兴凯湖盆地含煤地层沉积特征及聚煤规律

兴凯湖盆地含煤地层沉积特征及聚煤规律

新世代是中国的一个重要时期。中国东北广泛分布着古老的封闭系统和新时期的含煤层，煤炭储量巨大。1地质背景研究区位于虎林市境内,兴凯湖东北部,面积约1165km兴凯湖盆地为一坳陷盆地2沉积物相和沉积物模型2.1角洲中民国时期沉积型通过对研究区钻孔岩心资料的分析研究,识别出兴凯湖地区主要发育有含砾中砂岩、中砂岩、细砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层6种岩石类型。1含砾中砂岩。灰白色,分选差,磨圆度好,砾石以石英长石为主,砾径2~8mm。是河床滞留沉积,发育于ZK-4钻孔的虎林组顶部和富锦组底部。2中砂岩。浅灰色和灰白色,分选较好,以石英长石为主,胶结较差。为三角洲分流河道和曲流河道沉积产物,主要发育在盆地中北部富锦组底部及北部虎林组上部。3细砂岩。灰白色,分选较好,胶结较差,成分以石英长石为主,为浅湖砂坝和三角洲分流河道沉积,主要发育在盆地中北部虎林组底和全区的富锦组上部。4粉砂岩。浅灰绿色,胶结较差,块状,部分含有硅藻成分,为滨、浅湖和三角洲平原分流间湾沉积,主要发育在盆地中部虎林组和全区的富锦组。5泥岩。灰黄色和灰黑色,为三角洲平原沼泽和滨浅湖淤浅沼泽产物,主要发育在盆地中部虎林组中上部和全区的富锦组。6煤。主要为褐煤,褐黑色,条痕褐色,弱沥青光泽或土状光泽,含琥珀,呈块状构造,性脆易碎,为暗淡型煤,具有的木质结构或页片状结构,参差状断口。主要发育在盆地中部虎林组中部和盆地中南部的富锦组上部。2.2沉积体系及沉积相通过对研究区内钻孔岩心岩性特征及测井曲线特征进行分析,可识别出河流、三角洲和湖泊3种沉积体系,其中以三角洲沉积体系和湖泊沉积体系发育最为广泛,部分区域发育河流沉积体系。2.2.1虎林组顶部结构河流沉积体系主要见于盆地北部虎林组顶部和富锦组底部以及中部ZK-4孔虎林组顶部,主要发育曲流河沉积,岩性主要为含砾中砂岩,中砂岩,粉砂岩和泥岩。测井曲线多为钟形,由多个钟形组合在一起,总体表现向上变细的趋势,且单一岩性成层较厚,表明当时以加积为主,并逐渐退积(图2、图3)。2.2.2富锦组顶部岩性区内三角洲沉积体系发育较为广泛,主要为三角洲平原,发育在盆地中北部的虎林组中部和富锦组顶部。主要岩性为细砂岩、粉砂岩、泥岩等。测井曲线为中高幅微齿化箱形-钟形组合,柱状图中自下而上岩性粗细交替变换,旋回较多,表现分流河道和分流间湾的交替沉积,其中三角洲平原分流间湾淤浅沼泽是研究区内的主要的成煤环境(图4)。2.2.3富锦组和富锦组中下部研究区内湖泊沉积体系发育广泛,主要为滨浅湖,发育在盆地中南部的虎林组和富锦组中下部。主要岩性为粉砂岩和泥岩,并有部分细砂岩,粉砂岩中多含硅藻化石,岩性成层较厚,测井曲线主要为低幅锯齿状和钟形-漏斗组合为主,向上有变细的趋势,主要沉积环境为浅湖和滨湖砂坝(图5)。3水位上升和层序sq2富锦组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”学派的观点研究区内ZK-4钻孔揭露了虎林组和富锦组的完整序列,下面以该钻孔为例,介绍兴凯湖盆地含煤岩系层序地层特征(图6)。