伊犁盆地的沉积演化和聚煤规律研究

张伟周梓欣

（1.新疆煤田地质局综合地质勘查队，新疆　乌鲁木齐　830009；2.新疆煤田地质局煤层气研究开发中心，新疆　乌鲁木齐　830091）

伊犁盆地的沉积演化和聚煤规律研究

张伟1周梓欣2

（1.新疆煤田地质局综合地质勘查队，新疆乌鲁木齐830009；2.新疆煤田地质局煤层气研究开发中心，新疆乌鲁木齐830091）

基于新疆伊利盆地煤炭资源调查评价工作所获取的较全面的煤田地质资料及石油钻井资料，结合层序学理论思想，对伊犁盆地中下侏罗统含煤地层的沉积环境与沉积体系进行了系统地分析研究，综合归纳各聚煤期煤层聚煤规律和分布范围，为盆地内含煤有利区研究提供了依据。

伊犁盆地；层序学；沉积环境；聚煤规律

伊犁盆地侏罗系中、下统是盆地最主要的聚煤层位，其独特的构造-沉积背景及丰富的煤炭资源受到众多地质学家的重视，但由于该区构造较为复杂，后期剥蚀严重，且以往工作多进行的是一些煤矿点的地质勘查工作，多针对某一煤矿范围进行煤层对比、煤质等的研究，未进行系统的研究；油田在本区的钻井也较少，通过开展《新疆伊利盆地煤炭资源调查评价》工作，以伊犁盆地中、下侏罗统含煤岩系为研究对象，在对煤层深部具有一定控制的基础上，恢复研究区的古地理背景，建立含煤岩系的层序地层格架，讨论其沉积环境与沉积体系展布特征，为聚煤规律和煤田有利区预测研究提供依据［1～14］。

1　地质概况

伊犁盆地地层区划属塔里木-南疆地层大区（Ⅳ），中南天山-北山地层区（Ⅳ1），中天山-马鬃山地层分区（Ⅳ12），博罗霍洛山地层小区（Ⅳ12-2）和伊宁地层小区（Ⅳ12-3）。区域出露的地层主要有：古生界的奥陶系、志留系、石炭系、二叠系，中生界的三叠系、侏罗系，新生界的新、古近系和第四系。其中，古生界石炭系构成了中新生代沉积盆地的基底，新生界地层构成含煤侏罗系地层的盖层。

2　层序地层格架

层序地层分析的中心思想在于建立等时地层格架，进行等时地层对比和描述地层叠置样式，并在等时地层格架中进行沉积环境、沉积体系和聚煤规律的研究。

通过对伊犁盆地206口钻孔的层序地层划分、沉积环境分析，5条连井层序地层对比剖面的编制，在综合研究钻孔、测井、露头、岩芯及古生物资料的基础上，建立了伊犁盆地侏罗系中下统以四级层序为单元的等时层序地层对比格架。其格架特征为每个三级层序顶、底界均具有明显的钻、测井识别标志，低位体系域与湖侵体系域的边界面是首次湖泛面，而湖侵体系域与高位体系域的界面是最大湖泛面。低位体系域一般为三角洲平原、前缘相砂岩、滨浅湖的泥岩和沼泽，湖侵体系域一般由三角洲前缘砂岩、半深湖相的泥岩组成，其泥岩沉积厚度大并且分布广，构成向上变细的退积序列，湖岸线向陆迁移。高位体系域主要为三角洲、滨浅湖－半深湖的泥岩及沼泽沉积，具有典型的加积特点。三级层序内部构型上表现出明显的沉积韵律特点，自下而上沉积物沉积粒度由粗变细再变粗，对应的沉积水体深度由浅变深再变浅，形成沉积厚度为1000m左右的三级层序。

3　成煤环境与沉积特征

从中、下侏罗统地层中所获得的动、植物化石和孢粉资料分析，早侏罗世，伊犁盆地气候温暖潮湿，以蕨类植物为主的植物群落和少量淡水生物构成煤的原始材料。由于古地理环境适宜，盆地持续缓慢下降与植物残骸的堆积保持均衡，堆积了比较丰富的泥炭层。早侏罗世晚期，伊犁盆地沉积由河流相向湖泊相演化。此时，伊犁盆地湖水较深，仅局部地段有薄煤聚集。中侏罗世早期，盆地出现大面积的泥炭沼泽，盆地沉降与泥炭堆积速度长期保持均衡，故而沉积了丰富的泥炭堆积。中侏罗晚期，古地理环境由沼泽，泥炭沼泽向泛滥平原，冲积洪积相转变，干旱气候相应出现，表明盆地内含煤岩系堆积作用基本结束。

