珲春盆地古近纪含煤地层层序–古地理与聚煤规律

侯海海，李强强，邵龙义，范雪洁，梁国栋，李雅楠

(1.辽宁工程技术大学 矿业学院，辽宁 阜新 123000；2.中国矿业大学(北京) 地球科学与测绘工程学院，北京 100083)

煤不仅是一种重要的固体可燃有机岩[1]，而且作为泥炭地产物和重要沉积载体，同时记录着地质历史时期地球表层系统变化和各类地质事件的“深时”古气候信息[2-4]。近年来随着煤地质学的发展，巨厚煤层成因[5-6]、煤系共伴生矿产资源[7-8]、煤的清洁高效利用[9]、煤层气勘探开发新理论和新技术[10-12]、深部煤层CO2地质封存[13-14]、基于煤岩学的“深时”古气候信息挖掘[15-16]和大数据驱动下的含煤岩系定量古地理[17]等方面成为了新的研究热点。煤层展布特征及其控制因素分析是这些研究热点的基础，因此，含煤岩系古地理及其控制下的煤聚集规律仍需重视。随着层序地层学在含煤岩系沉积学中的广泛应用，层序格架下的岩相古地理分析和煤层聚集模式还存在一定争议[18-19]，特别是针对不同构造背景(如前陆盆地、裂谷盆地和断陷盆地)和不同沉积背景(如近海型、海陆过渡型及陆相地层)下的层序地层模式及聚煤规律还需深入研究。

珲春盆地是吉林省重要的陆相聚煤盆地，含有丰富的古近纪煤炭与煤层气资源，盆地内煤层较多，结构较复杂，沉积旋回及岩相变化较快[20]。前人对盆地内古近纪含煤地层沉积环境、孢粉组合、层序地层和煤层分布进行了研究[21-24]，认为珲春组下含煤段沉积环境以冲积扇、河流、小型湖泊沉积为主，上含煤段则以三角洲沉积环境为主；盆地西部含煤性优于东部，板石中北部与八连城地区为盆地的富煤中心；盆地的沉积环境与同沉积构造关系密切，而聚煤作用直接受控于沉积环境的演化。近年来随着珲春盆地西部富煤区煤层气勘探开发的深入[25-27]，层序地层格架下的煤层对比、深部煤层分布及其预测、聚煤作用的控制因素等研究已成为新的工作重点。笔者依据珲春盆地古近纪钻孔岩心、煤层展布和测井等资料，分析珲春组含煤地层沉积相，建立煤系三级层序地层格架，在此基础上分析层序-古地理背景下的聚煤规律，相关研究可为研究区煤层气勘探开发提供指导[28-30]，为后期煤地质学研究奠定理论基础。

1 区域地质背景

珲春盆地位于吉林省东部，南部邻近朝鲜，东部接壤俄罗斯，东西长为23 km，南北宽为20 km，面积约460 km2，区内有大面积的新近纪冲积平原，盆地北、东、南三面是由二叠系古老岩层组成的低山丘陵，西侧临近图们江。区内地形东高西低，高程20～450 m，珲春河由东北流向西南横穿盆地的中部最终注入图们江。根据煤田勘查和煤矿开采情况，珲春盆地由西至东依次可以划分为煤矿区、骆驼河子普查区、五家子普查区和庙岭找矿区(图1)。

图1 珲春盆地区域构造及钻孔分布Fig.1 Regional structure and borehole location of the Hunchun Basin

珲春盆地在大地构造单元上属于兴蒙华力西褶皱带，盆地内由老至新分别发育上古生界解放村组和关门咀子组，中生界大兴沟群和泉水村组，新生界珲春组[24]。珲春组为一套古近系含煤碎屑岩沉积，主要发育砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩以及煤层等。自下而上，珲春组分为砾岩段、下含煤段、下褐色层段、中含煤段、中褐色层段以及上含煤段。构造上，盆地可划分为东部断陷、中部隆起、西部坳陷3 个一级构造单元和哈达门凸起、太阳凸起、五家子凸起、松树嘴子凹陷、新地方凸起、三家子凹陷、英安凹陷等7 个二级构造单元[24]，由北向南呈现出两凹夹一凸的构造形态。

2 珲春组岩相及沉积相类型

2.1 岩相类型特征

岩相是在一定沉积环境下形成的岩石或岩石组合，是沉积体系中重要的组成部分[31]。根据野外剖面和钻孔岩心分析，珲春组主要发育砾岩、中-粗粒砂岩、细砂岩、粉砂岩、泥岩、煤层、辉绿岩及凝灰岩，由于辉绿岩和凝灰岩不具备指示沉积区古环境意义，因此，并未对其岩相类别进行归纳。在此基础上，归纳出珲春组5 种岩石类型和12 种岩相类型(表1)。这5 种岩石类型和对应的12 种岩相类型见表1。

