鄂爾多斯盆地子洲地區(qū)二疊系山西組含煤地層沉積相研究

黃海魚

(陜西煤業(yè)化工集團(tuán)有限責(zé)任公司神木紅柳林礦業(yè)有限公司，陜西 神木719300)

鄂爾多斯盆地子洲地區(qū)二疊系山西組含煤地層沉積相研究

黃海魚

(陜西煤業(yè)化工集團(tuán)有限責(zé)任公司神木紅柳林礦業(yè)有限公司，陜西 神木719300)

通過對子洲地區(qū)含煤地層山西組進(jìn)行巖性、古生物、沉積構(gòu)造、地球化學(xué)特征等研究，得出子洲地區(qū)山西組發(fā)育曲流河三角洲沉積體系，以三角洲前緣沉積亞相為主，進(jìn)一步可劃分為水下分流河道、分流間灣、間灣沼澤、席狀砂四類沉積微相。

沉積相;含煤地層;山西組;鄂爾多斯盆地

鄂爾多斯盆地位于華北地臺西部，面積跨越晉、陜、甘、寧、蒙五省，為我國第二大沉積盆地，含有豐富的石油、天然氣、煤炭等能源資源。華北地區(qū)二疊系是我國重要的含煤地層，自下而上發(fā)育太原組、山西組、下石盒子組、上石盒子組和石千峰組，其中山西組是含煤地層的代表層位之一。

近年來國內(nèi)外學(xué)者研究結(jié)果表明:在全球范圍的成煤期(石炭紀(jì)－二疊紀(jì))廣泛發(fā)育的含煤地層中發(fā)現(xiàn)了許多大型氣田［1］。已有的研究成果顯示鄂爾多斯盆地上古生界烴源巖是一套廣覆型沉積的含煤巖系［2，3］。子洲地區(qū)位于子洲氣田北部，屬于伊陜斜坡構(gòu)造單元，作為子洲氣田本部的物源方向，其具有良好的氣源條件。通過對大量鉆井巖心進(jìn)行詳細(xì)地觀察描述并進(jìn)行多種實驗分析，得到巖性、古生物、沉積構(gòu)造、地球化學(xué)特征等鑒別沉積環(huán)境的標(biāo)志特征，分析該地區(qū)山西組沉積相特征，為子洲地區(qū)油氣勘探工作提供依據(jù)和方向。

1 沉積演化背景

鄂爾多斯盆地上古生界沉積演化經(jīng)歷了兩個階段，分別為晚石炭世本溪期－早二疊世太原期陸表海碳酸鹽巖與碎屑巖混合沉積期，早二疊世晚期山西期－晚二疊世石千峰期近岸內(nèi)陸湖盆碎屑巖沉積期［4］。

自中奧陶世末，華北地塊整體抬升并遭受長期風(fēng)化剝蝕，直到晚石炭世本溪期開始緩慢下沉并接受沉積，發(fā)育陸表海盆地，中央古隆起分隔東西兩側(cè)海域［5］。至早二疊世早期太原期，受海侵影響規(guī)模擴(kuò)大，東西兩側(cè)海域完全貫通，完全接受海相沉積。早二疊世晚期，受海西構(gòu)造運動的影響，華北地塊整體抬升，海水開始退出盆地，發(fā)育近海湖盆，形成了河流－三角洲－湖泊沉積體系［6］。

2 沉積相劃分標(biāo)志

在盆地沉積背景認(rèn)識的基礎(chǔ)上，通過大量室內(nèi)及野外資料，結(jié)合巖石類型、顏色特征、沉積構(gòu)造、古生物化石特征及地球化學(xué)特征等沉積相判別標(biāo)志，以分析確定山西組發(fā)育沉積環(huán)境及所發(fā)育沉積相。

2.1 巖石顏色特征

不同沉積環(huán)境下所形成的碎屑巖顏色不同，暗灰色和黑色粘土巖表征著還原或強還原沉積環(huán)境。選取子洲地區(qū)46口鉆井巖心進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)山西組砂巖顏色主要為灰白色和灰色，泥巖顏色以暗色為主，發(fā)育炭質(zhì)泥巖及煤線，富含炭質(zhì)碎屑，反映出沉積時氣候溫暖潮濕，沼澤相發(fā)育，處于還原性條件的水下環(huán)境。

2.2 沉積構(gòu)造特征

古生物特征基本都是原地形成的，隨沉積物一起固結(jié)成巖，因此可以很好的反映當(dāng)時的沉積環(huán)境。巖心觀察中發(fā)現(xiàn)子洲地區(qū)山西組沉積底部發(fā)育沖刷面，含泥礫。發(fā)育平行層理，特別是反映橫向水流側(cè)向遷移的板狀交錯層理較為常見，局部可見槽狀交錯層理，反映出以河流作用為主的水動力條件。

2.3 古生物化石特征

古生物化石特征也具有原地性，也是判別沉積環(huán)境的良好標(biāo)志。研究區(qū)山西組未見到大量發(fā)育的動物化石，但蟲孔發(fā)育，可指示淺水環(huán)境(陳全紅，2007)。泥巖中發(fā)育植物莖葉化石，碳屑、煤線和煤層發(fā)育，如鎮(zhèn)川7井山2段底部煤厚可達(dá)4.8 m，指示當(dāng)時為溫暖潮濕的氣候條件，植物繁盛，部分發(fā)育沼澤沉積環(huán)境。另外，巖心中可見黃鐵礦團(tuán)塊，其常見于煤系地層中，反映出山西組沉積時為還原環(huán)境。

