含煤岩系层序地层学研究进展

作者:魏恒飞;陈践发;王冠男;李伟;刘娅昭;吴雪飞 刊名:煤田地质与勘探 上传者:朱磊

【摘要】层序地层学是分析聚煤规律的一种有效方法。层序地层学应用于含煤地层的分析始于20世纪90年代,Diessel最先在经典层序地层格架中建立了煤层的聚集模式;之后,Bochacs和Stuer通过讨论可容纳空间的变化速率和泥炭聚集速率之间比值的变化,具体分析了不同可容纳空间的煤层厚度、连续性及形态。通过对层序地层中煤层发育和分布的研究,多数煤田地质学家们认为,厚煤层主要发育于低位体系域晚期至海侵体系域早期及海侵体系域晚期至高位体系域早期。由于巨厚煤层往往是许多次级层序及界面的复合体,因此巨厚煤层不能简单地作为成因层序地层的界面,但可以通过煤岩学和地球化学方面的指标对其进行精细划分确定。我国煤田地质学家通过对国内海相煤层的研究,提出了海侵事件聚煤和海相层滞后时段聚煤等观点,从而大大促进了含煤岩系层序地层学的发展。

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层序地层学自从20世纪80年代后被人们广泛应用以来,已经取得了很好的实际效果并得到极大的丰富[1-2],但其多集中在油田地质方面的研究,而在煤田地质上的应用则始于20世纪90年代[3],并且其发展速度明显滞后于油田地质方面。煤炭是重要的有机矿产资源,煤层不仅是液态和气态烃类的源岩体,而且还是气态烃类的储集体[4-7]。在我国,煤成气探明储量占全国气层气储量的近十分之七[8],这也从一个侧面说明煤在我国能源矿产中的重要性。煤的形成过程就像生物礁的形成过程一样,受水体深度的影响较大,煤层的发育和中断可以作为很好的预测水深(地下水顶面)变化的沉积物类型。因此,研究煤层在层序地层中的分布和变化对层序地层学理论的发展具有巨大的推动作用。煤层的分布范围、顶底板性质、煤层在煤岩学方面的垂向变化、煤层在海湖水体变化过程中的发育位置、煤层厚度、煤层分叉现象及连续性等,一直是煤田地质学家们关注的问题,而层序地层学理论是解决这些问题的一种可行方法。1从旋回层到层序地层1930年,Weller提出的“旋回层”是层序地层学出现前解释煤层的旋回性现象的重要概念[9],之后被煤田地质学家广泛应用;但旋回层的概念只是从岩石学的表面组合特征上进行划分的海进海退旋回,简单地从相的连续性和中断性对海侵和海退进行解释。这时的旋回层概念有些机械化,例如旋回层的海退到海侵的分界面是粗的碎屑沉积物,没有考虑这些粗碎屑沉积物是河流的自旋回及潮道的冲刷等情况。从20世纪60年代开始到80年代初,煤田地质学家们把煤层的形成与具体的沉积环境结合在一起进行研究[10-11]。通过这一时期的研究,地质学家们搞清了煤层在各个具体沉积环境中聚集的动力原因,但地质学家们对各个不同聚煤盆地中控制煤聚集的最根本因素还是不清。20世纪80年代,地质学家们开始从盆地的整个演化过程去分析煤层的形成过程,并通过对盆地的水平面变化、构造因素及气候因素等方面的研究,理清了一些以前煤田地质学家们没有搞清的煤炭聚集和保存问题。地质学家们又开始关注旋回层中煤层的分布和发育位置,如Ryer和陈钟惠在研究不同盆地的含煤旋回层时都认为煤层主要形成于海侵与海退之间的海平面最大位置[12-13](图1);陈钟惠在研究河东煤田晚古生代含煤岩系时把整个含煤层段划分为10个旋回层,并认为这些含煤旋回层形成的原因主要是由于点源的沉积转换和海平面的波动控制,首先是大规模的海平面升高和陆源碎屑供给速度的减少,而后当源区构造活动加剧时,源区的地形高差增大,陆源碎屑增多,增强的河流作用阻止海水的侵入,产生海退沉积,正是由于这种陆源碎屑周期性地进积,才在本区总体海侵的背景中产生海退的沉积,形成海相和非海相沉积物的互层,并且在海相与陆相沉积物的转换处形成煤层。这个时期层序地层学已经在油气地质方面的研究取得了很大进展,而在煤田地质学方面一直还没有得到应用,直到1992年,Diessel开创性地应用层序地层学去研究煤层在层序地层格架中的位置和地位[3],层序地层学才开始在煤田地质领域迅速发展起来,从而揭开了煤田地质研究的新篇章。图1河东煤田晚古生代含煤岩系旋回划分示意图[13]Fig.1DivisionofcyclecoalmeasuresofLatePaleozoicinHedongcoalfield2层序地层学与聚煤模式层序地层学是基于全球海平面变化具有全球周期性及层序地层的发育样式受海平面变化、构造沉降、气候变化及沉积物供应速率4个因素控制的基础上发展起来的,具有预测功能的地层学分支学科。层序地层学为地质人员研究相对等时地层单元内的岩相的分布及空间配置提供了

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