李 斌 任璽寧 崔春蘭 董振國(guó)羅 群 胡博文 李寶生

（1.韓山師范學(xué)院 廣東潮州 521041；2.國(guó)家能源集團(tuán)煤炭開(kāi)采水資源保護(hù)與利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室神東基地 陜西神木 719315；3.神華地質(zhì)勘查有限責(zé)任公司 北京 102249；4.中國(guó)石油大學(xué)（北京）北京 100049）

補(bǔ)連塔煤礦是神東煤炭集團(tuán)開(kāi)發(fā)建設(shè)的特大型現(xiàn)代化礦井之一，是世界上單井生產(chǎn)能力最大的井工煤礦（中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)，2011）。補(bǔ)連塔煤礦在大地構(gòu)造上位于鄂爾多斯盆地東北部的陜北斜坡上。其基底為前震旦系結(jié)晶巖系，經(jīng)多期次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，在印支運(yùn)動(dòng)后定型，形成了大型的內(nèi)陸坳陷盆地，沉積了巨厚的陸相湖盆碎屑巖地層，盆地內(nèi)地層平緩，構(gòu)造簡(jiǎn)單，偶然發(fā)育小型斷層（劉兆祥，2018）。在侏羅系延安組中沉積了多套煤系地層，單層煤層厚度大（如2-2 煤層厚度6 m），煤炭產(chǎn)量巨大。多年來(lái)，神東集團(tuán)先后在補(bǔ)連塔煤礦實(shí)施了多期次地質(zhì)勘探（劉兆祥，2018），但主要研究集中于揭示煤田鉆孔中煤層厚度、煤質(zhì)特征、煤層頂?shù)装搴穸?、煤層頂板巖石地層特征及其力學(xué)性質(zhì)，在煤層穩(wěn)定的地區(qū)實(shí)用尚好，但難以解釋特殊地區(qū)煤礦開(kāi)采中的地質(zhì)問(wèn)題，如難以滿足大采高煤層地區(qū)的生產(chǎn)需求。為了進(jìn)一步拓展煤層開(kāi)采范圍，持續(xù)向煤礦核心區(qū)周邊的復(fù)雜地區(qū)掘進(jìn)，神東煤炭集團(tuán)于2020 年在補(bǔ)連塔礦區(qū)補(bǔ)充施工了23個(gè)鉆孔，經(jīng)鉆孔橫向?qū)Ρ妊芯?，發(fā)現(xiàn)巨厚煤層以及煤層頂板巖性組合特征空間變化較大，地層不穩(wěn)定，煤層在空間上出現(xiàn)了合并、分叉現(xiàn)象，使煤層組合命名、煤層空間對(duì)比、煤層頂板伸展性對(duì)比難度增加，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)進(jìn)度，增加了安全隱患，迫切需要從地質(zhì)理論上分析煤層、煤層頂板以及其巖性組合時(shí)空變化特征，進(jìn)行煤層以及頂板的準(zhǔn)確對(duì)比，預(yù)測(cè)煤層、煤層頂板空間變化趨勢(shì)，指導(dǎo)煤礦安全生產(chǎn)，并豐富煤田地質(zhì)勘探開(kāi)發(fā)理論。

近年來(lái)，隨著化石能源勘探理論研究深入，層序地層學(xué)理論在石油地質(zhì)、煤田地質(zhì)研究中得到廣泛推廣及深入應(yīng)用，特別在陸相含油氣盆地地層對(duì)比中具有極高的應(yīng)用價(jià)值，不但科學(xué)地指導(dǎo)了石油地質(zhì)勘探及開(kāi)發(fā)，而且豐富了石油地質(zhì)學(xué)理論知識(shí)（Vail et al.，1977；Vail，1987；Galloway，1989；Vakarcsab et al.，1994；賈承造等，2002；徐強(qiáng)等，2003；杜威等，2020；文艦等，2020），并在煤系地層對(duì)比及聚煤規(guī)律分析、研究中取得了重要進(jìn)展（邵龍義等，2008；崔春蘭等，2020；黃獻(xiàn)好等，2020），但層序地層學(xué)在研究區(qū)的理論研究以及應(yīng)用匱乏，成果較少（史鳴劍等，2019）。本文應(yīng)用高分辨率層序地層學(xué)原理對(duì)補(bǔ)連塔煤礦進(jìn)行高分辨率層序地層基準(zhǔn)面旋回劃分，確定地層序列間可靠的對(duì)比時(shí)間單位；在基準(zhǔn)面旋回內(nèi)開(kāi)展沉積微相研究，分析地層組合時(shí)空變化特征及空間展布規(guī)律，進(jìn)而揭示決定地層組合的古沉積盆地在構(gòu)造演化階段所發(fā)生的沉積環(huán)境變遷模式，為煤層頂板空間對(duì)比及特征分析提供理論依據(jù)，為一線生產(chǎn)單位的安全防護(hù)提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地北起陰山，南抵秦嶺，東迄呂梁山，西臨賀蘭山、六盤(pán)山，是中國(guó)重要的油氣、煤、鈾等多種能源共存產(chǎn)出的大型中、新生代陸相盆地之一（付鎖堂等，2020；張?zhí)旄５龋?020），先后經(jīng)歷了古元古代的基底演化階段、早古生代的被動(dòng)陸緣階段和晚古生代以來(lái)的前陸盆地階段。三疊紀(jì)末期受印支運(yùn)動(dòng)的影響，整個(gè)盆地抬升并遭受剝蝕，形成凹凸不平的古風(fēng)化剝蝕面（匡立春等，2020；趙虹等，2020）。早、中侏羅世，盆地周緣構(gòu)造運(yùn)動(dòng)松弛，內(nèi)部形成了大型中生代陸相坳陷型盆地，在凹凸不平的不整合面上沉積了厚層侏羅系碎屑巖（李元昊等，2020；劉永濤等，2020）。鄂爾多斯盆地侏羅系十分發(fā)育，分布廣泛，但厚度差別較大，特別是延安組中發(fā)育多組煤系碎屑巖地層組合序列，單個(gè)煤層厚度較大，是神東煤田集團(tuán)開(kāi)采的主力煤層。鄂爾多斯盆地下侏羅統(tǒng)富縣組在本區(qū)缺失，在榆林、延安、富縣以西地區(qū)分布，為沉積在印支運(yùn)動(dòng)形成的溝壑縱橫的古地貌上的深切下蝕河流沉積粗碎屑巖；中晚侏羅世燕山運(yùn)動(dòng)發(fā)生，全區(qū)大面積抬升，導(dǎo)致中侏羅統(tǒng)安定組發(fā)育不完整，在本區(qū)保留了大部分地層，南部地區(qū)剝蝕較多；而上侏羅統(tǒng)芬芳河組全區(qū)大部分地區(qū)缺失，僅在盆地西南緣陜西千陽(yáng)一帶呈帶狀分布（鄧秀芹等，2020）。早白堊世時(shí)，燕山運(yùn)動(dòng)再度加劇，鄂爾多斯盆地周緣受到構(gòu)造改造作用大幅度抬升，而在原侏羅系盆地內(nèi)因不均勻沉陷發(fā)育了空間上相對(duì)分割的陸相凹陷盆地，沉積了白堊系志丹群大套粗粒碎屑巖。中、晚白堊世，燕山運(yùn)動(dòng)加劇，盆地內(nèi)構(gòu)造翻轉(zhuǎn)，盆地全部抬升至地表，結(jié)束了沉積歷史，最終奠定了現(xiàn)今的盆地構(gòu)造格局（鄧秀芹等，2020）。

受印支運(yùn)動(dòng)和燕山運(yùn)動(dòng)的控制，鄂爾多斯盆地中生代的沉積中心和沉降中心發(fā)生了多次遷移：三疊紀(jì)沉積中心在盆地南部銅川東西一線，而沉降中心則在沉積中心的南部；侏羅紀(jì)盆地沉積中心轉(zhuǎn)移到東部的延安地區(qū)，而沉降中心在吳旗縣以西地區(qū)；白堊紀(jì)時(shí)沉降中心運(yùn)移至天池—環(huán)縣一帶，而沉積中心則發(fā)生在多個(gè)凹陷的內(nèi)部。沉積中心的變化受控于地球內(nèi)部的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，決定了地層序列的時(shí)空演化。根據(jù)現(xiàn)今盆地構(gòu)造形態(tài)及地質(zhì)演化歷史，鄂爾多斯盆地劃分出西緣逆沖帶、天環(huán)坳陷、伊陜斜坡、晉西撓褶帶、伊盟隆起及渭北隆起6 個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元（李元昊等，2020）。研究區(qū)位于伊陜斜坡的東北部（圖1），構(gòu)造簡(jiǎn)單，地層平緩，產(chǎn)狀不足1°，地層整體單斜西傾，出露地層由東向西逐漸由老變新，僅有差異壓實(shí)的低幅度鼻狀隆起構(gòu)造（鄧秀芹等，2020；李元昊等，2020）。

