鄂爾多斯盆地中部上三疊統(tǒng)瓦窯堡組層序—古地理與聚煤規(guī)律*

李明培 邵龍義 夏玉成 李智學(xué) 賀 丹 李 麗

1西安科技大學(xué)地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院，陜西西安 710054 2陜西投資集團創(chuàng)新技術(shù)研究院有限公司，陜西西安 710061 3中國礦業(yè)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與測繪工程學(xué)院，北京 100083 4陜西投資集團有限公司，陜西西安 710061 5陜西省煤田地質(zhì)集團有限公司，陜西西安 710026

鄂爾多斯盆地三疊系蘊藏豐富的煤炭和油氣資源(李文厚等，2019)，前人對上三疊統(tǒng)的含油層位關(guān)注較多(鄧秀芹等，2011，2019；李克永，2011；李文厚等，2019；李媛等，2019；郭艷琴等，2019)，但對含煤的上三疊統(tǒng)瓦窯堡組則研究較少(王雙明，2017)。瓦窯堡組位于延長群的頂部，大致對應(yīng)石油系統(tǒng)延長組1段(鄧勝徽等，2018)。瓦窯堡組煤系分布面積較廣，賦煤區(qū)煤層煤質(zhì)優(yōu)良，煤種稀缺，焦油產(chǎn)率7.42%～17.75%，屬于富油煤—高油煤，可作為煉焦配煤，但由于煤層厚度較薄，且已開發(fā)礦井和研究熱點主要集中于陜北子長礦區(qū)(最低可采厚度為0.50im)，范圍相對局限，因此對瓦窯堡組富油煤的沉積機理涉及較少。王雙明(1996)在全國第三次煤炭資源潛力評價中，提出瓦窯堡組為陸相河流—三角洲—湖泊沉積地層；賀丹(2015)通過分析陜北瓦窯堡組煤炭資源分布，編制了瓦窯堡期的巖相分布圖，總結(jié)出區(qū)內(nèi)湖泊—三角洲聚煤模式和曲流河聚煤模式。也有許多學(xué)者針對長1段含油層段沉積相(李禎等，1995；李克永，2011；李文厚等，2019；江澗等，2019)及層序地層(王起琮，2009；王峰等，2010；喻建等，2010；趙俊興等，2011；陳林等，2015)進行了研究，但鮮有學(xué)者研究該段的聚煤作用。

隨著層序地層學(xué)理論的不斷完善以及其在能源勘探領(lǐng)域的應(yīng)用不斷加強(Allen and Fielding，2007；Catuneanuetal.， 2009)，層序地層學(xué)方法為人們理解聚煤作用模式提供了新的思路(李思田等，1992，1995)，特別是基于等時性層序地層格架的巖相古地理研究已經(jīng)成為聚煤規(guī)律分析的有效方法(邵龍義等，2014，2017)。近年來，田野等(2011)、李麗等(2017)利用層序地層學(xué)觀點(Vailetal.， 1977；Bohacs and Suter，1997；Diesseletal.， 2000；Jerrettetal.， 2011)對陜北子長礦區(qū)瓦窯堡組的層序古地理及聚煤特征進行了研究，但利用層序—古地理方法對整個盆地的瓦窯堡組沉積環(huán)境與聚煤規(guī)律研究涉及相對較少。作者以鄂爾多斯盆地中部上三疊統(tǒng)瓦窯堡組為研究對象，依據(jù)39口石油鉆井、13條地質(zhì)剖面以及36口煤田鉆探和巖心資料，分析瓦窯堡組沉積相；在層序地層格架下，以三級層序為作圖單元恢復(fù)瓦窯堡期沉積相特征，并分析層序格架下瓦窯堡期聚煤規(guī)律，以期為瓦窯堡組煤炭資源潛力預(yù)測和富油煤形成機理研究提供地質(zhì)依據(jù)。

圖 1 鄂爾多斯盆地構(gòu)造分區(qū)和研究區(qū)位置Fig.1 Tectonic division of Ordos Basin and location of study area

