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张利伟，严德天，刘文慧，杨向荣，魏小松，徐翰文，张 宝，Hassan
(中国地质大学(武汉) 构造与油气资源教育部重点实验室，湖北 武汉 430074)
摘 要:以三塘湖盆地条湖凹陷为研究对象，围绕西山窑组地层的层序地层细分与聚煤规律研究这一关键问题，充分运用含煤岩系层序地层学等理论方法，探讨三塘湖盆地条湖凹陷内西山窑组含煤岩系地层聚煤规律。综合三塘湖盆地条湖凹陷内的钻井、测井和地震等资料，运用层序地层学方法进行高精度地层划分对比，将其划分为3个三级层序(SQ1，SQ2，SQ3)，根据地层叠置样式及岩相变化特征进一步在三级层序内部识别出低位体系域(LST)、湖扩体系域(EST)以及高位体系域(HST);在构建的层序格架内部分析其古地理发育特征和演化过程，识别出辫状河、辫状河三角洲及湖泊等沉积相类型;盆缘到盆中心之间的滨浅湖-三角洲平原环境过渡区域是泥炭发育的最佳场所，其中在三角洲前缘及三角洲平原的接触界面处有范围性的厚层煤发育;可容纳空间变化速率与泥炭堆积速率之间的平衡对煤层形成具有重要控制作用，湖扩体系域的早期和晚期成煤厚度大范围广，而高位体系域时期则相对较薄连续性差;在此基础上，建立了条湖凹陷西山窑组的聚煤模式，聚煤中心主要发育于湖扩体系域早期和晚期的湖泊和三角洲过渡部分。系统开展本次研究不但能够进一步了解西山窑期凹陷及全盆的古地理环境，还对该地区煤炭资源评价和勘探开发提供借鉴。
关键词:条湖凹陷;西山窑组;层序地层;聚煤规律
中图分类号:P531;P618.11
文献标志码:A
文章编号:0253-9993(2019)02-0545-12
收稿日期:2018-04-09
修回日期:2018-08-24
责任编辑:郭晓炜
基金项目:准噶尔、三塘湖盆地中低煤阶煤层气资源评价及选区基金资助项目(2016ZX05043-001)
作者简介:张利伟(1993—)，男，山西太原人，硕士。E-mail:13387591759@163.com
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张利伟，严德天，刘文慧，等.三塘湖盆地条湖凹陷中侏罗统西山窑组层序地层及聚煤规律[J].煤炭学报,2019,44(2):545-556.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2018.0462
ZHANG Liwei,YAN Detian,LIU Wenhui,et al.Sequence strata and coal accumulation of Xishanyao Formation in Tiaohu sag of Santanghu Basin,Sinkiang[J].Journal of China Coal Society,2019,44(2):545-556.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2018.0462
ZHANG Liwei,YAN Detian,LIU Wenhui,YANG Xiangrong,WEI Xiaosong,XU Hanwen,ZHANG Bao,Hassan
(Key Laboratory of Tectonics and Petroleum Resources of Ministry of Education,China University of Geosciences(Wuhan),Wuhan 430074,China)
Abstract:Taking Tiaohu sag of Santanghu Basin as the research subject,this paper focuses on key problems of sequence stratigraphy subdivision and coal accumulation.Meanwhile it makes full use of the theoretical methods such as sequence stratigraphy of coal-bearing strata to discuss the coal accumulation of the Xishanyao formation.Detailed stratigraphic analyses of data from boreholes for the Xishanyao formation have been conducted in Tiaohu sag of Santanghu Basin and it is divided into three third-order sequences.Lowstand systems tract (LST),lake transgressive systems tract (EST),highstand systems tract (HST) are subdivided by the stacking patterns of stra-tigraphy,changes in lithology and lithofacies.A series of sequence-specific paleogeographic maps have been con-structed based on the contours of lithological parameters.The paleogeographic units include braided river,braided river delta and lacustrine sedimentary system facies.The preferred sites of coal accumulation is the transition region between braided river delta and lacustrine from the margin to the center.Furthermore,there are a range of thick coal seams at the contact interface between the delta front and the delta plains.The coal-accumulation features in sequence stratigraphic framework are clarified.Through analyzing coal seam change features,coal-rich zone,the accommodation rate in relation to peat production would have controlled on coal formation and preservation.During initial and late lake transgressive systems tract deposition,coal seams are thick and continuous while only thin,discontinuous and scattered coal seams are formed in the highstand system tract.The comprehensive coal-accumulation model is established based on the researches mentioned and the major coal seams are accumu-lated in the transition of the lake to the delta of the early and late EST.The results will not only provide a se-quence stratigraphical model and paleoenvironmental framework for understand of the whole Santanghu Basin for this interval,but also are of practical significance for after coal resources exploration in Santanghu Basin.
