伊敏凹陷早白堊世含煤巖系層序地層與聚煤模式

史鳴劍，邵龍義，王 帥，張?jiān)弃Q，孫 斌，樊金云

(1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與測繪工程學(xué)院,北京 100083; 2.中國石油勘探開發(fā)研究院 廊坊分院,河北 廊坊 065007; 3.內(nèi)蒙古自治區(qū)煤田地質(zhì)局109勘探隊(duì)，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021008)

海拉爾盆地群是當(dāng)下油氣、煤炭資源勘探開發(fā)的熱點(diǎn)地區(qū)[1-5]。前人對海拉爾盆地早白堊世沉積環(huán)境、聚煤特征及聚煤模式等進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)海拉爾盆地有豐富的煤炭資源，主要賦存于盆地東北部，西南部則以油氣賦存為主[1-6]。很多學(xué)者對海拉爾盆地西部油氣系統(tǒng)進(jìn)行了豐富的調(diào)查，在伊敏組和大磨拐河組層段中識別了3個(gè)反射層，根據(jù)地震特征將伊敏組和大磨拐河組分別劃分為2段;根據(jù)巖性特征將伊敏組劃分為3段，將大磨拐河組劃分為兩段[7-9]。近10年，許多學(xué)者對海拉爾盆地白堊系的古生物進(jìn)行研究，為海拉爾盆地的沉積演化歷史提供了更多證據(jù)[10-12]。同時(shí)很多學(xué)者對伊敏煤田、伊敏五牧場煤田的煤質(zhì)特征進(jìn)行了詳細(xì)的分析[13-14]。隨著煤層氣成為研究熱點(diǎn)，海拉爾盆地東部富煤區(qū)的煤層氣勘探工作又成為新的工作重點(diǎn)[15-17]。伊敏凹陷含煤沉積先后進(jìn)行了研究[1,6,16,18]，而對伊敏凹陷早白堊世層序地層格架下聚煤模式，聚煤作用主控因素等問題沒有進(jìn)行討論，伊敏凹陷深部大磨拐河組煤層分布尚不明確。

筆者依據(jù)伊敏凹陷早白堊世鉆孔、測井等資料，分析煤系地層沉積相，基于層序地層格架下的古地理分布，在此基礎(chǔ)上總結(jié)區(qū)內(nèi)的煤層聚集規(guī)律。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

海拉爾盆地群位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東部，向南延伸至外蒙古國境內(nèi)的塔姆察格盆地群[19]。海拉爾盆地的基底為海西褶皺，屬中新生代斷陷型盆地，具有多旋回疊合式的構(gòu)造演化特征[20]，位于中朝板塊與西伯利亞板塊的縫合線上。自燕山運(yùn)動中期，海拉爾地區(qū)發(fā)生大規(guī)模火山運(yùn)動，形成了以火山碎屑巖為主的興安嶺群。此后，海拉爾盆地開始接受白堊系沉積。受燕山運(yùn)動影響，海拉爾盆地各凹陷差異沉降，至早白堊世末期運(yùn)動影響結(jié)束。盆地因此分為“三坳兩隆”5個(gè)構(gòu)造單元，由西向東依次為扎賚諾爾坳陷、嵯崗隆起、貝爾湖坳陷、巴彥山隆起和呼和湖坳陷[18-21]。

伊敏盆地即位于海拉爾東部呼和湖坳陷的次一級負(fù)向構(gòu)造單元(圖1)，總面積為1 180 km2。被大興安嶺隆起和巴彥山隆起所限，形成近西南—東北向展布的鏟狀斷陷，凹陷西南部為呼和湖坳陷中的錫林貝爾次級隆起[6,20]。

圖1 伊敏盆地地理位置及鉆孔分布

伊敏凹陷西北、東南兩側(cè)發(fā)育主控?cái)鄬覽1,18,20]，西南側(cè)發(fā)育次要斷層，從沉積體厚度可以推測凹陷的沉降中心位于凹陷西南部。伊敏凹陷下白堊統(tǒng)自下而上劃分為銅缽廟組、南屯組、大磨拐河組以及伊敏組(圖2)，分別對應(yīng)盆地的初始拉張階段、盆地?cái)嘞莩跗诳焖俪两惦A段、盆地?cái)嘞葜衅诜€(wěn)定拉張階段、盆地?cái)嘞萃砥诔涮钗s階段[21-22]，其中伊敏組與大磨拐河組為主要含煤地層[3,5,23]。

