煤相参数在煤层层序划分中的应用——以新疆准东煤田帐南西矿区为例

煤相参数在煤层层序划分中的应用——以新疆准东煤田帐南
西矿区为例
毛婉慧;庄新国;周继兵;阮传明;雷国明
【摘要】On the basis of the principles and approaches of sequence stratigraphy, using drilling and logging data,maceral and coal facies parameters of coal seam, this study divided the sequence units of Xishanyao Formation in Zhundong coal field, especially the parasequences in coal seams. The results showed that Xishanyao Formation belongs to one third-order sequence and consists of low-stand system tract, transgression system tract, high-stand system tract; the transgression parasequence and regression parasequence, and transgression parasequenee set and regression parasequence set in coal seams are distinguished; The thick coal seam in transgression system tract consists of the transgression parasequence and regression parasequence, and the thick coal seam in high-stand system tract consists of the regression parasequence; The coal facies belong to dry forest swamp.%运用层序地层学原理和方法,利用钻探和测井资料以及煤的显微组分和煤相参数分析,对新疆准东煤田西山窑组的层序单元进行了划分,特别对煤层中的准层序进行了确定.研究结果表明:西山窑组为1个三级层序,并由低位、湖扩和高位体系域构成;在煤层中确定了水进型、水退型2种准层序类型以及缓慢水进型准层序组和相对快速水进型准层序组;湖扩体系域由水进型和水退型煤层构成,高位体系域由水退型煤层构成;煤层煤相总体为干燥森林沼泽.
【期刊名称】《煤田地质与勘探》
【年(卷),期】2011(039)001
【总页数】5页(P6-10)
【关键词】层序地层;显微组分;西山窑组;煤相;准东煤田
【作者】毛婉慧;庄新国;周继兵;阮传明;雷国明
【作者单位】中国地质大学资源学院,湖北,武汉,430074;中国地质大学资源学院,湖北,武汉,430074;新疆地质矿产局第九地质大队,新疆,乌鲁木齐,830000;新疆地质矿产局第九地质大队,新疆,乌鲁木齐,830000;新疆地质矿产局第九地质大队,新疆,乌鲁木齐,830000
【正文语种】中文
【中图分类】P618.11
煤相是指煤的原始成因类型，即一定泥炭沼泽环境下形成的煤的成因类型和煤岩类型，通过煤的显微组成、矿物成分以及与煤的化学特征和结构特征来体现。

不同煤相反映泥炭沼泽的覆水深度、水介质的酸度、氧化还原电位、成煤植物种类和堆积方式等环境条件的不同。

不同煤的成因类型和煤岩类型在垂向上的交替形成了煤层的垂向层序，反映成煤物质来源和沼泽环境随时间的演化 [1-3]。

煤相研究可以为成煤条件、过程以及成煤的原始物质等提供信息。

新疆准东煤田位于准噶尔盆地东部(图1)，总面积为3 831 km2，区内总体地势北高南低、东高西低，地貌形态为残丘状剥蚀平原，海拔高度471～563 m，南北一般高差在10～30 m。

盆地地层分布自下而上依次为石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系、新近系-第四系地层。

其中含煤地层为下侏罗统八道湾组(J1b)、
三工河组(J1s)、中侏罗统西山窑组(J2x)。

含煤地层的下伏地层为上三叠统小泉沟群，上覆地层为石树沟群(J2-3sh)和第四系(Q)，主要含煤地层西山窑组含煤 1～
30层(可采煤层 1～10层)；煤层累计厚度为20～87 m。

由该煤田西部向东部，
北部向南部，煤层层数增多，累计煤层厚度减薄。

次要含煤地层八道湾组仅局部发育可采煤层。

准东煤田西部帐南西矿区西山窑组发育了3套煤层，编号分别为B0、B1和 B2煤层。

B0煤层发育在辫状河三角洲分流河道间，煤层薄，局部可采，横向分叉变薄
严重；B1煤层厚度 10～45 m，平均35 m；B2煤层厚度10～50 m，平均45 m，区域分布稳定。

研究区大部分地区B1和B2煤层组具有明显聚合合并形成的巨厚
煤层特征，最厚煤层合并层厚度达80余m。

本次研究对象选取帐南西矿区ZK003孔。

其西山窑组厚度94 m，主要由砂岩、
粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩和煤层组成；发育4层煤，其中2层煤为厚煤层，厚
度分别为12 m(B2)和16 m(B1) (图2)。