Key words:Tiaohu sag;Xishanyao Formation;stratigraphic sequence;coal-forming pattern
层序地层学作为一种新的盆地分析方法，被认为是沉积地质学的第3次概念革命，受到广大地质学家的重视。尽管层序地层学最初是在研究近海大陆架沉积物时所提出的，但其控制机理，例如水平面的升降、盆地沉降、沉积物供给以及气候变化等同样适用于煤系地层的研究中[1]。层序地层学不仅仅是为了解释某种岩性序列，更多是以不整合界面为界搭建一个等时的地层格架。其中“可容空间”概念的提出对深入理解聚煤作用具有重要意义[2-5]。之后关于不同沉积背景下层序格架聚煤规律研究愈发深入，建立多种背景下的聚煤模式[6-9]。煤层分布特征也随着沉积背景不同存在不同的模式变化[10]。
三塘湖盆地是新疆北部重要的煤炭和石油勘探区域。前人针对三塘湖盆地在盆地结构、构造演化、沉积相、油气藏成因等方面进行过许多研究[11-17]。但针对盆地内含煤岩系的层序地层和古地理细致分析还较为薄弱。笔者以三塘湖盆地条湖凹陷为对象，围绕条湖凹陷西山窑组地层的层序地层细分与聚煤规律研究这一关键问题，充分运用含煤岩系层序地层学等理论方法，探讨三塘湖盆地条湖凹陷内西山窑组含煤岩系的聚煤规律。系统开展该地区层序古地理与聚煤作用研究，不但对进一步了解西山窑期凹陷及全盆地古地理环境有重要的意义，还可为该地区煤炭资源评价和勘探开发提供充实理论依据。
三塘湖盆地位于新疆东北部哈密地区巴里坤县和伊吾县境内，北部邻近蒙古国的中低山区，南与巴里坤含煤盆地之间隔着巴里坤山，盆地以北—南东向条带状发育于莫钦乌拉山与苏海图山之间[12-13]。盆地夹在两条古生代缝合带之间，是存在于阿尔泰褶皱系与北天山褶皱系之间的叠合盆地[18]。三塘湖盆地受到南北方向的强烈挤压作用，形成了南北分带的构造格局，发育了3个一级构造单元东北冲断隆起带、西南逆冲推覆带、盆地中央坳陷带。本文主要研究区位于中央凹陷带条湖凹陷(图1)。在早二叠纪，三塘湖盆地条湖凹陷以陆相河流-湖泊沉积为主。此后一直保持陆相盆地沉积[19-21]。凹陷内二叠系地层与下伏的石炭系之间为角度不整合关系，随后在三叠-白垩纪连续沉积。三塘湖盆地内主要的含煤地层时代为中侏罗统西山窑组(J2x)和下侏罗统八道湾组(J1b)，其中侏罗统西山窑组(J2x)为全区主要含煤地层。
本文研究层位为中侏罗统西山窑组。西山窑期沉积广泛，在三塘湖全盆地都有发育，厚度变化较大。在条湖凹陷内西山窑组地层厚度为170～340 m。凹陷西山窑期地层总体岩性为灰色，灰绿色、灰黄色、灰白色中细砂岩，粉砂岩、灰黑色泥岩、炭质泥岩夹煤层。在靠近两侧隆起区可见厚层状的黄绿色中-粗粒砂岩、砾岩发育。西山窑组与上覆头屯河组呈微角度不整合接触，与下伏三工河组为整合接触。该组地层以一套含煤的碎屑岩沉积为特征而区别于上下地层。整体沉积环境为辫状河三角洲-滨浅湖沉积。陆相湖泊三角洲环境形成了多层厚层状煤层，为本文提供良好的地质背景。
层序地层学是研究由不整合面或与其相对应的整合面所限定的一套相对整一的、成因上具有成生联系的等时地层单元[22-24]。在沉积盆地内部通过地震资料、露头资料、测井资料、岩性和沉积环境解释等资料综合分析，建立一套等时的地层格架，并进一步确定在地层格架下体系域中沉积物的充填序列和空间展布。在三塘湖盆地条湖凹陷为内陆相湖泊落差小无明显坡折带发育，研究中采用经典层序地层划分方法，将3级层序划分为高位体系域(HST)、湖扩体系域(EST)和低位体系域(LST)。