ZK-4钻孔层序Sq1(虎林组)发育湖侵体系域和高位体系域。湖侵体系域时期水体涌入,盆地水位上升,岩性主要由灰白色细砂岩和浅灰绿色含硅藻粉砂岩组成,为滨浅湖相沉积。测井曲线以低幅锯齿箱形为主。高位体系域时期,基底上升,水位变浅,盆地早期发育灰白色细砂岩,浅灰绿色粉砂岩,灰黄色泥岩以及两套煤层,为三角洲前缘、平原相和沼泽沉积,测井曲线以钟形和箱形的组合为主;高位体系域晚期发育灰白色含砾中砂岩,为河底滞留相沉积,测井曲线以钟形为主。层序Sq2(富锦组)发育有低位体系域,湖侵体系域和高位体系域。低位体系域时期,盆地基底下降,水位上升,岩性主要由浅灰色中砂岩、浅灰绿色粉砂岩和灰黄色泥岩组成,为三角洲平原相沉积,测井曲线为箱形和钟形;湖侵体系域时期,水位继续上升,岩性主要由浅灰绿色厚层状粉砂岩组成,为滨浅湖相沉积,测井曲线为低幅箱形中间夹有指形;高位体系域时期,盆地基底上升,水位下降,岩性主要为灰白色中砂岩和灰黄色泥岩,并发育厚煤层,为三角洲平原分流间湾及沼泽沉积,测井曲线为钟形和箱形。4含煤岩系三级层序及体系域特征为说明兴凯湖地区层序地层横向展布特征,绘制了一条东西向的层序对比图(图7)和一条南北向的层序对比图(图8),下面对含煤岩系三级层序以及其中的体系域特征进行分析。4.1层序地层格架(1)三级层序Sq1。古近纪盆地中部低位体系域不发育,湖侵体系域时期,盆地整体发育湖泊沉积体系,岩性主要为灰白色细砂岩、浅灰绿色粉砂岩和灰黑色泥岩,多含硅藻,为滨浅湖相沉积;高位体系域时期发育1层可采煤层,且只有ZK-4钻孔揭露,沉积环境以三角洲平原为主,成煤环境为三角洲平原沼泽。在ZK-4孔发育中砂岩和含砾中砂岩,为河流相沉积,ZK-3和ZK-5孔仍保持滨浅湖相沉积。(2)三级层序Sq2。新近纪盆地发育低位体系域,湖侵体系域和高位体系域。低位体系域发育煤层,只见于ZK-5孔,岩性主要为浅灰绿色粉砂岩和灰黑色泥岩,西部以滨浅湖相沉积为主,成煤环境为滨浅湖淤浅沼泽,东部以三角洲平原为主,表明沉积时期东部略高于西部;湖侵体系域时期发育煤层,仍只见于ZK-5钻孔中,岩性主要为浅灰绿色粉砂岩和灰黑色泥岩,整体发育滨浅湖相沉积,成煤环境为滨浅湖淤浅沼泽;高位体系域时期是煤层主要的发育期,发育6套煤层,其中2套可采煤层,聚煤中心位于ZK-5附近,煤层向东西变薄,整体发育三角洲平原,成煤环境为三角洲平原沼泽(图7)。4.2层序地层格架(1)三级层序Sq1。古近纪时期,盆地中部有一个古隆起,使得盆地南部没有接受物源沉积。古近纪时期不发育低位体系域。湖侵体系域时期不发育煤层,岩性主要为浅灰绿色粉砂岩和灰黑色泥岩,北部以三角洲相为主,中部发育滨浅湖相沉积;此剖面上高位体系域时期不发育煤层,北部岩性主要为灰白色中砂岩和灰白色细砂岩,以河流相为主,中部岩性主要为浅灰绿色粉砂岩和灰黑色泥岩,以滨浅湖相为主。在北部和中部之间因无钻孔揭露,推断可能发育三角洲相沉积。(2)三级层序Sq2。新近纪盆地发育低位体系域,湖侵体系域和高位体系域。低位体系域发育煤层,且只见于中部ZK-5中,向南北尖灭,成煤环境为滨浅湖淤浅沼泽。