摘要：经过岩心分析，结合钻井资料，运用层序地层学原理，对山东彭庄石炭-二叠纪地层进行层序地层研究，并对相应聚煤特征进行了分析。共识别出2个类型的层序界面。把该区石炭-二叠纪地层划分为3个三级层序。S1相当于太原组上部，S2相当于山西组，S3相当于石盒子群下部。通过分析揭示 S1主要为潟湖-沼泽、潮坪相，物源相对较差。S2主要由下三角洲平原相中分流河道相、泥炭沼泽相、河口坝相组成，物源相对较丰富，在海侵初期开始产生聚煤作用，到末期煤层发育最好。S3主要为上三角洲平原相，无煤层发育。

　　关键词：聚煤特征层序地层格架石炭-二叠纪山东彭庄

　　Sequence stratigraphic analysis and characteristics of the carboniferous and Permian coal accumulation in Pengzhuang，Shandong

　　Yin Tiantao1、3Li Shoujun2、3 Zhao xiuli2、3

　　Shandong Geological Prospecting Institute of China

　　Chemical Geology and Mine Bureau，Jinan 250013，Shandong

　　2 College of Geological Science and Engineering，

　　Shandong University of Science and Technology，Qingdao, Shandong, 266590

　　3 State Key Laboratory of Palaeobiology and Stratigraphy,

　　Nanjing Institute of Geology and Palaeontology, CAS, Nanjing, 210008

　　Abstract ：The principals of the sequence stratigraphy for drilling cores were used to study the sequence stratigraphy of the Carboniferous and Permian,and the characteristics of the coal accumulation was analysed.The two third-order sepuence boundries and the three third-order sequence were developed in the Carboniferous and Permianin this area.S1 is equivalent to the upper Taiyuan Formation, S2 to the Shanxi Formation,S3 to the lower Shihezi group.S1 is mainly shallow lacustrine-swamp,tidal-flat facies with the poor sources by analysed.S2 is mainly the distributary channel phase,the peat swamp facies,mouth bar facies in the lower delta plain facies with rich sources.The coal accumulation occurredmainly in the early transgression,and it will be better in the last transgression.S3 is mainly the upper delta plain facies,no coal bed.

　　Key words:characteristics of the coal accumulation;sequence stratigraphic framework;Carboniferous and Permian;Pengzhuang of ShandongProvince

　　引言

　　近年针对华北地区石炭-二叠系层序地层特征及其聚煤作用研究较多，一致认为华北地区晚古生代层序主要是由两元结构的海侵体系域和高水位体系域组成，其聚煤作用主要受海平面变化影响(陈世悦等，1999，2000;张鹏飞等，2001王明镇等，2003，宋建军等2010)。众多学者对华北地区石炭-二叠纪层序地层进行研究并建立地层格架，分析其与聚煤特征，认为利用层序地层学方法是进一步研究煤炭等资源的有效方法(陈世悦等，1999;张鹏飞等，2001)。宋建军等(2010)对河南登封晚古生代层序地层及聚煤特征进行了研究，建立了地层格架，认为聚煤作用主要发生在海侵初期或海侵退期。华北地区石炭-二叠纪地层划分及其特征等情况近年也多有研究(金玉玕等1999，2000;殷鸿福等2006;李守军等2013)。殷天涛等(2012，2014)对山东晚古生代山西组地层特征从岩石地层、生物地层、层序地层等方面进行了较为细致的研究。本文类似写作方法笔者具备一定的相关写作经验(殷天涛等，2012，2014)。以上研究虽多以二叠系二分为基础，但仍为本文的研究奠定了一定的基础。山东石炭-二叠系主要发育在安丘-莒县断裂以西地区(张增奇，1996)[3]。在淄博，济阳等地研究较为成熟(王明镇，2003;殷天涛，2014)[4-5]。鲁西南(菏泽)具有较为丰富的煤矿资源，其研究相对较少。国际二叠系三分后(章森贵等，2009)，随着煤炭等能源开采的需要，尤其是深部能源勘探需要，亟需进一步明确研究区石炭-二叠系内部层序地层特征及其对聚煤作用的表现。本文利用沉积学、层序地层学原理，根据沉积特征及层序界面识别标志，结合钻井资料，建立研究区石炭-二叠系层序地层格架，并对其聚煤作用进行相应的分析研究，以期对煤炭等能源的勘探提供更好的思路。山东彭庄位于山东西南部菏泽市境内，地处三省(鲁、豫、皖)交界处，交通便利(图1)。

