近海断陷盆地古近纪煤系沉积控煤作用与成煤模式--以山东黄县盆地为例

我国海域区煤型油气资源量丰富,然而海域煤型烃源岩的研究程度却相对较低,严重制约了海域区煤型油气资源勘探。选取与海域区煤盆地成煤时代基本一致、地质条件相似、研究程度高的近海断陷含煤盆地——黄县盆地为例,开展沉积控煤作用与成煤模式研究。在充分吸取前人研究成果的基础上,精细重建了成煤期的古地理格局、演化及其沉积控煤作用。结果表明:(1)黄县盆地古近纪煤系主要发育冲积扇、扇三角洲、辫状河三角洲和湖泊沉积,可以识别出2个三级层序。煤层主要发育在湖扩张体系域时期的辫状河三角洲、滨浅湖环境。(2)综合恢复了涵盖古近系整个成煤过程的层序I湖扩张体系域和高水位体系域、层序II低水位体系域和湖扩张体系域的层序−古地理格局,并分析其沉积演化特征与沉积控煤作用;煤层主要发育在低水位体系域晚期−湖扩张体系域早期,湖平面缓慢上升的辫状河三角洲前部湖沼环境,并逐步向辫状河三角洲扩展;其次,煤层发育在湖扩张体系域的中晚期,湖平面频繁变浅−变深的湖沼−浅湖沉积环境。(3)建立了古近纪近海断陷盆地2种典型的沉积成煤模式。一是滨浅湖湖沼−辫状河三角洲成煤模式,主要发育在低水位体系域晚期−湖扩张体系域早期湖水平面缓慢抬升的过程,煤层厚度较大但分布相对局限,如煤4、煤2。二是滨浅湖湖沼−浅湖成煤模式,主要发育在湖扩张体系域中−晚期湖平面下降−上升的过程中;湖平面升降频繁导致成煤环境频繁出现−消失,形成的煤层厚度较小但分布较广,如煤1、煤上1等。本研究阐明的近海断陷盆地煤层发育规律和建立的沉积成煤模式,将为海域区煤型烃源岩勘探提供一定的理论支持。

黄县盆地盆缘断裂活动的阶段性与沉积充填样式

进行了黄县盆地充填沉积的层序地层划分，并与盆地构造演化阶段分析有机的结合起来。研究表明：早第三纪黄县断陷盆地的构造演化总体上经历了两次裂陷期，第一裂陷期以盆地间歇性快速沉降为特点，第二裂陷期以盆地持续缓慢沉降为特点；盆缘同沉积活动对盆地充填起控制作用，不同阶段发育的层序具有不同的沉积序列特征，层序内部单元和沉积体系、相的配置显示出有序性，从而提出了黄县断陷盆地充填样式，指出聚煤作用以低水位和水进期较强。

黄县盆地古近纪煤与油页岩的有机岩石学和地球化学特征及形成条件

为了了解黄县盆地煤与油页岩的形成环境及其综合开发利用潜力,运用有机岩石学方法,对其有机岩石学和地球化学特征进行了研究。结果表明,煤层与油页岩中的有机质主要形成于陆上高等植物。盆地边界断层控制着成煤作用过程:当断层停止活动时,形成泥炭沼泽;当断层重新活动时,盆地下沉,湖水侵入泥炭沼泽,形成油页岩。油页岩中含有丰富的角质体和壳屑体,导致长链饱和烃增加。

黄县断陷盆地充填演化与煤聚积规律

研究了黄县含煤盆地沉积充填序列、沉积组合及其空间配置，识别出4种沉积体系类型；划分出2个Ⅲ级层序；分析了盆缘断裂的活动特点及煤的聚积规律.研究表明，盆缘断裂的活动控制了盆地的形成、发展和演化.盆地充填沉积序列可划分出2个构造沉积旋回.其沉积体系构成主要有冲积扇扇三角洲沉积体系、辫状河三角洲沉积体系、滨浅湖湖沼泽沉积体系和深湖浊积沉积体系.其中以低水位水进体系域中的扇三角洲、辫状河、滨浅湖湖沼沉积体系与聚煤作用具有密切关系.主要煤层形成于低水位水进体系域，聚煤作用中心随盆地水域体制的变化而发生迁移.

