川南地区石宝矿段龙潭组层序地层研究

刘安然，巫晓兵,胡俊仁

(1.四川省能投煤层气投资开发有限公司，四川 成都 610023; 2.四川省能源投资集团有限公司，四川 成都 610023)

石宝矿段(下称研究区)位于川南煤田古叙矿区内(图1)，晚二叠世龙潭组是其主要的含煤地层，资料显示研究区内煤炭资源总量69202万t[1]，煤层气资源总量94亿m3[2]。前人在整个川南煤田二叠系龙潭组都做了大量的构造、地层特征、沉积环境和成煤规律等研究工作，但往往都围绕以煤炭为主的固体矿产进行[1,3-7]。煤层气作为新兴能源，对缓解我国紧张的能源形势有着不可替代的作用。研究区为煤与瓦斯突出地区，煤层气地面抽采对煤矿生产也有着重要的保障作用。层序地层学在石油地质领域已被广泛应用于盆地分析和储层预测等研究中，将其引入到川南地区煤层气储层研究中，进行沉积地层的划分、对比和分析，也能为更精确的地质年代对比，古地理恢复和沉积物质分布预测研究服务[8-12]。作为一种新能源，煤层气勘探具有很多和常规油气资源相同之处，综合前人的研究成果，对研究区的层序地层研究能起到去粗存精的作用，有利于煤储层的追踪对比、成煤环境以及连通性等研究，对后期的勘探开发工作具有重要的意义。

图1 石宝矿段位置图

1 地质背景

研究区位于扬子板块西部，出露地层较为齐全，历史上数次大面积升、降幅度不等的造陆运动，有利于地层和矿产的沉积。主体构造为石宝向斜，属于古蔺复式背斜南翼的次级褶皱[1]。受二叠世东吴运动使上扬子盆地整体抬升为陆的影响，研究区茅口组晚期海水大规模退出，经过一定时期的风化剥蚀作用，形成残积平原，为含煤地层的沉积准备了平坦的地形条件，也是这一时期重要的层序界面。含煤地层龙潭组假整合于茅口组之上，主要接受来自西部的康滇古陆物源供给，而东部的相对海平面升降对沉积物质的分布有一定影响，岩性组合为灰白、灰、黑色薄至中厚层细砂岩、粉砂岩、泥岩、黏土岩、炭质泥岩，煤层和硫铁矿。沉积环境包括潮坪、泻湖、沼泽和三角洲、属典型的海陆过渡相沉积[13-14]。这一时期构造活动稳定，有利于有机物形成和保存，但沉积环境横向变化较大，仅C25、C17煤层全区可采。龙潭组沉积晚期，受扬子板块持续下降和东部大规模海侵的双重作用，研究区结束了该时期的海陆过渡相沉积，转变为上覆长兴组的碳酸盐岩海相沉积[3-7]。

2 层序地层划分与对比

不同层序界面的识别和追踪是层序划分的基础，通过对研究区龙潭组野外露头剖面、钻井岩心以及地球物理测井等资料的分析，将沉积充填序列中识别出的顶底界面、河底冲刷面、岩性岩相转换面和最大海泛面等4种具不同性质、成因和产出规模的界面类型，作为划分不同级次地层基准面旋回层序的依据[15-16]。

2.1 不整合面

不整合面是新老地层之间的物理界面，是地质历史时期具有分段性的层序地层标志，在这个界面可能发生侵蚀或暴露等沉积间断，造成地层缺失或岩性突变等现象，对沉积历史和构造运动展开研究有重大意义。不整合面是层序划分、特别是构造层序划分的重要界面。研究区内茅口组受构造抬升，经历剥蚀风化，与上覆地层龙潭组及假整合接触，该界面分布稳定、界面清析，具有较好的对比性及等时性。

2.2 河底冲刷面

河底冲刷面成因一般是海平面下降或其他因素使水流速度高于平常，将河床底部的沉积物揭起并搬运离开，常见于河流、冲积扇、三角洲等河道发育的沉积相中。冲刷面是岩性界面，上下地层显示为突变的接触关系，且起伏不平，及上覆河流携带的颗粒较粗的沉积物质冲刷较老的河道沉积，使其直接与其河床几米甚至数十米以下的泥页岩接触。

2.3 岩性、岩相转换面

岩性或岩相在垂向剖面上的缺失、突变或底砾岩的发育，都是一种层序界面，一般是沉积环境或地球化学突变。根据相序递变的规律，岩性或者相的突变意味着在此界面上下的地层之间必然发生了沉积间断。