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于陜西省境內(nèi)，其東部和南部邊界為瓦窯堡組(T3w)剝蝕邊界，大致沿銅川漆水河、仕望河、金盆灣和禿尾河等剖面和神木、府谷地區(qū)一線分布(賀丹，2015)，西部邊界為陜西與蒙甘寧省、自治區(qū)邊界(圖 1)。

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡中部(圖 1)，自中生代以來構(gòu)造相對穩(wěn)定。瓦窯堡組總體呈NNE—SSW向展布，以1°～3°左右的傾角向NW緩傾，與上覆下侏羅統(tǒng)富縣組(J1f)或中侏羅統(tǒng)延安組(J2y)呈平行不整合接觸，與下伏上三疊統(tǒng)永坪組(T3y)呈整合接觸。

瓦窯堡組巖性為灰白色中厚層—塊狀中細(xì)粒砂巖與深灰色粉砂巖、灰黑色泥質(zhì)巖互層，夾煤層和泥灰?guī)r，近頂部有油頁巖。地層厚度0～386im，在無定河、大理河、清澗河一帶沉積厚度大(賀丹，2015)，地層發(fā)育較全，自下而上劃分為第一段至第五段。

瓦窯堡組第一段(T3w1)： 灰綠色、灰黑色粉砂巖、泥巖與灰白色中—細(xì)粒砂巖互層，局部含油。含薄煤層、煤線共1～13層，含可采煤層1號煤。厚度一般為50～80im。

瓦窯堡組第二段(T3w2)： 下部為灰白色、灰綠色中粒砂巖，中上部為灰色粉砂巖、細(xì)粒砂巖與灰黑色砂質(zhì)泥巖、泥巖互層，夾不可采薄煤層或煤線。厚度一般為70～80im。

瓦窯堡組第三段(T3w3)： 下部為灰白色厚層狀中—細(xì)粒砂巖，中上部為灰色粉—細(xì)粒砂巖與深灰色、灰黑色砂質(zhì)泥巖、泥巖互層，含可采煤層3號煤。厚度一般為70～90im。

瓦窯堡組第四段(T3w4)： 下部為淺灰色、灰白色中—細(xì)粒砂巖，向上逐漸過渡為砂巖、灰黑色泥巖、深灰色粉砂巖互層，夾多層薄煤層和煤線，含可采煤層5號煤。厚度一般為60～80im。

瓦窯堡組第五段(T3w5)： 下部為棕黑色、黑色油頁巖夾薄層黃綠色鋁土質(zhì)泥巖，上部為灰白色中粒砂巖夾薄層泥巖。厚度一般為0～80im。

表 1 鄂爾多斯盆地中部上三疊統(tǒng)瓦窯堡組巖相及沉積環(huán)境解釋Table1 Lithofacies and sedimentary environment of the upper Triassic Wayaobu Formation in central Ordos Basin

2 巖相類型及沉積相分析

2.1 巖相類型

根據(jù)野外地質(zhì)填圖、地質(zhì)鉆探以及測井等資料，本次在鄂爾多斯盆地中部瓦窯堡組共識別出砂巖、粉砂巖、泥巖、泥灰?guī)r和可燃有機巖等5類巖石類型，并根據(jù)各類巖石特征及其沉積構(gòu)造組合識別出17種巖相類型(表 1)。

2.2 沉積相類型

總體來看，鄂爾多斯盆地中部瓦窯堡組沉積相有曲河流相、三角洲相和湖泊相3種類型。

1)曲流河相。主要劃分為河床、堤岸、河漫亞相(圖 2)，具有明顯的二元結(jié)構(gòu)。河床亞相發(fā)育河床滯留沉積微相(巖相類型為Smg)和邊灘微相(巖相類型為Sp、Sh、St)，邊灘微相常見多期河道疊置。堤岸亞相發(fā)育天然堤微相(巖相類型為Sh、Src)和決口扇微相(巖相類型為Sih)。河漫亞相發(fā)育河漫灘微相(巖相類型為Msd)、河漫湖泊微相(巖相類型為Sir)和河漫沼澤微相(巖相類型為Mc、Md、Msd)。堤岸亞相和河漫亞相共同組成河流沖積平原。

