鄂尔多斯盆地定边地区延安组沉积体系及聚煤规律.pdf

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石他鹭第31卷笫2期GEOLOGYOFSHAANXI2013链12．H文章编号：1o0l_996(2013)O2—0O37—07鄂尔多斯盆地定边地区延安组沉积体系及聚煤规律张忠良，赵强，樊拈2，杨超，刘晶2(1．陕西矿业开发工贸公司，西安710054；2．西安地质矿产勘查开发院，西安710054)摘要：以定边地区钻孔成果及测井新资料为基础，运用沉积学研究方法对区内延安组沉积体系、沉积微相及聚煤规律进行了研究，认为本区延安组一段、四段主要发育辫状河、曲流河沉积体系，由于辫状河的“游荡性”其成煤作用较差，曲流河河漫沼泽成煤作用相对较好，而河流沉积体系成煤作用总体较差，煤层厚度变化大、层位不稳定、多次分叉或合并、结构复杂。延安组二段、三段主要发育三角洲沉积体系，三角洲平原泥炭沼泽环境是有利的成煤场所，其煤层层位及厚度稳定、结构简单、分布范围广，是本区乃至整个鄂尔多斯盆地主要成煤沉积体系。关键词：延安组；沉积体系；聚煤规律；鄂尔多斯盆地；定边地区中图分类号：P539．2／P618．11文献标识码：A鄂尔多斯盆地是我国多种能源资源聚集的大型内陆沉积盆地，其煤炭、石油、天然气及非金属等能源矿产资源十分丰富卫。该盆地成煤期有石炭一二叠纪、三叠纪和侏罗纪。埋藏2000m以浅煤炭资源量约占全国煤炭资源量35．45％。其中中侏罗系延安组煤层分布稳定、煤质优良，占盆地煤炭资源总量75．32％E4]。本次以定边地区钻孔及测井新资料为基础，在前人研究成果上对本区中侏罗系延安组含煤地层沉积体系及聚煤规律进行研究，以期对本区煤炭资源勘查提供信息。1区域地质背景鄂尔多斯盆地是在漫长地质构造发展演化中形成的大型内陆凹陷盆地，其根植于华北深变质岩系构成的结晶基地之上，在中生代鄂尔多斯盆地形成之前经历了中～晚元古代裂谷阶段、早古生代大华北克拉通陆表海及晚古生代一早、中三叠世华北克拉通内陆盆地阶段。鄂尔多斯盆地形成始于中三叠世，发育的鼎盛时期为中、晚三叠世延长期和早、中侏罗世延安期，于早白垩世末盆地消亡，晚白垩世盆地进入后期改造阶段引。收稿日期：2O12—12—26作者简介：张忠良，男，42岁，工程师，从事地质矿产勘查工作，曾发表论文多篇。基金项目：陕西省地质勘查基金项目(61201203090) 38陕西地质第31卷现今盆地外围被秦岭、六盘山、贺兰山、地层煤层志屡亚旋统组段编号嫡号柱状图旋大青山及吕梁山所环绕，面积约25×10km，回回苴罗K4f·总体上为一大型不对称矩形残留盆地，其东翼-●-__●_鲁第当Iv宽缓，西翼陡倾，南北两端均向盆地内部倾四．了■斜，轴部位于天池一环县一线，除边缘褶曲、中段__●_-_一擎—_Iv吨Iv断裂及挠曲构造发育外，盆内构造极不发育，延(Ivl已’．．．为华北克拉通上最稳定的单元。根据盆地基底第K2i_侏亭Ⅲ一性质、构造演化及现今构造格局，将其划分为主曼ⅢⅢ伊盟隆起、渭北隆起、西缘冲断构造带，晋西段’安Ⅲ一挠褶带、天环坳陷及陕北斜坡六个一级构造单罗(哥第5—元。研究区位于陕北斜坡中部西缘与天环坳陷Ⅱq界线东侧。陕北斜坡为鄂尔多斯盆内面积最大段6·ⅡⅡ7—的构造单元，约9×10km，总体为一西倾单统组：J雩I第8-。--_●-‘‘’I-2．．．．斜地层，地层倾角不到1。，平均坡降为7———9一___-，段i置I10m／km。该斜坡上断裂及褶皱构造极不发育，I-I(D下侏(()K1．．．～仅发育鼻状构造和小型断层。罗统畜县组(Jd)图1含煤地层旋回划分及煤层位置示意图2延安组及其含煤特征Fig．1Strafigraphiccyclieityofcoal—bearingbedsandthelocationsofcoalbeds下侏罗统富县组(J，f)和中侏罗统延安组(J2Y)是鄂尔多斯盆地重要的含煤地层，该聚煤盆地形成于印支运动之后，燕山运动I幕之前。