在ZK003孔中，以1 m间隔共采取煤层分层样品31件。

其中B0煤层3件，B1煤层15件，B2煤层12件，B2′煤层1件。

煤岩样品的制备、显微组分的分类和显微组分的定量分析分别采用国家标准
GB/T16773-2008《煤岩分析样品制备方法》、GB/T15588-2001《烟煤显微组
分分类》和 GB/T8899-1998《煤的显微组分组和矿物测定方法》进行。

煤层煤相类型参数采用目前国际上普遍通用的分析方法[5-6]，主要包括结构保存
指数(TPI)、凝胶化指数(GI)、植被指数(VI)以及镜惰比(V/I)等。

2.1 结构保存指数和凝胶化指数
结构保存指数[6](TPI)为煤中显示细胞结构的显微组分与细胞结构被破坏的显微组
分比值 [8](式1)。

TPI值的大小不仅反映植物遗体遭受凝胶化作用和自然破碎的程度，而且也反映其经受氧化降解作用的强弱。

TPI值越高，反映植物结构保存的越
好，即沼泽中植物遗体所经受的机械破碎和化学降解作用越弱。

此外，TPI也被当作衡量原始沼泽中木本植物比例的重要指标。

凝胶化指数[7](GI)，是指煤中凝胶化组分与非凝胶化组分之比，用以反映古泥炭沼泽的水位变化特征和植物遗体遭受凝胶化作用的程度(式 2)。

GI值越大，说明凝胶化程度越高，沼泽覆水相对越深。

2.2 植被指数
植被指数[9](VI)为森林木本亲缘显微组分与草本-水生亲缘显微组分之比率(式3)。

残留植物的某些结构特征的显微组分(如结构镜质体、均质镜质体、丝质体和半丝质体以及木栓体等)通常被认为与高等植物的木质部有关，而树脂体则主要来源于高等植物的分泌物，这些显微组分是森林木本亲缘显微组分。

而碎屑镜质体、碎屑惰性体和碎屑壳质体以及孢子体则与草本-水生植物亲缘关系更近。

2.3 镜惰比
镜惰比(V/I)是镜质组与惰质组的比值。

一般认为，潮湿环境下镜惰比高，反映潮湿的还原环境，反之则反映较为干燥的氧化环境。

层序是以底、顶不整合面或相关整合面为界的、内部叠置有序的沉积组合[2]。

因此，层序地层分析中层序界面的识别是关键技术之一。

层序的内部构成由体系域、准层序组和准层序构成。

准东煤田帐南西矿区由于缺少地震资料给层序的划分带来一定的困难，但经过对钻孔资料详细描述和测井曲线的分析，以及煤层的煤相参数的确定，对西山窑组的层序地层单元进行了比较系统的划分。

3.1 层序和体系域界面的确定
依据ZK003钻孔岩心资料和测井资料，并结合区域资料对比，可将西山窑组地层划分为3级层序(图2)。

下部层序界面SB1为三工河组与西山窑组分界面，属大面积侵蚀面。

在侵蚀界面上下岩性差异很大，界面之上为西山窑组下段辫状河道沉积的砂岩、砾岩等粗碎屑沉积物，界面之下为三工河组滨浅湖相泥岩、泥质粉砂岩沉
积。

二者呈整合接触。

本次所研究的ZK003钻孔由于没有打穿西山窑组地层，所以没有见到SB1界面。

上部层序界面 SB2为西山窑组与石树沟组分界面，也是古构造运动面。

界面之下主要为灰色泥质粉砂岩、粉砂岩；界面之上主要为紫色、紫红色泥质粉砂岩和粉砂岩沉积，且在层序界面之上普遍发育一层砾岩沉积。

两者之间为平行不整合界面。

根据西山窑组沉积体系垂向演化特征，将初始湖泛面定在B1煤层的底部，最大湖泛面定在B1煤层顶部的粉砂质泥岩之上。

这样将该3级层序划分为低位、湖扩和高位3个体系域。

3.2 利用煤相参数划分准层序
在含煤盆地中，煤层作为特殊地层，一般可以将层数较多且旋回性较好的煤层作为划分准层序的分界(龚绍礼，1998)。

本研究在西山窑组层序和体系域确定的基础上，依据煤相参数的垂向演化特征，对B1和B2煤层内部的准层序进行了划分(图3)。

表1为帐南西矿区ZK003孔煤层显微组分定量结果。

根据这些煤层中显微组分含量分别计算了各煤相参数(TPI、GI、VI、V/I)。

依据这些煤相参数将西山窑组层序划分出12个准层序(图 3)。

其中低位体系域发育3个准层序，湖侵体系域发育5个准层序，高位体系域下部煤层发育4个准层序。

低位体系域总体属于水退型进积过程，主要由辫状河三角洲平原相沉积构成，发育3个准层序(PS1、PS2和 PS3)。

PS1准层序发育于三角洲平原的分流间湾，该准层序顶部的 B0煤层的煤相参数表现为GI、V和V/I指数向上增高的趋势，意味着泥炭沼泽发育于相对干燥的洪泛平原，而后水面不断上升，形成水进型煤层；VI 和TPI值具有向上减少的趋势，可能表明向上草本植物增多(图3)。