圖2 伊敏凹陷地層及特征剖面與凹陷含煤層位巖相示意

2 研究方法

在了解伊敏凹陷構(gòu)造演化的基礎(chǔ)上，運(yùn)用沉積學(xué)和層序地層學(xué)理論，對鉆孔、測井資料進(jìn)行分析。首先從典型鉆孔入手，總結(jié)鉆孔數(shù)據(jù)中不同的巖相特征和其對應(yīng)的沉積相特征;隨后通過鉆孔對比識別層序界面及體系域界面，建立含煤巖系層序地層格架。再利用不同層序的地層厚度、煤層厚度及砂泥比進(jìn)行單因素分析，綜合以上單因素分析的結(jié)果，對各層序進(jìn)行多因素綜合對比作圖，以此還原古環(huán)境。最后，結(jié)合凹陷構(gòu)造背景對凹陷早白堊世含煤巖系沉積演化、聚煤模式進(jìn)行探討。

3 伊敏凹陷巖相特征及沉積解釋

3.1 伊敏凹陷巖相類型

伊敏凹陷早白堊世含煤巖系地層由礫巖、砂巖、粉砂巖、泥巖、和煤組成。結(jié)合各類巖石的顏色、成分、發(fā)育的沉積構(gòu)造及古生物特征，將這些巖石劃分出11種巖相類型。其中礫巖包括顆粒支撐礫巖和雜基支撐礫巖;砂巖包括平行層理砂巖、交錯層理砂巖;粉砂巖包括沙紋層理泥質(zhì)粉砂巖、水平層理粉砂巖;泥巖包括沙紋層理粉砂質(zhì)泥巖、生物擾動構(gòu)造泥巖、炭質(zhì)泥巖、塊狀層理泥巖;再加上有機(jī)巖:煤(表1)。在鉆孔中識別出5種主要巖相組合，分述如下。

3.2 伊敏凹陷巖相類型

3.2.1巖相組合A

巖石組合A包括Cg,Cm,Sp，主要出現(xiàn)在伊敏組上段，位于盆地的邊緣。組合底部為顆粒支撐礫巖，礫巖中間雜著厚層雜基支撐的礫巖層頂部出現(xiàn)交錯層理砂巖，這種組合反復(fù)出現(xiàn)，界限不明顯。礫石磨圓度差，以火山巖碎屑為主，粒度從4～20 cm不等，分選極差，雜亂堆積，無層理。測井曲線表現(xiàn)為箱型或鐘形，底部為測井曲線較平滑，中間為巨厚層的測井曲線波動較多，到巖相組合頂部電阻率降低。巖相組合富含A泥質(zhì)、礫石，出現(xiàn)在盆地邊緣。這種厚層的雜基支撐的礫巖，分選極差，可識別為泥石流沉積，確定巖性組合A為沖積扇沉積體系(圖3)。

3.2.2巖相組合B

巖相組合B包含Cg,Sp,Sl,Sih,Mw,Mm,C，在伊敏組和大磨拐河組都有出現(xiàn)。底部顆粒支撐礫巖，上為交錯層理或平行層理厚層砂巖，砂巖分選磨圓相對較好;組合上部沙紋層理的粉砂巖與泥巖互層，組合頂部為泥炭層或泥巖層。巖相組合B在伊敏凹陷中厚度較厚，測井曲線主要表現(xiàn)為底部鐘形-頂部箱型。砂巖礫巖層的厚度占巖相組合中碎屑巖的一半左右，粉砂巖層與泥巖層相對較薄甚至不發(fā)育。這種巖相組合在伊敏組較為常見。

巖相組合B符合河流相的識別標(biāo)志，具有下粗上細(xì)的二元結(jié)構(gòu)，底部常見沖刷面，測井曲線多為鐘形，整體上為向上變細(xì)序列，砂體厚度相對其他沉積相較厚，顆粒分選較好。二元結(jié)構(gòu)中以底部粗顆粒為主與辮狀河河道對應(yīng)，頂部細(xì)顆粒沉積則與河漫灘對應(yīng)，組合上部的煤層對應(yīng)河漫灘上的泥炭沼澤，據(jù)此將巖相組合B識別為辮狀河沉積體系(圖4)。