　　1.地质背景

　　华北晚古生代陆表海是一个受限陆表海(何起祥等，1991)。在晚石炭世向早二叠世的过渡阶段发生了一次较强的跷跷板式运动，改变了盆地基底向北倾斜的古地面坡向，成为北高南低的古地形，使海水从本区南东面的两淮地区向华北腹地侵入(陈世悦，1994)。

　　图1研究区位置图

　　Fig.1 location of the study area

　　研究区(图2)属于华北地台的一部分，总体具华北沉积特征。研究区晚古生代石炭-二叠系太原组、山西组代表了由海相到海陆交互相沉积。在早二叠世早期紫松期又一次达到海侵高峰，之后逐渐海退(程裕淇，2000)。反映了二叠纪沉积环境主要以陆相碎屑岩为主，仅在下部发育潟湖-沼泽相等，中部以三角洲平原相含煤碎屑岩为主。

　　受取芯等实际资料限制，本文主要以研究区石炭二叠系太原组上部、山西组、部分石盒子群来进行研究。山东彭庄太原组上部主要是一套海陆交互相沉积，主要由砂岩、粉砂岩，石灰岩组成。山西组主要是一套主要由粉砂岩、细粒粉砂岩、泥岩等组成，底部以泥岩整合于太原组之上的含煤地层，是一套陆源过渡相碎屑岩沉积，属三角洲相沉积体系。石盒子群下部主要由粉砂岩、砂质泥岩等组成，为一套陆源碎屑岩沉积。

　　图2 研究区构造分区图(据张巍，2010修改)

　　Fig.2 Map showing tectonic division of the study area(modified from zhang et al.2010)

　　2.层序地层格架

　　2.1层序界面识别

　　本次研究层序的定义及体系域的划分主要按照EXXON公司“vail”的学派观点。结合众多学者在研究区所属的华北地区晚古生代层序研究的基础上(陈世悦等，2000;王明镇等，2003)，进行本次研究，在研究上充分保证了其区域性特点，从而更有利于研究的典型性。

　　结合华北地区特定陆表海条件进行划分，初始海泛面与最大海泛面之间为海侵体系域，最大海侵面与层序界面之间为高水位体系域。厚层砂岩上的泥岩，泥质粉砂岩，等较为细粒的岩石作为初始海泛面。下切谷砂砾岩面表现在研究区山西组与下石盒子群底部的砂体，自然伽马与视电阻率呈现明显的差异。最大海泛面代表水体最深的沉积，被认为是可容空间速率迅速增大的沉积面，通常是海侵体系域与高水位体系域之间的界面。

　　2.2层序地层格架建立

　　研究区石炭-二叠纪太原组上部、山西组、部分石盒子群含煤岩系，共识别出二个层序界面，自下而上划分为3个三级层序(图3)，其特征分述如下：

　　(1)S1相当于太原组上部，其沉积微相主要为潟湖、沼泽相到潮坪相。综合分析，太原组上部为海侵体系域(TST)、高水位体系域(HST)组成。海侵体系域(TST)主要由深灰色砂状泥岩、泥灰岩等组成。高水位体系域的发育主要是由石灰岩、沼泽相粉砂岩等组成，石灰岩沿解理缝充填方解石脉(图4：a，b)，部分方解石发生重结晶(图4：c)，主要为泥晶方解石。

