中条山地区二叠系含煤岩系碎屑锆石年龄及其对区域构造活动的沉积学制约

【目的】沉积盆地中碎屑沉积物的物质组成变化与源区的隆升剥蚀过程紧密相关。华北克拉通南缘作为中国大陆的主要构造单元,拥有二叠纪较为完整的地质记录,中条山地区位于华北克拉通南部汾渭地堑系核心部位,物源主要指向华北克拉通南缘及相邻的秦岭造山带,是研究二叠纪时期秦岭造山带及相邻地区构造演化过程的理想场所。【方法】通过对华北克拉通南缘中条山地区米汤沟剖面二叠系山西组潮坪-潟湖相含煤岩系及其上覆下石盒子组冲积扇-河流相沉积碎屑锆石U-Pb年代学分析,系统开展沉积物源对比示踪,综合讨论了沉积物源与源区构造作用的相互耦合关系。【结果和结论】结果表明:二叠系山西组潮坪-潟湖相含煤岩系碎屑锆石年龄序列具有297、327、443、921、969、1 826、1 990、2 272、2 443 Ma 9个主要峰值;下石盒子组冲积扇-河流相沉积碎屑锆石年龄序列具有305、1 755、1 882、2 284、2 490 Ma 5个峰值,缺少新元古代和早古生代的碎屑锆石年代记录。分析认为二叠系山西组含煤岩系物源主要来自于北秦岭-华北克拉通南缘构造带,下石盒子组沉积物源仅来自于华北克拉通南缘构造带。二者的沉积物源差异响应了早中二叠世华北板块与秦岭-大别板块的相互作用过程,显示构造活动自南向北逐渐迁移。早二叠世早中期,华北南缘整体隆升幅度较低,北秦岭构造带的物源能够进入中条山地区;早二叠世晚期至中二叠世早期,由于华北克拉通南缘的快速抬升,隆升幅度较大,阻隔了南部的北秦岭物源,导致中条山地区不再接受北秦岭的物源供给。研究成果从沉积学角度为华北克拉通南缘及相邻秦岭造山带在二叠纪时期的构造活动过程提供了新的佐证。

贵州七星关地区含煤岩系龙潭组沉积微相特征及沉积环境

二叠系龙潭组是贵州中-西部地区重要产煤层位,在特定的地质条件下富集REE、铀(U)、钪(Sc)、铌(Nb)等关键金属元素,是潜在的稀有金属矿产资源。开展毕节七星关区二叠纪龙潭组沉积微相和沉积环境分析,对研究REE、Li、Nb、Ti等关键金属元素的时空分布特征和富集规律具有重要意义。本文以野外实测剖面为基础,结合岩矿鉴定、古生物化石等,对龙潭组岩石组合关系和沉积微相特征进行分析研究。根据岩石组合特征将研究区龙潭组分为三段,其岩性主要以灰色-深灰色粉砂岩、砂岩、炭质粘土岩夹煤层组成,夹6-45层煤,发育海相介壳化石及陆相植物化石Pecopteris sp.等,厚150210 m。同时,确定研究区龙潭组属海陆过渡相之三角洲沉积,划分了三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲3种亚相以及分流河道、决口堤等9种沉积微相,并分析探讨该时期龙潭组三个岩性段的沉积环境,认为三角洲平原亚相中分流间湾(IB)和沼泽(SW)微相等有利于粘土矿物和有机质沉积的环境为稀土REE、Li等金属元素的富集提供了有利条件。

黔西龙场井田含煤岩系沉积环境及聚煤规律

在研究区野外实测剖面及钻孔岩芯资料分析的基础上,运用沉积相分析、沉积地球化学分析的基本理论及方法,对龙场井田晚二叠世含煤岩系的岩相类型、硫分特征、沉积特征进行了综合的探讨,得到了本区沉积环境及聚煤规律的相关认识。结果表明,东吴运动控制了含煤岩系沉积基底的演化,为含煤岩系的沉积提供了基本的沉积格架。成煤期构造活动相对较为稳定,基底的沉降速率与泥炭或煤层的堆积速率较为平衡,形成了一定厚度的含煤岩系。沉积环境依次经历了潮坪-潟湖、三角洲平原、潟湖-潮坪沉积体系,最有利的聚煤环境为位于三角洲平原上的分流间湾及分流河道,其次为受海水影响较为强烈的潟湖、潮坪环境。

