黃龍縣瓦子街-崾崄勘查區含煤地層特征及沉積環境分析

陳禹旭 張震 王曉聲

作者簡介：陳禹旭（1984-），男，陜西咸陽人，地質工程師，主要從事煤田地質工作。張震（1988-），男，河南南陽人，學士學位，地質工程師，主要從事煤田地質工作。

摘 要： 通過對陜西省黃龍縣瓦子街-崾崄勘查區鉆孔巖心、測井曲線的巖石學和沉積相特征綜合分析，對該區含煤地層進行了沉積環境和聚煤特征分析研究。研究表明：瓦窯堡組沉積景觀具有明顯的繼承性，區內由下到上依次為河流沉積體系、湖泊沉積體系和湖泊三角洲沉積體系。受古氣候、古構造及古地理因素的影響，造成區內煤層層數多、厚度小、缺少厚煤層的特征。

關鍵詞： 黃龍縣;瓦窯堡組;沉積環境;聚煤特征

【中圖分類號】P618.11 ? ? 【文獻標識碼】A ? ? 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.26.289

0 引言

陜西省黃龍縣瓦子街-崾崄勘查區位于鄂爾多斯盆地南緣。三疊系上統瓦窯堡組為本區的含煤地層，自下而上劃分為5個含煤層段，即第一～五段。第一段上部含1號煤層，第二段中部含2號煤層，第三段頂部含3號煤層，第四段底部含4號煤層、上部含5號煤層，第五段中部偶含1～2層煤層。3號煤層為區內局部可采薄煤層，厚度0～0.70m;其余煤層在區內沉積不穩定，厚度0～0.41m，均為不可采煤層。

1 含煤地層特征

（1）瓦窯堡組一段（T3w1）

連續沉積于永坪組地層之上，屬河道相沉積，全區分布，地層厚度148.13～184.58m，平均厚度170.49m。巖性下部為灰色中、細粒砂巖夾灰黑色泥巖、粉砂巖，具波狀層理及水平層理;中上部為灰黑色砂質泥巖，深灰色粉砂巖夾灰白色中、細粒砂巖、黑色泥巖及薄煤線，具水平層理和微波狀層理，含植物化石。

該段上部含不可采煤層1號。

物性特征：電阻率曲線幅值異常偏低，略高于基線;長源距伽瑪以較高幅值反映，呈鋸齒狀變化;自然伽瑪曲線反應平緩，無明顯起伏出現;自然電位曲線反應低于基線，反映平緩。

（2）瓦窯堡組二段（T3w2）

連續沉積于一段之上，屬河流、湖相沉積，全區分布，地層厚度130.73～212.49m，平均厚度173.82m。巖性為下部一套巨厚層灰色中、細粒砂巖夾深灰色粉砂巖，具波狀層理;中上部為深灰色粉砂巖、泥巖夾淺灰色細粒砂巖及多層薄煤線，具微波狀層理、斜層理及水平層理，含植物化石。

該段中部含不可采煤層2號，厚度0～0.25m。

物性特征：電阻率曲線一般反映平緩，中、細粒砂巖以高阻顯示;長源距伽瑪以較高幅值反映，與電阻率曲線互為倒影，高、低相互對應;自然伽瑪曲線呈低幅值反映;自然電位曲線形態平緩，呈略低于基線的負異常反映。

（3）瓦窯堡組三段（T3w3）

連續沉積于二段之上，屬湖泊相沉積，區內分布廣泛，南部遭受后期剝蝕，地層厚度34.48～37.66m，平均厚度36.07m。巖性以深灰色粉砂巖及細粒砂巖為主，次為深灰色泥巖及煤層，富含植物莖葉化石。