图1 三塘湖盆地条湖凹陷地理位置及构造分区
Fig.1 Location and geological map of Tiaohu sag in Santanghu basin
2.1.1 层序界面识别标志
层序即为一套由陆上不整合及其相对应的盆内整合所限定的一套沉积体。层序界面在盆地边缘往往表现为区域不整合面或河道下切冲刷面，而在湖盆内部常为连续沉积的整合面[25]。研究区层序界面的具体表现形式如下:① 沉积体系转换面，层序界面上下地层颜色、岩性发生突变，代表沉积体系的转换。② 下切谷砂砾岩体的发育，伴随沉积基准面(湖平面)的下降，由河流回春作用形成的下切谷是层序界面的典型标志。③ 古土壤:古土壤层一般是基底暴露经成土作用形成，古土壤在冲积平原河道间地区是识别层序界面的极好标志。④ 界面上下电相特征发生突变，如GR曲线及视电阻率曲线在界面上下有显著差异，GR值快速减小、视电阻率快速增大部位一般可能发育层序界面(图2(a))。
图2 条湖凹陷内西山窑组层序体系域界面标志
Fig.2 Sign of the systems tract interface of the Xishanyao formation in Tiaohu sag
2.1.2 初始湖泛面(FS)的识别标志
理论上初始湖泛面为湖水体首次漫过坡折带或漫过低位下切谷所形成的湖泛面。研究区一般将河道砂砾岩之上覆盖的泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩等细粒岩石的底面定为初始湖泛面。
在没有河道发育的地带，初始湖泛面与层序界面重合，此时古土壤可能比较发育(图2(b))。
2.1.3 最大湖泛面(MFS)的识别标志
该界面为一个基准面旋回内物源供给速率超过可容空间速率、总体水体很深时形成的沉积面，识别特征如下:在一套向上变细、变深的沉积序列中，代表最深的岩相一般为滨浅湖相泥岩、分流间湾粉砂质泥岩等，这样的岩性一般以相对较大的厚度出现时，可将其底面作为最大湖泛面的位置。向上岩性逐渐变粗，最大湖泛面即一套退积叠置样式的地层转化为进积叠置样式的转化面(图2(c))。
前人对三塘湖盆地层序地层做了一定的研究工作，但当时勘探程度较低，基础资料比较薄弱，导致对于盆地内部的层序格架精度不够[12,16-17,26-27]。本文基于盆地条湖凹陷内已有的研究为基础，通过综合分析三塘湖盆地条湖凹陷内已有钻井，依据以上的层序界面的识别标志，将西山窑组地层一共分为了3个三级层序(图3)。西山窑组属于中侏罗地层，延伸年限约5.9 Ma[28]，按照VAIL等[29]对三级层序的时限划分。将该段地层划分为3个三级层序是合理的，平均每个层序大致2 Ma。
SQ1的底为西山窑组与三工河组的分界线。三工河期间整个凹陷内都处于水平面大幅升高时期，总体以发育一套细粒的泥岩，粉砂岩的湖相沉积为主。而进入西山窑期之后湖平面降低导致在靠近山前地区发育了一套沉积粒度相对较粗的辫状河三角洲沉积砂体，在西山窑组底部多见一套河道冲刷沉积的厚层状的砾岩层，自然伽马测井曲线在界面处表现突变特征，将其作为SQ1底界(图3)。SQ1与SQ2以岩性剧烈变化面作为其分界。分界面处可见粗粒碎屑岩直接覆盖于细粒碎屑岩之上，岩性变化剧烈，自然伽马测井曲线在界面处表现突变特征。SQ2顶部沉积以一套三角洲前缘、滨湖沉积相为主的细砂岩和粉砂岩为特征，SQ3顶部则可见辫状河河道，辫状河三角洲平原所形成的灰白色粗砂岩，砾岩沉积(图2(a))。这种大的岩性变化及沉积体系的转变将其作为SQ2及SQ3的分界面。SQ3顶界为西山窑组与上覆地层头屯河组的分界线。西山窑组与头屯河组间呈现一个整个盆地范围内的微角度不整合。