表1 伊敏凹陷下白堊統(tǒng)含煤巖系主要巖相類型

Table 1 Main lithofacies identified in the Lower Cretaceous of Yimin Sag

巖相編號巖相名稱巖石特征沉積構(gòu)造巖性組合環(huán)境解釋Cg顆粒支撐礫巖灰白色,分選較好,磨圓中等,顆粒支撐塊狀構(gòu)造或平行層理,伴隨沖刷面A,B,C,D河床分流河道Cm雜基支撐礫巖深灰色,分選差,磨圓較差,雜基支撐無層理A泥石流St平行層理砂巖厚層,灰色—淺灰色或雜色,分選中等,磨圓中等平行層理,或伴隨沖刷面C,D分流河道Sp交錯層理砂巖灰色—淺灰色,分選中等,磨圓中等中細(xì)層,板狀/槽狀交錯層理A,B片泛沉積心灘Sl沙紋層理泥質(zhì)粉砂巖灰白色,分選差,薄層,富炭屑及植物碎屑沙紋層理或大型交錯層理B,C,D,E濱湖砂壩分流間灣Sih水平層理泥質(zhì)粉砂巖灰白色—灰色,薄層,分選較好水平層理B,C,D分流間灣泛濫平原Sir薄層泥巖粉砂巖互層灰白色,薄層,分選較好粉砂層具沙紋層理與泥巖薄層互層B天然堤Mw生物擾動構(gòu)造泥巖灰色,中厚層,富炭屑及植物化石無層理或可見波紋,生物擾動構(gòu)造B,C,D泛濫平原分流間灣Mm炭質(zhì)泥巖深灰色,污手,富植物碎屑無層理B,C,D沼澤Mh泥巖深灰色,中厚層塊狀層理E半深湖—深湖C煤黑色塊狀層理B,C,D泥炭沼澤

圖3 伊敏凹陷早白堊世沖積扇沉積特征

圖4 伊敏凹陷早白堊世辮狀河沉積特征

3.2.3巖相組合C

巖相組合C 包括Cg,St,Sl,Sih,Mw,Mm,C，出現(xiàn)于伊敏組。巖相組合多以底部的或薄層夾生物擾動構(gòu)造泥巖與炭質(zhì)泥巖沉積，向上為泥質(zhì)粉砂質(zhì)偏多的薄層波狀層理或水平層理粉砂巖，組合頂部為中薄層平行層理砂巖，整體向上變粗，在組合以上發(fā)育中厚層煤層或開始另一段該巖相組合。頂部砂礫巖較厚，多為雜色礫巖，礫徑在0.4～5 cm不等，礫石成分有花崗巖與部分灰綠色粉砂巖，分選相對較差。自然伽馬曲線為低中幅齒狀曲線，視電阻曲線則為高阻齒狀，主要出現(xiàn)在伊敏組下段。

巖相組合C主要的特征為中厚層礫巖—砂巖—粉砂巖—煤層的旋回交替，與巖相組合A直接接觸。其顆粒相對于巖相組合B,D更粗，層理較于巖相組合A更為發(fā)育，巨厚層礫巖直接與巨厚層煤層直接接觸。據(jù)此將巖相組合C識別為扇三角洲沉積體系(圖5)。

3.2.4巖相組合D

巖相組合D包括St,Sl,Sih,Mw,Mm,C，在伊敏組與大磨拐河組均出現(xiàn)(圖6)。較巖相組合C來說，巖相組合D的巖性界限更加明顯，層理和分選更好，巖石組合顏色也變?yōu)榛揖G色與灰色，粒度更細(xì)，以中薄層砂巖與粉砂巖為主。巖石組合以底部泥巖或沙紋層理泥質(zhì)粉砂巖中厚層，這種組合交替出現(xiàn)。巖相組合D頂部自然伽馬曲線表現(xiàn)為中高幅齒化的漏斗和鐘形疊合曲線，視電阻曲線則表現(xiàn)為鐘形，煤或炭質(zhì)泥巖層則為高幅鋸齒形。巖相組合D的主要特征是交錯層理砂巖-粉砂巖-煤層-泥巖的薄層旋回，不同于巖相組合C的是其粗顆粒沉積物與泥巖直接接觸，反映了相對于C變化較平緩的沉積環(huán)境。故識別巖相組合D為辮狀河三角洲沉積體系。