圖 2 鄂爾多斯盆地中部上三疊統(tǒng)瓦窯堡組曲河流相沉積特征Fig.2 Sedimentary characteristics of meandering river facies of the upper Triassic Wayaobu Formation in central Ordos Basin

圖 3 鄂爾多斯盆地中部上三疊統(tǒng)瓦窯堡組三角洲相沉積特征(延安蟠龍鎮(zhèn)局部露頭)Fig.3 Sedimentary characteristics of delta facies of the upper Triassic Wayaobu Formation in central Ordos Basin(Panlong profile，Yan’an)

a—子長礦區(qū)貫屯煤礦瓦窯堡組第五段下部半深湖、深湖亞相厚層狀油頁巖及其測井曲線 b—油頁巖夾薄層鋁土質(zhì)泥巖巖心照片，鋁土質(zhì)泥巖易風(fēng)化呈灰色，頂部的泥巖夾濁流粉砂巖薄層圖 4 鄂爾多斯盆地中部上三疊統(tǒng)瓦窯堡組湖泊相沉積特征Fig.4 Sedimentary characteristics of lacustrine facies of the upper Triassic Wayaobu Formation in central Ordos Basin

2)三角洲相。主要劃分為三角洲平原和三角洲前緣亞相(圖 3)，前三角洲亞相不發(fā)育。三角洲平原亞相發(fā)育分流河道微相(巖相類型為Sp、St)、天然堤微相(巖相類型為Sh、Src)、決口扇微相(巖相類型為Sih)、分流間灣微相(巖相類型為Sir、Md、Msd)和泛濫盆地微相(巖相類型為Mc、Msd)。分流河道砂體具有電阻率高、自然伽馬低、密度中高等特征，曲線呈“箱型”(張鵬飛等，1993)(圖 4)，反映砂巖沉積過程中物源供應(yīng)豐富、水動力條件穩(wěn)定并快速堆積。三角洲前緣亞相發(fā)育河口壩微相(巖相類型為Sp、Sm)和遠沙壩微相(巖相類型為Sih)。

3)湖泊相。主要劃分為濱湖、淺湖、半深湖和深湖亞相(圖 4)。由于鄂爾多斯盆地中生代構(gòu)造穩(wěn)定，陸源細(xì)碎屑巖沉積地層巖性突變不明顯，加之后期遭受剝蝕，研究區(qū)濱湖和淺湖亞相不易區(qū)分，本次研究以濱—淺湖亞相代表兩者。濱—淺湖亞相發(fā)育巖相類型主要有Stb、Src、Sir、Sih、Md、Mb和Lm。半深湖—深湖亞相發(fā)育巖相類型主要是Os，夾Mb，油頁巖物性特征明顯，表現(xiàn)為：電阻率為中高值、曲線起伏較大、自然伽馬為高值、曲線呈“巨齒狀”、密度為中高值、曲線呈“鋸齒狀”。子長、清澗一帶，深湖亞相中可見深水濁積沉積。

圖 5 鄂爾多斯盆地中部上三疊統(tǒng)瓦窯堡組區(qū)域不整合界面Fig.5 Sequence boundary represented by regional unconformity of the upper Triassic Wayaobu Formation in central Ordos Basin

3 層序地層分析

3.1 關(guān)鍵層序界面識別

3.1.1 層序界面(SB)

根據(jù)陸相層序地層研究成果，結(jié)合野外地質(zhì)填圖、地質(zhì)鉆探以及測井等手段，在鄂爾多斯盆地中部瓦窯堡組識別的層序界面主要有3種。

1)區(qū)域不整合界面。瓦窯堡組與上覆下侏羅統(tǒng)富縣組或中侏羅統(tǒng)延安組之間為平行不整合接觸(圖 5)，代表瓦窯堡期沉積后存在一定時間的沉積間斷或剝蝕，測井曲線上表現(xiàn)為巖石物性的突變。這個不整合界面也代表了鄂爾多斯盆地中生代瓦窯堡組聚煤期的結(jié)束和侏羅紀(jì)聚煤期的初始。