图3 条湖凹陷综合柱状
Fig.3 Synthetic stratum historgram of Xishanyao formation in Tiaohu sag
在3个层序内部又依据前文中提到的识别标志识别出初始湖泛面(FS)和最大湖泛面(MFS)，并将层序内部划分为LST，EST，HST。在条湖凹陷内靠近东北冲断隆起带山前低位体系域主要以辫状河，辫状河三角洲砂体沉积为主，特点是发育有多层灰白色中粗砂岩，杂色砾岩发育，少见煤层，在靠近下柳树泉区依然有湖泊发育，但湖泊中心通常以厚层状的细砂、粉砂岩为主。低位体系域是由于相对水平面的下降下部岩层暴露于地表受到侵蚀，在湖平面上升初期形成了一套进积的地层如三角洲平原分流河道所形成的河道底砾岩，岩性粒度也较粗，呈现向上变粗的粒序;在低位体系域之上岩性过渡为一套相对较细的岩层，其底界即初始湖泛面(FS)，代表着水平面开始上升的起点，在测井曲线上表现为自然伽马曲线的升高。湖扩体系域内部相对于水平上升时期凹陷内部所沉积的地层。整体以低的砂泥比多个退积型的准层序组为特点。体系域以三角洲前缘，前三角洲，滨浅湖沉积为主。总体岩性以灰黑色，灰绿色的粉砂岩和泥岩为主，夹多层炭质泥岩和煤层。最大湖泛面(MFS)代表了此时湖泊体积达到了最大值。在一套向上变深变细的沉积地层中，将最厚层细粒沉积物的底面定位为最大湖泛面。在测井曲线上可以观察到为自然伽马曲线由此逐渐降低，这代表着由退积样式变为进积样式。高位体系域是海平面由相对上升转为相对下降时形成的，此时沉积物供给速率大于可容纳空间增加速率。因此在凹陷内部形成了一套向沉积中心进积的一个或多个准层序地层。总体岩性以灰白色细砂岩、粉砂岩为主夹薄层炭质泥岩和煤层，靠近物缘区还可见到灰白色中砂岩、粗砂岩发育，多呈加积状。值得注意在SQ3层序中标准井位于辫状河三角洲近源处物源较为充足，在湖扩体系域和高位体系域交界处未有明显的退积型样式转变为进积型，而是由多层加积型砂体为特点。正如邵龙义等[30]提到的，在其他很多情况下，尤其是在纯陆相背景中，向上变浅的准层序一般发育不好或难于辨认，沉积作用多以垂向或侧向加积为主，没有明显的进积和退积，这时可通过地层序列的堆叠置样式的变化加以判断。在层序SQ3期岩层叠置可见由浅到深再由深到浅的变化，其中这样的转化面即为最大湖泛面。在这一转化过程中沉积亚相未发生大的变化但其沉积微相还是表现出了转变。从底部的由粗变细河道砂体转变为多次短期的天然堤及河道的叠置沉积。
层序SQ1相当于西山窑组下部地层。SQ1层序在条湖凹陷内全区都有分布，其地层厚度最低为330-4井附近的34.55 m，最厚处为161.6 m。
层序厚度变化较大，在凹陷内部分布不均匀。由图4(a)可以看出层序SQ1地层厚度在靠近凹陷边缘物缘区沉积厚度较大而在凹陷中则厚度较小，整个沉积中心位于山前地区。可以说明在SQ1时期凹陷整体处于沉降期，且物缘供给不足导致盆地靠近物缘较厚而在离山前较远的中心地区，如塘参1井附近较薄。