圖1 補(bǔ)連塔煤礦五盤(pán)區(qū)構(gòu)造位置（a）與井位分布（b）Fig.1 Tectonic setting（a）and location（b）of wells of Wupan area in Bulianta coal mine

2 高分辨率層序地層劃分

高分辨率層序地層學(xué)于20 世紀(jì)80 年代由美國(guó)科羅拉多礦業(yè)學(xué)院Cross 教授提出，繼承和發(fā)展了經(jīng)典地層學(xué)理論（Cross，1994；鄧宏文，1995；梅冥相，2011；趙紅梅等，2019）。其理論核心為：在沉積基準(zhǔn)面旋回變化過(guò)程中，由于可容納空間和沉積物補(bǔ)給通量比值（A/S）的變化，導(dǎo)致沉積物的沉積厚度、巖性特征、沉積構(gòu)造、地層堆積樣式、相序等發(fā)生變化（許效松，1994；劉寶珺等，2006；Shao et al.，2020；Xie et al.，2020）。

高分辨率層序地層學(xué)利用基準(zhǔn)面旋回為時(shí)間地層單元進(jìn)行地層旋回的劃分與對(duì)比，進(jìn)而揭示地層序列在時(shí)空方向的演化規(guī)律及其成因特征（吳和源，2011；熊林芳等，2015）。高分辨率層序地層學(xué)理論引入我國(guó)后，首先在油氣田勘探開(kāi)發(fā)中得到應(yīng)用，并迅速在各大油田推廣，在地層對(duì)比、儲(chǔ)層預(yù)測(cè)和油藏開(kāi)發(fā)等方面起到重要作用，并取得重大進(jìn)展（姜在興，2012；Melo et al.，2021）。近年來(lái)隨著地質(zhì)勘探工作的突飛猛進(jìn)，其應(yīng)用范圍擴(kuò)大至煤炭領(lǐng)域，成為煤田地質(zhì)學(xué)研究的熱點(diǎn)，尤其在煤系地層對(duì)比、聚煤規(guī)律研究方面提出了創(chuàng)新性的思路，解決了煤田地質(zhì)研究長(zhǎng)期存在的問(wèn)題，其應(yīng)用前景十分廣闊（邵龍義等，2008；史勇等，2012；崔春蘭等，2020）。

沉積盆地不同構(gòu)造階段的基準(zhǔn)面旋回所控制的等時(shí)地層單元內(nèi)，特定地理位置中可容納空間所控制的沉積地層序列演化呈規(guī)律性變化，形成基準(zhǔn)面下降半旋回與基準(zhǔn)面上升半旋回兩個(gè)部分（Cross，1994；梅冥相，2011；馬良，2020）。在一個(gè)高級(jí)別的基準(zhǔn)面旋回的上升半旋回內(nèi)地層總體上往往表現(xiàn)為幾個(gè)次級(jí)別旋回組成的退積序列，由下向上巖石粒度減小，各低級(jí)別旋回中基準(zhǔn)面上升半旋回厚度逐漸增加，而基準(zhǔn)面下降半旋回中地層厚度逐漸減小，低級(jí)別旋回的總厚度有減小的趨勢(shì)；而在一個(gè)高級(jí)別基準(zhǔn)面下降半旋回內(nèi)，地層總體上往往表現(xiàn)為幾個(gè)次級(jí)別旋回組成的進(jìn)積序列，由下向上巖石粒度呈增加的趨勢(shì)，各低級(jí)別旋回中基準(zhǔn)面上升半旋回厚度逐漸減小，而基準(zhǔn)面下降半旋回的厚度逐漸增加，低級(jí)別旋回的總厚度有增加的趨勢(shì)。在低級(jí)別的基準(zhǔn)面旋回內(nèi)，其上升半旋回為不明顯的退積序列，而下降半旋回為進(jìn)積或加積序列（王成善等，2003）。深刻理解陸相盆地內(nèi)高分辨率層序地層的旋回性特征，分析地層序列的時(shí)空演化規(guī)律，結(jié)合沉積微相特征變化，為地層對(duì)比提供理論依據(jù)，就可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)煤層及頂?shù)装迳绑w的空間展布趨勢(shì)，預(yù)測(cè)煤炭掘進(jìn)中地層安全隱患，為煤田開(kāi)采設(shè)計(jì)、安全防護(hù)提供信息服務(wù)。

補(bǔ)連塔煤礦發(fā)育中侏羅統(tǒng)延安組、直羅組、安定組以及白堊系志丹群，煤系地層主要集中在延安組。侏羅系與白堊系之間為重大不整合面，缺失上侏羅統(tǒng)，且白堊系志丹群底部可見(jiàn)一層底礫巖，分選、磨圓好，是良好的抬升、暴露、再次沉積的標(biāo)志。延安組中發(fā)育6 套煤層組合，10～12 層煤層，單層煤層厚度1.14～6 m；煤層之間以灰色、灰白色砂巖、粉砂巖為主，砂巖中發(fā)育平行層理、脈狀層理、槽狀交錯(cuò)層理等，粉砂巖中發(fā)育波狀層理、水平層理，夾深灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，粉砂質(zhì)泥巖中可見(jiàn)水平層理。在煤層的頂?shù)装逯谐霈F(xiàn)多個(gè)向上變淺的砂巖—粉砂巖—泥巖序列，煤層頂部砂巖中可見(jiàn)煤巖撕裂屑和煤巖粉末條帶。中侏羅統(tǒng)直羅組中以深灰色、灰綠色、雜色泥巖為主，夾粉砂巖，砂巖，發(fā)育1～2 層5～10 cm 厚的煤線，底部出現(xiàn)一層厚度約3～22 m 灰白色塊狀粗砂巖，與下伏延安組深灰色細(xì)碎屑巖突變接觸。中侏羅統(tǒng)安定組主要巖性為紫紅色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖夾泥巖，中間發(fā)育3 層紫紅色、雜色細(xì)砂巖，細(xì)砂巖中發(fā)育平行層理或低角度斜層理。白堊系志丹群巖性主要為紫紅色角礫巖、礫巖、含礫砂巖、粗砂巖、細(xì)砂巖，夾粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，含礫砂巖及砂巖中發(fā)育典型的塊狀層理、平行層理、槽狀交錯(cuò)層理，巖層中礫石從下向上具有分選、磨圓變好的趨勢(shì)。白堊系總體發(fā)育3 個(gè)礫巖—含礫砂巖—砂巖沉積旋回，向上粒度減小。

根據(jù)研究區(qū)23 個(gè)鉆孔巖心及測(cè)井資料對(duì)比分析，在補(bǔ)連塔煤礦中生界劃分出7 個(gè)（圖 2，圖 3，圖 4）長(zhǎng)周期基準(zhǔn)面旋回（LSQ1、LSQ2、LSQ3、LSQ4、LSQ5、LSQ6、LSQ7），在整個(gè)鄂爾多斯盆地內(nèi)可以對(duì)比；13 個(gè)中周期基準(zhǔn)面旋回（MSQ1、MSQ2、MSQ3、 MSQ4、 MSQ5、 MSQ6、 MSQ7、 MSQ8、 MSQ9、 MSQ10、 MSQ11、 MSQ12、MSQ13），可以在研究區(qū)較大的范圍內(nèi)進(jìn)行地層對(duì)比。沉積地層的旋回性變化是沉積盆地階段性構(gòu)造演化的物質(zhì)記錄，從下向上地層序列有序性變化反映了一個(gè)大型陸相坳陷盆地的形成、擴(kuò)張、萎縮到消亡的全過(guò)程以及全區(qū)域構(gòu)造抬升后疊合了另一個(gè)凹陷盆地的形成、發(fā)展與萎縮的過(guò)程。