2.4 地球化學(xué)特征

通過地球化學(xué)特征來判別沉積環(huán)境的依據(jù)主要是通過分析古鹽度的變化來說明當(dāng)時的沉積環(huán)境。本次研究主要運用Sr/Ba值來進(jìn)行分析。一般認(rèn)為，在淡水陸相沉積物中，鍶鋇比值小于0.5;海水沉積物中鍶鋇比值大于1;海陸交互相沉積物中鍶鋇比值為0.5～1.0。

研究區(qū)大部分泥巖樣品的Sr/Ba值小于或者等于0.5。僅在研究區(qū)南部山2段一個樣品中該值可達(dá)0.84。這說明山2沉積時，水體鹽度是變化的，研究區(qū)南部可能受到短期海水內(nèi)泛的微弱影響，但主要為淡水環(huán)境。

通過以上沉積相判別標(biāo)志分析，確定子洲地區(qū)山西組主要受河流作用的影響，發(fā)育(曲流河)三角洲沉積體系，下面對其發(fā)育的沉積微相進(jìn)行相應(yīng)的劃分。

3 沉積相類型及微相劃分

三角洲沉積體系在研究區(qū)所發(fā)育的亞相主要為三角洲前緣亞相，主要包括水下分流河道、分流間灣、席狀砂以及間灣沼澤四種沉積微相。

3.1 水下分流河道

該沉積微相為三角洲平原分流河道向水下延伸部分，沉積上具有繼承性，但隨著能量減小，沉積物粒度變小，主要發(fā)育細(xì)砂巖和中砂巖。巖性以巖屑砂巖為主，巖屑石英砂巖次之。結(jié)構(gòu)成熟度中等。沉積構(gòu)造主要有底部沖刷面、板狀交錯層、槽狀交錯層、平行層理及波狀層理等。單一砂層由下至上略顯正粒序。電測特征表現(xiàn)為自然伽瑪曲線呈鐘形、齒狀鐘形或箱形，薄層砂巖段自然伽瑪曲線呈指狀或尖峰狀。

3.2 分流間灣微相

分流間灣為水下分流河道之間的低洼地區(qū)。巖性主要以泥巖、粉砂質(zhì)泥巖所組成細(xì)粒沉積為主，發(fā)育水平層理和透鏡狀層理。由于水下分流河道的改道和不同期次沉積的疊加，分流間灣沉積在單井剖面上與水下分流河道密切共生，反復(fù)疊置。由于分流間灣沉積多由泥巖、粉砂質(zhì)泥巖組成，其自然伽瑪曲線表現(xiàn)為高幅值。

3.3 間灣沼澤微相

水流停滯的分流河道間低洼地帶，還原－弱還原環(huán)境，植被繁茂，堆積沉積為深色泥巖、泥炭以及煤層。在山西組發(fā)育較穩(wěn)定的4#、5#煤層，具有可采價值，亦可成為生烴層。電測曲線表現(xiàn)為低自然伽馬、高聲波時差。

3.4 席狀砂微相

席狀砂在三角洲前緣呈薄層席狀展布，巖性主要為細(xì)砂巖及粉砂巖，分選較好，發(fā)育波狀及小型交錯層理。在研究區(qū)山西組呈薄層狀，厚度介于0.5－2m之間。自然伽瑪表現(xiàn)為中幅尖峰狀或指狀。

4 結(jié)語

通過巖性、古生物、沉積構(gòu)造、地球化學(xué)等特征分析，確定子洲地區(qū)山西組發(fā)育曲流河三角洲沉積體系，主要發(fā)育三角洲前緣沉積亞相，可以劃分為水下分流河道、分流間灣、間灣沼澤、席狀砂四類沉積微相。其中大面積發(fā)育的水下分流河道砂體，是天然氣良好的儲集空間。間灣沼澤中發(fā)育陸源碎屑沉積的可采煤層。

［1］譚夢琦，董昭雄，劉忠群，等.鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)延長組深湖沉積與油氣聚集意義［J］.西安石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版).2010，25(5):33－36.

［2］曹青，趙靖舟，付金華，等.鄂爾多斯盆地上古生界準(zhǔn)連續(xù)型氣藏氣源條件［J］.石油與天然氣地質(zhì).2013，34(5):584－591.

［3］楊華，付金華，劉新社，等.鄂爾多斯盆地上古生界致密氣成藏條件與勘探開發(fā)［J］.石油勘探與開發(fā).2012，39(3):295－303.

［4］馬瑤，李文厚，王若谷，等.鄂爾多斯盆地子洲地區(qū)上古生界沉積相及演化特征［J］.地質(zhì)科學(xué).2015，50(1):286－302.

［5］程克明，熊英，馬立元，等.華北地臺早二疊世太原組和山西組煤沉積模式與生烴關(guān)系研究［J］.石油勘探與開發(fā).2005，32(4):142－146.

［6］郭英海，劉煥杰，權(quán) 彪，等.鄂爾多斯地區(qū)晚古生代沉積體系及古地理演化［J］.沉積學(xué)報.1998，16(3):44－51.

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1004－1184(2015)06－0250－02

2015－09－02

黃海魚(1986－)，男，陜西榆林人，助理工程師，主要從事煤田地質(zhì)及煤礦水害防治研究工作。