　　(2)S2相当于山西组。层序界面主要为三角洲平原相下的河道下切谷砂岩底面。主要由低水位体系域(LST)、海侵体系域(TST)、高水位体系域(HST)组成。低水位体系域(LST)开始于山西组底部灰色泥岩，含细砂岩，泥岩条带及包裹体，作为初始海泛面(图4：d)。海侵体系域(TST)开始于山西组下部煤层底部的细粒砂岩，主要由砂质泥岩、煤层、石英砂岩等组成，含丰富的植物化石。高水位体系域(HST)主要由灰绿色细砂岩、砂质泥岩、粉砂岩夹薄层泥岩等组成，含细砂岩中含较多的云母碎片，层理发育，主要见平行层理、交错层理等，含较多植物化石，主要代表了三角洲平原相沉积序列(图4：e)。

　　(3)S3为石盒子群下部，层序界面主要为上三角洲平原相河道下切谷。主要发育低水位体系域(LST)、海侵体系域(TST)。低水位体系域主要以中粗粒砂岩(图4：f)、砂质泥岩为主，含少量植物茎叶化石。海侵体系域(TST)主要由决口扇，天然堤和河道砂岩、砂质泥岩等组成。其初始海泛面，主要表现为粒度突变为较为细粒的砂岩，含少量暗色矿物。

　　图3.山东彭庄西补15井石炭二叠系层序地层柱状简图

　　Fig.3. Carboniferous-Permian sequence stratigraphical column of the Xibu 15 drilling in Pengzhuang,Shandong

　　a.灰岩岩解理缝充填方解石 b.灰岩岩解理缝充填方解石

　　c.方解石重结晶 d.泥质条带

　　e.粉砂岩夹薄层泥岩 f.中粒砂岩

　　图4 山东彭庄西补15井石炭-二叠纪代表岩心特征

　　Fig.4. Carboniferous-Permian core features of the Xibu 15 drilling in Pengzhuang,Shandong

　　3.测井响应

　　研究区主要为覆盖区;本次研究在沉积学与层序地层学的基础上，结合测井地层学，来综合分析研究区地层特征。山东彭庄西补15井山西组煤层处测井曲线(图5)中自然伽玛，三侧向电阻率的曲线变化所揭示的物性特征为：在煤层处，自然伽玛值由低到高。在低值处煤层发育最好。即是海侵体系域中，可容空间增加至最大海泛面时。而三侧向电阻率值则相反，在自然伽马低值处为其峰值。自然电位呈锯齿状处呈现的是砂泥岩互层。进一步响应了标志层处沉积相特征。

　　图5. 钻孔测井曲线和柱状图

　　Fig.5. The curves and columnar section of drilling and Logging

　　4.聚煤特征

　　关于层序地层与聚煤特征相互间的关系，众多学者在不同地区对其进行了研究(邵龙义，1998;Holz，2002)，提出了聚煤作用与海侵过程中的关系。通过对山东彭庄石炭-二叠纪层序地层格架进行分析，揭示 S1主要为潟湖-沼泽相、潮坪相，其物源较差。S2主要为分流河坝相、泥炭沼泽相，物源丰富，煤层发育最好。发现煤层主要集中发育在水动力条件相对比较稳定的泥炭沼泽相沉积环境中，聚煤作用在初始海侵开始聚集，在海侵结束时达到最大。层序中最好的煤层主要分布在最大海泛面附近(陈世悦，2000;邵龙义等2008a.)。因为在海侵体系域初始海泛面时，其可容空间开始加速，至最大海泛面也即海侵结束时，其可容空间增至最大。可容空间的大小以及增加的速率为煤层的发育提供了良好的环境。

　　4.结论

　　(1)根据层序界面识别标志，下切谷砂岩底面、初始海泛面、最大海泛面等将山东彭庄石炭二叠纪太原组上部，山西组，石盒子群下部层序划分了三个三级层序。

　　(2)根据层序地层学原理，结合层序地层格架、测井、沉积相等特征表明了煤层主要集中在层序2中的海侵体系域(TST)。海侵末期煤层发育最好，其可容空间为煤层的聚集形成提供了良好的条件。

　　致谢:感谢山东科技大学李守军教授、刘明珍、王明远、赵秀丽、张序萍、李万江、石朝霞、王秀静等同志对文章的形成提供的帮助，以及在科研工作上提供的方向引导。感谢中化地质矿山总局山东地质勘查院提供的良好实践及科研平台。

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