2)地層顏色突變面。瓦窯堡組與下伏上三疊統(tǒng)永坪組具有較明顯的顏色突變。瓦窯堡組為深灰色、灰—灰白色、黑色含煤與油頁巖地層，局部夾灰綠色巖層，易風(fēng)化成淺灰色、灰白色；永坪組為淺灰綠色砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖等，泥巖層易風(fēng)化成淺灰色(圖 6)，局部含油層位不易風(fēng)化。

3)河道下切谷沖刷面。伴隨著基準(zhǔn)面下降，由河流回春作用形成。河流下切谷以群集性河道充填沉積為主。該規(guī)模發(fā)育的河道下切谷主要位于瓦窯堡組第三段和第四段的底部(圖 7)，由北向南從子長蟠龍到富縣牛武一帶，瓦窯堡組第四段下部發(fā)育河道下切谷砂體。其次位于第二段底部，但其在橫向上快速相變?yōu)榉凵皫r、泥質(zhì)粉砂巖等細(xì)粒的碎屑巖。

3.1.2 初始湖泛面(Ifs)

為低位正常湖退與湖侵的分界面(Tanner and Lucas，2010；Wangetal.， 2020)，理論上為湖水漫過低位下切谷所形成的湖泛面。自該面向上水體逐漸變深，沉積物呈正粒序，粒度逐漸變細(xì)，泥巖、粉砂巖等細(xì)粒碎屑巖的底面即為初始湖泛面(Vailetal.， 1977；Wagoner Wagoneretal.， 1990；Catuneanuetal.， 2009)。

圖 6 鄂爾多斯盆地中部上三疊統(tǒng)瓦窯堡組地層顏色突變面Fig.6 Abrupt surface of stratum colour of the upper Triassic Wayaobu Formation in central Ordos Basin

3.1.3 最大湖泛面(Mfs)

為一個基準(zhǔn)面旋回內(nèi)基準(zhǔn)面上升速率增加最快時形成的沉積面，是湖侵與高位正常湖退的分界面(Wagoner Wagoneretal.， 1990；Catuneanuetal.， 2009)。研究區(qū)內(nèi)最大湖泛面一般是層序上部厚層泥巖、油頁巖及相當(dāng)層位粉砂巖等細(xì)粒碎屑巖的底板(圖 4油頁巖底部為Mfs)。

3.2 層序地層格架建立

圖 7 鄂爾多斯盆地中部上三疊統(tǒng)瓦窯堡組河道下切谷測井曲線對比Fig.7 Basal erosional surface of incised valley fills of the upper Triassic Wayaobu Formation in central Ordos Basin

根據(jù)識別的層序界面，可將瓦窯堡組劃分為3個三級層序： SQ1、SQ2和SQ3。依據(jù)初始湖泛面和最大湖泛面，每個三級層序可以劃分出低位體系域、湖侵體系域和高位體系域(圖8)。需要指出的是，由于中生代以來，鄂爾多斯盆地整體的升降運動以及盆地東緣和南緣的差異抬升，使得瓦窯堡組在不同區(qū)域保存不完整，在層序地層格架下，榆林以北SQ3基本缺失，SQ2局部殘留，富縣至銅川一帶SQ3保存不全(圖 9)。

圖 8 鄂爾多斯盆地中部上三疊統(tǒng)瓦窯堡組典型沉積相與層序地層分析柱狀圖Fig.8 Columnar section showing typical sedimentary facies and sequence stratigraphy of the upper Triassic Wayaobu Formation in central Ordos Basin

圖 9 鄂爾多斯盆地中部南北向上三疊統(tǒng)瓦窯堡組沉積相與層序地層對比Fig.9 N-S cross section showing sedimentary facies and sequence stratigraphy of the upper Triassic Wayaobu Formation in central Ordos Basin