含煤岩系中煤层的差异沉积响应与油气勘探——以玛湖斜坡区侏罗系八道湾组为例

含煤岩系中不同类型煤层的差异沉积响应,及对邻近砂砾岩成岩成储效应的影响目前研究比较薄弱。基于野外露头、孢粉组合、井—震剖面、岩心相序、测井响应、扫描电镜、电子探针能谱等资料,对研究区稳定厚煤层、局限薄煤层进行了差异沉积响应分析。结果表明,以逆冲断裂I、II为代表的盆缘边界断裂复活及盆地基底的振荡性沉降,为研究区提供了厚层泥炭聚积、宽缓古斜坡背景—广覆式湖侵、阻碍沼泽排水—防止有机质氧化、降低河流梯度—弱化陆源碎屑干扰等四方面有利条件,在近湖盆区首次湖泛面附近形成大面积分布的稳定厚煤层,显微组分指示其成煤沼泽一直保持较佳的滞水还原条件。局限薄煤层分布较零散,具较明显的相控特征,多分布于水动力较弱的扇间/河道间等低能相带,显微组分指示其成煤沼泽存在局部滞水还原条件稍差的半氧化阶段。准同生期—早成岩期,煤系腐殖酸形成早成岩期长石粒内溶孔,溶蚀颗粒成分以富钙斜长石为主。溶蚀产物高岭石胶结物产状以紧贴颗粒的最内部环边为主,纯度高。长石颗粒溶蚀—高岭石充填—压塌缩聚作用形成高岭石完全拟颗粒、高岭石部分拟颗粒,前者纯度高,后者纯度较低。中成岩期,烃源有机酸形成中成岩期长石粒内溶孔,溶蚀组分以钾长石为主,溶蚀残留组分以钠长石为主。溶蚀产物高岭石胶结物产状以颗粒的外层环边或充填粒间孔隙为主,纯度较低。煤系腐殖酸对邻近的砂砾岩储层质量影响以抑制性为主,限定沉积相带、粒度条件下,稳定厚煤层垂向辐射厚度10~30 m,辐射带砂砾岩孔隙度减少2.3%~5.2%,渗透率减小(1.3~2.1)×10^(-3)μm^(2);局限薄煤层垂向辐射厚度3~8 m,辐射带砂砾岩孔隙度减少1.2%~3.5%,渗透率减小(0.8~1.9)×10^(-3)μm^(2)。高刚性颗粒含量是煤系砂砾岩储层原生粒间孔,尤其是准同生期—早成岩期煤系腐殖酸溶孔有效保存的前提条件,高岭石、硅质等溶蚀产物的迁出程度进一步制约着孔隙的有效性。

基于测井的古县区块含煤岩系沉积岩粒度分析

砂地比是沉积相分析的重要手段,以往基于测井解释成果进行砂地比分析的方法,未充分考虑研究区测井资料的实际情况,只是将砂岩、泥岩各自归为一类,致使测井解释成果局部无法正确反映研究区真实情况。以古县区块含煤岩系为研究对象,基于各粒度沉积岩的测井响应,进行交汇分析,认为研究区粉砂岩、砂质泥岩、泥岩测井响应差异较小,界限难以划分;通过去粉砂砂地比图、含粉砂的砂地比图与煤层厚度图对比,认为研究区“去粉砂砂地比”与煤层厚度有很好的对应关系,可以较好地反映该研究区沉积相的变化。