黄县盆地古近系煤与油页岩共生组合类型及发育特征

黄县盆地是我国东部重要的煤与油页岩资源赋存区。采用沉积学、层序地层学及构造地质学等多种学科研究方法,对黄县盆地煤与油页岩组合类型进行研究,并在层序地层格架下分析不同组合类型的沉积环境演化,这对于该区煤与油页岩资源勘查具有重要意义。研究结果表明:(1)该区煤与油页岩组合类型有四种型式:油页岩/其它沉积/煤层共生组合(煤4-泥岩-油4组合)、煤层/油页岩共生组合(煤3和油3,煤1和油2)、油页岩/煤层/油页岩共生组合(油2-煤1-油1)和油页岩/煤层共生组合(油上1和煤上1)。(2)在黄县断陷盆地古近系地层沉积充填序列中识别出两类三个性质不同的层序界面(SB1、SB2、SB3),其中李家崖组可划分出2个三级层序,各层序具有四元结构特点,即由低水位体系域、湖扩张体系域和早期高水位体系域、晚期高水位体系域组成。(3)黄县盆地古近系煤与油页岩共生组合主要在层序的低位体系域与湖侵体系域中发育,特别是在湖侵体系域中煤与油页岩组合类型丰富,主要与湖侵体系域复杂的沉积环境演化有关。

山东黄县早第三纪断陷盆地低水位和扩张体系域聚煤作用分析

山东黄县早第三纪断陷盆地充填沉积序列可以划分出三个构造—沉积旋回，而盆地断裂活动是控制盆地充填沉积的主导因素。根据构造—沉积旋回、层序界面和盆地演化特点分析，下第三系共划分出三个层序，层序Ⅱ和层序Ⅲ含煤和含油。低水位体系域和扩张体系域都有聚煤作用发生，而前者最强。聚煤作用中心随盆地沉积层序的不同演化阶段发生迁移，低水位期主要位于盆缘至盆地中心的过渡带，盆地中心也有聚煤作用发生：扩张期聚煤作用中心向盆缘区迁移，且范围缩小：萎缩期聚煤作用最弱，一般在盆地中心区，且分布范围局限。在黄县断陷盆地充填层序中，油页岩可以作为层序中的密集段。

黄县盆地古近系李家崖组油页岩与煤有机地球化学特征及有机质来源分析

针对黄县盆地李家崖组成矿机理问题,利用含油率、Leco(莱科)、岩石热解、生物标志化合物等分析,研究了油页岩与煤有机地球化学特征,讨论其有机质来源。结果表明:①研究区油页岩可分为高品质和低品质油页岩,其中高品质油页岩(含油率12.71%~24.38%)呈高TOC、S_(1)+S_(2)和HI特点,有机质类型为Ⅰ-Ⅱ型;②低品质油页岩(含油率3.69%~4.56%)呈中等TOC、S_(1)+S_(2)和HI特点,有机质类型为Ⅱ_(1)型;③而煤呈极高TOC、高S_(1)+S_(2)、低HI的特点,为腐泥煤。油页岩与煤正构烷烃气相色谱(GC)图显示为单峰式,具明显的奇碳数优势,以长链为主,此外还检测出大量的藿烷和甾类化合物,其中藿烷系列以五环三萜烷为主以及一定丰度伽马蜡烷和少量的三环萜烷。甾类化合物主要为规则甾烷(C_(27)-C_(29)),其次为重排甾烷(C_(27)、C_(29)),孕甾烷的丰度极低。芳烃类主要为萘、菲、蒽、屈等常规多环芳烃化合物,以及长链烷基萘、芳香甾烷及芴等非常规多环芳烃化合物。综合Pr/Ph(1.07~2.68)、C_(27)-C_(28)-C_(29)规则甾烷相对含量、藿烷及芳烃组分,油页岩与煤有机质来源存在一定差别。高品质油页岩有机质为菌藻类,含一定量的陆生高等植物且遭受过较强的微生物作用;低品质油页岩有机质为陆生高等植物,含少量菌藻类和浮游生物,微生物作用较弱于高品质油页岩。煤以陆源高等植物为主,含少量菌藻类,微生物作用弱于油页岩。