圖6 伊敏凹陷早白堊世辮狀河三角洲沉積特征

3.2.5巖相組合E

巖相組合E包含Sl,Siw,Mh，主要出現(xiàn)在大磨拐河組上段，多位于凹陷西南部(圖7)。以巨厚層泥巖為典型特征，以灰色純泥巖為主，泥巖段或夾中薄層無層理砂巖。自然伽馬曲線表現(xiàn)為中低幅的鋸齒狀曲線，而視電阻相對較穩(wěn)定為低幅平直型，遇到砂巖薄層反應(yīng)為正幅的齒狀突起。泥巖段兩端發(fā)育薄層粉砂巖與泥巖互層，發(fā)育沙紋層理，在測井曲線上表示微齒化的漏斗-鐘形組合。巖相組合E的純泥巖，層理幾乎不發(fā)育，反映了當(dāng)時(shí)平穩(wěn)的沉積環(huán)境，水體較深。故將該巖相組合識別為湖泊沉積體系。

圖7 伊敏凹陷早白堊世湖泊沉積特征

4 層序地層分析

在伊敏凹陷早白堊世含煤巖系層序地層格架的建立中，層序、層序界面、體系域的概念均采用 “Vail”學(xué)派的觀點(diǎn)[24-26]，并對關(guān)鍵層序地層界面進(jìn)行識別。

4.1 層序界面及體系域界面識別

4.1.1層序界面識別

(1)區(qū)域不整合面。該界面代表沉積的間斷，往往出現(xiàn)巖性的突變，表現(xiàn)為凹陷基底及沉積蓋層的不整合。伊敏凹陷早白堊世沉積之上沉積了2～50 m不等的第四系礫石，與下部早白堊世沉積不整合接觸(圖8)。該不整合面全區(qū)可見。

(2)下切谷沖刷面。砂礫巖體直接覆蓋在基底之上，或發(fā)育在細(xì)粒沉積巖之上，常代表一次區(qū)域侵蝕面，這一侵蝕面代表基準(zhǔn)面下降形成的層序界面。伊敏凹陷中大磨拐河組和伊敏組的邊界常以這種下切谷砂體為特征。

4.1.2體系域界面識別

(1)初始湖泛面。初始湖泛面為湖水首次越過坡折帶形成的界面，表現(xiàn)了沉積范圍的擴(kuò)大和沉積水體的加深。在研究區(qū)表現(xiàn)為中厚層的湖相泥巖或粉砂巖的底界面，界面下發(fā)育下切河道砂礫巖，該界面為初始湖泛面。在河道不發(fā)育的區(qū)域，初始湖泛面與層序界面往往相隔不遠(yuǎn)甚至重疊。初始湖泛面識別為低位體系域和水進(jìn)體系域的界面。

(2)最大湖泛面。當(dāng)湖平面達(dá)到最高，湖面積最大時(shí)，巖性上表現(xiàn)為:該界面之下為一套向上變細(xì)的層序，在巖性上往往最終變?yōu)樵搶游蛔钌畹膸r相組合，其中最細(xì)粒層厚最后的層位底面即可識別為最大湖泛面。最大湖泛面識別為水進(jìn)體系域與高位體系域的界面。

4.1.3建立層序地層格架

前人對相鄰凹陷，及在海拉爾盆地群西部的貝爾凹陷等的研究過程中，均在其伊敏組和大磨拐河組層段從鉆孔巖性、地震反射層上識別了位置相近的界面，均將伊敏組劃分兩個(gè)層序地層段，將大磨拐河組劃分為上下兩段[1-2,18,21-22]。通過2條不同位置的層序地層對比剖面來研究層序地層格架特征(圖9)，識別結(jié)果與伊敏凹陷的層序關(guān)鍵界面的識別結(jié)果相近。故將伊敏凹陷大磨拐河組和伊敏組劃分為4個(gè)3級層序，其中層序Ⅰ，Ⅱ?qū)?yīng)大磨拐河組，層序Ⅲ,Ⅳ對應(yīng)伊敏組。

