伊犁盆地的沉積演化和聚煤規(guī)律研究

張偉周梓欣

（1.新疆煤田地質(zhì)局綜合地質(zhì)勘查隊，新疆　烏魯木齊　830009；2.新疆煤田地質(zhì)局煤層氣研究開發(fā)中心，新疆　烏魯木齊　830091）

伊犁盆地的沉積演化和聚煤規(guī)律研究

張偉1周梓欣2

（1.新疆煤田地質(zhì)局綜合地質(zhì)勘查隊，新疆烏魯木齊830009；2.新疆煤田地質(zhì)局煤層氣研究開發(fā)中心，新疆烏魯木齊830091）

基于新疆伊利盆地煤炭資源調(diào)查評價工作所獲取的較全面的煤田地質(zhì)資料及石油鉆井資料，結(jié)合層序?qū)W理論思想，對伊犁盆地中下侏羅統(tǒng)含煤地層的沉積環(huán)境與沉積體系進行了系統(tǒng)地分析研究，綜合歸納各聚煤期煤層聚煤規(guī)律和分布范圍，為盆地內(nèi)含煤有利區(qū)研究提供了依據(jù)。

伊犁盆地；層序?qū)W；沉積環(huán)境；聚煤規(guī)律

伊犁盆地侏羅系中、下統(tǒng)是盆地最主要的聚煤層位，其獨特的構(gòu)造-沉積背景及豐富的煤炭資源受到眾多地質(zhì)學家的重視，但由于該區(qū)構(gòu)造較為復雜，后期剝蝕嚴重，且以往工作多進行的是一些煤礦點的地質(zhì)勘查工作，多針對某一煤礦范圍進行煤層對比、煤質(zhì)等的研究，未進行系統(tǒng)的研究；油田在本區(qū)的鉆井也較少，通過開展《新疆伊利盆地煤炭資源調(diào)查評價》工作，以伊犁盆地中、下侏羅統(tǒng)含煤巖系為研究對象，在對煤層深部具有一定控制的基礎(chǔ)上，恢復研究區(qū)的古地理背景，建立含煤巖系的層序地層格架，討論其沉積環(huán)境與沉積體系展布特征，為聚煤規(guī)律和煤田有利區(qū)預測研究提供依據(jù)［1～14］。

1　地質(zhì)概況

伊犁盆地地層區(qū)劃屬塔里木-南疆地層大區(qū)（Ⅳ），中南天山-北山地層區(qū)（Ⅳ1），中天山-馬鬃山地層分區(qū)（Ⅳ12），博羅霍洛山地層小區(qū)（Ⅳ12-2）和伊寧地層小區(qū)（Ⅳ12-3）。區(qū)域出露的地層主要有：古生界的奧陶系、志留系、石炭系、二疊系，中生界的三疊系、侏羅系，新生界的新、古近系和第四系。其中，古生界石炭系構(gòu)成了中新生代沉積盆地的基底，新生界地層構(gòu)成含煤侏羅系地層的蓋層。

2　層序地層格架

層序地層分析的中心思想在于建立等時地層格架，進行等時地層對比和描述地層疊置樣式，并在等時地層格架中進行沉積環(huán)境、沉積體系和聚煤規(guī)律的研究。

通過對伊犁盆地206口鉆孔的層序地層劃分、沉積環(huán)境分析，5條連井層序地層對比剖面的編制，在綜合研究鉆孔、測井、露頭、巖芯及古生物資料的基礎(chǔ)上，建立了伊犁盆地侏羅系中下統(tǒng)以四級層序為單元的等時層序地層對比格架。其格架特征為每個三級層序頂、底界均具有明顯的鉆、測井識別標志，低位體系域與湖侵體系域的邊界面是首次湖泛面，而湖侵體系域與高位體系域的界面是最大湖泛面。低位體系域一般為三角洲平原、前緣相砂巖、濱淺湖的泥巖和沼澤，湖侵體系域一般由三角洲前緣砂巖、半深湖相的泥巖組成，其泥巖沉積厚度大并且分布廣，構(gòu)成向上變細的退積序列，湖岸線向陸遷移。高位體系域主要為三角洲、濱淺湖－半深湖的泥巖及沼澤沉積，具有典型的加積特點。三級層序內(nèi)部構(gòu)型上表現(xiàn)出明顯的沉積韻律特點，自下而上沉積物沉積粒度由粗變細再變粗，對應的沉積水體深度由淺變深再變淺，形成沉積厚度為1000m左右的三級層序。