延安组与上覆直罗组及下伏富县组为平行不整合接触，部分为整合接触，局部延安组以角度不整合直接覆盖于三叠纪地层之上。本组在全盆地均有发育，且沿盆地东缘及东北大面积出露，是盆地内最重要的含煤地层，主要为一套碎屑岩，沉积厚度一般在160—300m，总体呈南东薄、北西厚的特征。研究区地表出露岩性为早白垩系罗汉洞组及环河组地层，延安组及煤层均无出露。根据钻孔资料，延安组厚度265．05—309．40m，含煤9—12层，具有对比意义的有7层，3、4、5、8煤层为主要可采煤层，其余为次可采煤层，尤以3煤层厚度大，分布稳定，亦为本区重要的标志层。根据沉积旋回及含煤特征将延安组进一步划分为4个岩性段(图1)：延安组第一段(J：y)：底部主要为浅灰、灰白色粗一中粒长石石英砂岩、长石砂岩，局部夹砂砾岩，主要成分为石英和长石，分选中等，次棱角状，孔隙式钙泥质胶结；顶部有少量细砂、粉砂岩、泥岩夹煤层，泥岩水平层理发育，层理面见少量植物茎叶化石。其底部粗一中粒长石石英砂岩、长石砂岩相当于区域上的“宝塔山砂岩”(K)，区域上分布范围广、厚度稳定，为本区重要标志层。延安组第二段(Jy)：岩性主要为灰色粉砂岩、浅灰色中一细粒长石砂岩，深灰色泥岩，炭质泥岩夹煤层。炭质泥岩水平层理发育，层面含大量植物碎片化石。中细粒砂岩发育小型交错层理。延安组第三段(J2Y。)：主要为浅灰色中一细粒长石砂岩、粉砂岩、黑灰色泥岩、炭质 第2期张忠良等：鄂尔多斯盆地定边地区延安组沉积体系及聚煤规律39泥岩夹煤层。粉砂岩发育小型波状层理，泥岩水平层理发育，局部见沙纹层理，偶见黄铁矿结核，泥岩层面见植物茎叶化石。本段顶部的3煤层分布稳定，结构简单，属于厚一特厚煤层，由西向东逐渐增厚，是区内最主要可采煤层，也是煤、岩层对比的标志层(K2)之一。延安组第四段(J2Y)：主要为浅灰绿色中粒、细粒及粗粒长石砂岩、少量灰色泥岩夹煤层组成，砂岩中大型交错层理较为发育。本段底部粗一中粒长石砂岩即区域上的“真武洞砂岩”(K3)，亦是本区重要的标志层之一。3沉积体系类型及特征对于鄂尔多斯盆地中侏罗世延安组沉积体系已有大量专家学者进行过研究’mJ¨，本文通过岩芯观察、测井曲线分析，综合以往研究成果，在沉积体系垂向层序模式理论基础上，对研究区沉积相进行划分，识别出辫状河、曲流河及三角洲等沉积体系。3．1河流沉积体系河流沉积体系在鄂尔多斯盆地中生代沉积体系中占有十分重要的地位u引。依据砂体展布形态、相序特征及相变关系，本区延安组河流沉积体系主要发育辫状河及曲流河沉积体系(图2)。测井曲线岩石视电阻率曲线异常明显，峰值变化在30—100Q·m之间，自然伽玛曲线峰值变化在100API左右，密度值为2．4g／cm，自然电位为明显负异常。3．1．1辫状河沉积体系本区延安组辫状河体系发育于延安组第一段及第四段，主要为砂质辫状河。岩性总体表，现为下粗上细的正粒序层理。辫状河“二元结构”的底部单元发育良好、厚度大，顶部细粒沉积物厚度小，甚至不发育。可识别出河床、河漫亚相，进一步分为河床滞留、心滩及河漫沼泽微相。测井曲线旋回上部砂质泥岩视电阻率在2OQ·m左右变化，自然伽玛值在135～160API之间变化，密度值为2．5g／era，自然电位值为零或接近零。河床亚相中河床滞留微相为河流选择性搬运的结果，河流将细粒悬浮物质带走而将上游或原地侧向侵蚀的粗粒物质滞留在河床底部，构成厚度薄、连续性差的河流沉积单元的基底，底部常具冲刷面。岩性主要为砾岩、含砾粗砂岩，砾石形态多样，分选磨圆均较差，以块状层理为主，有时可见槽状交错层理。测井曲线上自然伽玛、自然电位在垂向上波动小，呈块状，表明当时物源供给充足，水动力条件总体较强，几乎没有发生变化，这些沉积物都是同期连续沉积的产物。心滩是辫状河河道最具标志性的沉积单元，岩性以粗砂岩、含砾粗砂岩为主。岩石成分复杂，成分成熟度、结构成熟度低，分选中等，磨圆较差，具槽状、板状、楔状交错层理，心滩砂体在垂向上由多期不完整的旋回相互叠置构成了辫状河道乃至整个辫状河沉积的主体，其间以次级冲刷面相隔。测井曲线垂向上波动较小，呈块状。