冀西北宣東礦區(qū)煤系基底地層厘定及其地質(zhì)意義

張樹勝，謝明忠，任建帥，周建飛，張新博

(1.河北省煤田地質(zhì)局第四地質(zhì)隊，河北宣化 075100；2.河北省煤田地質(zhì)局環(huán)境地質(zhì)調(diào)查院，石家莊 050085)

隨著國家對清潔能源的勘查和利用重視程度的不斷提高，下馬嶺組頁巖的生烴潛力和頁巖氣前景引起人們的關(guān)注[1-3]。包括張礦集團宣東一井、宣東二礦及宣三井田在內(nèi)的宣東礦區(qū)，面積近百平方千米，位于宣化—下花園煤田西部(宣化城區(qū)東南部近郊)(圖1)，其下花園組煤系基底地層主要為下馬嶺組頁巖，自然成為關(guān)注的焦點之一[4-5]。在歷年的勘查工作中，施工的鉆孔一般是在揭穿煤系后，揭露基底地層10m左右即終孔。由于勘查目的任務(wù)的局限等原因，當(dāng)時只是將揭露的煤系基底地層籠統(tǒng)地確定為下馬嶺組[6-9]，未進一步詳細劃分，為對該區(qū)域頁巖氣資源條件評價和勘查帶來了困難。

圖1 研究區(qū)位置Figure 1 Study area position

近年，相關(guān)單位在區(qū)內(nèi)施工了頁巖氣參數(shù)井ZY1井[10]，筆者收集相關(guān)資料，并結(jié)合鄰區(qū)趙家山村下馬嶺組剖面，對區(qū)內(nèi)鉆孔揭露的煤系基底地層層位進行厘定，對于該區(qū)乃至宣化-下花園地區(qū)下馬嶺組頁巖氣資源條件評價和勘查工作具有重要的現(xiàn)實意義。

1 ZY1井下馬嶺組地層層序

ZY1井位于宣三井田內(nèi)，井深1 512.24m，揭露下馬嶺組厚度為216m(不含4層總厚度29.84m的流紋斑巖)，下侏羅統(tǒng)南大嶺組不整合其上，下伏薊縣系鐵嶺組白云巖(圖2，圖3)[10]。地層層序如下：

圖2 宣東地區(qū)ZY1井與趙家山剖面下馬嶺組對比(趙家山剖面據(jù)文獻[16]修改)Figure 2 Contrast between Xiamaling Formation in well ZY1and on Zhaojiashan section in Xuandong mining area(Zhaojiashan section data after reference [16], modified)

上覆地層：下侏羅統(tǒng) 南大嶺組凝灰?guī)r

～～～～不整合～～～～

19.紫紅色泥巖，以紫紅色為主，夾綠色條帶，呈互層狀，頁理發(fā)育，斷口平坦。

16.30m

18.綠色細砂巖，夾紫紅色、綠色頁巖、泥質(zhì)粉砂巖薄層和條帶，并顯示出水平紋層。細砂巖

碎屑成分以石英、長石為主，少量巖屑和海綠石，硅質(zhì)膠結(jié)，較堅硬。

4.66m

17.紫紅色泥巖，夾少量綠色條帶，具有水平紋層，頁理部發(fā)育。裂隙較發(fā)育。

2.76m

16.淺灰色流紋斑巖，帶綠色調(diào)，頂?shù)撞款伾^深，呈深灰綠色。斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶主要為長石

和石英，φ1～3mm。致密塊狀。裂隙較發(fā)育，巖心破碎。

3.28m

15.紫紅色泥巖，層理不發(fā)育，塊狀。裂隙較發(fā)育，部分有方解石充填。

2.07m

14.灰綠色細砂巖，成分以石英、長石為主，并含有少量海綠石，硅質(zhì)膠結(jié)，堅硬致密，厚層塊

狀，見有平行層理。

11.65m

13.紫紅色泥巖，夾綠色條帶，具有水平紋層，頁理不發(fā)育。與下層明顯接觸。

7.27m

12.灰綠色細砂巖，巖性較細，近粉砂巖，因夾較多的泥質(zhì)粉砂巖、泥巖薄層和條帶，易碎成

薄片狀，斷口平坦。

10.30m

11.淺灰色流紋斑巖，帶綠色調(diào)，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，厚層塊狀，致密堅硬。斑晶主要由石