金沙县云盘山晚二叠世含煤岩系沉积环境分析

金沙云盘山地区煤炭资源丰富,含煤岩系较为发育,但对其沉积环境的研究相对薄弱,给区域煤炭资源勘查带来了一定的困难。基于区域地质背景,通过对含煤岩系钻孔岩芯进行沉积相分析,恢复了研究区主要可采煤层的沉积环境面貌,下三角洲平原为区域内可采煤层最重要的沉积环境类型,可作为本区下步煤炭资源勘查的重点方向。

伊宁凹陷侏罗系含煤岩系层序地层及聚煤规律

伊宁凹陷具有丰富的煤炭资源,具有较大的勘探潜力,层序地层理论的应用为聚煤规律的研究提供了新的途径,使聚煤规律研究在等时地层格架中进行更具有可操作性。通过钻井资料对伊宁凹陷侏罗系中下统含煤岩系层序特征进行阐述,利用钻井岩心层序地层学相关理论及其研究方法,将伊宁凹陷侏罗系中下统含煤岩系分为共识别4个三级层序,在层序框架内,从凹陷构造演化、沉积环境的变化和湖平面变化的差异分析聚煤规律特征。

晋东南沁水盆地石炭二叠纪含煤岩系古地理及聚煤作用研究

晋东南沁水盆地是目前我国进行煤层气勘探开发的主要地区之一,煤层气储层主要分布在石炭系和二叠系,其厚度明显受沉积古地理控制。本文通过对露头及钻井剖面的岩石学和沉积相特征研究,对该区主要含煤岩系-山西组和太原组进行了岩相古地理和煤层气储层聚集控制因素分析。太原组以石灰岩、铝土质泥岩、粉砂岩、粉砂质泥岩及砂岩为主,厚度44．90-193．48 m,含多层可采煤层,厚度0-16．89 m,平均 7．19 m。在太原组沉积期,研究区北部发育下三角洲平原相,煤层相对较厚,中部和南部为潟湖相,煤层相对较薄,东南部主要为滨外碳酸盐陆棚相,在晋城一带为障壁砂坝相分布区,煤层亦较厚;山西组以砂岩、粉砂岩、泥岩为主,石灰岩仅在局部地区见到,该组厚18．60-213．25 m,含可采煤层1-2层,厚度0-10．0 m, 平均4．20 m。在山西组沉积期,北部以下三角洲平原分流河道相为主,中部和南部以分流间湾相为主,东南部则以河口砂坝相为主,厚煤带都位于中部和南部的三角洲分流间湾地区。总之,太原组富煤地带多与砂岩富集带相吻合,位于北部下三角洲平原和南部障壁砂坝地区,而山西组厚煤带大都位于南部三角洲分流间湾地区。

准噶尔盆地东北缘侏罗系含煤岩系层序地层和隐蔽圈闭

准噶尔盆地东北缘侏罗系沉积时期 ,存在地形坡折带。根据不整合面、稳定分布的厚煤层等标志将侏罗系中下统划分成 4个沉积层序。以地层叠置样式、局部分布的煤层以及地形坡折带在沉积层序中的位置 ,细分出低位、湖侵和高位体系域。低位体系域以深切谷 (辫状河 )沉积为特征 ;湖侵体系域以广泛分布的湖相沉积为特征 ;高位体系域发育进积式三角洲。在建立具地形坡折带的陆相湖盆含煤岩系层序地层模式和分析成藏条件的基础上 。

近海型含煤岩系沉积学及层序地层学研究进展

层序地层学是近20年来发展起来的一门新的方法学科,并在聚煤作用分析中得到广泛应用。作者就近海型含煤岩系沉积学研究历史以及煤系层序地层学研究方法及有关问题进行探讨,认为近海环境的聚煤作用实际上是海平面(基准面)上升过程中发生的,同时提出煤层厚度受泥炭堆积速率与可容空间增加速率的控制:靠陆一侧冲积平原和三角洲平原沉积环境中,厚煤层主要出现在最大海泛面位置;而靠海一侧障壁—潟湖或碳酸盐岩台地沉积环境中,厚煤层主要出现在初始海泛面的位置;但就整个三级复合层序来说,层序中厚度最大、分布最广的煤层主要分布于可容空间增加速率最大的最大海泛面附近的位置。对于中国晚古生代近海型煤系中常见的"根土岩—煤—石灰岩"序列,聚煤作用发生于海相石灰岩"滞后时段",即在海侵之后、海相石灰岩层真正沉积下来之前的时段,这一时段可容空间增加速率与泥炭堆积速率平衡,有利于聚煤作用发生。