2.4 最大海泛面

当相对海平面上升至水位最大时，由海水泛滥作用形成的弱补偿或欠补偿沉积界面,通常伴随一套泥页岩大面积发育在滨海沉积的顶部，即所谓的密集段或凝缩层，具有岩性单一，易识别，等时性强等特点，岩性特征表现为向上变细加深沉积序列顶部的泥岩段或煤层；测井曲线对应低电阻、低电位和高伽玛。最大海泛面代表地层基准面由上升折向下降的转换面位置，是区域上最重要的等时追踪对比标志，只要不出现风化剥蚀，不管是在野外露头还是钻井岩心中都较容易识别。

通过对以上层序界面以及各种表现形式的研究，依据层序发育具有同时受构造、海平面升降、物源和地层自旋回过程等多种因素控制的特点，同时考虑界面性质、界面级次、层序结构和叠加样式，结合测井曲线、钻井岩心及野外露头的岩性组合变化规律，将研究区龙潭组划分为3个长期基准面旋回层序LSC1-LSC3，以及若干中期基准面旋回层序(图2)，其中长期基准面旋回层序在研究区内可进行较好的追踪对比(图3)。

图2 川南地区石宝矿段龙潭组层序地层综合柱状图(ZK1206井)

图3 川南地区石宝矿段龙潭组层序地层格架

3 层序特征

研究区龙潭组构造活动较为稳定，沉积环境为一套由泻湖-三角洲-潮坪-海湾等组成的频繁变化的海陆过渡相沉积[4]，各层序内沉积物质演变规律和成煤机制主要受来自西部的康滇古陆物源供给和相对海平面升降影响，及可容空间的增减与沉积物堆积速度之间的匹配关系[17-18]。

3.1 LSC1层序特征

LSC1层序结构总体呈现为向上变深基准面旋回小于向上变浅旋回的非对称基准面旋回结构，层序底界面与下伏地层下二叠统茅口组呈暴露侵蚀不整合接触。海侵早期，底部发育一套全区可见的C25煤层，部分井岩性表现为突变接触，代表了海侵的开始，具有等时对比意义，受海水的还原环境影响，煤层可见黄铁矿。此后相对海平面上升加快，沉积物质以灰色中薄层状细-粉砂岩为主，泥质含量逐渐增高。至最大海泛面时期，凝缩层沉积一套灰白色薄层状含黄铁矿黏土岩，灰黑色薄层状泥页岩和煤层。由于是大范围的幕式沉积，该时期物质表现与下伏沉积物的沉积环境没有必然联系，因此煤层在各层序最大海泛面时期大面积发育。

进积期，物质表现为底部含黄铁矿的大套灰色中薄层状粉砂岩夹薄层灰黑色泥岩，且粒度逐渐加粗，见河流底冲刷现象。该期层序底部发育一套单独的灰色中厚层状细-粉砂岩低位体系域沉积，应为茅口组受剥蚀的洼地接受西部康滇古陆物源所沉积，或沉积物供给量小于该地区可容纳空间的增量，后期的沉积物被频繁被剥蚀而保存不全甚至侵蚀缺失。

3.2 LSC2层序特征

LSC2层序结构与上期相似，同样为上大下小的非对称基准面旋回结构，底界面发育较粗粒的深灰色薄层状细-粉砂岩，与下覆煤层突变接触，且见大量植物碎片化石。海侵期岩性总体为一套深灰色中薄层状细砂岩、粉砂岩夹灰黑色薄层状泥质粉砂岩和煤组成，粒度向上逐渐变细，层厚变薄，泥质含量增高，表明水体逐渐加深的过程。这一时期成煤作用与海侵过程密切相关，滨岸地带暴露土壤由于侵进的水体开始生长植物, 进而泥炭沼泽化, 早期已经形成的泥炭被逐渐加深的水体覆盖而保存成煤，这样所形成的煤层具有穿时性，因此煤层顶底界面不能作为层序划分的依据。 zk1206井在这一时期沉积一套含植物碎片化石的倒粒序灰色细砂岩，应是受前三角洲河口坝沉积物质供应速率较大而形成的局部进积。

进积期，海平面相对下降，水体变浅，可容纳空间变小，垂向序列表现为灰色薄层状泥岩、泥质粉砂岩向灰色中薄层状粉砂岩的过度，具有泥质含量逐渐减少，砂质含量逐渐增多的特点，夹数层薄煤层。这一时期水退后产生了有利于泥炭沼泽的堆积环境，煤层的厚度和分布受泥炭沼泽发育的控制。