圖2 補(bǔ)連塔礦區(qū)北部地層綜合對(duì)比圖Fig.2 Comprehensive stratigraphic correlation map in the north of Bulianta mining area

圖3 補(bǔ)連塔礦區(qū)南部地層綜合對(duì)比圖Fig.3 Comprehensive stratigraphic correlation map in the south of Bulianta mining area

圖4 補(bǔ)連塔礦區(qū)南北地層綜合對(duì)比圖Fig.4 Comprehensive stratigraphic correlation map in the south and north of Bulianta mining area

2.1 LSQ1

LSQ1 的底界面為下侏羅統(tǒng)富縣組與中侏羅統(tǒng)延安組之間的重大不整合面，在鄂爾多斯南部有明顯出露，表現(xiàn)為高低起伏的地形特征，在研究區(qū)探井未揭露到LSQ1 底界面，推測(cè)底界面是一個(gè)較大的沖刷構(gòu)造面，界面之上為粗砂巖，局部發(fā)育含礫砂巖。LSQ1 總體上以砂巖、粉砂巖為主，粒度較粗，夾部分粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖，其中5-2煤層與4-2 煤層位于該基準(zhǔn)面旋回內(nèi)。測(cè)井曲線上基準(zhǔn)面上升半旋回表現(xiàn)為3 個(gè)鐘形組合，巖性為退積序列，向上粒度變?。▓D5a）；基準(zhǔn)面下降半旋回表現(xiàn)為1 個(gè)漏斗形組合，巖性上為進(jìn)積序列（圖5b）；MFS（最大水進(jìn)面）位于兩者之間。

圖5 基準(zhǔn)面旋回界線及內(nèi)部結(jié)構(gòu)Fig.5 Base level cycle boundary and internal structure

LSQ1 整體上為不對(duì)稱旋回，基準(zhǔn)面上升半旋回的厚度明顯大于基準(zhǔn)面下降半旋回的厚度。LSQ1 形成于坳陷盆地的初始形成時(shí)期，此時(shí)構(gòu)造沉降較大，湖盆擴(kuò)張迅速，早期湖平面上升速度較快，物源區(qū)抬升高度較低，物源區(qū)距離較遠(yuǎn)，物源供給不充分，形成了以退積序列為主的上升半旋回巖性序列，巖石粒度較細(xì)，巖性以粉砂巖、泥巖為主；晚期湖盆擴(kuò)張速度減緩，湖平面相對(duì)下降較快，沉積了以進(jìn)積序列為主的下降半旋回巖性序列，以粉砂巖、細(xì)砂巖為主，夾多層煤線。因下降半旋回形成時(shí)構(gòu)造沉降減緩，沉積物供給不充分，沉積作用緩慢，沉積物總體厚度較小。此時(shí)研究區(qū)所在的盆地周緣形成了三角洲平原沉積環(huán)境，在上升半旋回的早期和下降半旋回的晚期，形成了平原沼澤環(huán)境，沉積了煤層，但在上升半旋回持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，煤層厚度較大；而在下降半旋回持續(xù)時(shí)間較短，煤層厚度較小。而在下降半旋回受氣候影響較大，早期湖水波動(dòng)頻繁，形成了多層薄煤層，晚期湖水平靜，薄煤層不發(fā)育。

LSQ1 可以劃分出兩個(gè)中周期旋回（MSQ1 和MSQ2）。MSQ1 測(cè)井曲線上由兩個(gè)鐘形組合組成，基準(zhǔn)面上升半旋回為高幅齒鐘形，基準(zhǔn)面下降半旋回為低幅齒狀鐘形。從巖性上看，上、下半旋回均為退積性序列。MSQ2 測(cè)井曲線上由一個(gè)鐘形組合與一個(gè)漏斗形組合組成，基準(zhǔn)面上升半旋回為高幅齒狀鐘形，基準(zhǔn)面下降半旋回為高幅齒狀漏斗形。從巖性上看，下降半旋回為退積性序列，上升半旋回為進(jìn)積性序列。MSQ1 位于坳陷盆地初始形成期的早期，構(gòu)造沉降劇烈，基準(zhǔn)面上升半旋回沉積時(shí)，沉積物供給較少，沉積了明顯的退積序列；基準(zhǔn)面下降半旋回沉積時(shí)，沉積物供給增加，沉積了弱退積—加積地層序列；MSQ2 則位于坳陷盆地初始形成期的晚期，構(gòu)造沉降平緩，但氣候變化較大，湖平面波動(dòng)頻繁，沉積物供給不均勻，基準(zhǔn)面上升半旋回沉積時(shí)，沉積了明顯的退積序列，而在基準(zhǔn)面下降半旋回沉積時(shí)，沉積了明顯的進(jìn)積序列。

2.2 LSQ2

LSQ2 的底界面為延安組內(nèi)部巖性、巖相的轉(zhuǎn)換界面（圖5c），也是沉積環(huán)境的轉(zhuǎn)化界面。LSQ2 總體上以砂巖、粉砂巖為主，夾少量泥質(zhì)粉砂巖，其中3-1 煤層與2-2 煤層位于該基準(zhǔn)面旋回內(nèi)。測(cè)井曲線上基準(zhǔn)面上升半旋回表現(xiàn)為兩個(gè)箱形組合，巖性上為弱退積序列，向上粒度變??；基準(zhǔn)面下降半旋回表現(xiàn)為1 個(gè)鐘形和1 個(gè)漏斗形組合，巖性上為進(jìn)積序列；MFS 位于兩者之間。LSQ2 整體上為不對(duì)稱旋回，基準(zhǔn)面下升半旋回的厚度略大于基準(zhǔn)面上升半旋回的厚度。LSQ2 形成于坳陷盆地的發(fā)展期，此時(shí)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍，物源區(qū)構(gòu)造抬升加大，盆地內(nèi)構(gòu)造沉降加大，湖盆擴(kuò)張迅速，早期湖平面上升速度較快，物源供給穩(wěn)定，形成了以弱退積序列為主的上升半旋回巖性序列，以粉砂巖、細(xì)砂巖為主；晚期湖盆擴(kuò)張速度減慢，湖平面緩慢下降，且物源供給減少，沉積了以進(jìn)積序列為主的下降半旋回巖性序列，以粉砂巖、含泥粉砂巖為主，頂部發(fā)育一層較厚的煤層。因下降半旋回沉積時(shí)構(gòu)造沉降減緩，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，沉積物總體厚度較大。研究區(qū)位于盆地周緣，形成了三角洲平原沉積環(huán)境，在上升半旋回的晚期和下降半旋回的晚期，形成了平原沼澤環(huán)境，沉積了煤層，但在下降半旋回受氣候影響較大，湖水波動(dòng)頻繁，但水位較低，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，煤層厚度較大；而在上升半旋回持續(xù)時(shí)間較短，且水位較高，煤層厚度較小。

LSQ2 中可以劃分出兩個(gè)中周期旋回（MSQ3 和MSQ4）。MSQ3 測(cè)井曲線上由兩個(gè)箱形組合組成，基準(zhǔn)面上升半旋回為低幅齒狀鐘形，基準(zhǔn)面下降半旋回為高幅齒狀鐘形。從巖性上看，上下半旋回均為加積性或弱退積序列。MSQ4 測(cè)井曲線上由一個(gè)鐘形組合與一個(gè)漏斗形組合組成，基準(zhǔn)面上升半旋回為高幅齒狀鐘形，基準(zhǔn)面下降半旋回為低幅齒狀漏斗形。從巖性上看，上升半旋回為退積性序列，下降半旋回為進(jìn)積性序列。MSQ3 位于坳陷盆地發(fā)展期的早期，構(gòu)造沉降劇烈，基準(zhǔn)面上升半旋回沉積時(shí)，沉積物供給穩(wěn)定，沉積了明顯的退積序列；基準(zhǔn)面下降半旋回沉積時(shí)，沉積物供給減少，沉積了弱退積—加積地層序列；MSQ4 則位于坳陷盆地初始形成期的晚期，構(gòu)造沉降平緩，但氣候變化較大，湖平面波動(dòng)頻繁，沉積物供給不均勻，基準(zhǔn)面上升半旋回沉積時(shí)，沉積了明顯的退積序列，而在基準(zhǔn)面上升半旋回沉積時(shí)，沉積了明顯的進(jìn)積序列。