圖8 伊敏凹陷大磨拐河組和伊敏組沉積相及層序地層柱狀

4.2 層序發(fā)育特征

4.2.1層序Ⅰ特征

縱向上，層序Ⅰ揭露水進(jìn)體系域和高位體系域(圖8(a))。水進(jìn)體系域巖性以砂礫巖、粗砂巖、粉砂巖、泥和部分煤層為主，主要為辮狀河三角洲和湖泊沉積體系。橫向上，層序Ⅰ沉積時(shí)期，凹陷西南緣、西北緣、東北緣主要發(fā)育辮狀河三角洲沉積，過渡至凹陷中心位置轉(zhuǎn)換為濱淺湖相沉積(圖8(a))。在高位體系域，受到斷裂活動性變化影響，相對湖平面開始下降，發(fā)育湖退，高位體系域的沉積相分布與水進(jìn)體系域類似，辮狀河三角洲的范圍則相比更大。

圖9 伊敏凹陷南西—北東向、北西—南東向剖面下白堊統(tǒng)巖性及沉積相對比

4.2.2層序Ⅱ特征

縱向上，層序Ⅱ發(fā)育低位體系域、水進(jìn)體系域和高位體系域。水進(jìn)體系域巖性以粗砂巖、粉砂巖、泥和部分煤層為主，主要為辮狀河三角洲和湖泊相為主。橫向上，凹陷西側(cè)沉降作用較東側(cè)更顯著，相對湖平面變化特征整體上表現(xiàn)為水進(jìn)。低位體系域主要沉積物為含礫砂巖與含砂泥巖等，凹陷邊緣主要發(fā)育辮狀河三角洲沉積，過渡至凹陷中心轉(zhuǎn)換為濱淺湖沉積。水進(jìn)體系域時(shí)期，湖泊范圍逐漸擴(kuò)大，到泥巖中部為最大湖泛面。這一階段的辮狀河三角洲沉積逐漸向凹陷主控?cái)鄬觾蓚?cè)遷移，湖泊面積增大。巖性以辮狀河三角洲平原分流河道砂體和分流間灣塊狀粉砂巖以及辮狀河三角洲前緣的河口壩弱層理粉砂巖及濱淺湖泥巖為主。高位體系域時(shí)期，湖泊范圍達(dá)到最大范圍，凹陷兩側(cè)斷裂的穩(wěn)定擴(kuò)張、凹陷西南側(cè)發(fā)育巨厚的半深湖的純泥巖沉積，還伴隨著同沉積滑塌面以及重力流薄層砂體沉積。高位體系域末期出現(xiàn)少量的辮狀河三角洲平原薄煤層沉積。

4.2.3層序Ⅲ特征

縱向上，層序Ⅲ發(fā)育低位體系域、水進(jìn)體系域及高位體系域。低位體系域巖性主要為塊狀含礫砂巖或砂礫巖。初始湖泛面表現(xiàn)為進(jìn)積的含砂泥巖及含砂粉砂巖的頂界及16-3煤的底界(圖8(b))。湖泊的初始泛濫使得沼澤發(fā)育。最大湖泛面則位于退積的三角洲平原分流間灣粉砂巖及對應(yīng)濱淺湖泥巖和煤層的中間，測井上相應(yīng)為視電阻的極低點(diǎn)附近。水進(jìn)體系域中以扇三角洲、辮狀河三角洲及部分濱淺湖相為主。上部的高位體系域中，沉積體進(jìn)一步向凹陷內(nèi)部變遷，發(fā)育了大量的扇三角洲扇體沉積，主要巖性表現(xiàn)為扇三角洲平原分流河道砂礫巖及分流間灣粉砂巖及泥巖沼澤煤層沉積。

