組合的基礎上，對該區基準面旋回以及層序地層進行劃分，同時分析海平面變化對該區成煤的影響，得出以下結論：

(1)對該區煤巖層組合特征進行對比，依據高分辨率層序地層，將梁山煤田含煤地層構造層序內可以劃分為6個長周期基準面旋回、10個中期基準面旋回和30個短期基準面旋回，同時將含煤地層劃分為30個準層序、3個層序，每個層序又分為2個體系域，建立本煤田層序格架。

(2)研究區太原組時期多期次的海進海退出現了有利于聚煤的古地理環境，同時受有利的古構造、古地理、古植被影響形成該區晚古生代太原組有利聚煤期，煤層主要出現于短期基準面上升半旋回。

(3)山西組時期隨著陸地抬升，海水逐漸退出本區，該煤田形成又一個重要的聚煤時期，該期主采煤層3上煤層發育于淺水三角洲沉積環境下的泥炭沼澤部位。煤層主要出現于短期基準面下降半旋回。

參考文獻：

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