2.3 LSQ3

LSQ3 的底界面為延安組內(nèi)部巖性、巖相的轉(zhuǎn)換界面，也是沉積環(huán)境的轉(zhuǎn)化界面。LSQ3 總體上以粗砂巖夾粉砂巖為主，基本不發(fā)育泥巖，其中1-2 煤層與1-2 上煤層位于該基準(zhǔn)面旋回內(nèi)。測(cè)井曲線上基準(zhǔn)面上升半旋回表現(xiàn)為3 個(gè)箱形與一個(gè)鐘形組合，巖性上為加積—弱退積序列，向上粒度變??；基準(zhǔn)面下降半旋回表現(xiàn)為1 個(gè)鐘形與1 個(gè)漏斗形組合，巖性上為弱退積—進(jìn)積序列；MFS 位于兩者之間。LSQ3 整體上為對(duì)稱旋回，基準(zhǔn)面下升半旋回的厚度與基準(zhǔn)面上升半旋回的厚度相等。LSQ3 形成于坳陷盆地的萎縮期，此時(shí)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)再次活躍，盆地邊緣構(gòu)造抬升加大，湖平面上升，物源區(qū)距離縮短，物源供給充分。早期湖平面上升速度較快，物源供給穩(wěn)定，形成了以加積—弱退積序列為主的上升半旋回巖性序列，以粗砂巖、細(xì)砂巖為主；晚期抬升速度放緩，湖平面緩慢下降，且物源供給減少，沉積了以弱退積—進(jìn)積序列為主的下降半旋回巖性序列，以細(xì)砂巖、粉砂巖為主。因上升半旋回形成時(shí)構(gòu)造抬升大，物源供給充分，時(shí)間較短，而下降半旋回形成時(shí)構(gòu)造抬升減緩，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，兩者沉積物總體厚度接近，形成了對(duì)稱性基準(zhǔn)面旋回。研究區(qū)位于盆地周緣形成了三角洲平原沉積環(huán)境，在上升半旋回的晚期以及下降半旋回形成的晚期，研究區(qū)形成了平原沼澤環(huán)境，沉積了煤層。但整體湖平面較淺，在下降半旋回沼澤環(huán)境持續(xù)時(shí)間較短，煤層厚度較小，而在上升半旋回晚期沼澤環(huán)境持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，沉積了厚層的煤層。

LSQ3 中可以劃分出兩個(gè)中周期旋回（MSQ5 和MSQ6）。MSQ5 測(cè)井曲線上由3 個(gè)箱形與一個(gè)鐘形組合組成，基準(zhǔn)面上升半旋回為低幅齒狀箱形，基準(zhǔn)面下降半旋回為高幅齒狀鐘形。從巖性上看，上下半旋回均為加積性或弱退積序列。MSQ6 測(cè)井曲線上由1 個(gè)鐘形與1 個(gè)漏斗形組合組成，基準(zhǔn)面上升半旋回為高幅齒狀鐘形，基準(zhǔn)面下降半旋回為低幅齒狀漏斗形。從巖性上看，上升半旋回為退積性序列，下降半旋回為進(jìn)積性序列。MSQ5 位于坳陷盆地萎縮期的早期，構(gòu)造抬升劇烈，湖平面上升較快，基準(zhǔn)面上升半旋回沉積時(shí)，沉積物供給穩(wěn)定，沉積了加積序列；基準(zhǔn)面下降半旋回沉積時(shí)，沉積物供給減少，沉積了加積—弱退積地層序列；MSQ6 則位于坳陷盆地萎縮期的晚期，構(gòu)造抬升放緩，但盆地受控于氣候變化較大，湖平面波動(dòng)頻繁，沉積物供給不均勻，基準(zhǔn)面上升半旋回沉積時(shí)，湖平面相對(duì)上升，積了明顯的退積序列，而在基準(zhǔn)面下升半旋回沉積時(shí)，湖平面相對(duì)下降，沉積了明顯的進(jìn)積序列。

2.4 LSQ4

LSQ4 的底界面為延安組頂部與直羅組底部的巖性、巖相的轉(zhuǎn)換界面（圖5d），也是沉積環(huán)境的轉(zhuǎn)化界面，界面之下為深灰色泥巖夾薄層粉砂巖、細(xì)砂巖，界面之上突然變化為灰白色粗砂巖，可見(jiàn)大量黑色煤巖碎屑紋層，發(fā)育煤巖撕裂屑，撕裂屑雜亂排列，分選、磨圓很差，且粗砂巖底部可見(jiàn)較大沖刷面，部分鉆孔中直接覆蓋于煤層之上，使煤層厚度減薄或呈條帶狀消失。LSQ4 巖性總體上以雜色、灰綠色粉砂巖為主，夾部分細(xì)砂巖，該旋回內(nèi)煤層消失。測(cè)井曲線上基準(zhǔn)面上升半旋回表現(xiàn)為1 個(gè)鐘形組合，巖性上為退積序列，向上粒度變??；基準(zhǔn)面下降半旋回表現(xiàn)為2 個(gè)箱形組合，巖性上為弱退積—加積序列；MFS 位于兩者之間。LSQ4 整體上為不對(duì)稱旋回，基準(zhǔn)面下升半旋回的厚度大于基準(zhǔn)面上升半旋回的厚度。LSQ4 形成于坳陷盆地消亡時(shí)期，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)進(jìn)入末期，盆地邊緣大部分抬升，湖平面萎縮到很小的范圍，原來(lái)的坳陷盆地的沉積區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)槲镌磪^(qū)，原來(lái)的物源高地幾乎夷平，且氣候進(jìn)入干旱時(shí)期沉積的地層序列。早期河流發(fā)育，物源供給相對(duì)穩(wěn)定，形成了以退積序列為主的上升半旋回巖性序列，以細(xì)砂巖、粉砂巖為主；晚期構(gòu)造抬升速度放緩，河道運(yùn)載能力下降，河道遷移或消失，形成了廣闊的河漫灘，且物源供給減少，沉積了以弱退積—進(jìn)積序列為主的下降半旋回巖性序列，以粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖為主。因上升半旋回形成時(shí)構(gòu)造抬升大，物源供給充分，時(shí)間較短，而下降半旋回形成時(shí)構(gòu)造抬升減緩，但持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，形成了對(duì)稱性基準(zhǔn)面旋回。

LSQ4 中可以劃分出兩個(gè)中周期旋回（MSQ7 和MSQ8）。MSQ7 測(cè)井曲線上由1 個(gè)鐘形和1 個(gè)箱形組合組成，基準(zhǔn)面上升半旋回為高幅齒狀鐘形，基準(zhǔn)面下降半旋回為低幅齒狀箱形。從巖性上看，上升半旋回為加積性序列，下降半旋回均退積性序列。MSQ8測(cè)井曲線上由1 個(gè)鐘形與1 個(gè)箱形組合組成，基準(zhǔn)面上升半旋回為高幅齒狀箱形，基準(zhǔn)面下降半旋回為低幅齒狀指形。從巖性上看，上升半旋回為加積性序列，下降半旋回為加積—弱進(jìn)積性序列。MSQ7 位于坳陷盆地消亡期的早期，構(gòu)造抬升劇烈，坳陷盆地向南消亡，大部分地區(qū)發(fā)育季節(jié)性河流，河道搬運(yùn)能力較強(qiáng)，在基準(zhǔn)面上升半旋回沉積時(shí)，沉積物供給充分，沉積了加積序列；基準(zhǔn)面下降半旋回沉積時(shí)，沉積物供給減少，沉積了加積—弱進(jìn)積地層序列；MSQ8 則位于坳陷盆地消亡期的晚期，構(gòu)造抬升減緩，河道搬運(yùn)能力不足，研究區(qū)形成了河漫灘沉積環(huán)境，沉積物供僅隨季節(jié)性變化，所以基準(zhǔn)面上升半旋回沉積與基準(zhǔn)面下降半旋回時(shí)沉積環(huán)境變化極小，沉積了加積性地層序列。