3　成煤環(huán)境與沉積特征

從中、下侏羅統(tǒng)地層中所獲得的動、植物化石和孢粉資料分析，早侏羅世，伊犁盆地氣候溫暖潮濕，以蕨類植物為主的植物群落和少量淡水生物構(gòu)成煤的原始材料。由于古地理環(huán)境適宜，盆地持續(xù)緩慢下降與植物殘骸的堆積保持均衡，堆積了比較豐富的泥炭層。早侏羅世晚期，伊犁盆地沉積由河流相向湖泊相演化。此時，伊犁盆地湖水較深，僅局部地段有薄煤聚集。中侏羅世早期，盆地出現(xiàn)大面積的泥炭沼澤，盆地沉降與泥炭堆積速度長期保持均衡，故而沉積了豐富的泥炭堆積。中侏羅晚期，古地理環(huán)境由沼澤，泥炭沼澤向泛濫平原，沖積洪積相轉(zhuǎn)變，干旱氣候相應出現(xiàn)，表明盆地內(nèi)含煤巖系堆積作用基本結(jié)束。

4　沉積環(huán)境演化

水西溝群為一套在溫暖、潮濕氣候條件下形成的以湖泊、河流一沼澤相為主的含煤碎屑巖建造。它與下伏地層呈角度不整合接觸，與上覆地層為平行不整合和微角度不整合接觸。

4.1SQ1層序（八道灣組）

低位時期，全區(qū)分布有南北兩個湖盆，其伊寧煤田、新源-鞏留煤田、尼勒克煤田區(qū)為一廣泛分布的連續(xù)湖盆沉積，沉積中心位于伊寧煤田西北緣。南部湖盆沉積中心位于特克斯縣南端，兩湖盆被察布查爾山及東端的泛濫平原所分割；北部湖盆主要物源區(qū)為科古琴山由北向南的物源和察布查爾山由南向北的物源形成的的兩個沖積扇，礫石含量和粒徑均有變小的趨勢，礫石的磨圓度和分選性均較差，表明結(jié)構(gòu)成熟度較低（見圖1）。

湖侵時期，湖水面積增大，南北兩湖盆連接為一個湖，相應泛濫平原面積也增大，沼澤面積減小，沉積區(qū)有所擴大，具有向阿吾拉勒山隆起與察布查爾山地層上超的趨勢。鞏留縣沉積區(qū)的沉積中心向西向南擴大，鞏留縣處于半深湖環(huán)境，察布查爾縣南部分布有三角洲。

高位時期，南北兩湖盆仍連為一體，整個沉積區(qū)連在了一起，大范圍覆蓋了阿吾拉勒山隆起。

4.2SQ2層序（三工河組）

三工河時期，由于后期地質(zhì)構(gòu)造運動，整個伊犁盆地的沉積作用減弱。

低位時期，察布查爾縣西北與霍城縣西部之間分布為深湖-半深湖相，霍城北東端為泛濫平原相沉積，尼勒克縣與鞏留縣之間分布為深湖-半深湖相，其中尼勒克西端為三角洲前緣相，東端為泛濫平原。新源-鞏留西段以三角洲前緣相為主，中段為深湖-半深湖，東段以泛濫平原為主，含少量三角洲前緣（圖2）。

湖侵時期，湖相面積增大，霍城縣、尼勒克縣處分布為深湖-半深湖，泛濫平原較低位時期擴大，沼澤相應減小，僅在察布查爾山兩側(cè)發(fā)育有少量三角洲前緣，科古琴山南麓主要以沖積扇為主，物源方向未變。

高位時期，湖相面積減小，三角洲面積增大，相應泛濫平原面積減小，沼澤面積增大。察布查爾縣、尼勒克縣處分布為三角洲前緣，霍城縣、伊寧市處分布為濱淺湖及三角洲，昭蘇勘查區(qū)中段為主要泥炭沼澤。

圖2　伊犁盆地三工河組湖侵體系域沉積相圖

4.3SQ3層序（西山窯組）

低位時期，在尼勒克縣、昭蘇縣、霍城清水河處分布深湖-半深湖，霍城縣、鞏留縣處分布濱淺湖，伊寧縣北處分布沼澤及三角洲和三角洲前緣，新源-鞏留最西端發(fā)育有沖積扇，東端為三角洲及三角洲前緣沉積，物源來自北部的科古琴-博羅科努隆起（見圖3）。