1)SQ1相當(dāng)于瓦窯堡組的第一段和第二段，全區(qū)分布。層序底界面為瓦窯堡組與下伏永坪組整合界面，即地層顏色突變面。低位體系域以曲河流沉積為主，發(fā)育曲流河床及河漫亞相，主要位于研究區(qū)的南北兩側(cè)，其次為西部，巖相主要為Smg、Sp、St和Sh，夾Sir和Src。以子長礦區(qū)為中心，南北兩側(cè)發(fā)育低位體系域，中部缺失。湖侵體系域以三角洲沉積為主，主要位于子長礦區(qū)及其南部，分流河道厚層中粒、細(xì)粒砂巖發(fā)育，巖相為Sp、Sh、St、Src和Sih，其次為分流間灣沉積(Sir、Md、Msd)和泛濫盆地沉積(Mc、Msd)。高位體系域位于最大湖泛面以上，以湖泊相為主，其次為三角洲相。湖泊相主要發(fā)育于靖邊—吳起—子長一線及其南部，退積超覆于三角洲沉積之上，巖相為Sir、Md、Msd和Mc，局部發(fā)育薄層狀Lm。在該時期，聚煤作用主要發(fā)生在湖侵體系域濱—淺湖與三角洲沉積過渡地帶，聚煤作用較弱，煤層厚度薄。長17-1孔煤層厚度為0.15～0.23im，富縣4-1孔煤層厚度為0.20～0.24im，子長4-2孔煤層厚度為0.20～0.60im，僅局部可采。

2)SQ2相當(dāng)于瓦窯堡組第三段，層序底界面為河流下切谷沖刷面，主要分布于榆林以南區(qū)域。低位體系域主要以曲流河沉積和三角洲分流河道沉積為主，巖相主要為Sp、Sh和St，局部鉆孔發(fā)育Smg。湖侵體系域主要以三角洲沉積為主，三角洲平原分流間灣較發(fā)育，巖相為Sir、Md、Msd和Mc，富縣以南至銅川漆水河為曲流河沉積。高位體系域主要以三角洲和沼澤沉積為主，富縣一帶有局限的濱—淺湖沉積，巖相主要為Sir、Md、Msd、Mc和C。與SQ1期聚煤作用相比稍強，沉積薄煤層。

3)SQ3相當(dāng)于瓦窯堡組第四段和第五段，層序底界面為第四段底部河流下切谷沖刷面，層序頂界面為瓦窯堡組與富縣組的平行不整合面。低位體系域主要以曲流河和三角洲分流河道沉積為主。湖侵體系域主要以三角洲和濱—淺湖沉積為主，巖相為Stb、Sir、Md、Msd、Mc和C，為聚煤作用高峰期，煤層層數(shù)相對變多、厚度相對較大，其中5號煤最大厚度可達3.10im。高位體系域主要以湖泊沉積為主，子長—清澗一帶頂部發(fā)育深水濁流沉積，受剝蝕作用保存不全；該體系域主要分布在子長礦區(qū)至富縣一帶，巖相主要為Sir、Fr & Fd、Md、Msd、Mc、Os和Sm，超覆于湖侵體系域之上，代表瓦窯堡期聚煤作用結(jié)束。

4 層序地層格架下沉積演化

通過統(tǒng)計研究區(qū)內(nèi)地質(zhì)剖面(13條)、煤炭系統(tǒng)的鉆探和區(qū)內(nèi)及周邊石油系統(tǒng)鉆井資料(共75個)，以砂泥比等值線為主要依據(jù)，以單因素分析多因素綜合作圖法為指導(dǎo)(馮增昭，2004)，綜合考慮沉積模式確定三級層序沉積單元邊界(邵龍義等，2017)，編制了鄂爾多斯盆地中部瓦窯堡組層序地層格架下沉積相圖。