該段頂部含局部可采煤層3號，厚度0～0.70m，平均0.33m。

物性特征：電阻率曲線一般反映平緩;長源距伽瑪曲線煤層及泥巖呈高異常;自然伽瑪曲線反應平緩，在煤層處呈高異常;自然電位曲線形態平緩，異常上部高于下部。曲線在3號煤層位置呈低電阻率、高長源距伽瑪、高自然伽瑪、負電位、形態呈多指狀、劍狀。

（4）瓦窯堡組四段（T3w4）

連續沉積于三段之上，屬湖泊三角洲相沉積，區內分布廣泛，南部遭受后期剝蝕，區內保留地層厚度10.38～57.22m，平均厚度38.38m。巖性以深灰色粉砂巖及細粒砂巖為主，次為灰白色中粒砂巖及煤層，具水平層理及波狀層理，富含植物化石。

該段地層含煤0～8層，均為不可采煤層，其中5號煤層位該段地層上部，厚度0～0.41m，平均0.27m，下距4號煤層16.37～49.08m，平均32.25m;4號煤層位于該段地層底部，厚度0～0.32m，平均0.21m，下距3號煤層2.67～9.38m，平均5.69m。

物性特征：電阻率曲線一般反映平緩，細粒砂巖以高阻顯示;長源距伽瑪曲線與電阻率曲線高、低相互對應;自然伽瑪幅曲線大部分反映低平，在煤層處出現較高幅度值反應;自然電位呈略低于基線的負異常反映。

（5）瓦窯堡組五段（T3w5）

連續沉積于四段之上，屬湖泊三角洲相沉積，區內分布廣泛，南部遭受后期剝蝕，區內保留地層厚度13.09～55.00m，平均厚度27.92m。巖性以深灰色泥巖、粉砂巖為主，次為同色細粒砂巖，底部巖性一般為厚～巨厚層狀淺灰色中、細粒砂巖，成份以石英為主，巖屑及暗色礦物次之，分選好，次圓狀，局部裂隙發育，裂隙面充填方解石薄膜。

該段地層中部偶含1～2層煤層，厚度0.20～0.25m。

物性特征：電阻率曲線變化明顯，中、細粒砂巖以高阻顯示，粉砂巖及泥巖以低阻顯示，呈多峰林立的形態;長源距伽瑪曲線與電阻率曲線高、低相互對應;自然伽瑪曲線反應平緩，呈低幅值反映;自然電位曲線形態平緩，趨于基線。

2 含煤地層沉積環境

三疊系上統瓦窯堡組屬陸相沉積體系，發育河流沉積體系、湖泊三角洲沉積體系和湖泊沉積體系。勘查區瓦窯堡組主要為湖泊體系，各段沉積環境較為簡單，總的沉積景觀具有明顯的繼承性。從垂向上看，第一段以河流體系為主，第二、三、四、五段以湖泊、湖泊三角洲體系為主。

（1）第一段沉積環境

該段是在下覆永坪組準平原化的基礎上沉積的，沉積環境以河流體系為主，在沿分流河道狹窄的發育不好的堤岸處，形成不可采的1號煤層。巖性以灰色中、細粒砂巖及灰黑色泥巖、粉砂巖為主，偶含薄煤線。

（2）第二段沉積環境

由于河水流量的增大以及前期河流的夷平作用，湖侵體系分布廣泛，致使本段以湖泊沉積為主，在濱淺湖淤淺沼澤處，形成不可采的2號煤層。巖性以灰色中、細粒砂巖及深灰色粉砂巖、泥巖為主，含多層薄煤線。

（3）第三段沉積環境

該段湖區范圍擴大，而河流作用減弱，以湖灣沼澤和濱淺湖淤淺沼澤沉積為主，發育局部可采的3號煤層。巖性以深灰色粉砂巖及細粒砂巖為主，次為深灰色泥巖及煤層。

（4）第四段沉積環境

該段湖泊范圍周期性擴張，以湖泊三角洲沉積為主，在三角洲平原沼澤發育多層薄煤層，含4、5號煤層，均不可采。巖性以深灰色粉砂巖及細粒砂巖為主，次為灰白色中粒砂巖及煤層。