4　沉积环境演化

水西沟群为一套在温暖、潮湿气候条件下形成的以湖泊、河流一沼泽相为主的含煤碎屑岩建造。它与下伏地层呈角度不整合接触，与上覆地层为平行不整合和微角度不整合接触。

4.1SQ1层序（八道湾组）

低位时期，全区分布有南北两个湖盆，其伊宁煤田、新源-巩留煤田、尼勒克煤田区为一广泛分布的连续湖盆沉积，沉积中心位于伊宁煤田西北缘。南部湖盆沉积中心位于特克斯县南端，两湖盆被察布查尔山及东端的泛滥平原所分割；北部湖盆主要物源区为科古琴山由北向南的物源和察布查尔山由南向北的物源形成的的两个冲积扇，砾石含量和粒径均有变小的趋势，砾石的磨圆度和分选性均较差，表明结构成熟度较低（见图1）。

湖侵时期，湖水面积增大，南北两湖盆连接为一个湖，相应泛滥平原面积也增大，沼泽面积减小，沉积区有所扩大，具有向阿吾拉勒山隆起与察布查尔山地层上超的趋势。巩留县沉积区的沉积中心向西向南扩大，巩留县处于半深湖环境，察布查尔县南部分布有三角洲。

高位时期，南北两湖盆仍连为一体，整个沉积区连在了一起，大范围覆盖了阿吾拉勒山隆起。

4.2SQ2层序（三工河组）

三工河时期，由于后期地质构造运动，整个伊犁盆地的沉积作用减弱。

低位时期，察布查尔县西北与霍城县西部之间分布为深湖-半深湖相，霍城北东端为泛滥平原相沉积，尼勒克县与巩留县之间分布为深湖-半深湖相，其中尼勒克西端为三角洲前缘相，东端为泛滥平原。新源-巩留西段以三角洲前缘相为主，中段为深湖-半深湖，东段以泛滥平原为主，含少量三角洲前缘（图2）。

湖侵时期，湖相面积增大，霍城县、尼勒克县处分布为深湖-半深湖，泛滥平原较低位时期扩大，沼泽相应减小，仅在察布查尔山两侧发育有少量三角洲前缘，科古琴山南麓主要以冲积扇为主，物源方向未变。

高位时期，湖相面积减小，三角洲面积增大，相应泛滥平原面积减小，沼泽面积增大。察布查尔县、尼勒克县处分布为三角洲前缘，霍城县、伊宁市处分布为滨浅湖及三角洲，昭苏勘查区中段为主要泥炭沼泽。

图2　伊犁盆地三工河组湖侵体系域沉积相图

4.3SQ3层序（西山窑组）

低位时期，在尼勒克县、昭苏县、霍城清水河处分布深湖-半深湖，霍城县、巩留县处分布滨浅湖，伊宁县北处分布沼泽及三角洲和三角洲前缘，新源-巩留最西端发育有冲积扇，东端为三角洲及三角洲前缘沉积，物源来自北部的科古琴-博罗科努隆起（见图3）。

图3　伊犁盆地西山窑组高位体系域沉积相图

湖侵时期，沉积中心由尼勒克县、察布查尔县分别扩张到巩留县、伊宁县，滨浅湖和半深湖-深湖相沉积面积均有所增大，两块湖相的滨浅湖区已连接在一起。沼泽较低位时期均有所后退，物源方向大体未变。

高位时期，随着湖相的减小，沉积区也有所减少，东部巩留县、尼勒克县处深湖-半深湖。西部湖相未有较大变化，察布查尔县、伊宁县处依旧为深湖--半深湖。昭苏勘查区北缘中段主要发育含煤沼泽。

5　聚煤规律

5.1层序构型与厚煤层的分布

泥碳的聚集主要受构造沉降、潜水面变化、气候、陆源碎屑物供给以及氧化还原条件的综合影响。泥炭的堆积在很大程度上取决于保存条件，在诸多因素中，缺氧条件是主要的，在相对高的稳定抬升的水面，有效地减少了氧的供给，可能发育分布较广、厚度较大的煤层。

（1）低位期聚煤

在低位体系域发育早中时期，湖平面较大幅度下降，可容空间减小，可容空间增长速率明显小于有机质聚集速率，潜水面下降，加上地形坡度较大，大面积的侵蚀和冲积河道对沉积物进行改造，泥炭不能堆积，仅在局部低洼地带可能有孤立的、相对薄的、已氧化的泥炭堆积。所以难以形成厚层泥碳堆积（见图4、图5）。

（2）湖侵期聚煤

湖侵体系域形成于湖平面快速上升、陆源碎屑供给不断减少、可容空间增长速率明显大于有机质堆积速率时，可容空间的增长速度超过泥炭的形成速度，那么泥炭沉降就会被碎屑物质、湖水或海水所淹没，则难以形成厚煤层，连续的泥炭分布不常见，故伊犁盆地侏罗系湖侵域煤层不发育（见图6、图7）。