心滩顶部自然伽玛幅值减小，呈正松塔型，向上泥质成分增加，表明水动力条件减弱。3．1．2曲流河沉积体系曲流河是鄂尔多斯盆地中生代最为发育的沉积体系类型之一。区内延安组第一段顶部已初具曲流河沉积特征，尤以贺圈镇钻孔明显，反映了河流体系由辫状河向曲流河演化的特 陕西地质第31卷征。曲流河沉积体系中，底部粗粒沉积与顶部细粒沉积均较发育，二者厚度接近1：1，这一点明显区别于辫状河沉积体系。曲流河沉积体系可识别出河床、堤岸及河漫亚相，可进一步分为河床滞留、边滩、天然堤及河漫沼泽微相。河床滞留相厚度小，连续性差，岩性主要为砾岩、含砾粗砂岩等粗粒碎屑沉积物，砾石形态复杂，分选磨圆差，底部常具冲刷结构。测井曲线上自然伽玛、自然电位、视电阻率均呈块状。边滩为曲流河最主要的沉积单元，是沉积物侧向迁移和侧向加积的结果。岩性以砂岩为主，其矿物成分复杂，成熟度低，长石含量高，颗粒分选、磨圆中等。大型槽状、板状交错层理发育，问或出现平行层理。垂向上从下至上常出现由粗到细的正粒序层理。测井曲线上自然伽玛曲线表现为低值齿状，视电阻率垂向上较为平坦。堤岸亚相天然堤微相平面上发育于河床的侧方，平行河流方向延伸，垂向上位于河床沉积上部。岩性简单，主要为细砂岩、粉砂岩和泥岩，其粒度较边滩细，较河漫粗。上攀交错层理、小型波状、槽状交错层理发育。垂向上下部发育交错层理，上部发育水平层理。测井曲线上自然伽玛曲线呈指状，视电阻率低值微齿状。河漫亚相是洪水泛滥期间垂向加积的结果，其岩性简单，主要为粉砂岩和泥岩，发育波状层理和水平层理。河漫沼泽微相以黑灰色泥岩、炭质泥岩夹煤层组成，局部可见根土岩，泥岩中水平层理发育，含大量植物化石。测井曲线上自然伽玛和视电阻率曲线均呈高值锯齿状。3．2三角洲沉积体系研究区三角洲沉积体系主要为河流、湖泊共同作用的结果，当湖盆萎缩时以河流作用为主，当湖盆扩张时河流作用相应减弱。不断向前进积的河控三角洲垂向上自下而上依次为前三角洲泥、三角洲前缘砂和粉砂、三角洲平原分支河道和泥炭沼泽沉积，构成下细上粗的反旋回，层序上部三角洲平原分支河道出现下粗上细的间断I生正旋回，顶部为炭质泥岩夹煤层的沼泽沉积。本区延安期水盆地中心位于延安附近，湖岸线位于神木一榆林一靖边一吴旗一带-4J，本区离盆地中心较远，故主要发育三角洲平原及三角洲前缘亚相，前三角洲亚相普遍缺失，可进一步识别出分支河道、陆上天然堤、河漫沼泽，水下分支河道、水下天然堤等微相。分支河道沉积特征与河流体系河床沉积特征基本相同，它构成了三角洲平原亚相沉积的“骨架”，以砂质沉积为主，粒度比相邻微相粗。自然伽玛曲线呈高幅值齿化钟形，底界突变，向上偏移程度减小。陆上天然堤发育于分支河道两侧，岩性以细砂、粉砂为主，常见上攀交错层理、波状交错层理及流水波痕，亦可见铁质结核。自然伽玛、视电阻率曲线呈漏斗形。河漫沼泽位于分支河道间低洼地区，沉积物为深色有机质粘土、粉砂质泥岩、泥炭、煤夹洪水成因的纹层状粉砂岩，粉砂质泥岩水平层理发育，层面上见大量植物碎片、叶片化石，含黄铁矿结核。视电阻率和自然伽玛曲线垂向上均在基线附近呈微齿状，薄层高幅值为洪水成因粉砂岩夹层在电测曲线上的响应。沼泽中植物繁茂，排水不良，为一停滞环境，是成煤最有利的场所。本区三角洲平原亚相沼泽微相成煤作用最强，煤层厚度稳定，结构简单，测井曲线上表现为低密度、低自然伽玛、低自然电位，高视电阻率的特 第2期张忠良等：鄂尔多斯盆地定边地区延安组沉积体系及聚煤规律41征。水下天然堤为陆上天然堤水下延伸部分，沉积物为极细的细砂和粉砂，常有少量粘土夹层，以包卷层理为主，局部出现小型交错层理。视电阻率呈微齿化钟形，自然伽玛呈指状。4沉积演化及聚煤规律三叠纪末，受印支运动的影响，鄂尔多斯盆地普遍抬升，形成了北西高、南东低的起伏不平的古地貌环境¨3．HJ。进入侏罗纪、白垩纪后，由于燕山运动构造幕的影响，鄂尔多斯盆地的形成与演化具有明显的阶段性。富县组、延安组第一段主要以河流体系为主，早期发育辫状河，晚期演化具曲流河沉积特征；延安组第二、三段以三角洲体系为主，三角洲平原泥炭沼泽广泛发育；延安组第四段河流重新焕发生机，本区沉积体系以辫状河为主。