煤相类型属于干燥森林沼泽(图4)。

PS2和PS3准层序均由辫状河道构成。

湖扩体系域总体属于水进型退积过程，主要由泥炭沼泽相组成(B1煤层)，发育5
个准层序(PS4、PS5、PS6、PS7和 PS8)。

PS4、PS5、PS6和 PS8准层序的煤相参数GI、V和V/I指数表现为向上降低的趋势，意味着这些准层序具有水退型特征。

这可能与水进过程中，泥炭的增长速率大于可容纳空间的增长速率，使得泥炭沼泽由中位沼泽转变为高位的突起沼泽。

PS7准层序的煤相参数 GI、V和 V/I指
数表现为向上增高的趋势，意味着该准层序具有水进型特征。

这些准层序的VI和TPI指数的垂向变化具有类似特征。

根据这些准层序的垂向组合，可以将湖扩体系域 B1煤层划分为两个准层序组，即PSS1和 PSS2。

PSS1准层序组由 PS4、PS5和 PS6
构成，为缓慢水进型准层序组；PSS2准层序组由PS7和PS8构成，为相对快速
水进型准层序组。

这些准层序的煤相类型属于干燥森林沼泽，仅准层序PS7的顶
部为潮湿森林沼泽(图4)。

高位体系域由泥炭沼泽和滨浅湖相构成，主要煤层B2可以划分为4个准层序(PS11、PS12、PS13和PS14)。

这些准层序的GI、V、V/I和TPI指数均表现为
向上降低的趋势，同样表明这些准层序具有水退型特征。

这可能与泥炭的增长速率大于可容纳空间的增长速率，使得泥炭沼泽由中位沼泽转变为高位的突起沼泽有关。

根据这些准层序的垂向组合可以将高位体系域 B2煤层划分为两个准层序组，即PSS4和 PSS5。

PSS4准层序组由 PS11和 PS12构成，为缓慢水进型准层序组；PSS5准层序组由PS13和PS14构成，为相对快速水进型准层序组。

这些准层序
的煤相类型属于干燥森林沼泽，仅准层序PS13和PS14的底部为潮湿森林沼泽(图4)。

a. 新疆准东煤田西山窑组煤层有机显微组分以惰性组为主(32%～85%，平均64%)，其次是镜质组(15%～66%，平均35%)，壳质组极少。

惰性组中又以丝质
体和半丝质体占主导。

b. 根据钻井岩心、测井曲线、镜质组含量(V)、凝胶化指数(GI)、镜惰比(V/I)、植
被指数(VI)以及结构保存指数(TPI)的垂向组合变化，将西山窑组划分为1个三级层序。

该三级层序发育低位体系域、湖扩体系域和高位体系域。

湖扩体系域主要由厚煤层组成，这些煤层可划分出5个准层序和2个准层序组；高位体系域中的主要
厚煤层可划分出4个准层序和2个准层序组。

c. 将煤层的准层序划分为水进型和水退型两种类型。

水进型准层序表现为GI、V
和V/I指数向上增高的趋势，表明可容纳空间的增大速率约高于泥炭的增长速率；水退型准层序表现为GI、V和V/I指数向上降低的趋势，表明可容纳空间的增大
速率约低于泥炭的增长速率，泥炭沼泽不断向高位突起沼泽演化。

d. 准东煤田帐南西勘探区煤层煤相总体为干燥森林沼泽。

e. 低位体系域煤层发育于相对干燥的洪泛平原，为水进型煤层。

煤层的煤相参数
表现为 GI、V和V/I指数向上增高的趋势；VI和TPI值具有向上减少的趋势。

f. 湖扩体系域煤层由水退型煤层和水进型煤层构成。

即使单一准层序表现为水退型，但总体表现仍为水进特征。

煤层下部为缓慢水进型准层序组，煤层上部为相对快速水进型准层序组。

g. 高位体系域厚煤层由水退型煤层构成。

煤层下部为缓慢水进型准层序组，煤层
上部为相对快速水进型准层序组。

【相关文献】
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