4.2.4層序Ⅳ特征

層序Ⅳ為伊敏凹陷發(fā)展的最終萎縮段，湖泊范圍萎縮，沖積扇體進(jìn)一步向凹陷內(nèi)發(fā)育，形成了多個(gè)進(jìn)積的砂體。在鉆孔中識別出了低位體系域、水進(jìn)體系域于及高位體系域。與層序Ⅲ的層序界面為沉積相序轉(zhuǎn)換面及相對應(yīng)的下切谷不整合面，位于12煤附近。初始湖泛面與最大湖泛面分別位于12煤附近的沖刷面與4煤附近的沉積轉(zhuǎn)換面。層序Ⅳ的低位體系域與水進(jìn)體系域均表現(xiàn)為礫巖-含礫砂巖-煤層的多個(gè)旋回。高位體系域上多為向上變粗的進(jìn)積砂巖體，含少量煤層。

5 各層序聚煤特征與聚煤模式

根據(jù)凹陷鉆孔不同層序的巖石特征分析，綜合各層序構(gòu)造特征，繪制各層序沉積模式圖(圖10)，再根據(jù)鉆孔分析各時(shí)期聚煤特征與聚煤模式如下。

圖10 伊敏凹陷下白堊統(tǒng)沉積模式演化

5.1 層序Ⅰ聚煤特征與聚煤模式

大磨拐河組沉積早期，即凹陷穩(wěn)定擴(kuò)張階段早期，伊敏凹陷以辮狀河三角洲-湖泊沉積相為主(圖10層序I)，泥炭沼澤主要形成于濱湖、辮狀河三角洲平原兩個(gè)單元中。鉆孔揭露煤層10組，其中27,29煤較厚，煤層厚度從5～27 m不等。煤層較薄，煤層主要發(fā)育于凹陷東側(cè)的斷層附近，煤層多夾在粉砂巖與細(xì)砂巖中，并向凹陷中部彎曲，分叉變薄，聚煤中心位于斷層附近的辮狀河三角洲平原中。

5.2 層序II聚煤特征與聚煤模式

大磨拐河組沉積末期，伊敏凹陷以湖泊沉積相為主，凹陷處于穩(wěn)定擴(kuò)張階段晚期，由于湖泊面積持續(xù)擴(kuò)大，植物形成范圍受到限制，泥炭沼澤主要形成于濱湖中。煤層主要集中在凹陷南側(cè)斷層附近，主要出現(xiàn)在辮狀河三角洲環(huán)境中。鉆孔揭露煤層7層，其中25煤較厚，煤層厚度從5～30 m不等(圖11左)。煤層分布極不均勻，與層序I的含煤特征類似，主要發(fā)育于層序Ⅱ的水進(jìn)體系域中。

圖11 伊敏凹陷層序Ⅱ(左)、Ⅲ(右)巖相古地理及煤厚等值線

5.3 層序Ⅲ聚煤特征與聚煤模式

伊敏組沉積早期，凹陷構(gòu)造進(jìn)入斷陷萎縮階段，湖泊大面積淤淺，形成大面積扇三角洲沉積(圖10層序Ⅲ)。隨著伊敏組沉積期盆地中沉積物的不斷充填，受控與控凹斷裂，扇三角洲成為伊敏組時(shí)期主要的成煤環(huán)境。在層序Ⅲ最大湖泛面附近，凹陷內(nèi)最厚單層煤層出現(xiàn)。相對于其他的層序，層序Ⅲ碎屑物源提供穩(wěn)定且相對緩慢，相對穩(wěn)定的構(gòu)造活動又使得煤層穩(wěn)定沉降，從而形成了以扇三角洲平原環(huán)境為主的巨厚煤層沉積。

層序Ⅲ煤層鉆孔總厚度可達(dá)75 m(圖11右)。伊敏組的主要煤層都夾在細(xì)礫巖與粗砂巖中，煤層對比性好，分叉少，厚度穩(wěn)定。伊敏組下段的15,16煤單層平均厚度可達(dá)為20 m，凹陷全區(qū)發(fā)育。

5.4 層序Ⅳ聚煤特征與聚煤模式

伊敏組沉積中后期，凹陷構(gòu)造進(jìn)一步萎縮，此時(shí)伊敏凹陷的湖泊僅部分地區(qū)發(fā)育，扇三角洲和沖積扇向凹陷中心遷移。伊敏組中上段煤層發(fā)育較好，共含煤層11層，單層厚度為1～2 m，相對于層序Ⅲ來說，該層序煤層對比略差，厚度相對較薄。層序Ⅳ的含煤地層以礫巖-粉砂巖-煤層旋回序列為特征，聚煤環(huán)境仍以扇三角洲平原為主。