含煤岩系矿产资源类型划分及组合关系探讨

含煤岩系中多种矿产资源共存的现象一直受到人们的关注,煤系矿产资源类型划分及组合关系研究是煤系矿产综合勘查评价的前提条件和基础性工作。通过系统收集整理前人研究成果、现场调研、以及专题会议研讨,重新厘定了含煤岩系矿产资源的概念,将其定义为赋存于煤和含煤岩系以及邻近地层中、与煤矿床有成因联系或空间组合关系的所有矿产资源。从经济性、赋存特征、成因机制、物质相态、工业分类等方面对煤系矿产资源进行了分类。以煤系矿产现今赋存状况为依据,初步建立了煤系矿产资源组合分类系统,包括煤-能源矿产、煤-金属矿产、煤-非金属矿产、煤-能源矿产-金属矿产、煤-能源矿产-非金属矿产、煤-非金属矿产-金属矿产等6大类。从中国煤田地质条件和煤系矿产资源时空分布差异性角度出发,简要总结了5大赋煤区的煤系矿产资源组合类型。

含煤岩系岩石力学性质控制因素探讨

基于含煤岩系主要岩石类型,系统分析了决定岩石力学性质的主要控制因素如岩性、地应力和水,探讨了不同岩性岩石在不同侧压和不同含水条件下的力学特征,分别建立了含煤岩系岩石力学性质与岩性、地应力和水等主要控制因素之间的定量关系。研究表明,含煤岩系岩性随着碎屑颗粒粒度由粗到细,即由砂岩到泥岩变化,碎屑岩的强度与刚度均迅速衰减。岩石的变形和强度以及破坏机制与其所承受的有效侧压大小有关,表现为不同岩性岩石的刚度和强度均随侧压的增大而增大,呈非线性关系,其应变软化性态和破坏机制也均随侧压的增大而发生转化。水对岩石力学性质亦产生重要影响,在干燥或较少含水量情况下,岩石在峰值强度后表现为脆性和剪切破坏,应力-应变曲线具有明显的应变软化特性;随着含水量的增加,岩石单轴抗压强度和弹性模量值均急剧降低,主要表现为塑性破坏,且应变软化特性不明显。

中国含煤岩系层序地层学研究进展

层序地层学理论为人们理解聚煤作用模式提供了新的思路,通过近二十年的研究,人们认识到含煤岩系旋回性与不同级别的全球海平面变化规律密切相关,认识到有工业价值的煤层形成于基准面(海平面)抬升过程,中国学者还相继提出幕式聚煤作用、海侵过程成煤、事件成煤作用、海相层滞后阶段聚煤等基于层序地层分析的聚煤作用理论。同时概括出层序地层格架下基于可容空间增加速率与泥炭堆积速率的关系的厚煤层聚集模式。今后的研究将会进一步对不同构造背景下的含煤岩系层序地层格架样式、层序地层格架下的优质煤炭资源聚集模式、煤层在地球演化的长周期过程中的地质意义等方面进行探索,此外,针对中国五大聚煤区的成煤时期及盆地构造背景的特殊性,中国学者还会进一步总结其层序地层格架样式以及聚煤模式,并将其用于指导中国优质煤炭资源预测。

含煤岩系沉积学和层序地层学研究现状和展望

在对含煤岩系沉积学研究历史进行回顾的基础上，论述了含煤岩系层序地层学方法以及海平面变化与聚煤作用的关系。注重强调分布广泛的厚煤层实际上是在基准面或海平面抬升过程中堆积的，煤层底面代表海泛面，以煤层之下的古土壤（根土岩）或沉积间断面为代表的暴露事件则把其下的进积期沉积和其上的海侵期沉积分隔开来。

