章丘煤田含煤区石炭-二叠煤系层序地层学研究

作者:吕育林;梁吉坡 刊名:山东国土资源 上传者:郁建

【摘要】利用沉积学及层序地层学方法,通过对章丘煤田主要构造单元单井沉积相、层序地层分析,将章丘煤田石炭-二叠纪含煤岩系的本溪组、太原组、山西组划分为1个一级盆地层序、2个二级构造层序、3个三级层序。在层序内部识别最大湖泛面或与之相当的沉积转换面,划分体系域,并重点对三级层序的划分进行研究。研究认为:三级层序Ⅰ发育高水位体系域和海侵体系域,主要由潮坪沉积体系、障壁-泻湖沉积体系和碳酸盐台地沉积体系组成;层序Ⅱ发育海侵体系域和高水位体系域,主要由潮坪体系、滨外台地体系和障壁-泻湖沉积体系组成;层序Ⅲ中低水位体系域、海侵体系域、高水位体系域都有较好发育,主要由浅水曲流河三角洲沉积体系组成。

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随着煤炭资源的不断开采,人们开始将层序地层学应用于含煤岩系的研究,经过大量的研究和探索国内学者已经获得了巨大的研究成果[1-6]。该文结合国内外含煤岩系层序地层学成果进行分析,对章丘煤田含煤岩系层序地层学进行分析和研究,从而为研究区找煤预测提供理论依据。1区域地质背景章丘煤田位于山东省北部章丘市境一带(图1),西部跨济南市历城区,因其位于济南市以东,20世纪70年代以来称济东煤田,西起济南市东郊,以大致沿着黄河卧牛山断层与黄河北煤田分界,东到禹王山断层与淄博煤田毗邻,南至石炭纪本溪组底部露头,东西走向长约70km,南北宽约14.5km,含煤面积1101.7km2。其中已探明面积273.4km2,预测含煤面积828.3km2。在中、新生代又发生了多次构造运动,形成了现今的构造格局。区内石炭-二叠系主要由海陆过渡相的陆源碎屑含煤岩系组成,其中,主要含煤地层为太原组和山西组,煤层分布广泛[7,8]。2沉积体系在研究章丘煤田石炭-二叠系沉积体系时,共识图1章丘市区域位置图别出:障壁泻湖沉积体系、潮坪沉积体系、滨外陆棚沉积体系和河控浅水三角洲沉积体系4种沉积体系。(1)障壁-泻湖沉积体系。主要发育在石炭纪太原组,本溪组也有分布。发育障壁岛相、泻湖相等沉积相类型,在章丘煤田地层中该沉积体系中障壁岛具有发育规模较小、分布范围有限的特点。障壁岛相岩性以细粒石英砂岩为主,泻湖相岩性以深灰灰黑色泥岩为主(图2)。(2)潮坪沉积体系。潮坪相广泛分布于障壁岛岛后地带以及泻湖周围地带。其中潮坪相岩性以泥岩、砂质泥岩与粉砂岩互层为主,砂岩分选性较好,泥炭坪岩性主要以黑色炭质泥岩夹薄煤层为主(图3)。图2章丘岭子矿区14号井泻湖沉积特征图3章丘岭子矿区14号井潮坪沉积特征(3)浅水三角洲沉积体系。主要发育于早二叠世山西组中,岩性组合主要为砂泥岩夹多层薄煤层及炭质泥岩(图4)。三角洲平原的大面积发育造就了广泛的成煤环境。该区主要发育三角洲平原亚相分流河道、泥炭沼泽、分流间湾和天然堤微相。分流河道微相岩性以中粗粒砂岩、含砾粗砂岩为主,垂向上呈正粒序。泥炭沼泽微相主要发育暗色泥岩、炭质泥岩、块状层理。分流间湾微相主要发育灰色、灰黑色泥岩和泥质砂岩。天然堤微相在该区不甚发育,主要发育砂泥岩互层,见微波状层理。(4)滨外碳酸盐台地沉积体系。该类沉积相主要分布于早石炭世地层中,石灰岩层和泥灰岩层发育(图5),主要是一些生物碎屑颗粒质泥岩和泥质颗粒岩,生物颗粒比较发育,生物化石常见有:有孔虫、介形虫、腕足等原地生物组合,以及一些异地搬运的生物化石碎片组合。前人研究表明[9],下部本溪组、太原组代表了稳定台地背景下的陆表海含煤盆地充填沉积序列,为一个原型盆地的充填层序,在本溪组沉积期,研究区上部主要发育泥岩和铝土质泥岩等泻湖、风化壳沉图4章丘平陵矿区6号井河控三角洲沉积图5章丘岭子矿区14号井滨外碳酸盐台地沉积特征积,下部为砂岩沉积;在太原组沉积期,研究区主要发育有滨外碳酸盐岩陆棚相灰岩,泻湖相泥岩及冲越扇相、潮坪相砂岩沉积,而煤层则主要分布于泻湖和沼泽环境相中。在陆表海充填序列中以潮坪沉积体系的多次叠覆为特色。而在上部山西组沉积期为大型陆相盆地充填层序,研究区以发育三角洲平原分流河道砂岩及分流间区泥岩沉积为主,局部见河口坝砂岩,煤层主要形成于分流间湾沼泽环境。3层序划分根据层序界面识别原则,在研究区石炭-二叠纪含煤岩系自下而上的本溪组、太原组、山西组中共识别出4个层序界面[10-12],并将其划分为3个三级层序(图6)。层序主要特征分述如下:图6山东省章丘煤田石炭-二叠纪含煤岩系沉积相及层

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