英和長石組成，φ1～3mm。頂、底部各有0.2m顏色較深，呈深灰綠色。

11.55m

10.灰綠色頁巖，夾灰色，并夾較多細砂巖條帶，頁理較發(fā)育，巖心斷口平坦。

17.61m

9.淺灰色流紋斑巖，微帶綠色，頂?shù)撞扛饔?.2m為深灰綠色。斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，斑晶

成分主要為石英和長石，φ1～3mm。厚層塊狀，致密堅硬。

7.01m

8.灰色泥質(zhì)粉砂巖，頁理較發(fā)育。

8.00m

(以下無心鉆進，據(jù)巖屑錄井資料并綜合區(qū)域資料)

7.淺灰色流紋斑巖，微帶綠色，斑狀結(jié)構(gòu)。

8.00m

6.深灰色粉砂質(zhì)泥巖，頁理較發(fā)育，夾粉砂巖、細砂巖條帶。

8.00m

5.深灰色泥質(zhì)粉砂巖，水平紋層較發(fā)育，斷口平坦。

20.00m

4.深灰色粉砂質(zhì)泥巖，頁理較發(fā)育，巖心斷口平坦。

20.00m

3.灰色泥質(zhì)粉砂巖，水平紋層較發(fā)育。

8.00m

2.灰色粉砂質(zhì)泥巖，頁理較發(fā)育，易裂成片狀。

14.00m

1.深灰色泥質(zhì)粉砂巖，下部夾綠灰色薄層和條帶，并夾細砂巖和頁巖薄層。底部約5m含鐵質(zhì)。

36.00m

- - - -平行不整合- - - -

下伏地層：薊縣系 鐵嶺組白云巖

2 宣東礦區(qū)煤系基底地層層位厘定

2.1 ZY1井下馬嶺組層位

杜汝霖等[11]報道的河北懷來縣趙家山村下馬嶺組剖面厚約530 m，層序完整，厚度較大，上下限清楚，分段標志明顯，被視為本組的標準剖面或參考剖面[12-15]。根據(jù)巖性組合特征，趙家山下馬嶺組自下而上分為4個巖性段，一段為雜色富鐵砂頁巖段，厚度約100m，巖性主要為灰綠、黃綠、灰色頁巖夾粉砂巖、含鐵細砂巖。二段為紅綠色頁巖段，厚度約60m，下部為暗綠色海綠石砂巖、粉砂巖，中部為鮮綠色與紫紅色頁巖互層，夾泥灰?guī)r透鏡體，上部以鮮綠色頁巖為主。三段為黑色頁巖段，厚度約280m，以黑色、灰黑色頁巖為主，夾10層沉凝灰?guī)r(斑脫巖)薄層，底部有板狀硅質(zhì)巖。四段為頁巖夾泥灰?guī)r段，厚度約100m，以灰色和灰綠色頁巖為主，夾砂巖、鈣質(zhì)泥巖薄層或泥灰?guī)r透鏡體(圖2，圖3)。

ZY1井位于趙家山剖面位置西北方向16km。與趙家山標準剖面[16]對比，ZY1井揭露的下馬嶺組下部的1～11層，顏色以灰色為主，夾有少量灰綠色，巖性主要為粉砂質(zhì)頁巖和泥質(zhì)粉砂巖，夾細砂巖薄層和流紋斑巖3層，減去流紋斑巖后的地層厚度為128.33m，其層位應(yīng)當(dāng)屬于一段。12～19層厚度為55.01m(不包括3.28m的流紋斑巖)，下部巖性主要為灰綠色海綠石細砂巖，夾綠色頁巖，上部主要由紫紅色與綠色頁巖互層組成，層位與二段相當(dāng)，且保存不全。三段及其以上下馬嶺組缺失(圖2)。