在SQ1内主要发育的沉积相有辫状河，辫状河三角洲，冲积扇及湖泊沉积。在层序SQ1底部厚层状的杂色砾岩，其在334-2井、358-1井等靠近东北即山前地区砾岩层厚度都达到了60 m厚，是由山前辫状河及冲积扇所形成的大套砾岩沉积。往南向凹陷中心过渡粒度逐渐减小，逐渐过渡为辫状河三角洲平原，辫状河三角洲前缘及前三角洲。前缘及前三角洲沉积相均呈带状分布于山前扇体外围。在西南方向岩性过渡为厚层状的粉砂岩及泥岩沉积。总体砂泥比低于0.6(图5(a))，以湖泊沉积为主。主要物缘有2个：一为靠近石头梅凸起区域东北冲断隆起带，其地势较陡，沉积相快速由辫状河，辫状河三角洲过渡为滨浅湖及湖湾沉积;另一个为凹陷西部358-1井附近东北推覆带，其延伸范围较广，三角洲朵体延伸到了条2井附近(图6(a))。
层序SQ2相当于西山窑组的中部。层序在凹陷全区亦是都有发育(图4(b))。层序厚度为28.05～103.91 m，总体来看层序厚度较SQ1来说相对较小。地层厚度在靠近石头梅凸起处298-5井达到最高，其在350-4井及靠近山前处相对较薄。
在SQ2中主要发育的沉积相为湖泊相及辫状河三角洲相。在SQ2期，三角洲朵体较SQ1有了较大的变化，由于其物缘的充足，靠近石头梅凸起附近朵体扩大。从298-5井发育有大套中砂岩粗砂岩的辫状河沉积，向东南方向盆地中心塘参1井附近粒度逐渐变细过渡为湖泊相沉积。靠近凹陷东南部由此前SQ1发育的大型辫状河三角洲多以退缩消失，在SQ2期以湖泊相沉积为主。主要物缘来自于东北冲断隆起带，与SQ1期相似。另外一个物缘来自石头梅凸起方向(图6(b))。
图4 三塘湖盆地条湖凹陷西山窑组三级层序地层厚度
Fig.4 Map of the stratigraphic thickness in third-order sequence of the Xishanyao formation in Santanghu basin
图5 三塘湖盆地条湖凹陷西山窑组三级层序地层砂泥比等值线
Fig.5 Contour map of (sandstone+conglomerate)/(mudstone+siltstone) in third-order sequence of the Xishanyao formation in Santanghu basin
图6 三塘湖盆地条湖凹陷西山窑组三级层序沉积相及煤层厚度
Fig.6 Paleogeographic and contour map of total seams thickness in third-order sequences of the Xishanyao formation in Santanghu basin
图7 西山窑组各层序总煤层厚与砂泥比对应关系
Fig.7 Correspondences betweenthe thickness of the coal and (sandstone+conglomerate)/(mudstone+siltstone) in third-order sequences of the Xishanyao formation
SQ3在凹陷全区发育，顶界为西山窑组与上覆地层头屯河组的微角度不整合面。层序厚度在318-2井附近达到最大值为177.65 m，在靠近条2井附近厚度最小为29.0 m(图4(c))。从全区总体来看，层序在凹陷中心厚度最大，且向凹陷边缘地层厚度逐渐减薄。SQ3主要发育的沉积相主要为湖泊相，辫状河三角洲相及辫状河相(图6(c))。相较于SQ2中350-4井及条6井附近所形成的大面积三角洲沉积，SQ3时期此朵体进一步退缩。在条6井中该时期主要沉积相转变为深湖相沉积，具有较低的含砂率及大套的泥岩沉积。在298-5井附近来自石头梅方向的物缘供给充足，在石头梅凸起前形成大规模的三角洲朵体。大的物缘方向与SQ2相似，一为350-1井附近来自三塘湖盆地东北冲断隆起带，二为来自石头梅凸起方向。