2.5 LSQ5

LSQ5 的底界面為侏羅系安定組與白堊紀(jì)志丹群的不整合面，界面之下為侏羅系安定組紫紅色泥巖，界面之上為白堊系志丹群的紫紅色、灰綠色、雜色角礫巖、底礫巖（圖5e）。LSQ5 為凹陷盆地初始形成時(shí)期，盆地靠近山體一側(cè)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，物源充分，氣候進(jìn)入干旱時(shí)期，受季節(jié)性洪水影響，搬運(yùn)、沉積了粗碎屑巖地層序列。巖性總體上以雜色、灰綠色、紫紅色礫巖、含礫粗砂巖為主，夾少量細(xì)砂巖。測(cè)井曲線上基準(zhǔn)面上升半旋回表現(xiàn)為1 個(gè)規(guī)模較大的箱形組合，巖性上為退積—加積序列（圖5f）；基準(zhǔn)面下降半旋回表現(xiàn)為指形組合，巖性上為弱進(jìn)積—加積序列（圖5g）；MFS 位于兩者之間。LSQ5 整體上為不對(duì)稱旋回，基準(zhǔn)面下降半旋回的厚度大于基準(zhǔn)面上升半旋回的厚度。LSQ5 形成于凹陷盆地的初始形成期，此時(shí)盆地外圍大部分地區(qū)構(gòu)造抬升，早期凹陷盆地邊緣抬升幅度較小，物源供給不充分，形成了以加積序列為主的上升半旋回巖性序列，以細(xì)礫巖與粗砂巖互層為主；晚期抬升速度增加，洪水運(yùn)載能力迅速增加，且物源供給充分，沉積了以弱進(jìn)積—加積序列為主的下降半旋回巖性序列，以粒度較大的礫巖、含礫砂巖主。因上升半旋回形成時(shí)構(gòu)造抬升小，物源供給不充分，時(shí)間較短，沉積厚度小，而下降半旋回形成時(shí)構(gòu)造抬升增加，但物源供給充分，沉積厚度較大，所以形成了不對(duì)稱性基準(zhǔn)面旋回。

LSQ5 中可以劃分出兩個(gè)中周期旋回（MSQ9 和MSQ10）。MSQ9 測(cè)井曲線上由1 個(gè)箱形組合組成，基準(zhǔn)面上升半旋回為高幅齒狀箱形，基準(zhǔn)面下降半旋回為低幅齒狀箱形。從巖性上看，下降半旋回為退積性序列，上升半旋回為進(jìn)積性序列。MSQ10 測(cè)井曲線上為1 個(gè)箱形組合，基準(zhǔn)面上升半旋回為高幅齒狀箱形，基準(zhǔn)面下降半旋回為低幅齒狀指形。從巖性上看，上升半旋回為加積性序列，下降半旋回為加積—弱進(jìn)積性序列。MSQ9 位于凹陷盆地初始形成期的早期，構(gòu)造抬升緩慢，河道搬運(yùn)能力弱，基準(zhǔn)面上升半旋回沉積時(shí)，沉積物供給不充分，沉積了退積序列；基準(zhǔn)面下降半旋回沉積時(shí)，沉積物供給穩(wěn)定，積物沉積了進(jìn)積序列；MSQ10 則位于坳陷盆初始形成期的晚期，構(gòu)造抬升加大，沉積物供給均勻，基準(zhǔn)面上升半旋回與基準(zhǔn)面下升半旋回所處沉積環(huán)境變化極小，均沉積了加積性地層序列。

2.6 LSQ6

LSQ6 的底界面為白堊紀(jì)志丹群的內(nèi)部的巖性、巖相轉(zhuǎn)化面，界面之下為灰綠色、雜色礫巖，界面之上為紫紅色砂巖或礫巖（圖5h）。LSQ6 為凹陷盆地發(fā)展期，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)再次強(qiáng)烈，凹陷盆地?cái)U(kuò)張，盆地邊緣物源區(qū)再次抬升，氣候更加干旱，受季節(jié)性洪水影響，在物源供給充分條件下沉積的地層序列。巖性總體上以紫紅色粗砂巖、含礫砂巖為主，夾少量礫巖及含礫砂巖。測(cè)井曲線上基準(zhǔn)面上升半旋回表現(xiàn)為1 個(gè)箱形組合，巖性上為加積序列；基準(zhǔn)面下降半旋回表現(xiàn)為1 個(gè)箱型與兩個(gè)鐘形組合，巖性上為弱進(jìn)積—加積序列；MFS 位于兩者之間。LSQ6 整體上為不對(duì)稱旋回，基準(zhǔn)面下降半旋回的厚度大于基準(zhǔn)面上升半旋回的厚度。LSQ6 形成于凹陷盆地的發(fā)展期，此時(shí)盆地外圍大部分地區(qū)構(gòu)造抬升，盆地?cái)U(kuò)張，早期盆地邊緣擴(kuò)張較大，但因降水較少，物源供給不足，形成了以加積序列為主的上升半旋回巖性序列，以細(xì)砂巖為主；晚期抬升速度放緩，但降水增加，物源供給迅速增加，沉積了以弱進(jìn)積—加積序列為主的下降半旋回巖性序列，以砂巖、粉砂巖主。因上升半旋回形成時(shí)盆地?cái)U(kuò)張較大，物源供給不充分，時(shí)間較短，沉積厚度小，而下降半旋回形成時(shí)盆地?cái)U(kuò)張停止，但物源供給充分，沉積厚度較大，形成了不對(duì)稱性基準(zhǔn)面旋回。

LSQ6 中可以劃分出兩個(gè)中周期旋回（MSQ11 和MSQ12）。MSQ11 測(cè)井曲線上由1 個(gè)箱形或1 個(gè)指形組合組成，基準(zhǔn)面上升半旋回與基準(zhǔn)面下降半旋回均為低幅齒狀箱形。從巖性上看，下降半旋回為弱退積性序列，上升半旋回為加積性序列。MSQ12 測(cè)井曲線上由1 個(gè)箱形組合組成，基準(zhǔn)面上升半旋回與基準(zhǔn)面下降半旋回均為鐘形組合。從巖性上看，上升半旋回為退積序列，下降半旋回為加積—弱退積性序列。MSQ11 位于凹陷盆地發(fā)展期的早期，凹陷盆地?cái)U(kuò)張規(guī)模大，降水較少，洪水搬運(yùn)能力弱，基準(zhǔn)面上升半旋回沉積時(shí)，沉積物供給不充分，沉積了弱退積序列；基準(zhǔn)面下降半旋回沉積時(shí)，湖盆擴(kuò)張減弱，降水增加，沉積物供給穩(wěn)定，沉積了加性進(jìn)積地層序列；MSQ12 則位于坳陷盆地發(fā)展期的晚期，湖盆擴(kuò)張減弱，受氣候影響較大，沉積物供給均勻，基準(zhǔn)面上升半旋回與基準(zhǔn)面下升半旋回所處沉積環(huán)境變化極小，沉積了弱退積—加積性地層序列。

2.7 LSQ7

LSQ7 的底界面為白堊紀(jì)志丹群的內(nèi)部的巖性、巖相轉(zhuǎn)化面，界面之下為紫紅色泥巖，界面之上為紫紅色礫巖，界面有沖刷現(xiàn)象，頂界面為白堊系與第四系的不整合接觸面。LSQ7 僅在研究區(qū)北部地區(qū)發(fā)育，巖性總體上以紫紅色礫巖、含礫砂巖、粗砂巖為主。測(cè)井曲線上基準(zhǔn)面上升半旋回表現(xiàn)為1 個(gè)漏斗形與1 個(gè)箱形組合構(gòu)成，巖性上為退積序列，基準(zhǔn)面下降半旋回勘探區(qū)已被剝蝕。LSQ7 形成于凹陷盆地萎縮期，此時(shí)盆地萎縮，盆地邊緣構(gòu)造區(qū)基本夷平，早期物源供給不足，形成了以退積序列為主的上升半旋回巖性序列，以礫巖、含礫砂巖、粗砂巖為主；晚期因燕山期強(qiáng)烈構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，盆地全部抬升，基準(zhǔn)面下降半旋回全部剝蝕。

LSQ7 中只保留下1 個(gè)中周期旋回（MSQ13）。MSQ13 從巖性上看，下降半旋回為退積性序列，上升半旋回為進(jìn)積—加積性序列。MSQ13 測(cè)井曲線上基準(zhǔn)面上升半旋回為漏斗形組合，基準(zhǔn)面下降半旋回為箱形組合。MSQ13 位于凹陷盆地萎縮期，盆地外圍接近夷平，季節(jié)性洪水搬運(yùn)能力相對(duì)強(qiáng)，基準(zhǔn)面上升半旋回沉積時(shí)，沉積物供給較充分，沉積了退積序列；基準(zhǔn)面下降半旋回沉積時(shí)，全區(qū)抬升范圍擴(kuò)大，物源區(qū)與沉積區(qū)地勢(shì)差別縮小，沉積物供給減少，洪水規(guī)模減小，沉積了進(jìn)積—加積地層序列。