延安组第一段，经过富县组的初始充填使原来高低起伏的古地形有很大的改观，但根据延安组岩性特征及各地的沉积厚度可知，当时盆地内仍然存在着高低起伏，如本区东部砖井镇钻孔中宝塔山砂岩厚度为98．20m，而西部贺圈镇厚度仅为22．25m。在延安组沉积早期，仍然以河流相的冲积体系为主，早期发育辫状河沉积体系，晚期演化具曲流河沉积特征。河流沉积体系垂向上均表现为下粗上细的正粒序层理，一般具多期分布特征，顶部以炭质泥岩或者煤层而结束，沉积厚度较大。泥炭沼泽主要形成于河漫沼泽、河间湿地。由于辫状河水浅流急，具多河道、侧向迁移迅速等特点，其河道迁移决口事件频发，导致其泥炭沼泽间歇性发育，煤层层数多、厚度变化大、侧向上多次合并或分叉、煤层结构复杂、煤质差，故其成煤作用较曲流河差。本区延安组一段早期辫状河沉积体系基本不发育煤层，晚期曲流河顶部含8煤层，厚度最大5m，但其厚度在横向上变化大，多次分叉合并，结构较为复杂。延安组第二段开始，本区气候转为温暖潮湿，雨量充沛，植被大量繁殖，导致湖侵作用发生，湖水范围扩大，河流向上游退缩，在河流人湖处大范围发育三角洲沉积。区域性水进及三角洲群同时大范围废弃，在三角洲平原形成了大面积泥炭沼泽环境，为成煤提供了有利场所，而大量繁殖的植物为成煤提供了物质来源。大面积沼泽化在垂向上多期重复，进而形成了数层厚度较稳定的煤层。本区第二段发育7、5煤层，其厚度及层位稳定、结构简单、分布范围广。延安组第三段早期延续了延二段三角洲沉积，三角洲平原亚相泥炭沼泽微相发育，区域上广泛发育了3煤层，为本区主要可采煤层。第三段晚期，本区地壳阶段性升降，造成第三段晚期沉积以泥质岩与薄层砂质岩互层，同时由于沉积物供给速率大于泥炭沼泽可容纳空间增大速率，故成煤条件差，晚期仅砖井镇单孔含煤1层，厚度0．2m。延安组第四段，即“真武洞砂岩”之上，为延安期湖盆最后充填阶段，随着地壳整体抬升，湖盆范围逐渐缩小，不断充填淤浅，冲积平原范围扩大，最后导致湖盆消失，气候转为干旱或半干旱，河流重新焕发生机，在辫状河顶部河漫沼泽环境发育l煤层，其厚度变化大，层位极不稳定，同时，本区大规模成煤作用亦随之趋于结束。5结论 42陕西地质第31卷(1)鄂尔多斯盆地定边地区中侏罗世延安期主要发育河流沉积体系及三角洲沉积体系，延安组第一段、第四段主要为河流沉积体系，以辫状河、曲流河沉积为主；延安组第二段、第三段主要发育三角洲沉积体系。(2)研究区聚煤作用主要以曲流河及三角洲为主，曲流河成煤作用较三角洲差，其煤层厚度及层位不稳定，多次分叉或合并、结构较复杂；三角洲平原泥炭沼泽环境成煤作用较好，其煤层层位及厚度稳定，分布范围广、结构简单，为本区延安期主要成煤环境。致谢：在撰写本文期间得到了侯满堂教授级高工的悉心指导，对本文的成稿提出了宝贵意见，在此表示感谢。[参考文献]赵庆波，孙斌，李五忠．鄂尔多斯盆地东部大型煤层气气田形成条件及勘探目标[J]．石油勘探与开发，1998，25(2)：4～7．[2]魏永佩，王毅．鄂尔多斯盆地多种能源矿产富集规律的比较[J]．石油与天然气地质，2004，25(4)：385—392．[3]赵军龙，谭成仟，刘池阳．鄂尔多斯盆地油、气、煤、铀富集特征分析[J]．石油学报，2006，27(2)：58—63．[4]张泓，何宗莲，晋香兰，等．鄂尔多斯盆地构造演化与成煤作用[M]．北京：地质出版社，2005，1～58．[5]刘池洋，赵红格，桂小军，等．鄂尔多斯盆地演化一改造的时空坐标及其成藏(矿)响应[J]．地质学报，2006，80(5)：617～638．[6]李思田，程守田，等．鄂尔多斯盆地东北部地层沉积体系分析[M]．北京：地质出版社，1992．[7]焦养泉，李思田，杨士恭．三角洲一湖泊沉积体系及聚煤研究一以鄂尔多斯盆地神木地区延安组Ⅱ单元为例[J]．地球科学，中国地质大学学报，1992，17(2)：113～120．[8]王双明．鄂尔多斯盆地聚煤规律及煤炭资源评价[M]．北京：煤炭工业出版社，1996．