煤是由古代植物经过复杂的生物化学作用、物理化学作用和地球化学作用转变而成的固体有机可燃矿产。沼泽中的泥炭是成煤的原始物质，其需要在适宜的气候、海(湖)平面变化、沉积古地理和构造条件下堆积、保存才能进一步成煤[31]。
煤层形成的基本条件为:成煤植物的生长、植物死亡后的堆积、埋藏和保存等因素。不同地区聚煤时期的沉积体系展布，物源供给、基底沉降、湖平面变化等因素对成煤植物的生长、埋藏、堆积的控制作用各不相同。
在陆相盆地中构造活动相对稳定，气候变化通过影响盆地和流域径流深度以及植被发育程度，控制着湖水面变化与沉积物供给速率进而导致盆地内成煤泥炭地与陆源碎沉积体系的交替演化，是驱动环境演化的重要因素[10]。关于新疆北部中侏罗世时总体环境以温暖潮湿气候为主，存在间歇性的半干旱环境，适宜植被发育，这也为大规模成煤提供了物质基础[32-34]。同时本次研究区域为中侏罗世燕山期，构造相对稳定未有大规模的构造活动，总体表现为稳定的沉降[10,15]。在本次研究中起到重要控制作用的即为沉积环境和基准面变化。同时基准面的变化控制着可容纳空间的相应变化，进而影响了地层叠置样式即三级层序内部体系域的发育特征。
西山窑期三塘湖盆地条湖凹陷沉积环境主要为冲积扇、辫状河、辫状河三角洲、湖泊。其中辫状河三角洲又可分出前三角洲、三角洲前缘、下三角洲平原和上三角洲平原，湖泊分为滨浅湖和深湖-半深湖组成。在不同的层序单元中，聚煤中心随着古地理环境的变化而发生改变。
在SQ1中聚煤中心主要位于凹陷东南部的条6井附近，最大煤层厚度达到了16 m以上。由沉积相图可知，聚煤中心沿三角洲朵体边缘呈条状分布，并向盆缘和湖中心两方逐渐变薄。主要沉积环境为三角洲前缘和平原相沉积(图6(a))。
在SQ2中聚煤中心位于条6井附近，最大煤层厚度达到18 m。煤层分布于盆地中心三角洲大型朵体的西部。主题煤层主要发育于滨浅湖相，三角洲前缘及下三角洲平原。此外在318-2井附近也有小型的聚煤中心，这是由于三角洲朵体间湖湾沉积形成了大量的泥炭堆积(图6(b))。
在SQ3中聚煤中心主要位于塘参1井附近，最大煤层厚度约28 m。厚煤层发育于两个朵体的过渡部分，主要厚煤层发育于滨浅湖，前三角洲相沉积。在318-2及338-6井周围都有较厚的煤层，这是由于湖湾环境利于泥炭沼泽的聚集(图6(c))。
为探讨沉积环境与煤的聚集关系，将各层序煤层厚度与层序砂泥比绘制散点图，如图7所示。由图7可看出,SQ1，SQ2和SQ3期煤层厚度与砂泥比对应关系特征相似。即在砂泥比大于2.0和小于0.4的区间，总煤层厚度较小。而在砂泥比大于0.4和小于2.0的区间，总煤层厚度较高，并在砂泥比为0.9和1.6左右时出现峰值。
在研究区内沉积体系的平面展布对聚煤影响很大。当砂泥比大于2.0时，代表了辫状河及冲积扇沉积。期间水动力过强，总体发育以粗粒沉积为主，这种环境都不利于泥炭的形成和积累，所以在砂泥比值大于0.6后，总煤层厚度较小，少量薄层煤发育。当砂泥比值小于0.4时，地层主要为泥岩沉积，沉积环境为深湖-半深湖，水体深度过大，不利于植物的生长，无法形成大范围的厚煤层，仅有局部产生薄煤层。砂泥比值在0.4～2.0主要为滨浅湖-三角洲平原相环境，水动力条件和水体深度适宜，极有利于泥炭的富集和保存。其中砂泥比值0.8～1.2为三角前缘相沉积，砂泥比值为1.6时为上三角洲平原下三角洲交界处，在附近总煤层厚度呈现较高的值，可见处于盆缘和盆中心之间的滨浅湖-三角洲平原环境是煤炭发育的最佳场所，其中在三角洲前缘及上下三角洲平原的接触界面处可能有范围性的厚层煤发育。