3 沉積微相劃分

沉積微相是指在沉積相帶、沉積亞相帶范圍內(nèi)具有獨(dú)特巖石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、厚度、韻律性等剖面上沉積特征及一定的平面配置規(guī)律的最小單元（郭艷琴等，2019；趙輝等，2020）。根據(jù)巖性組合特征、測(cè)井曲線變化特征在研究區(qū)識(shí)別出三角洲、河流、沖積扇3 種沉積相，三角洲相主要發(fā)育三角洲平原亞相；河流相主要發(fā)育河漫、岸堤及河床亞相；沖積扇相則發(fā)育扇中和扇端亞相（圖6）。

3.1 三角洲

分流河道：主要分布在侏羅系延安組的下部和上部，巖性主要以灰白色、灰色塊狀細(xì)砂巖和中砂巖為主，巖石分選好、磨圓一般（圖7a、圖7b），發(fā)育塊狀層理、平行層理、脈狀層理，塊狀砂巖中可見(jiàn)煤巖撕裂屑及煤巖紋層，并多處發(fā)育沖刷面構(gòu)造。砂體在平面上呈條帶狀延伸，局部呈透鏡狀。在測(cè)井曲線上表現(xiàn)為多個(gè)鐘形或箱形疊加組合，為多期分流河道沉積所致。

泛濫平原：泛濫平原發(fā)育在侏羅系延安組下部及中部，分布于分流河道砂壩間，巖性以深灰色粉砂巖與粉砂質(zhì)泥巖互層為主夾細(xì)砂巖、泥巖，粉砂巖中發(fā)育沙紋交錯(cuò)層理、波狀層理，泥巖中發(fā)育水平層理（圖7c），局部夾煤線，可見(jiàn)生物擾動(dòng)現(xiàn)象，發(fā)育植物碎屑、炭屑、植物根莖，自然伽馬曲線呈高頻低幅鋸齒狀指型。

沼澤：沼澤在侏羅系延安組中廣泛分布，其巖性主要為煤層或含碳泥巖，見(jiàn)黃鐵礦及植物化石，在自然伽瑪曲線和電阻率曲線上表現(xiàn)為高幅單一指形。當(dāng)時(shí)氣候溫暖、潮濕，三角洲平原分流河道之間、分流間灣或三角洲淺水湖泊中形成沼澤環(huán)境，植物叢生，之后形成了泥炭堆積。泥炭埋藏后煤化轉(zhuǎn)變?yōu)槊?，所以煤層成為地質(zhì)歷史時(shí)期沼澤相的標(biāo)志性沉積。

決口扇：主要分布于侏羅系延安組頂部，其巖性主要為灰白色細(xì)砂巖或中砂巖，下部出現(xiàn)粉砂巖，形成逆粒序的反旋回（圖7d），發(fā)育塊狀層理、低角度斜層理，常發(fā)育泥巖撕裂屑或泥巖斑團(tuán)。測(cè)井曲線上表現(xiàn)為漏斗形或箱形組合。砂體在平面上通常呈席狀或板狀，頂?shù)捉缑嫫秸?，底界面為砂巖突變接觸于下伏的泥巖或粉砂巖，形成沖刷面。

3.2 河流

研究區(qū)河流相主要發(fā)育河床、河漫和岸堤亞相，進(jìn)一步可以區(qū)分出河道、河漫灘、天然堤沉積微相。

河道：主要分布于侏羅系直羅組底部，主要為直羅組底部七里鎮(zhèn)砂巖，巖性為灰白色中粒長(zhǎng)石砂巖（圖7e），底部為含礫砂巖，礫石粒徑2～8 mm，次棱角狀，礫石成分以長(zhǎng)石、石英為主，向上顆粒變細(xì)。砂巖中以塊狀層理為主，下部發(fā)育板狀交錯(cuò)層理，各鉆孔中層厚度差別很大，從3～12 m，底部見(jiàn)樹(shù)干化石，并見(jiàn)沖刷接觸現(xiàn)象，發(fā)育泥質(zhì)礫石及碳化碎塊、煤巖紋層等，中上部含少量鐵質(zhì)結(jié)核，核徑3～5 cm。測(cè)井曲線上為明顯的低幅箱形或鐘形。

經(jīng)綜合分析，結(jié)合國(guó)內(nèi)外沙漠路面結(jié)構(gòu)材料分析及路面狀況研究，同時(shí)考慮沙漠地區(qū)自然氣候特征及當(dāng)?shù)夭牧瞎┬锠顩r， 通過(guò)對(duì)以上三種路面結(jié)構(gòu)方案的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)比較，在滿足使用要求的條件下，并結(jié)合本項(xiàng)目交通量分布，確定本項(xiàng)目采用方案一路面結(jié)構(gòu)。

河漫灘：主要分布于侏羅系直羅組或安定組中。河漫灘一般分布在河流中下游地區(qū)，河流下蝕作用較弱，側(cè)蝕作用較強(qiáng)。河流在凹岸侵蝕，在凸岸堆積形成水下堆積砂體。在洪水季節(jié)，水下砂體被河水淹沒(méi)，繼續(xù)接受沉積，水下砂體的面積逐步擴(kuò)大，在枯水季節(jié)露出水面，形成河漫灘。如果河流改道，河漫灘被廢棄。多個(gè)被廢棄的河漫灘連接在一起，最終形成了寬廣的河漫灘平原。因洪水季節(jié)性漲落，河漫灘沉積主要以泥巖、粉砂巖與細(xì)砂巖互層出現(xiàn)為特點(diǎn)，具有“泥包砂”的特點(diǎn)（圖7f），發(fā)育水平層理、波狀層理等。測(cè)井曲線上表現(xiàn)為低幅鋸齒狀指形夾多個(gè)短柱狀箱形組合。

圖7 沉積微相巖性特征Fig.7 Lithologic characteristics of sedimentary microfacies

天然堤：主要分布于侏羅系直羅組或安定組中。天然堤一般分布在曲流河中下游地區(qū)或辮狀河的下游。當(dāng)洪水漫溢河床時(shí)，在河床兩側(cè)，因河流流速驟減，有大量泥沙沉積，洪水退后，沿河床兩側(cè)則形成天然堤。從巖性上看，天然堤下伏地層為河道微相粗砂巖或含礫粗砂巖，上部沉積與河漫灘相似的細(xì)砂巖與粉砂巖互層，但一般為正粒序，發(fā)育爬升沙紋層理、水平層理及波痕，巖層頂部可見(jiàn)泥裂和蟲(chóng)跡。測(cè)井曲線上表現(xiàn)為長(zhǎng)距離低幅鋸齒狀鐘形組合。

3.3 沖積扇

主要發(fā)育于白堊系志丹群。從下向上，可以區(qū)分出扇中、扇端沉積亞相。扇中分為分支河道和漫流；扇端分為扇緣水道和洪積平原。從平面山看，沖積扇靠近山體的部分為扇根，在本區(qū)不發(fā)育，遠(yuǎn)離山體的最遠(yuǎn)部分為扇端（扇緣、外扇），這兩個(gè)部分中間的為扇中。扇根是近源沉積，以較粗的沉積物為主，大小混雜，分選、磨圓一般比較差，從扇根向扇端，沖積物的粒度變細(xì)，分選性變好，磨圓度增加。