5.5 伊敏凹陷下白堊統(tǒng)聚煤規(guī)律

伊敏凹陷中煤層普遍存在，但富有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的煤層僅出現(xiàn)在固定層位，反映了不同沉積時(shí)段泥炭堆積的差異性[27-31]。對應(yīng)在層序地層格架中，這種差異源于泥炭的形成與賦存可容空間的變化。

對于伊敏凹陷來說，控制可容空間變化的主要因素是構(gòu)造的變化。前述已及，伊敏凹陷在大磨拐河組和伊敏組沉積時(shí)期，分別對應(yīng)于凹陷構(gòu)造變化的穩(wěn)定擴(kuò)張階段與萎縮階段。對于層序Ⅰ,Ⅱ來說，煤層厚度逐漸減少，聚煤作用變?nèi)?。從同一層序不同體系域煤層分布來看，煤層主要發(fā)育于水進(jìn)體西域和高位體系域，在地位體系域發(fā)育較差。而對于層序Ⅲ,Ⅳ來說，煤層整體要明顯厚于層序Ⅰ,Ⅱ，但層序Ⅲ較于層序Ⅳ煤層厚度也逐漸減少，聚煤作用變?nèi)酢有颌筘S富的陸源碎屑經(jīng)常使沉積處于補(bǔ)償或過補(bǔ)償狀態(tài)，所以只有在凹陷沉積速率適宜時(shí)，厚煤層才能形成于最大湖泛面附近。反觀層序Ⅰ,Ⅱ，沉降速率過大，使得在凹陷中心出現(xiàn)巨厚的湖湘沉積，煤層在凹陷邊緣即使存在，也較薄且不連續(xù)。

6 討 論

6.1 陸相斷陷盆地泥炭堆積與層序的響應(yīng)

BOHACS,SUTER及HOLZ等學(xué)者認(rèn)為地層中的煤層厚度取決于可容空間增長速率與泥炭聚集速率之間的相對平衡狀態(tài)[32-33]。據(jù)此，BOHACS提出了一個(gè)煤層幾何形態(tài)和厚度預(yù)測模型。在這個(gè)模型中，泥炭空間形態(tài)的變化是可容空間變化速率的函數(shù)。BOHACS認(rèn)為中等厚且分布廣的煤位于低位體系域頂部，薄且不連續(xù)的煤分布于海侵體系域，中等厚且分離的煤形成于高位體系域的底部[33]。該模型對其研究的海相層序地層有一定指導(dǎo)意義。隨著陸相層序地層學(xué)的發(fā)展，有學(xué)者重新建立了該模型[28,34]。相對于Bohacs的模型，這個(gè)模型明確指出了三分法的體系域界面位置，與相對應(yīng)的泥炭堆積形態(tài)。

利用預(yù)測模型的原理，對伊敏凹陷層序三的12～17號煤層厚度和展布特征進(jìn)行分析。研究區(qū)鉆孔資料中，完整包含層序三的鉆孔有29孔，對這29個(gè)孔中的各煤層特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(圖12)。

前述已及，15煤與16煤之間的泥巖巨厚層，在巖性上表現(xiàn)為層序Ⅲ的最細(xì)顆粒沉積段，在測井曲線上表現(xiàn)為視電阻最小值與人工伽馬的穩(wěn)定高值，故識別為層序Ⅲ的最大湖泛點(diǎn)，識別為擴(kuò)張?bào)w系域和高位體系域的界面。層序頂界面為12煤上的巨厚層礫巖，該礫巖層沖刷12煤，在多鉆孔中為可識別河道下切谷。層序底界面為17煤下部的伊敏組—大磨拐河組沖刷面，為中厚層砂巖—巨厚層泥巖的典型沖刷面。對該層序進(jìn)行基準(zhǔn)面變化與基準(zhǔn)面變化速率控制下的泥炭堆積形態(tài)進(jìn)行分析。