3.3 LSC3层序特征

LSC3期层序结构表现为基准面向上变深旋回和向上变浅旋回相等或近似相等的对称基准面旋回结构，说明这一时期可容空间的增减与沉积物供应速率是平衡的。海平面上升半旋回，发育有深灰色中层状粉砂岩、泥质粉砂岩，夹薄层状灰黑色泥岩、煤，粒度逐渐变细，为典型的退积体系域沉积，而低位体系域内煤层较发育。海平面上升引起了滨岸泥炭沼泽向陆推进，随着水体加深演化成煤，煤层与下部地层呈连续过渡接触。

进积期，发育多套灰色中薄层状细砂岩，夹灰黑色薄层泥岩、黑色炭质泥岩，粒度逐渐变粗，层间可见冲刷面构造，受这一时期相对海平面快速下降的影响，且物源供给充足，容易发生河流回春现象。煤层仅在ZK1206附近发育，说明其他地区水体后退速度较快，未形成有利于植物生长的环境。

4 结论

1)通过野外露头、钻井岩心和测井资料研究，识别出区域不整合面、河流冲刷侵蚀面、岩性、岩相转换面和最大海泛面4种层序界面，并分析各个界面的成因和物质表现形式。

2)依据层序发育受多种因素控制的特点，利用层序界面性质、层序结构和测井、岩性综合分析，将研究区龙潭组划分为3个长期基准面旋回层序LSC1—LSC3，以及若干中期基准面旋回层序。

3)选取长期基准面旋回层序，建立等时地层格架进行对比，并根据相对海平面升降对长期层序内的物质变化规律和成煤机制进行了系统描述。

[1] 四川省地质矿产勘查开发局一一三地质队.四川省古蔺县川南煤田古叙矿区石宝矿段煤炭资源详查报告[R].2010.

[2] 四川省地质矿产勘查开发局一一三地质队.四川省古蔺县石宝矿段石宝-邱家祠井田煤层气地质调查评价报告[R].2012.

[3] 邵龙义,陈家良,李瑞军,等.广西合山晚二叠世碳酸盐岩型煤系层序地层分析[J].沉积学报,2003,21(1):168-174.

[4] 邵龙义,高彩霞,张超,等.西南地区晚二叠世层序-古地理及聚煤特征[J].沉积学报,2003,31(5):856-866.

[5] 冯志明.川南煤田古叙矿区龙潭组地层层序及聚煤特征[J].四川地质学报,2010,30(3):1-6.

[6] 赵宗举,周慧,陈轩等.四川盆地及邻区二叠纪层序岩相古地理及有利勘探区带[J].石油学报,2012,33(12):35-51.

[7] 梁万金,魏文金,邓野平.川南煤田古叙矿区含煤地层格架及聚煤作用[J].四川地质学报,2013,33(9):287-302.

[8] 马新华,魏国齐,钱凯,等.我国中西部前陆盆地天然气勘探的几点认识[J].石油与天然气地质,2000,21(2):114-117.

[9] 郑荣才,吴朝容,叶茂才.浅谈陆相盆地高分辨率层序地层研究思路[J].成都理工学院学报,2000,27(3):241-244.

[10] 郑荣才,尹世民,彭军.基准面旋回结构与叠加样式的沉积动力学分析[J].沉积学报,2000,18[3]:369-375.

[11] 徐胜林,陈洪德,林良彪,等.川东南地区飞仙关组层序岩相古地理特征[J].中国地质,2009,26(5):1055-1064.

[12] 李绍虎,吴冲龙,王华,等.四川须家河组层序地层格架与天然气成藏的关系[J].石油与天然气地质, 1998,19(2):146-151.

[13] 陈洪德,覃建雄,王成善.中国南方二叠纪层序岩相古地理特征及演化[J].沉积学报,1999,17(14):510-520.

[14] 王成善,陈洪德,寿建峰,等.中国南方二叠纪层序地层划分与对比[J].沉积学报,1999,17(4):499-509.

[15] 徐怀大.陆相层序地层学研究中的某些问题[J].石油与天然气地质,1997,18(2):83-89.

[16] 邓宏文.美国层序地层研究中的新学派—高分辨率层序地层学[J].石油与天然气地质,1995,16(2):89-97.

[17] 李祥辉,王成善,陈洪德,等.中国南方二叠纪层序地层时空格架及充填特征[J].沉积学报,1999,17(4):522-528.

[18] 吕大炜,李增学,魏久传,等.基于不同成煤理论的含煤地层层序划分[J].中国石油大学学报：自然科学版,2010,34(4):49-66.