黑龙江柳树盆地沉积环境及聚煤规律

黑龙江柳树盆地沉积环境及聚煤规律
马立军;邵龙义;徐克剑;野兆瑞
【摘要】Liushu basin is a caol basin which is closely related to the tectonic activity of Dunmi fracture belts, mainly develops the CretaceousMuling group. Using Liushu basin’s measured sections, drilling cores and well logs data to study the depositional environments and sequence stratum and coal bearing characteristics of Cretaceous coal-bearing stratums. In
the research area we identify 5 kinds of lithofacies and 11 types of lithofacies, iden-tify5kinds sedimentary system and 11 kinds sedimentary facies. In the east of Heilongjaing we identify 6 sequence boundaries,
5three-grade sequence interfaces. Liushu basin mainly develops sequence S4 and S5. The deltaic plain swamp which developed at transgression system track is the mainly coal forming environment.%柳树盆地是与敦密断
裂构造活动密切相关的含煤盆地，主要发育白垩系穆棱组含煤地层。

利用实测剖面、钻孔岩心及测井曲线资料，对该盆地含煤地层沉积环境、层序地层及聚煤特征进行研究，在研究区识别出5种岩相、11种岩相类型，识别出5种沉积体系、11种
沉积相和多种沉积类型。

黑龙江东部地区早白垩世共识别出六个层序界面，五个三级层序。

柳树盆地主要发育层序S4和层序S5。

主要的成煤环境为三角洲平原淤
积沼泽，主要发育在湖浸体系域时期。

【期刊名称】《煤田地质与勘探》
【年(卷),期】2016(044)006
【总页数】6页(P15-20)
【关键词】柳树盆地;白垩系;层序地层;聚煤规律
【作者】马立军;邵龙义;徐克剑;野兆瑞
【作者单位】黑龙江省煤田地质勘察设计研究院，黑龙江哈尔滨 150008;中国矿业大学地球科学与测绘工程学院，北京 100083;中国矿业大学地球科学与测绘工程学院，北京 100083;中国矿业大学地球科学与测绘工程学院，北京 100083【正文语种】中文
【中图分类】P618.13
白垩纪是我国一个重要的聚煤时期，东北地区广泛发育白垩系含煤地层，并且煤炭储量巨大[1-4]。