顯然，伊敏凹陷層序Ⅲ沉積中，擴(kuò)張?bào)w系域和高位體系域的中部15上煤與16煤厚度大，且連續(xù)性極好;在低位體系域和高位體系域末部，12煤、13煤、17煤、厚度薄，連續(xù)性極差;在高位體系域初期與后期的15下煤和14煤厚度中等，連續(xù)性較好。伊敏凹陷層序Ⅲ與BOHACS提出的泥炭堆積模式有所差別，與后期學(xué)者改進(jìn)的模型特征依舊有區(qū)別。整體來說，厚煤層出現(xiàn)在最大湖泛面前后。而層序邊界附近，煤層較薄，連續(xù)性較差;厚煤層分布于最大湖泛面的兩側(cè)(圖13)。

在海相盆地中，淡化泥炭堆積時(shí)氣候和植被因素，泥炭堆積可看作可容空間的變化速率的函數(shù)。但中生代陸相斷陷盆地中，構(gòu)造因素對沉積物堆積的影響十分顯著，導(dǎo)致各次級盆地之間沉積序列難以對比[35-36]。

6.2 研究區(qū)煤及煤層氣勘探方向

通過綜合分析研究區(qū)層序格架下的古地理、層序地層和聚煤作用，可以得出:

層序Ⅲ時(shí)期，伊敏凹陷南部煤層厚度可觀，是凹陷當(dāng)時(shí)的聚煤中心;受到后期構(gòu)造活動影響，伊敏組煤層抬升，部分出露地表，利于煤炭的直接開采，凹陷南部的伊敏煤田露天開采已經(jīng)相當(dāng)深入。由于煤層的埋深較淺，伊敏組的煤層氣難以保存。

根據(jù)研究可以推測，層序Ⅱ和層序Ⅰ形成的煤層依舊很可觀。由地層對比可知，凹陷東緣大磨拐河組煤層單層1～3 m，厚度適中，埋藏600～1 000 m。參考古地理圖可知，凹陷東緣作為伊敏凹陷的緩坡，在層序Ⅰ，Ⅱ時(shí)期主要發(fā)育辮狀河三角洲和河流沉積，煤層厚度適中且連續(xù)性較好。且被層序Ⅰ高位體系域的巨厚的泥巖段所封蓋，有利于煤層氣的保存。且層序Ⅰ時(shí)期形成的煤層，頂板多為粗碎屑巖層，碎屑巖上有湖相的巨厚層泥巖封蓋，有利于大磨拐河組煤層氣的保存和封蓋。故伊敏凹陷東緣為下一步煤系氣的適宜勘探區(qū)域。

圖13 層序格架下基準(zhǔn)面變化速率的泥炭形態(tài)響應(yīng)

7 結(jié) 論

(1)據(jù)古地理研究，大磨拐河組的凹陷穩(wěn)定擴(kuò)張期主要發(fā)育湖泊、辮狀河三角洲沉積;伊敏組構(gòu)造萎縮，湖泊淤淺，主要發(fā)育扇三角洲，沖積扇沉積，煤層主要發(fā)育于辮狀河河漫中的泥炭沼澤環(huán)境。凹陷整體上，垂向上自下而上呈辮狀河三角洲—湖泊—扇三角洲的沉積演化過程，物源來自于西北、東南兩個(gè)主控?cái)鄬印?/p>

(2)據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)的分析和對比，依據(jù)識別出的區(qū)域不整合面與河道下切谷沖刷面，將伊敏凹陷下白堊統(tǒng)含煤地層大磨拐河組和伊敏組分別劃分為兩個(gè)三級層序?；謴?fù)了各層序研究區(qū)沉積模式特征，研究區(qū)厚煤層主要形成于層序Ⅲ沉積時(shí)期的凹陷北部與凹陷西南部，受構(gòu)造沉降影響，在凹陷南部中心厚度最大。

(3)討論了伊敏凹陷泥炭堆積對層序地層格架的響應(yīng)關(guān)系，伊敏凹陷伊敏組厚煤層相對于最大湖泛面呈對稱分布，分別位于高位體系域早期和擴(kuò)張?bào)w系域中期，煤層厚且連續(xù)，其余煤層的連續(xù)性及厚度均不及前者。

(4)根據(jù)鉆孔對比圖和等值線圖的結(jié)果，可以推測大磨拐河組在伊敏凹陷東緣有較厚的煤層，埋深600～1 000 m，煤層厚度中等，有良好的儲層和封蓋，是凹陷煤層氣乃至煤系氣的下一步勘探方向。