圖3　伊犁盆地西山窯組高位體系域沉積相圖

湖侵時期，沉積中心由尼勒克縣、察布查爾縣分別擴張到鞏留縣、伊寧縣，濱淺湖和半深湖-深湖相沉積面積均有所增大，兩塊湖相的濱淺湖區(qū)已連接在一起。沼澤較低位時期均有所后退，物源方向大體未變。

高位時期，隨著湖相的減小，沉積區(qū)也有所減少，東部鞏留縣、尼勒克縣處深湖-半深湖。西部湖相未有較大變化，察布查爾縣、伊寧縣處依舊為深湖--半深湖。昭蘇勘查區(qū)北緣中段主要發(fā)育含煤沼澤。

5　聚煤規(guī)律

5.1層序構(gòu)型與厚煤層的分布

泥碳的聚集主要受構(gòu)造沉降、潛水面變化、氣候、陸源碎屑物供給以及氧化還原條件的綜合影響。泥炭的堆積在很大程度上取決于保存條件，在諸多因素中，缺氧條件是主要的，在相對高的穩(wěn)定抬升的水面，有效地減少了氧的供給，可能發(fā)育分布較廣、厚度較大的煤層。

（1）低位期聚煤

在低位體系域發(fā)育早中時期，湖平面較大幅度下降，可容空間減小，可容空間增長速率明顯小于有機質(zhì)聚集速率，潛水面下降，加上地形坡度較大，大面積的侵蝕和沖積河道對沉積物進行改造，泥炭不能堆積，僅在局部低洼地帶可能有孤立的、相對薄的、已氧化的泥炭堆積。所以難以形成厚層泥碳堆積（見圖4、圖5）。

（2）湖侵期聚煤

湖侵體系域形成于湖平面快速上升、陸源碎屑供給不斷減少、可容空間增長速率明顯大于有機質(zhì)堆積速率時，可容空間的增長速度超過泥炭的形成速度，那么泥炭沉降就會被碎屑物質(zhì)、湖水或海水所淹沒，則難以形成厚煤層，連續(xù)的泥炭分布不常見，故伊犁盆地侏羅系湖侵域煤層不發(fā)育（見圖6、圖7）。

（3）高位期聚煤

高位體系域形成于湖平面相對穩(wěn)定和開始下降時期，此時可容空間仍較大，并且較豐富的物源隨三角洲不斷向前遷移而發(fā)生沉積，在較快的基底沉降作用下，三角洲平原向湖盆中央方向擴大，可形成厚度較大、分布范圍較廣的三角洲平原成因的煤層。研究區(qū)侏羅系厚煤層發(fā)育時期，基底沉降速率約為80mm/ka，基本與泥碳堆積速率一致，故在高位體系域形成了穩(wěn)定分布的厚煤層。

6　結(jié)論

通過對伊犁盆地侏羅系層序地層及煤層展布的研究得出以下結(jié)論：

（1）伊犁盆地侏羅系含煤地層主要為八道灣組和西山窯組，沉積環(huán)境為湖泊-三角洲沼澤和三角洲體系。早侏羅世八道灣組的聚煤作用在盆地南部主要發(fā)生在霍魯斯太以東，章吉斯臺以西一帶，在盆地北部主要發(fā)生在皮里青一帶，聚煤環(huán)境為三角洲沼澤。中侏羅世西山窯組的聚煤作用在盆地北部主要發(fā)生在喀山奇至皮里青一帶與干溝--界梁子一帶，南部除居里索河一帶含煤差，其東西兩側(cè)含煤性較好。

（2）八道灣組煤層在盆地北緣具有東厚西薄的分布特點。東部從東往西皮里青一帶，含煤8層，其中兩層為巨厚煤層，一層位于八道灣底部，厚36.37米，一層位于八道灣頂部，厚19.13米，其余均為中厚煤層至薄煤層。煤層總厚68.22米含煤系數(shù)20%。南緣煤組合不如北緣。

（3）西山窯組煤層在盆地北緣分布比較集中，沿走向含煤層數(shù)和厚度均有差異。由東往西，喀山奇至皮里青一帶含煤層數(shù)多且穩(wěn)定，屬厚-中厚煤層，聚煤作用較好，干溝-界梁子一帶，以厚-中厚煤層為主，煤層發(fā)育較好。

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P618.11；P512.2

A

1003-5168（2015）11-049-03

張偉（1981-），男，本科學歷，工程師，從事煤田地質(zhì)及煤層氣地質(zhì)的研究和勘查、開發(fā)工作。