[9]王双明，张玉平．鄂尔多斯侏罗纪盆地形成演化和聚煤规律[J]．地学前缘，1999，6(增刊)：147～154．[1O]王双明．鄂尔多斯盆地构造演化和构造控煤作用[J]．地质通报，2011，30(4)：544—552．[11]李小彦，武彩英，晋香兰．鄂尔多斯盆地侏罗纪成煤模式与煤质[J]．中国煤田地质，2005，17(5)：18～2l|[12]时志强，韩永林，赵俊兴．鄂尔多斯盆地中南部中侏罗世延安期沉积体系及岩相古地理演化[J]．地球学报，2003，24(1)：49～54．[13]张泓，白清昭，张笑薇，等．鄂尔多斯聚煤盆地形成与演化[M]．西安{陕西科学技术出版社，1995．[14]张泓，李恒堂，熊存卫，等．中国西北侏罗纪含煤地层与聚煤规律[M]北京：地质出版社，1998． 第2期张忠良等：鄂尔多斯盆地定边地区延安组沉积体系及聚煤规律43SEDⅡENTARYSYSTEMANDCoALACCUMULATIoNOFTHEYAN’ANFORMATIONINDINGBIANAREAOFTHEORDoSBASINZhangZhong．1iang，ZhaoQiang，FanZhe2，YangChao2andLiuJing(1．ShaanxiIndustrialandTradingCompanyofMinerals；Xi’all71054；2．Xi’anInstituteofGeologyandMineralDevelopment。Xi’aJ1710054)Abstract：BasedonthedatarecentlyobtainedfromdrillingandlogginginDingbianareaandfol—lowingsedimentology，detailedstudyonthesedimentarysystem，sedimentarymicrophasesandcoalaccumulationhasbeencommenced．Sedimentarysystemsfeaturedinbraidingandcurvingfluvialdepositionaredevelopedwellintllefirstandfourthsectionsof山eYan’anFormation，inwhichcoalformingactivitiesarepoorinthebraidingfluvialdepositionduetoitsloiteringfeatures，butrel-ativelyweUinflodplainandswampofcurvingfluvialdeposition．Coalformingactivitiesinfluvialdepositsystemsaregenerallypoor，inwhichcoalseamsarefeaturedinbigchangesinthickness，in—stablehorizonsandmultiplebifurcationorcoalitionwithcomplextextures．DeltasedimentarysystemanddeltaplainpeatbogdevelopedwellinthesecondandthirdsectionsoftheYan’anFormationandformedfavorableenvironmentforcoalformation，inwhichcoalseamsarestableinthicknessandhorizons，simpleintextureandwidedistribution，formingimportantsedimentarysystemsforcoalfor—mationinthisareaandeventhewholeOrdosBasin．Keywords：Yan’anFormation；sedimentarysystem；coalaccumulation；OrdosBasin；Dingbianarea