条湖凹陷中侏罗统含煤岩系西山窑组主要为滨浅湖-辫状河三角洲环境，三角洲平原上沼泽发育广泛，盆地基底的持续沉降为煤层的形成提供了良好的保存条件[35]。
在层序地层模型中，基准面对地层沉积样式有着重要控制作用，同时也影响着煤的形成。在格架内，可以建立煤层几何形态和厚度预测模型[3-4,36-37]。此外层序地层对煤岩煤化特征也有重要影响[38-42]。
通过统计各井所发育煤层的厚度及在层序内部相对位置，在基准面曲线上绘制散点图(图8)。在低位体系域内部，基准面处于强制性湖退期及低位水位正常湖退期，可容纳空间增长率小，SQ1，SQ2，SQ3中基本没有煤层的发育，仅有少量的薄且分布范围小的煤层。
图8 层序格架下可容纳空间所控制的煤层分布示意
Fig.8 Relationship between base level changes and coal geometry-and-thickness during the third-order sequences
在湖扩体系域期间，通过图8(a)中煤层厚度在层序内部相对位置的投点可以看出，煤层厚度在湖扩体系域呈现相对对称的分布，在靠近初始湖泛面和最大湖泛面附近有多层厚层状煤分布。而中间则发现煤层含量较薄，因此依据投点图将湖扩体系域分为了早中晚3个时期。在湖扩体系域初期，有多煤层发育，很多煤层厚度大于5 m。基准面上升速度加快，可容纳空间的增长速率等于或略大于泥炭的堆积速率，因而利于泥炭的堆积和保存。在湖扩体系域中期，可以发现煤层厚度有明显的降低。可能由于湖水的快速增长导致泥炭层被淹没，阻碍泥炭的长时间持续堆积，因而仅能形成多层薄煤层。在湖扩体系域后期，在SQ1，SQ2和SQ3中煤层厚度相较湖扩域中期煤层厚度有很大的提升。可容纳空间的增长速率又一次等于或略小于泥炭的堆积，因而和湖扩体系域初期相似形成厚而广的煤层。
在高位体系域期，各井煤层厚度总体都较薄，地层呈现向沉积中心进积型叠置样式，较高的水深和来自东北冲断隆起带的沉积物供给都会导致该时期煤层相对较薄，但总体较低位体系域还是有多层煤发育。
基于本文所做的层序地层分析、在层序地层格架下所进行的古地理环境分析以及对聚煤影响因素的探讨，综合总结一个层序格架下的聚煤模型(图9)。通过可容纳空间的变化对煤层几何分布及厚度的影响，将一个三级层序分为5个聚煤阶段。
图9 条湖凹陷西山窑组层序内部聚煤过程
Fig.9 Schematic diagram showing the accumulation progress of the coal seams in the third-order sequence of the Xishanyao formation in Tiaohu sag
低位体系域时期(LST)总体可容纳空间较低，以粗粒的沉积物为主。在低位体系域早期，处于基准面下降阶段。在陆上地区沉积通常可见河道下切谷，对下伏地层有着强烈的剥蚀，由于基准面下降的缘故，局部尽管有泥炭沼泽的形成，但不易保存，很少有聚煤的生成。在低位体系域晚期，基准面已经开始回升，但是由于总体基准面上升速率依旧小于沉积物的堆积速率，整个水下部分依旧以一套进积的叠置为主，可容纳空间很低，泥炭无法有效的保存。在整个低位体系域时期，仅有一些薄且分布范围小的煤层发育(图9(e))。