北部为河流沉积体系,岩性主要为灰白色中砂岩和灰黑色泥岩;中南部为湖泊沉积体系,岩性主要为浅灰绿色粉砂岩和灰黑色泥岩;推断在北部和中部之间应该发育三角洲沉积体系。湖侵体系域时期发育煤层,仍只见于中部ZK-5钻孔中,向南北尖灭,成煤环境为滨浅湖淤浅沼泽,北部为三角洲沉积体系,岩性主要为灰白色中砂岩、浅灰绿色粉砂岩和灰黄色泥岩,南部为滨浅湖沉积沉积体系,岩性主要为浅灰绿色粉砂岩和灰黑色泥岩。高位体系域发育煤层,中部最厚,向南北变薄,主要的成煤环境为滨浅湖淤浅沼泽和三角洲平原沼泽。全区发育三角洲沉积体系,岩性主要为灰白色细砂岩、浅灰绿色粉砂岩和灰黑色泥岩(图8)。5聚煤法的分析5.1南向沉积体系兴凯湖盆地作为一个坳陷盆地古近纪时期,盆地中部的古隆起使得南部没有接受古近系的沉积。在盆地中北部由北向南依次为河流沉积体系、三角洲沉积体系和湖泊沉积体系,主要成煤时期为湖侵体系域时期,主要的成煤环境为三角洲平原沼泽。新近纪时期,基底沉降,湖盆扩张,整个盆地被湖泊覆盖。低位体系域和湖侵体系域时期,由北向南发育三角洲沉积体系和湖泊沉积体系,主要成煤期为高位体系域时期,主要成煤环境为三角洲平原沼泽。5.2古近纪—聚煤作用分析基准面上升速率主要受控于盆地基底沉降速率和绝对湖平面变化,相对于近海大型克拉通盆地,由于内陆断陷盆地水体有限,基底沉降对基准面影响要远大于湖平面变化对基准面的影响,因此,在沉积物供给速率一定的情况下,基准面变化速率(新增可容空间变化速率)主要受控于盆地基底变化速率在《兴凯湖盆地煤炭资源调查报告》中指出盆地在古近系和新近系沉积期间构造环境演化为沉降—抬升—沉降—抬升的过程。古近纪发育湖侵体系域和高位体系域。在湖侵体系域时期,由于敦密断裂带影响,盆地基底处于沉降期,此时可容空间增加速率大于物源供给速率,不利于泥炭堆积,没有发育煤层。在高位体系域时期,盆地基底上升,盆地逐渐过渡为三角洲相沉积,发育三角洲平原沼泽,可容空间增加速率与物源供给速率相互平衡,有利于泥炭的堆积,发育2套煤层。新近纪发育低位体系域,湖侵体系域和高位体系域。在低位体系域和湖侵体系域时期,盆地基底处于沉降期,湖盆扩张,盆地处于湖泊沉积体系。在高位体系域时期,湖盆萎缩,湖泊淤浅使得潜在可容空间相对较大综合分析古近系和新近系煤层厚度等值线(图9,图10)可以得出,ZK-4和ZK-5钻孔揭露煤层最厚,分别为13.05m和11.1m。可以推测出ZK-4和ZK-5附近为主要的聚煤中心,主要成煤环境为三角洲平原沼泽和滨浅湖淤浅沼泽。6层序地层格架及其沉积特征1兴凯湖地区古近系虎林组-新近系富锦组主要发育含砾中砂岩、中砂岩、细砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层6种岩石类型。并从中识别出河流,三角洲和湖泊等3种沉积体系,多种沉积相和沉积类型。2研究区含煤地层可划分为两个三级层序,其中层序Sq1相当于古近系虎林组,发育湖侵体系域和高位体系域,湖侵体系域为滨浅湖沉积体系,高位体系域为三角洲沉积体系;层序Sq2相当于新近系富锦组,发育低位体系域、湖侵体系域和高位体系域。低位体系域为河流和三角洲沉积体系,湖