这些含煤盆地主要发育在依兰–伊舒断裂带和敦化–密山断裂带及其之间地区。

柳树盆地正是受敦密断裂带控制的含煤盆地。

前人关于柳树盆地的研究较少，对聚煤模式及层序地层格架下的聚煤规律研究还比较薄弱[5]。

本文以柳树盆地为例，对白垩系含煤岩系沉积相及沉积模式进行研究，提出含煤地层层序地层格架，并对聚煤规律进行浅析，希望对该地区煤田预测有一定的指导作用。

柳树盆地位于林口县东南部，南与穆棱接壤，东北西南煤田的总长30 km，南北宽平均约1.5 km。

柳树盆地在大地构造分区上处于三江–穆棱河断陷带东南部，敦密断裂带西侧，盆地东部由敦密断裂所控制。

盆地的含煤岩系为白垩系穆棱组，主要成煤环境为三角洲平原沼泽。

2.1 岩石特征
岩相是综合岩石结构特征和沉积构造特征来反映各微相沉积物形成过程中古水动力能量大小和变化的术语。

从研究区露头剖面、钻孔岩心等资料看，研究区含煤岩系岩石类型丰富多样，主要为陆源碎屑岩，沉积构造、颜色也较丰富[6-7]。

共识别出5种岩相、11种岩相类型。

a.中砾岩分选和磨圆较差，成分以花岗岩和变质岩为主，砾径大小不一，块状或
者叠瓦状构造。

为泥石流沉积。

b.细砾岩发育平行层理或者大型交错层理。

为辫状河道或河床滞留沉积。

2.1.2 砂岩相
a. 块状含砾砂岩硅质胶结，含石英砾石，分选滚圆差，具冲刷面。

为河床滞留沉积。

b. 平行层理含砾粗砂岩发育平行层理或者大型交错层理。

为辫状河道或者河床滞留沉积。

c.小型交错层理砂岩发育小型交错层理、波状层理，夹泥岩、炭质泥岩薄层煤层，含植物碎片。

为扇端沉积或天然堤沉积。

d.大型交错层理砂岩发育平行层理、大型交错层理的中粗砂岩，分选磨圆中等，
含有植物茎干。

为边滩沉积或分流河道沉积。

e. 波状层理砂岩灰白色中细砂岩，局部夹泥岩、含砾砂岩和煤层，发育波状层理、透镜状层理、脉状层理。

为滨浅湖沉积。

f. 板状交错层理砂岩大型板状交错层理发育，植物化石，见冲刷面。

为分流河道
沉积。

2.1.3 粉砂岩相
a.沙纹层理粉砂岩含白云母片及炭化植物化石片，小型斜层理发育。

为分流涧湾
沉积。

b.灰黑色粉砂岩灰黑色粉砂岩，夹泥岩及细砂岩，发育水平层理波状交错层理，
含有淡水动物化石。

为滨浅湖沉积。

c.波状层理粉砂岩暗灰色，向下粒径变细，水平纹理，波状层理，透镜状层理。

为远砂坝、河口坝沉积。

a. 灰黑色泥岩含炭化植物碎片，具水平层理。

为沼泽、泛滥平原沉积。

b.水平层理泥岩深灰色薄层泥岩，水平层理，块状层理，见动物化石。

为前三角洲沉积。

c. 炭质泥岩水平层理或块状，鳞片状结构。

为沼泽沉积。

d. 菱铁质结核泥岩包含菱铁质结核。

为分流间湾、湖湾沉积。

2.1.5 煤
黑色块状、粉末状、条带状结构。

为三角洲平原沼泽沉积。

2.2 沉积体系及沉积相
通过对柳树盆地早白垩世含煤地层进行详细的岩心观察，应用钻井、测井等资料、结合古生物证据综合分析表明：该区发育以陆相沉积为主[8]，共识别出5种沉积体系、11种沉积相和多种沉积类型。

陆相沉积可划分为：冲积扇沉积体系、扇三角洲沉积体系、曲流河沉积体系、曲流河三角洲沉积体系、湖泊沉积体系，主要成煤环境为三角洲平原沼泽。

2.2.1 冲积扇沉积体系
冲积扇往往形成于盆地形成初期或者末期，分布于盆地边缘、构造活动频繁的地带[8-9]。

研究区内冲积扇相局部分布，根据研究区内地质资料分析，主要发育在早白垩世穆棱组下部。

主要发育扇中和扇端亚相。

岩性以凝灰质砾岩，砾岩，粗砂岩和细砂岩为主，夹薄层粉砂岩和凝灰岩(图2)。

2.2.2 扇三角洲沉积体系
扇三角洲是陆相断陷盆地中普遍发育的沉积体系。

它由冲积扇直接进入静止水体而形成[10]。

研究区内主要发育扇三角洲平原相。

从聚煤来看，扇三角洲体系有可采煤层发育。

岩性以凝灰岩和粉砂岩为主，夹薄层泥岩和细砂岩(图2)。

2.2.3 曲流河沉积体系
研究区内曲流河发育较少，仅部分钻孔有揭露，主要发育在穆棱组顶部。

根据其沉积特征可进一步分为河床滞留沉积、边滩沉积、天然堤沉积、决口扇沉积和河漫滩沉积(图3)。

以粗砂岩，中砂岩，细砂岩，粉砂岩，泥岩为主。

2.2.4 三角洲沉积体系
三角洲是研究区较发育的沉积体系。

其可进一步划分为三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲。

本区三角洲平原较为发育，而三角洲前缘和前三角洲相对不发育。

a.三角洲平原研究区内三角洲平原相最为发育，主要发育在穆棱组中上部(图4)。

主要以分流河道、分流间湾和沼泽沉积为主，岩性以粉砂岩、细砂岩和凝灰质砂岩为主，夹有泥岩。

主要成煤环境为三角洲平原间湾沼泽。

b. 三角洲前缘研究区内三角洲前缘发育较少，主要识别出远砂坝和河口坝。

岩性以厚层灰色粉砂岩和细砂岩为主。

2.2.5 湖泊沉积体系
研究区湖泊沉积体系主要在穆棱组上部发育，但发育时间较短。

主要以厚层灰黑色泥岩为主，为浅湖沉积。

在本次层序地层学研究中，层序的定义及体系域的划分采用Exxon公司“Vail”学派的观点[11]。

穆棱组与下覆麻山群地层为一平行不整合面；穆棱组与上覆猴石沟组为一角度不整合，作为本区的一个三级层序界面。

再根据冲刷面将穆棱组划分为层序S4和层序S5。

选取两个地层完整并且具有代表性的单井剖面进行了沉积环境分析，并结合沉积相连井对比图，对研究区的沉积体系、沉积模式进行研究。

穆棱组主要沉积环境为三角洲平原、冲积扇沉积。

由于湖水变化快，陆地覆水变化也快，所以成煤较差，仅在局部地区形成可采煤层。

底部仅在治安区和二道地区见底砾岩沉积，其他地区普遍发育粗砂岩和中砂岩沉积，下部灰白色砾岩、灰黄色花岗质砾岩，夹灰白色粗砂岩；中部灰色细砂岩与灰白色粗砂岩互层，夹灰–深灰色粉砂岩、深灰色泥岩、浅灰绿色凝灰岩；上部浅灰–灰色细砂岩，具波状层理，灰
白色粗砂岩属冲积扇沉积；向上湖水变深，短暂出现湖泊沉积，过渡为三角洲沉积，岩性主要为细砂岩、粉砂岩、泥岩，夹数层薄煤层。