4.1 SQ1期沉積相

SQ1期地層全區(qū)分布，厚度變化較大，為21.87～211.4im，以子長—安塞—延安—富縣為沉積中心，中間厚、南北相對較薄。最薄處位于橫2井，僅為21.87im，最厚處位于子長—清澗一帶，約為200im。砂巖和泥巖厚度變化范圍較大，分別為8～149im和9～147im，明顯表現(xiàn)出大數(shù)據(jù)分區(qū)性。橫山東部及北部廣大地區(qū)砂泥比超過1.5，刀2井高達8，砂巖在層序中占據(jù)絕對比重，子長及其西北砂泥比一般在1左右，表現(xiàn)為砂巖和泥巖的互層，局部超過2，為河道沉積區(qū)。研究區(qū)中部及富縣一帶砂泥比一般在0.5左右，厚層狀泥巖普遍發(fā)育，部分鉆孔中有1im左右的泥灰?guī)r或粉砂質(zhì)灰?guī)r。

SQ1期沉積單元主要有曲流河、沖積平原、三角洲平原、三角洲前緣和濱—淺湖(圖 10-a)。研究區(qū)內(nèi)橫山東部和北部、定邊及其南部為曲流河和沖積平原沉積，沉積物總體粒度較粗。橫山—子長—延安一線、吳起、富縣西部一帶發(fā)育三角洲沉積，三角洲平原亞相發(fā)育，其次為三角洲前緣。環(huán)靖邊—吳起—富縣—宜君—延安—安塞區(qū)域為湖泊沉積，沉積物粒度較細(xì)，以泥巖、粉砂質(zhì)泥巖夾粉砂巖為主，沉積厚度大，超覆于下部三角洲沉積物之上(圖 9)。由于SQ1期沉積范圍大，湖域面積廣闊，各古地理單元發(fā)育，奠定了瓦窯堡期古地理格局。

4.2 SQ2期沉積相

受鄂爾多斯盆地整體隆升影響，SQ2期地層分布范圍縮小至研究區(qū)的中部，橫山以北的榆林—神木—府谷一帶SQ2期沉積缺失。地層厚度變化相對較小，為36.3～76.81im，以子長—安塞—延安為沉積中心。砂巖和泥巖厚度變化范圍相對SQ1較小，分別為13～46im和11～40im。砂泥比也有一定的分帶性，橫山及其東部砂泥比超過2，子長及其西北砂泥比一般在1左右，表現(xiàn)為砂巖和泥巖的互層，局部超過1。研究區(qū)中部及富縣東部砂泥比一般在0.5左右。

SQ2期沉積格局繼承了SQ1期沉積格局，沉積單元主要有曲流河、沖積平原、三角洲平原、三角洲前緣和濱—淺湖(圖 10-b)?？傮w來看，全區(qū)三角洲平原、三角洲前緣以及定邊—吳起和宜君一帶沖積平原等范圍有所擴大，湖泊水體變淺、范圍變小，橫山以北曲流河和沖積平原退縮至橫山及其以東一帶。

4.3 SQ3期沉積相

SQ3期地層分布范圍進一步縮小，研究區(qū)南部宜君—黃陵一帶以西SQ3期沉積缺失。SQ3期地層厚度變化較大，為28.9～162im，以子長—清澗—安塞—延安為沉積中心。最薄處位于橫2井，僅為28.9im，最厚處位于子長—清澗一帶，清澗河剖面實測SQ3期地層厚度為162im。由于剝蝕作用，砂巖厚度變化范圍較大，為5～103im；泥巖厚度變化相對較小，為9.56～58im。砂泥比分布與SQ2期具有一定的相似性，橫山及其東部砂泥比達到2，子長及其西北砂泥比一般在0.8～1.0之間，表現(xiàn)為砂巖和泥巖的互層，局部超過1。靖邊—安塞—志丹—延安—富縣東砂泥比一般在0.5以內(nèi)，厚層泥質(zhì)巖發(fā)育。