分支水道：主要發(fā)育于白堊系志丹群的中、下部。分支水道是扇中的主要沉積微相，是扇根主槽在相對(duì)地形平緩位置的橫向延伸與擴(kuò)展，從山體間出口向開(kāi)闊地區(qū)呈放射狀扇形展布，洪水時(shí)形成了暫時(shí)性河道，物源區(qū)碎屑物被洪水搬運(yùn)，在分支河道沉積，洪水過(guò)后，分支河道干涸，暴露地表，長(zhǎng)期形成了氧化環(huán)境，沉積了紫紅色礫巖、含礫砂巖、粗砂巖夾少量粉砂巖、泥巖，其礫石磨圓、分選較其下扇根亞相中略好，厚度2～10 m，礫巖層一般大于70%（圖7g、圖7h）。該沉積微相也稱“辮流線”，其寬度一般10～15 m，有時(shí)可達(dá)上百米，深度為1～5 m，最深可達(dá)10 m，發(fā)育洪積層理和交錯(cuò)層理，粒度具有向上變細(xì)的趨勢(shì)，礫石呈20°左右傾向上游，巖層底部沖涮面不平整，且沖刷面之上發(fā)育泥巖角礫。測(cè)井曲線表現(xiàn)為多個(gè)韻律組成的鋸齒狀鐘形正旋回形態(tài)。

漫流帶：發(fā)育于白堊系志丹群的中、上部，為扇中亞相分支水道之間相對(duì)較高的部位發(fā)生的沉積，僅在洪水暴漲時(shí)沉積，而洪水降落時(shí)暴露地表。因漫流帶距離物源區(qū)較遠(yuǎn)，沉積物搬運(yùn)距離較長(zhǎng)，沉積物顆粒較細(xì)，為砂巖、含泥砂巖、含泥粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖（圖7i），含有少量礫石，礫石分選磨圓中等，一般發(fā)育塊狀層理，層面中可見(jiàn)植物根系或植物碎片。測(cè)井曲線表現(xiàn)為低幅鋸齒狀指形。

扇緣水道：發(fā)育于白堊系志丹群的上部。扇緣水道是扇中分支水道向地形平坦區(qū)的延伸和擴(kuò)展部分，與扇中分支水道相比，其流水運(yùn)移距離較短，水道深度減小，且單位面積水道間數(shù)量增加，水道密度增加，洪水季節(jié)接受沉積，干旱時(shí)暴露地表。因物源搬運(yùn)距離增加，固沉積物碎屑顆粒明顯減小，且分選性、磨圓性增加，并發(fā)育平行層理、槽狀層理、斜層理。主要巖性為紫紅色礫巖、砂巖夾薄層粉砂巖，向上粒度變細(xì)。測(cè)井曲線表現(xiàn)為多個(gè)低幅度鋸齒狀鐘形組合。

洪積平原：發(fā)育于白堊系志丹群的上部。在干旱地區(qū)因暫時(shí)性或季節(jié)性洪流在山谷出口處形成的，經(jīng)過(guò)多次洪流過(guò)程形成堆積體不斷擴(kuò)大伸展組合而成的山前平原。洪流暴漲時(shí)，洪水一邊侵蝕扇緣水道溝床，同時(shí)也將大量的碎屑物質(zhì)搬運(yùn)到溝口或山坡相對(duì)低平地帶，因流速減小而迅速堆積形成扇狀堆積體。洪水暴漲時(shí)沉積物被洪水淹沒(méi)，洪水退卻時(shí)沉積物長(zhǎng)期暴露地表形成氧化環(huán)境沉積了紫紅色細(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖正旋回序列，砂巖、粉砂巖中見(jiàn)少量分選、磨圓較好的礫石，發(fā)育塊狀層理或水平層理，測(cè)井曲線表現(xiàn)為長(zhǎng)鐘形與低幅鋸齒狀指形組合。

4 盆地構(gòu)造演化與沉積環(huán)境變遷

根據(jù)層序地層特征劃分以及單因素、沉積微相分析特征（圖8～圖11），沉積結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景，可以判斷補(bǔ)連塔煤礦在中生代經(jīng)歷了大型坳陷盆地與凹陷盆地兩個(gè)構(gòu)造性質(zhì)不同的盆地疊合演化過(guò)程（圖12，圖13），其中坳陷盆地演化發(fā)生在早、中侏羅世，而凹陷盆地的演化發(fā)生在白堊紀(jì)。

圖8 SQ3 砂巖含量等值線圖Fig.8 Isoline of SQ3 sandstone content

圖9 SQ3 沉積微相平面圖Fig.9 Sedimentary microfacies plan of SQ3

圖10 SQ6 砂巖含量等值線圖Fig.10 Isoline of SQ6 sandstone content

圖11 SQ6 沉積微相平面圖Fig.11 Sedimentary microfacies plan of SQ6

圖12 補(bǔ)連塔煤礦坳陷盆地沉積模式圖Fig.12 Sedimentary model map of depression basin in Bulianta coal mine

圖13 補(bǔ)連塔煤礦凹陷盆地沉積模式圖Fig.13 Sedimentary pattern map of depression basin in Bulianta coal mine

根據(jù)巖層組合序列沉積特征以及區(qū)域地質(zhì)背景，沉積盆地構(gòu)造演化具體可以區(qū)分出坳陷盆地的初始形成階段、坳陷盆地的發(fā)展階段、坳陷盆地萎縮階段、坳陷盆地的消亡階段以及凹陷盆地的初始形成階段、凹陷盆地的發(fā)展階段和凹陷盆地的萎縮階段，每一個(gè)構(gòu)造階段對(duì)應(yīng)一次完整的長(zhǎng)周期基準(zhǔn)面旋回。

在盆地演化發(fā)展的不同歷史時(shí)期，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與氣候變化共同控制了沉積環(huán)境演化，沉積環(huán)境演化決定了沉積地層組合序列特征的變化，所以地層組合序列的特征以及其變化規(guī)律是揭示沉積環(huán)境變化的直接物質(zhì)證據(jù)。從總體上看，控制補(bǔ)連塔煤礦沉積特征的沉積盆地經(jīng)歷了兩次規(guī)模較大的水平面加深—變淺的旋回性變化，分別對(duì)應(yīng)于一次坳陷盆地與一次凹陷盆地的疊加構(gòu)造演化過(guò)程。其中坳陷盆地構(gòu)造演化過(guò)程，補(bǔ)連塔煤礦以近湖盆的三角洲—河流沉積環(huán)境為主；在凹陷盆地構(gòu)造演化過(guò)程，補(bǔ)連塔煤礦以洪積扇沉積環(huán)境為主。

坳陷盆地的初始形成階段：發(fā)生在早侏羅世延安組沉積早期，主要沉積地層為L(zhǎng)SQ1。三疊紀(jì)末期印支運(yùn)動(dòng)發(fā)生，盆地南部秦嶺造山帶隆升，鄂爾多斯盆地內(nèi)部差異性沉降，形成了大型坳陷湖盆，研究區(qū)位于湖盆西北部邊緣，北部東勝隆起成為物源區(qū)，經(jīng)河流搬運(yùn)攜帶沉積物向湖盆內(nèi)沉積，途徑研究區(qū)形成了三角洲沉積環(huán)境，此時(shí)物源區(qū)較遠(yuǎn)，物源供給不充分，而湖平面升高較快，形成了不對(duì)稱的退積型長(zhǎng)周期基準(zhǔn)面旋回。

坳陷盆地的發(fā)展階段：發(fā)生在早侏羅世延安組沉積中期，主要沉積地層為L(zhǎng)SQ2。此時(shí)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)加劇，湖盆面積迅速擴(kuò)張，湖平面升高，盆地進(jìn)入發(fā)展階段，研究區(qū)雖繼承了早期的三角洲沉積環(huán)境，但沉積物供給增加，發(fā)展期晚期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)期略長(zhǎng)，形成了不對(duì)稱或近對(duì)稱的弱進(jìn)積—加積型長(zhǎng)周期基準(zhǔn)面旋回。

坳陷盆地萎縮階段：發(fā)生在早侏羅世延安組沉積晚期，主要沉積地層為L(zhǎng)SQ3。延安組末期，印支運(yùn)動(dòng)再次加劇，湖盆周緣抬升范圍擴(kuò)大，湖盆面積縮小，進(jìn)入了坳陷盆地萎縮期，物源區(qū)供給充分，研究區(qū)還是三角洲沉積環(huán)境，但三角洲向盆地內(nèi)快速進(jìn)積，沉積了多層粒度較粗的厚層粗砂巖，因萎縮期早晚期構(gòu)造活動(dòng)頻率穩(wěn)定，形成了對(duì)稱的加積型長(zhǎng)周期基準(zhǔn)面旋回。