（3）高位期聚煤

高位体系域形成于湖平面相对稳定和开始下降时期，此时可容空间仍较大，并且较丰富的物源随三角洲不断向前迁移而发生沉积，在较快的基底沉降作用下，三角洲平原向湖盆中央方向扩大，可形成厚度较大、分布范围较广的三角洲平原成因的煤层。研究区侏罗系厚煤层发育时期，基底沉降速率约为80mm/ka，基本与泥碳堆积速率一致，故在高位体系域形成了稳定分布的厚煤层。

6　结论

通过对伊犁盆地侏罗系层序地层及煤层展布的研究得出以下结论：

（1）伊犁盆地侏罗系含煤地层主要为八道湾组和西山窑组，沉积环境为湖泊-三角洲沼泽和三角洲体系。早侏罗世八道湾组的聚煤作用在盆地南部主要发生在霍鲁斯太以东，章吉斯台以西一带，在盆地北部主要发生在皮里青一带，聚煤环境为三角洲沼泽。中侏罗世西山窑组的聚煤作用在盆地北部主要发生在喀山奇至皮里青一带与干沟--界梁子一带，南部除居里索河一带含煤差，其东西两侧含煤性较好。

（2）八道湾组煤层在盆地北缘具有东厚西薄的分布特点。东部从东往西皮里青一带，含煤8层，其中两层为巨厚煤层，一层位于八道湾底部，厚36.37米，一层位于八道湾顶部，厚19.13米，其余均为中厚煤层至薄煤层。煤层总厚68.22米含煤系数20%。南缘煤组合不如北缘。

（3）西山窑组煤层在盆地北缘分布比较集中，沿走向含煤层数和厚度均有差异。由东往西，喀山奇至皮里青一带含煤层数多且稳定，属厚-中厚煤层，聚煤作用较好，干沟-界梁子一带，以厚-中厚煤层为主，煤层发育较好。

［1］范俊佳，琚宜文，侯泉林，谭静强，卫明明.不同变质变形煤储层孔隙特征与煤层气可采性［J］.地学前缘，2010，05:325-335.

［2］陈振宏，陈艳鹏，杨焦生，邓泽，赵玉红，王一兵.高煤阶煤层气储层动态渗透率特征及其对煤层气产量的影响［J］.石油学报，2010，06:966-969+974.

［3］黄兆辉.高阶煤层气储层测井评价方法及其关键问题研究［D］.中国地质大学（北京），2014.

［4］刘贻军，娄建青.中国煤层气储层特征及开发技术探讨［J］.天然气工业，2004，01:68-71+108.

［5］王乐平，张国华，王现强.煤层气的储层特征及其对煤层气解吸的影响［J］.煤炭技术，2009，01:156-158.

［6］张国伟，李三忠，刘俊霞，滕志宏，金海龙，李伟，黄先雄，吴亚红.新疆伊犁盆地的构造特征与形成演化［J］.地学前缘，1999，04:203-214.

［7］施哈宁，孟福印，田继军.伊犁盆地侏罗系八道湾组成煤环境与沉积特征［J］.西安科技大学学报，2011，01:33-38.

［8］熊绍云，余朝丰，李玉文，黄羚.伊犁盆地下石炭统阿克沙克组沉积特征及演化［J］.石油学报，2011，05:797-805.

［9］马帅，田继军，吴天伟，柳磊，付清波，陈斌.新疆伊犁盆地西山窑组沉积特征及聚煤规律［J］.煤田地质与勘探，2012，02:9-14.

［10］张井，王士俊，唐家祥.新疆伊犁盆地侏罗纪煤岩特征及煤相［J］.煤田地质与勘探，1997，03:23-28.

［11］马帅.伊犁盆地侏罗系中下统沉积特征与聚煤规律分析［D］.新疆大学，2012.

［12］李绍虎，周继兵，贾丽春，庄新国，李宝庆，马风华.伊犁盆地前侏罗纪反EW向构造对侏罗系煤系地层保存影响［J］.新疆地质，2013，01:99-103.

［13］张伟，李洪波，等.新疆伊犁盆地煤炭资源调查总报告［M］.乌鲁木齐:新疆煤田地质局综合地质勘查队，2010.

［14］李洪波，田继军，张伟，等.新疆伊犁盆地煤炭资源调查区沉积环境和聚煤规律分析［M］.乌鲁木齐:新疆煤田地质局综合地质勘查队，新疆大学地质与勘查工程学院，2010.

P618.11；P512.2

A

1003-5168（2015）11-049-03

张伟（1981-），男，本科学历，工程师，从事煤田地质及煤层气地质的研究和勘查、开发工作。