鄂尔多斯盆地东北缘晚古生代陆表海含煤岩系层序地层研究

通过区域不整合面、沉积体系转换面、构造应力场转换面和水上暴露面等层序界面的识别,对研究区进行层序地层划分,指出鄂尔多斯盆地东北缘晚古生代陆表海含煤岩系发育7个三级层序。在此基础上,认为陆表海层序仍然具有"三元"结构,由低位体系域、海侵体系域和高位体系域组成。在盆地北部发育的多期河道砂岩具有低位体系域的下切谷充填特点——面状充填,如晋祠砂岩、桥头砂岩以及北岔沟砂岩等。煤层在层序格架中的定位与海平面变化的转换时期有关,主要发育在陆表海环境的海侵体系域下部以及陆相环境的高位体系域上部。

中国的含煤岩系变形分区

从煤炭资源评价和开发角度，提出煤系变形分区的概念，讨论了华北、华南、东北和西北等四大主要聚煤区煤系变形分区的基本特征．我国大陆范围内的煤系变形分区组合可分为两种基本类型：①以稳定“地台”为基底的同心环带结构；②以构造活动带为基底的平行条带结构．受中国大陆岩石圈地球动力学格局控制，煤系变形分区的平面展布划分为东部北东向改造区、西部北西向改造区和中部过渡带．

准噶尔盆地东部侏罗纪含煤岩系沉积环境及基准面旋回划分

准噶尔盆地东部侏罗纪处于大型内陆湖盆的东北缘,发育三套稳定分布的煤层,分别位于侏罗系西山窑组下部、八道湾组上部和八道湾组中下部。西山窑组煤层和八道湾组上部煤层形成于湖退型三角洲,煤层厚度大,八道湾组中下部煤层形成于湖侵期滨湖沼泽,厚度薄但分布稳定。准东地区基准面和可容空间变化对聚煤作用及煤系层序结构起着重要的控制作用,侏罗纪受盆地基底差异性沉降的影响,可容空间发生周期性变化,湖退期可容空间向盆地中心迁移,盆地中心及滨岸带以下部位具有较大的可容空间,有利于泥炭保存,形成西山窑组主力煤层和八道湾组上部煤层,这两套煤层在基准面旋回划分中可作为沉积作用的转换面,是时间地层对比的界面。八道湾组中下部煤层具有初始湖泛面性质,可作为层序界面。通过对准东彩31井区煤系基准面旋回进行划分对比,合理地解释了彩31井区西山窑组油藏油气水空间分布关系,在岩性油气藏识别和油藏精细描述方面取得了良好的效果。

中国含煤岩系古地理及古环境演化研究进展

随着含煤岩系沉积学从最初的旋回层理论到沉积模式,再到现阶段层序地层学理论的发展,中国学者已经在含煤岩系沉积学研究领域取得了显著的成果。(1)层序地层格架下基于可容空间增加速率与泥炭堆积速率之间平衡关系的厚煤层聚集模式受到重视,层序地层学提供了等时性地层单元,用于中国六大聚煤区等时性层序地层格架下岩相古地理的重建,为预测各聚煤期聚煤中心及富煤带的分布起到指导性作用。随着层序地层学理论的深入研究,煤相及沉积有机相的发育特征、研究方法以及划分方案也取得了新的进展。(2)近年来,煤系共伴生矿产已经成为当今煤地质学研究的热点问题之一,含煤盆地的煤层气、页岩气、天然气水合物、铀矿、三稀矿产、石墨等矿产资源具有重要的经济价值,部分共伴生矿产潜在的价值甚至超过煤炭本身。古地理作为研究煤系矿产资源的先决条件,与之联系密切,为这些矿产的研究和勘探提供极大的帮助。(3)煤作为泥炭地的产物和重要的沉积载体,其中蕴藏着丰富的"深时"古气候信息。以米兰科维奇旋回作为地层时间的"度量"工具,可以通过分析煤中碳的聚集速率,进而分析泥炭地的碳聚集速率、净初级生产力以及大气CO2的变化趋势;而随着对煤中惰质组成因的重新认识,蕴含在煤中的古野火信息越来越受到重视,基于煤中惰质组的含量对地质历史中古泥炭地野火事件以及大气氧含量的估算也成为古环境研究的新方向。中国聚煤模式及聚煤古地理今后的研究需进一步加强对不同构造背景下含煤盆地的层序地层模式、各聚煤期的聚煤古地理及聚煤规律、有益煤系共伴生矿产的古地理重建、含煤岩系"深时"古气候信息以及大数据驱动下的含煤岩系古地理定量化研究等方面的探索。