2.2 宣東礦區(qū)煤系基底層位

宣東二礦西以F2斷層為界，與宣東一井毗鄰，東南深部為尚未開發(fā)的宣三井田(圖4)。礦區(qū)及其周邊在勘查期間共施工鉆孔200余個，一般在揭露基底地層10m以內(nèi)即終孔，僅有少量鉆孔揭露了小于100m的基底地層。以往地質(zhì)報告將宣東一井、二礦鉆孔揭露的硅質(zhì)白云巖確定為薊縣系鐵嶺組，全區(qū)頁巖統(tǒng)稱為下馬嶺組。

圖4 宣東礦區(qū)煤系基底地質(zhì)圖Figure 4 Coal measures basement geological map of Xuandong mining area

對照ZY1井揭露的下馬嶺組層序和巖性特征，將宣東礦區(qū)鉆孔揭露的煤系基底地層層位厘定如下。

據(jù)勘查資料，礦區(qū)煤系基底地層的傾角一般為3°～5°，且比較平緩，局部受小構(gòu)造影響變大為10°左右，總體向南東傾斜。F2斷層為傾向南東，斷距180m的正斷層，其形成時期為煤系沉積之后。該斷層雖破壞了煤系基底地層產(chǎn)狀的連續(xù)性，但斷層兩盤的地層可以很好對比。

據(jù)鉆孔揭露，宣東一井的煤系基底多數(shù)為硅質(zhì)白云巖，僅東南部邊緣為綠灰色頁巖；宣東二礦則主要為灰色頁巖，僅東北和西南局部為硅質(zhì)白云巖。93、102、宣水1和1-1號孔揭露煤系基底地層厚度較大，分別為84.30、65.91、52.55、49.73m，四個鉆孔均在揭露硅質(zhì)白云巖21.08～44.20m后，見厚度8.70～21.63m的灰色頁巖，后又見白云巖。

后期施工的補水1孔位于宣東二礦東北部硅質(zhì)白云巖分布地段內(nèi)，距1-1號孔420m，揭露基底地層厚度128.43m。上部為厚度30.10m的硅質(zhì)白云巖，夾綠色泥巖薄層，其下為厚度21.55m灰黑色頁巖，頁巖之下為厚度66.78m的灰白色白云巖(據(jù)取樣化學(xué)分析及鏡下鑒定，主要為含灰泥晶白云巖、灰質(zhì)泥晶白云巖，局部夾含鐵白云質(zhì)泥晶灰?guī)r)，地層層序及巖性特征與1-1號鉆孔完全相同。從揭露地層的層序、巖性特征和厚度看，補水1和1-1號鉆孔夾于白云巖之間的“灰色頁巖”與93、102和宣水1等孔白云巖所夾“灰色頁巖”為同一層位。進一步與附近上花園、雞鳴山和東黃莊等地露頭剖面對比，該灰色頁巖應(yīng)為洪水莊組，其上、下地層相應(yīng)分屬鐵嶺組和霧迷山組(圖5)。也就是說，原勘探報告將宣東一井大多數(shù)鉆孔揭露的硅質(zhì)白云巖劃歸鐵嶺組是正確的；加深的93、102和宣水1孔所揭露頁巖上、下之“白云巖”，應(yīng)分別歸屬鐵嶺組和霧迷山組。

圖5 宣東礦區(qū)A—A＇線鉆孔揭露煤系基底地層對比Figure 5 Correlation of line A-A’ borehole revealed coal measures basement strata in Xuandong mining area

宣東二礦鉆孔所見煤系基底，除北部邊緣鐵嶺組硅質(zhì)白云巖外，其余絕大部分為灰色頁巖，少量鉆孔見有綠灰色頁巖(多數(shù)分布在靠近北部)。其中，45、8和7-5號鉆孔揭露頁巖厚度分別達27.00、74.63、35.60m，仍未見底，巖性以灰色頁巖為主夾綠灰色頁巖。地層層序、巖性和厚度均表明其層位應(yīng)為下馬嶺組一段(本區(qū)洪水莊組厚度小于30m)。