黄县盆地李家崖组煤与油页岩共生成矿特征与组合成矿模式研究

通过对黄县盆地李家崖组煤与油页岩共生组合进行构造演化、体系域、矿物质来源、水体性质、油页岩厚度等因素的分析发现,在盆地的构造演化过程中,煤与油页岩共生组合大都发育在盆地快速沉降期,这种共生组合的厚度一般不大,但可以多期出现;在盆地沉降早期可以发育厚度和分布范围均不大、期次较少的煤与油页岩共生组合,盆地演化晚期可以发育厚度和分布范围相对较大、期次较少的煤与油页岩共生组合。在水进水退之中,成煤原始物质泥炭沼泽在原地形成了煤与油页岩的不同组合成矿模式。

黄县盆地古近系煤中元素地球化学特征及其沉积环境指示意义

应用X射线荧光光谱(XRF)和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)方法研究了黄县盆地古近系煤中的常量元素、微量元素及稀土元素的地球化学特征,并根据敏感元素的指示意义探讨了研究区的沉积环境。研究结果表明:黄县盆地古近系煤中常量元素氧化物以SiO 2和Al 2O 3为主;与地壳相比,微量元素富集Mo、Sb、Pb、Bi,其中Mo的富集系数达7.99。稀土元素含量整体较低,分布在14.79~222.78μg/g,平均65.02μg/g,低于中国煤,接近世界煤。稀土元素分布模式中所有样品十分相似,均呈左高右低的宽缓“V”形曲线,具有明显的LREE富集、HREE亏损的特征,Eu存在明显负异常,表明各煤层稀土元素与陆源碎屑岩关系密切,且成煤期间稀土元素来源一致,陆源物质的供应相对稳定。黄县盆地煤中稀土元素主要以无机相赋存在煤中的黏土矿物中。灰成分指数(Fe2O3+CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)、Mg/Ca、δCe/δEu、Sr/Ba以及V/(V+Ni)反映了黄县盆地古近系煤层的沉积环境为还原条件下的陆相淡水环境,且气候湿润,期间间歇受到过海水的影响。

西湖凹陷构造发育及其对平湖组煤系的控制——与黄县盆地对比分析

为揭示西湖凹陷煤系发育特征,对西湖凹陷和山东黄县盆地从构造和煤系特征等方面进行了研究,探讨了构造及演化对煤系发育的控制.研究成果表明:西湖凹陷与黄县盆地具有相似的构造动力学背景,中-新生代归属于滨太平洋构造域,受太平洋板块向欧亚板块运动、碰撞的动力学体制控制;西湖凹陷与黄县盆地构造演化具有同步性,断陷期盆缘主断裂控制了盆地的沉积;西湖凹陷构造演化可分为断陷-坳陷-区域沉降3个阶段,形成下断上坳的构造体系;与黄县盆地盆缘断裂控煤机制不同,西湖凹陷断陷期形成的同沉积构造坡折带控制了煤系发育,坡折带的规模、类型和构造组合样式是西湖凹陷平湖组煤系发育的主要控制因素,导致西部苏堤-初阳构造带、平湖构造带中部区域和广意亭-木香榭构造带中南部等盆内富煤构造区的形成.

黄县盆地褐煤的有机岩石学特征与生烃研究

应用全岩有机岩石学分析和热模拟实验方法,研究了黄县盆地古近系褐煤的显微组分组成、富氢组分及生烃性能。褐煤的显微组分以腐植组为主,其含量为58.0%-91.6%,惰质组含量为0-16.0%,稳定组含量为2.0%-18.8%。褐煤中富氢组分主要来自于稳定组,其中孢子体、树脂体和碎屑稳定体是其主要的生烃组分。热模拟实验表明,随模拟温度的升高,褐煤气态烃转化率以450℃为界先慢后快,液态烃在440℃（Ro为1.5%）左右达到最高峰,470℃以前气态烃转化率低于液态烃,在470℃以后气态烃高于液态烃。