SQ3期沉積格局與SQ2期沉積格局相似，沉積單元主要有曲流河、沖積平原、三角洲平原、三角洲前緣和湖泊(圖 10-c)，靖邊—志丹一帶已經(jīng)演變?yōu)闆_積平原和三角洲平原，靖邊南部—志丹—富縣西的三角洲沉積向研究區(qū)中部退覆，子長—清澗一帶SQ3頂部發(fā)育深水濁流沉積。從SQ3期地層厚度變化以及沉積演化推斷，研究區(qū)SQ3期發(fā)生了1次湖侵事件，晚三疊世晚期盆地范圍雖有萎縮，但是在子長—安塞—延安一帶以及富縣西局部湖盆具有較高的可容空間，此時湖泊相沉積了厚層黑色頁巖或油頁巖(圖 4，圖 8，圖 9)，油頁巖平均厚度為8～9im，以安塞—子長西為油頁巖沉積中心，向周邊逐漸相變?yōu)轫搸r或泥巖，局部相變?yōu)殇X土質(zhì)泥巖。

5 層序地層格架下聚煤規(guī)律

鄂爾多斯盆地地處華北地臺西部，中生代以來盆地內(nèi)部構(gòu)造運動以穩(wěn)定升降為主，周緣構(gòu)造運動以橫向擠壓為主。從鄂爾多斯盆地晚三疊世瓦窯堡期沉積演化看，研究區(qū)構(gòu)造運動經(jīng)歷了穩(wěn)定抬升并在晚三疊世晚期(SQ3期)發(fā)生短暫的沉降，沉積格局隨之發(fā)生變化，聚煤作用也受到這種構(gòu)造運動的控制。

5.1 SQ1期聚煤規(guī)律

SQ1期，研究區(qū)繼承了延長群沉積晚期(相當(dāng)于長2期)的沉積格局，北部為曲流河沉積區(qū)，西部及南部逐漸由濱—淺湖和水下三角洲過渡為三角洲平原、曲流河沖積平原。該時期水體變淺，碎屑及成煤植物等物源供給較充分，為聚煤作用提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。環(huán)湖泊周緣發(fā)育的三角洲為煤炭富集提供了有利場所，在子長—安塞—延安地區(qū)的湖泊三角洲發(fā)生聚煤作用。煤層多形成于湖侵體系域中上部，煤層總厚度為0.2～2.22im，單層最厚為0.60im(子長4-2孔)，子長南北各形成1個聚煤中心，均位于三角洲平原(圖 10-a)。

由于研究區(qū)周緣抬升較快，安塞—延安西部—志丹東部一帶基底抬升響應(yīng)緩慢，形成局部“相對凹陷區(qū)”(圖 9)，沉積物堆積速度小于基底相對沉降速度，物源供給不充分，不利于成煤作用發(fā)生。

5.2 SQ2期聚煤規(guī)律

SQ2期，研究區(qū)繼承了SQ1期沉積格局。此時水體持續(xù)變淺，三角洲平原向湖泊推進，沉積范圍變大，靖邊—子長—安塞—延安一帶三角洲平原沼澤發(fā)育，聚煤作用大規(guī)模發(fā)生，聚煤中心位于子長礦區(qū)(圖 10-b)。西部吳起—志丹南和富縣一帶三角洲平原與濱—淺湖過渡帶前緣，在SQ2演化期間，雖然局部為濱—淺湖，但由于水體變淺，隨著湖岸線的遷移，也發(fā)生了小規(guī)模的聚煤作用。SQ2期，煤層多形成于湖侵體系域及高位體系域的下部，子長礦區(qū)煤層總厚度為0.3～1.53im，單層最大厚度已達1.19im(貫屯7406孔)；富縣地區(qū)煤層總厚度為0.5～1.5im，單層最大厚度為0.60im(富1-2孔)。