湖扩体系域初期，基准面上升速度开始加快，可容纳空间增长速率也随之加快，沉积物不断向陆地方向迁移，以退积型的叠置样式为特点。由于水平面的迅速上升，形成大范围的三角洲前缘相沉积。其可容纳空间的增长速率与泥炭的堆积速率相对保持平衡，在这种背景下有利于泥炭沼泽堆积和保存，容易形成厚煤层。因此在该时期三角洲前缘和平原上有益于厚层且分布范围广的煤层生成(图9(d))。
湖扩体系域中期，基准面的上升速率过快。当基准面上升过快所导致的可容纳空间的增长速率大于泥炭的堆积速率，则会导致泥炭沼泽被湖水淹没，阻碍泥炭层的进一步积累。因此通常在这种环境中形成的煤一般较薄且连续性较差(图9(c))。
在湖扩体系域晚期，总体基准面仍然持续上升，但是基准面上升所形成的可容纳空间增长速率等于或略小于泥炭的堆积速率，两者保持相对平衡。滨岸线向陆地方向进一步延伸，多发育三角洲前缘相。在三角洲平原相由于地下水位的增长，大量成煤植物生长，为成煤提供原始物质基础。在这种背景下有利于泥炭的富集，而形成厚而广的煤层(图9(b))。
在高位体系域时期，基准面上升速率小于沉积物堆积速率，总体地层叠置样式为加积和前积。高水位导致其沉积以三角洲前缘相和前三角洲相为主。在高位体系域时期，三角洲平原和前缘相仍然可能有很好的泥炭沼泽沉积，但是高沉积物的注入可能导致泥炭积累被间歇性的破坏，从而仅有一些薄层的煤层发育而无法形成较厚层状的煤层(图9(a))。
前人对煤层发育规律进行了大量的总结和归纳，但在山间陆相盆地背景下的分析较少，相较于海相盆地中高位体系域发育的大规模聚煤[5-6]，在此次研究中高位体系域所形成煤层多较薄。这可能是由于在陆相盆地中靠近物源近短期聚煤环境易被打断。
(1)通过对三塘湖盆地条湖凹陷西山窑组层序地层的研究，识别出重要层序界面及初始湖泛面和最大湖泛面。将中侏罗西山窑组地层分为3个三级层序，分别为SQ1，SQ2，SQ3，并在层序内部识别出低位体系域，湖扩体系域及高位体系域。
(2)统计条湖凹陷岩性，绘制砂泥比等值线，层序地层厚度图等，综合恢复三塘湖盆地中侏罗统西山窑期在三级层序格架下的岩相古地理。在西山窑期，盆地内发育的沉积相单元有辫状河、冲积扇、辫状河三角洲和湖泊沉积。在3个层序中沉积相都会发生不同的迁移，三角洲朵体也发生变化。
(3)通过分析条湖凹陷内岩相古地理和煤层厚度等值线叠合图以及各层序煤层厚度与砂泥比值的散点图可知，凹陷聚煤主要的形成环境为滨浅湖到三角洲平原相沉积。在各个层序中聚煤环境略有不同，SQ1层序聚煤主要形成于三角洲前缘和平原相沉积，SQ2层序中聚煤主要形成于滨浅湖相，三角洲前缘及下三角洲平原，而SQ3沉积则主要为滨浅湖，前三角洲及湖湾沉积。
(4)可容纳空间增加速率与泥炭的堆积速率之间的相对关系对泥炭的聚集和保存有着重要的控制作用。在已建立好的西山窑组层序格架下分析煤的形成位置，将煤层厚度与层序内部体系域和基准面升降曲线相结合，可以发现在湖扩体系域早期和湖扩体系域晚期，可容纳空间增长与泥炭堆积速率保持平衡，在三角洲平原和三角洲前缘处有厚且广的煤层。而在湖扩体系域中期由于基准面的增长速度过快造成泥炭层被淹没无法形成厚的煤层。在高位体系域期则由于总体地层为进积的特点，受物缘沉积物的影响所形成的煤层也总体较薄。在低位体系域期则由于总体处于剥蚀状态很少有聚煤产生。通过分析总结出三塘湖聚煤模式，将层序内部划分为5个不同部分，并系统分析了各阶段的聚煤特征。总体上工业性的煤层多发生于湖扩体系域早期和晚期。
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