坳陷盆地的消亡階段：發(fā)生在中侏羅世直羅組和安定組沉積時(shí)期，主要沉積地層為L(zhǎng)SQ4。延安組沉積末期，印支運(yùn)動(dòng)進(jìn)入末期，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致盆地大幅度抬升，且氣候干旱，坳陷盆地湖盆向南消失，全區(qū)進(jìn)入坳陷盆地消亡期。此時(shí)，在研究區(qū)形成了河流泛濫平原沉積環(huán)境，河流由北向南流動(dòng)，在洪水季節(jié)河流攜帶大量泥沙在此沉積，晚期構(gòu)造活動(dòng)更為劇烈，形成了進(jìn)積型長(zhǎng)周期基準(zhǔn)面旋回。

凹陷盆地的初始形成階段：發(fā)生在早白堊世志丹群沉積早期，沉積地層對(duì)應(yīng)LSQ5。晚侏羅世時(shí)，燕山運(yùn)動(dòng)發(fā)生，研究區(qū)所在的鄂爾多斯盆地再次抬升，導(dǎo)致上侏羅統(tǒng)幾乎剝蝕殆盡。在早白堊世早期，燕山運(yùn)動(dòng)加劇，在鄂爾多斯盆地內(nèi)部形成了一系列凹陷盆地。此時(shí)氣候干旱，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍，且地形高差較大，洪水暴漲期流水搬運(yùn)能力巨大，物源供給充分，在距離物源區(qū)較近的凹陷盆地形成了一系列洪積扇，研究區(qū)位于扇中的上部（靠近扇根），沉積了粗碎屑巖。凹陷盆地初期，構(gòu)造活動(dòng)劇烈，早晚期均勻變化，沉積了以礫巖為主的近對(duì)稱型長(zhǎng)周期基準(zhǔn)面旋回。

凹陷盆地的發(fā)展階段：發(fā)生在早白堊世志丹群沉積中期，沉積地層對(duì)應(yīng)LSQ6。早白堊世中期，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)相對(duì)減緩，山體風(fēng)化剝蝕進(jìn)一步加大，靠近盆地剝蝕區(qū)巖體夷平，凹陷盆地面積擴(kuò)大，進(jìn)入凹陷盆地發(fā)展期，此時(shí)物源距離增加，且物源減少，洪山爆發(fā)時(shí)沖積扇向物源區(qū)索源侵蝕，并發(fā)生退積作用，研究區(qū)位于沖積扇扇中下部（遠(yuǎn)離扇根），沉積了粒度相對(duì)較小的含礫砂巖、砂巖、粉砂巖及粉砂質(zhì)泥巖，此時(shí)早期構(gòu)造活動(dòng)微弱，而晚期構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)強(qiáng)烈，風(fēng)化剝蝕作用加大，形成了進(jìn)積型長(zhǎng)周期基準(zhǔn)面旋回。

凹陷盆地的萎縮階段：發(fā)生在早白堊世志丹群沉積晚期，沉積地層對(duì)應(yīng)LSQ7。早白堊世晚期，此時(shí)大部分靠近凹陷位置山地均接近夷平，凹陷盆地被碎屑物反復(fù)充填，物源區(qū)與沉積區(qū)高差逐漸減小，物源區(qū)距離拉遠(yuǎn)，凹陷盆地進(jìn)入萎縮階段。此時(shí)燕山運(yùn)動(dòng)加劇，氣候干旱，洪水期物源供給增加，流水運(yùn)移、加載了距離較遠(yuǎn)的碎屑物在凹陷盆地低洼處堆積，形成洪積扇，單因索源侵蝕作用，洪積扇向山體處索源侵蝕，并發(fā)生退積作用，研究區(qū)位于沖積扇扇端，沉積了以含礫砂巖、砂巖與粉砂巖、泥巖互層的進(jìn)積型長(zhǎng)周期基準(zhǔn)面旋回。

5 煤系地層沉積特征及煤礦安全防護(hù)

延安組煤層形成于三角洲泛濫平原沼澤環(huán)境，大部分煤層形成于長(zhǎng)周期基準(zhǔn)面下降半旋回的晚期或長(zhǎng)周期基準(zhǔn)面上升半旋回與下降半旋回轉(zhuǎn)換處（最大水泛面處）。所有煤層均出現(xiàn)在中周期基準(zhǔn)面旋回的晚期或中周期基準(zhǔn)面上升半旋回與下降半旋回轉(zhuǎn)換處（最大水泛面處），這是因?yàn)榛鶞?zhǔn)面下降半旋回晚期或基準(zhǔn)面上升半旋回與下降半旋回轉(zhuǎn)換處水體較為平靜，陸源物質(zhì)供給較少，適宜于成煤植物的繁殖生長(zhǎng)。

長(zhǎng)周期基準(zhǔn)面下降半旋回晚期出現(xiàn)的煤層，如4-2 上、2-2、1-2 上，煤層厚度較大，煤層頂板發(fā)育大規(guī)模的三角洲平原分流河道，河道砂體厚度較大，相對(duì)穩(wěn)定，砂巖硬度較大，呈條帶狀分布，定向排列，對(duì)下伏煤層有較大的沖刷、改造作用，使煤層出現(xiàn)條帶狀減薄、尖滅現(xiàn)象，平面上煤層上覆條帶狀河道砂體之間之間會(huì)出現(xiàn)河道間泛濫平原沉積的硬度較小的粉砂巖、泥巖互層的情況，在煤礦掘進(jìn)時(shí)遇到煤層突然增厚現(xiàn)象，提前設(shè)計(jì)安全防護(hù)措施，以防煤層頂板呈層狀剝落。而在長(zhǎng)周期基準(zhǔn)面上升半旋回與下降半旋回轉(zhuǎn)換處（最大水泛面處）沉積煤層，分布不穩(wěn)定，多出現(xiàn)煤層合并、分叉現(xiàn)象，煤層組內(nèi)薄煤層會(huì)頻繁出現(xiàn)，煤層頂?shù)装逡话憔鶠槿侵薹簽E平原沉積的粉砂巖、泥巖互層狀結(jié)構(gòu)，巖石較松軟，硬度較小，中間偶夾砂巖，但厚度不大，支撐力度不夠，在掘進(jìn)中若遇到頂板由粉砂巖、泥巖突變?yōu)橹小⒋至Ｉ皫r，需要重點(diǎn)預(yù)防頂板塌陷現(xiàn)象。

6 結(jié) 論

（1）補(bǔ)連塔煤礦中生界可以區(qū)分出7 個(gè)長(zhǎng)周期基準(zhǔn)面旋回，13 個(gè)中周期基準(zhǔn)面旋回，在全礦區(qū)均可對(duì)比。

（2）補(bǔ)連塔煤礦中生代經(jīng)歷一個(gè)陸相坳陷盆地和一個(gè)凹陷盆地的疊加構(gòu)造演化過(guò)程，可以劃分出坳陷盆地的形成、發(fā)展、萎縮、消亡過(guò)程和凹陷盆地的初始形成、擴(kuò)張、萎縮過(guò)程；盆地發(fā)展的每個(gè)階段的沉積地層組合對(duì)應(yīng)了一個(gè)長(zhǎng)周期基準(zhǔn)面旋回。

（3）通過(guò)高分率層序地層特征分析可知，研究區(qū)中生代從早到晚，其沉積環(huán)境由近坳陷湖盆三角洲沉積環(huán)境逐漸演化為遠(yuǎn)坳陷湖盆的河流沉積環(huán)境，最后轉(zhuǎn)化為凹陷盆地洪積扇沉積環(huán)境，水平面具有兩次加深—變淺的旋回性變化的特征。

（4）大部分煤層形成于長(zhǎng)周期基準(zhǔn)面下降半旋回的晚期或長(zhǎng)周期基準(zhǔn)面上升半旋回與下降半旋回轉(zhuǎn)換處（最大水泛面處）。長(zhǎng)周期基準(zhǔn)面下降半旋回晚期出現(xiàn)的煤層總體穩(wěn)定，煤層局部常有條帶狀沖刷減薄、尖滅現(xiàn)像，重點(diǎn)預(yù)防厚煤層頂板層狀剝落；而在長(zhǎng)周期基準(zhǔn)面上升半旋回與下降半旋回轉(zhuǎn)換處（最大水泛面處）沉積煤層分布不穩(wěn)定，常出現(xiàn)分叉、合并現(xiàn)象，在掘進(jìn)中需要重點(diǎn)預(yù)防頂板塌陷現(xiàn)象。