5.3 SQ3期聚煤規(guī)律

SQ3期，研究區(qū)沉積范圍持續(xù)萎縮，湖域面積縮小。但由于湖侵事件，子長—安塞—延安一帶以及富縣西局部湖盆面積增大，水體變深。西部吳起—志丹南和富縣一帶的聚煤作用停止，子長礦區(qū)大規(guī)模的三角洲平原依然為聚煤作用提供有利場所，聚煤中心位于子長礦區(qū)(圖 10-c)。煤層形成于湖侵體系域，湖侵事件對于成煤作用強度貢獻較大，使得聚煤作用達到頂峰，煤層總厚度為0.49～4.40im。在近物源的低可容空間三角洲沉積體系，陸源供給相對充分，短期內(nèi)泥炭的堆積速率RP大于可容空間的增加速率RA(邵龍義等，2017)，容易在最大湖泛面附近形成相對較厚的5號煤層(圖 11)，單層最大厚度為3.10im(貫屯煤礦)。

a—不同可容空間層序格架下煤層厚度變化規(guī)律(據(jù)邵龍義等，2017)； b—瓦窯堡組低可容空間向高可容空間轉(zhuǎn)換煤層發(fā)育較好，厚度較大圖 11 鄂爾多斯盆地中部上三疊統(tǒng)瓦窯堡組可容空間背景下的聚煤模式Fig.11 Coal accumulation pattern under accommodation space setting of the upper Triassic Wayaobu Formation in central Ordos Basin

在湖侵持續(xù)作用下，研究區(qū)可容空間快速增加，可容空間增加速率RA超過陸源供給速率RP。高位體系域沉積了厚層黑色頁巖、油頁巖或泥巖，沉積物供給和堆積速率小于可容空間增加速率(圖 11)，瓦窯堡期聚煤作用逐漸停止。

總體來看，瓦窯堡組三級層序地層格架下聚煤規(guī)律表現(xiàn)在以下2個方面： (1)在SQ1—SQ3沉積期平面相帶上，煤層主要形成于三角洲平原相帶，為最有利于成煤的環(huán)境，主要控制煤層平面分布。河流沖積平原向三角洲平原過渡地帶、三角洲前緣與濱—淺湖過渡地帶(局部可延伸至濱—淺湖相帶)，也有強度較弱的聚煤作用。(2)在SQ1—SQ3沉積期層序垂向上，煤層主要形成于湖侵體系域，最大湖泛面附近形成的煤層厚度相對較大；其次為高位體系域(圖 8；圖 11)。盆地中，湖侵體系域可容空間增長速率RA小于(或近似平衡)泥炭堆積速率RP，決定了瓦窯堡組煤層厚度。高位體系域沉積早期，聚煤作用逐漸減弱，到晚期聚煤作用逐漸停止。

6 結(jié)論

1)根據(jù)鉆孔巖心及測井曲線分析，在鄂爾多斯盆地中部上三疊統(tǒng)瓦窯堡組共識別出砂巖、粉砂巖、泥巖、泥灰?guī)r和可燃有機巖等5類巖石類型及17種巖相類型，劃分出曲流河、三角洲及湖泊等沉積相類型。

2)以區(qū)域不整合界面、地層顏色突變面和河道下切谷沖刷面為層序地層界面，將瓦窯堡組劃分為3個三級層序，并根據(jù)識別出的初始湖泛面和最大湖泛面，將每個層序劃分為低位體系域、湖侵體系域和高位體系域。

3)鄂爾多斯盆地中部上三疊統(tǒng)瓦窯堡組各三級層序沉積單元均包含曲流河、沖積平原、三角洲平原、三角洲前緣和湖泊。隨著盆地的整體升降運動，各三級層序的沉積單元逐步向子長—安塞—延安地區(qū)退縮，湖泊范圍逐漸萎縮，SQ3期在子長—清澗一帶發(fā)育深水濁流沉積。

4)三角洲平原的發(fā)育為聚煤作用提供了有利場所，聚煤主要發(fā)生于湖侵體系域。自SQ1期至SQ3期，聚煤作用強度逐漸增強，煤層總厚度和煤層單層最大厚度逐漸增大，主要聚煤中心位于子長—安塞—延安一帶(子長礦區(qū))。