a.趙家山剖面下馬嶺組三段黑色頁巖；b.趙家山剖面下馬嶺組二段上部綠色頁巖；c.趙家山剖面下馬嶺組二段下部紫紅色、綠色頁巖互層；d.趙家山剖面下馬嶺組二段紫紅色頁巖與綠色頁巖互層；e.趙家山剖面下馬嶺組二段底部海綠石砂巖，風(fēng)化后呈褐紅色，因抗風(fēng)化，形成陡崖地貌；f.趙家山剖面下馬嶺組一段灰色夾綠灰色頁巖；g.ZY1井下馬嶺組二段紫紅色、綠色頁巖互層(巖心箱長度0.8m)；h.ZY1井下馬嶺組二段下部綠灰色海綠石細砂巖(巖心箱長度0.8m)；i.ZY1井下馬嶺組一段灰色夾綠灰色頁巖(巖心箱長度0.8m)圖3 宣東礦區(qū)ZY1井與趙家山剖面下馬嶺組巖性特征Figure 3 Well ZY1 and Zhaojiashan section Xiamaling Formation lithologic features in Xuandong mining area

宣三井田位于宣東二礦東南，屬于宣東礦區(qū)的深部，有部分鉆孔未能揭露煤系基底地層?？辈橘Y料顯示，井田西南部因有閃長巖侵入，導(dǎo)致鉆孔未能揭露煤系基底。與宣東二礦邊界附近為界，其絕大部分鉆孔揭露的煤系基底地層巖性為綠色或綠色與紫色互層頁巖，按地層層序和巖性特征可以確定其層位屬于下馬嶺組二段無疑。

綜上所述，宣東礦區(qū)鉆孔所揭露的煤系基底地層，由西北向東南依次為：主要分布于宣東一井，宣東二礦北部也有少量賦存的鐵嶺組；主要分布于宣東二礦，其底部有較多的綠灰色頁巖的下馬嶺組一段；

主要分布于宣三井田的下馬嶺組二段(圖4,圖6)。

圖6 宣東礦區(qū)B—B＇線地質(zhì)剖面圖Figure 6 Line B-B’ geological section in Xuandong mining are

3 地質(zhì)意義

近年來，有不少學(xué)者研究認為，下馬嶺組頁巖具有較好的生烴潛力，是尋找頁巖氣資源的目的地層。宣化、下花園及懷來一帶廣泛分布有下馬嶺組頁巖，其中，生烴潛力最大的層段為下馬嶺組三段黑色頁巖，其次為四段灰黑色頁巖。前文論及，宣東礦區(qū)僅有下馬嶺組一段、二段發(fā)育，其巖性分別以灰色頁巖夾綠灰色頁巖與紫紅色、綠色頁巖互層。同時顯示，礦區(qū)西部和西北部外圍煤系的直接基底地層為鐵嶺組，下馬嶺組全部被剝蝕。這就意味著包括宣東礦區(qū)在內(nèi)的上花園村以西地區(qū)沒有生烴潛力較大的下馬嶺組三、四段賦存，不具備頁巖氣成藏條件，不宜開展進一步的頁巖氣勘查工作。

從區(qū)域資料來看，下馬嶺組賦存厚度最大部位為宣東礦區(qū)東南部外圍的下花園、懷來、涿鹿一帶，以潟湖沉積環(huán)境為主[16-17]，賦存有下馬嶺組三、四段黑色頁巖，可以做為今后進行頁巖氣勘查工作的重點地區(qū)。

4 結(jié)論

1)宣東礦區(qū)鉆孔揭露的煤系基底地層，在勘查期間統(tǒng)稱為下馬嶺組或鐵嶺組，經(jīng)與近期施工的ZY1井及鄰區(qū)趙家山剖面對比，自西北向東南詳細劃分為鐵嶺組、下馬嶺組一段、下馬嶺組二段。

2)下馬嶺組生烴潛力較大的層段在三段，所以，包括宣東礦區(qū)在內(nèi)的上花園村以西地區(qū)頁巖氣成藏條件較差。頁巖氣勘查評價的重點地區(qū)應(yīng)在下花園、懷來及涿鹿一帶。