（5）第五段沉積環境

該段湖泊逐漸萎縮并消亡，河流作用增強，以湖泊三角洲沉積為主。巖性以深灰色泥巖、粉砂巖為主，次為同色細粒砂巖，偶含1～2層薄煤層。

3 聚煤特征分析

3.1 聚煤規律

勘查區瓦窯堡組地層厚度309.50～540.69m，平均厚度408.20m，在靠近盆地中心的西北部含煤地層厚度較大，煤層也比較發育，在接近盆地邊緣的南部及東部含煤地層厚度變薄，含煤性差。含煤地層在不同地段遭受到不同程度的沖刷和剝蝕，從北西到南東剝蝕作用由弱變強。

勘查區瓦窯堡組含煤達10余層，單孔見煤總厚度0.28～3.24m，平均1.29m。區內僅3號煤層在勘查區中部的小寺莊～土地廟溝一帶存在可采區段，為局部可采煤層，其余均為不可采煤層。

形成煤層層數多主要是受構造因素控制，即瓦窯堡組沉積時地殼升降運動十分頻繁，導致湖水頻繁進退，而且進退的時間較短，造成煤層層數多，厚度小，缺少厚煤層。

3.2 控煤因素分析

（1）古氣候與古植物對聚煤作用的控制

氣候條件不僅控制著大氣降水，而且控制著地表水的蒸發，以及陸表風化作用、集水區的土壤性質和植被發育等情況，從而控制著河流與湖泊的沉積環境、沉積特征和煤層發育。

瓦窯堡組沉積期間以溫暖～濕潤氣候為主，氧化作用較弱，但變化相對比較頻繁，這種氣候不利于長時期聚煤作用的發生，因此煤層發育層數雖多但薄。

（2）古構造對聚煤作用的控制

為勘查區控制聚煤的主要因素，瓦窯堡組沉積時地殼的垂直升降運動十分頻繁，表現為湖泊水體的頻繁進退，而且周期較短，造成煤層層數多、無厚煤層發育的特征。沉積環境因素也控制著富煤帶的空間展布，富煤帶主要發育于三角洲平原區和廢棄河道，局部發育于湖灣或淺湖淤淺之后的沼澤環境。

（3）古地理對聚煤作用的控制

瓦窯堡組煤層主要發育在河流、三角洲和湖灣環境。沉積早期，其沉積環境由河流向湖泊～三角洲逐漸過渡，富煤帶由河流洪泛平原沼澤逐漸向三角洲平原過渡，一直延伸到三角洲前緣的近岸位置。沉積中期，湖泊范圍周期性擴張，三角洲平原沼澤成為了該時期最主要的聚煤地區。沉積后期，湖泊逐漸萎縮并消亡，三角洲平原沼澤以及逐漸淤積變淺的湖灣成為了最有利的成煤環境，隨著湖泊的逐漸萎縮，河流洪泛平原沼澤成為了最主要的成煤環境。

4 結論

（1）陜西省黃龍縣瓦子街-崾崄勘查區含煤地層為三疊系上統瓦窯堡組，自下而上劃分為5個含煤層段，即第一～五段。3號煤層為區內局部可采薄煤層，其余煤層均為不可采煤層。

（2）瓦窯堡組屬陸相沉積，主要為湖泊體系，沉積景觀具有明顯的繼承性。從垂向上看，第一段以河流體系為主，第二、三、四、五段以湖泊、湖泊三角洲體系為主。巖性以深灰色粉砂巖及細粒砂巖為主，含多層薄煤層。

（3）古構造為勘查區控制聚煤的主要因素，瓦窯堡組沉積時地殼的垂直升降運動十分頻繁，表現為湖泊水體的頻繁進退，而且周期較短，造成煤層層數多、無厚煤層發育的特征。

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