下部灰色粉砂岩，局部具波状层理，浅灰褐色凝灰质粉砂岩，深灰–黑色泥岩，含植物叶痕灰绿色凝灰岩，灰白色中细砂岩，灰白色粗砂岩；上部厚层灰白色中砂岩和灰色细砂岩，具斜层理、波状层理、水平层理，含植物炭化枝干。

夹灰–深灰色粉砂岩，灰黑色泥岩，灰绿色凝灰岩，煤层，灰白色粗砂岩。

再向上高位体系域时期以河流沉积为主，灰白色中砂岩、具波状层理，浅灰–灰色细砂岩，具斜层理、波状层理、水平层理呈不等厚互层，夹浅灰绿色凝灰岩，灰–深灰色粉砂岩，含植物叶枝痕。

总体来说从下到上湖平面先上升在下降，从冲积扇到扇三角洲至湖泊沉积再到三角洲最后为河流沉积(图5)。

在沉积相的研究基础上，以及对层序关键界面的识别，黑龙江柳树盆地早白垩世共识别出三个层序界面，二个三级层序。

穆棱组与下覆麻山群地层为一平行不整合面，穆棱组与上覆猴石沟组为一角度不整合。

作为本区的一个三级层序界面。

层序S5
在柳树普遍发育，发育可采煤层；层序S4在部分地区发育，煤层基本不发育。

研究区S4和S5就有明显冲刷面存在,下面将详细介绍柳树盆地早白垩世含煤地层层序格架及其展布特征。

为了建立柳树盆地早白垩世含煤地层的三级层序地层格架，绘制了柳树盆地早白垩世沉积相及层序地层对比图北东向条带沉积相剖面图(图6)。

鸡西盆地早白垩世含
煤地层为穆棱组。

穆棱组岩性向北东逐渐变粗，底部较粗，一般为凝灰质砾岩和粗砂岩，向上逐渐变细，以中砂岩、细砂岩、粉砂岩为主，夹泥岩、凝灰质岩和薄煤层，煤层稳定性较差，与上覆猴石沟组为角度不整合接触。

三级层序S4：大致对应于穆棱组下部。

层序底界面为一不整合面，顶界面位于一
套砂岩底部。

发育低位体系域、湖侵体系域和高位体系域。

低位体系域主要为灰–灰绿色凝灰质砾岩，砾石成分以凝灰质为主，个别为泥质、
花岗质，沉积环境为冲积扇的扇中。

湖侵体系域：岩性主要为灰白–灰色。

中砂岩、粗砂岩为主，夹细砂岩。

向上砂体厚度减薄，说明可容空间在逐渐升高，为一退积的盆地充填过程，为冲积扇的扇端。

高位体系域：岩性主要为细砂岩、粉砂岩、泥岩；向上砂体厚度变薄，说明可容空间还在逐渐升高，为三角洲平原沉积。

三级层序S5：大致对应于穆棱组上部。

顶界面与上覆猴石沟组为角度不整合接触。

该层序发育低位体系域、湖侵体系域和高位体系域。

低位体系域主要发育了粗砂岩和中砂岩，向上砂体厚度减小，说明可容空间升高，为一退积的盆地充填过程[7]，为三角洲平原沉积。

湖侵体系域岩性主要为中砂岩、细砂岩、粉砂岩，见少量植物干化石，向上砂体厚度减薄，说明可容空间在逐渐升高，为一退积的盆地充填过程[7]，为三角洲平原沉积。

高位体系域主要由粉砂岩、细砂岩组成，为湖泊沉积。

层序S4时期，煤层基本不发育。

以柳树盆地层序S5为例，总结早白垩世柳树盆
地聚煤特征。

层序S5煤层总厚度变化在0.4~3.3 m，平均0.99 m。

层序S5沉积期煤层主要发育在三角洲平原地带。

该期有两个聚煤中心，第一个聚煤中心位于研究区南部的柞木–五林附近，煤层总厚度达到5.44 m；第二个聚煤中心位于研究
区北部二道–治安附近，最厚可达3.27 m，这两个聚煤中心都位于三角洲平原地带。

平面上煤层总厚度表现为从三角洲平原向三角洲前缘逐渐减薄，因此，聚煤中心自三角洲平原地带延伸到三角洲前缘，煤层厚度表现出由聚煤中心向三角洲平原和三角洲前缘逐渐减薄的特征(图7)。

a.该区发育陆相沉积，在野外露头剖面、钻孔岩心观察描述研究的基础上，根据各类岩相在垂向上的组合关系及在平面上的分布，识别出冲积扇、曲流河、曲流河三角洲、扇三角洲、湖泊等5种沉积体系，11种沉积相和多种沉积类型。

b.在沉积相研究基础上，结合层序关键界面的识别标志，在黑龙江鸡西盆地早白垩世含煤地层中共识别出三个层序界面，二个三级层序。

其中，三级层序S4，煤层
基本不发育；三级层序S5发育主要可采煤层7号、8号煤层。

c.研究区煤层主要发育在三级层序S5，湖侵体系域煤层发育最好。

主要成煤环境
为三角洲平原沼泽。

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