滇东黔西上二叠统含煤岩系泥岩粘土矿物组成及环境意义

滇东黔西上二叠统含煤岩系形成于陆相到海陆过渡相环境中,其泥岩的粘土矿物组成可以反映这种环境背景。该区泥岩粘土矿物类型以高岭石和伊利石/蒙皂石间层矿物为主,伊利石次之,局部层段见较少绿泥石及蒙皂石。垂向上,高岭石在富源后所矿区、盘县盘关矿区剖面中下部(即宣威组中、下段和龙潭组)含量偏高;伊利石在织金矿区剖面上部(长兴组)和下部(龙潭组下段)含量明显偏高,而在剖面中部(龙潭组上段)偏低;伊利石/蒙皂石间层矿物在后所矿区、盘关矿区、纳雍矿区占绝对优势,而在织金矿区仅在剖面中部含量较高,并与伊利石呈明显的负相关关系;蒙皂石含量很少,仅出现于盘关矿区和织金矿区剖面的上部和下部。粘土矿物的上述分布特征可大致反映出龙潭早期为海侵期,龙潭晚期为海退期,长兴期为新的更大的海侵期。平面上,从陆到海,即从滇东的冲积平原河流体系,向东经盘关向斜的上三角洲平原、纳雍的过渡带三角洲平原,到织金的下三角洲平原及潮汐平原,高岭石含量急剧减少,伊利石含量逐渐增加。最为明显的是从滇东河流体系到黔西三角洲—潮坪体系之间高岭石含量骤然减少。

鄂尔多斯盆地侏罗纪含煤岩系地下水系统关键要素与格架模型

地下水与含煤岩系矿产资源密切共生,直接制约含煤岩系矿产资源的合理开发和长远规划。鄂尔多斯盆地是我国重要的能源盆地,几十年勘查实践表明侏罗纪含煤岩系除具有5套(组)可采煤层外,还伴生有丰富的砂岩型铀矿、砂岩型高岭土和石英砂等矿产资源。基于已往对鄂尔多斯盆地的认知和经验,认为地下水的补给水源和输导通道是侏罗纪含煤岩系地下水系统结构中的关键要素。其中,潜在的地下水补给水源包含3套地下水储层(直罗组底部含水层、下白垩统洛河组含水层和罗汉洞组含水层)和地表水系;地下水输导通道则包含了区域规模的骨架砂体、不整合界面、断裂系统和人工采动裂隙系统等四大类型。含煤岩系矿产资源开发过程中遇到的“水害”,通常是原有的地下水系统被动揭露或者被破坏的表现,是人为因素连通了地下水水源与人工作业面从而导致地下水的泄漏。聚焦侏罗纪含煤岩系矿产资源的安全开发,一方面需要深入总结地下水系统关键要素的基本特征和分布规律,更进一步则需要揭示地下水系统关键要素与矿产资源的空间配置关系,并在此基础上构建含煤岩系地下水的格架模型,以此为煤系资源开发和矿井水害防治提供沉积学-水文地质学基础。在鄂尔多斯盆地,由于构造背景的差异,在不同地区地下水水源类型、输导通道类型、含煤岩系产状、矿产类型组合等都不尽相同,构成的地下水格架模型也因地而异,因此需要区别对待和深入研究。