表1 古近系珲春组含煤岩系主要岩相类型及特征Table 1 Main lithotypes and their characteristics in the Paleogene Hunchun Formation

2.2 沉积体系划分及特征

根据所识别出的岩相类型，可知珲春组含煤地层主要发育有冲积扇、辫状河、辫状河三角洲和湖泊4类沉积体系。其中，珲春组底部主要发育冲积扇沉积体系，中下部地层以辫状河和辫状河三角洲沉积体系占主导，而中上部主要发育湖泊沉积体系。整体上珲春组由下至上可容空间逐渐增大，水动力条件逐渐减弱，冲积环境不断萎缩，湖泊范围不断扩张。研究区内珲春组主要的沉积相(体系)、沉积亚相和沉积微相划分详见表2。

表2 古近纪珲春组含煤岩系沉积体系划分Table 2 Division of sedimentary systems of the Paleogene Hunchun Formation

1) 冲积扇

冲积扇沉积相包括泥石流沉积、河道沉积、漫流沉积3 类，冲积扇的垂向沉积序列常是正旋回粒度向上变细的单个序列或多个序列的叠置组合(图2)，其中扇根-扇中主要呈现泥石流沉积和河道沉积，粒度较粗，岩性多为砾岩和中粗粒砂岩；而扇端位于冲积扇的末端，扇面上的河流沉积速度大大超过侵蚀速度，导致经常性越岸泛滥[32]，漫流沉积极为发育，由于水动力强度大大减弱，气候也相对湿润，因此，漫流沉积是冲积扇沉积体系中最主要的成煤环境(图2)。

图2 珲春组底部冲积扇沉积序列及成煤特征(八连城煤矿1012 钻孔)Fig.2 Sedimentary sequence and coal-forming characteristics of alluvial fan at the bottom of the Hunchun Formation (1012 borehole in Baliancheng Coal Mine)

2) 辫状河

辫状河中河道沉积多为灰色、灰白色含砾砂岩，充填粗碎屑岩，砾石中等磨圆度，以次圆状-棱角状为主，分选性差，粒径多为几毫米至几十毫米，主要成分为石英砂岩，多为钙质胶结，块状构造，大型槽状、板状交错层理发育。冲刷面常在底部发育，呈叠瓦状排列，在剖面中以透镜状产出，指示有明显的河道迁移作用，这一现象常见于珲春组中下部。在该沉积体系中，煤层主要发育于河漫亚相中的河漫滩，常处于整个辫状河沉积体系的中上部位置，煤层较厚，是研究区重要的成煤环境(图3)。

图3 珲春组中上部辫状河沉积序列及成煤特征(八连城煤矿1012 钻孔)Fig.3 Sedimentary sequence and coal-forming characteristics of braided river in the middle and Upper Hunchun Formation (1012 borehole in Baliancheng Coal Mine)

3) 辫状河三角洲

辫状河三角洲处于辫状河和湖泊的过渡地带，沉积亚相包括三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲，其典型沉积序列呈“下细上粗”的逆粒序特征，识别出来的沉积微相包括远砂坝、河口坝、分流间湾和分流河道，煤层和炭质泥岩主要发育在三角洲平原的分流间湾中(图4)。

图4 珲春组中下部辫状河三角洲沉积序列及成煤特征(八连城煤矿1012 钻孔)Fig.4 Sedimentary sequence and coal-forming characteristics of braided river delta in the middle and lower Hunchun Formation (1012 borehole in Baliancheng Coal Mine)

4) 湖泊

珲春组中晚期，整个湖盆范围开始扩张，冲积扇和辫状河体系开始逐渐消亡。湖泊沉积水动力较弱，多为粉砂岩、泥岩、砂质泥岩等颗粒细小的沉积物，较弱的水动力条件使得水平层理和波状层理最为发育；下粗上细的垂向沉积序列表征滨湖环境向浅湖和半深湖环境过渡。结合本次研究区各垂向序列的具体沉积特征，识别出珲春组湖泊体系中的滨湖、浅湖和半深湖等亚相(图5)。

图5 珲春组中上部湖泊沉积序列及成煤特征(八连城煤矿1012 钻孔)Fig.5 Sedimentary sequence and coal-forming characteristics of lacustrine in the middle and Upper Hunchun Formation (1012 borehole in Baliancheng Coal Mine)

3 珲春组层序地层格架

3.1 关键性层序地层界面

本次研究层序定义和体系域的划分采用Exxon 公司经典“Vail”学派的观点[33-34]，即每个3 级层序可具体划分为低位体系域、湖侵体系域和高位体系域。

1) 层序界面识别

在湖盆边缘处，层序界面常常表现为区域性的不整合面或河流下切谷冲刷面；而在湖盆内部，层序界面是连续沉积可对比的相对整合面。在研究区古近系珲春组内共识别出3 类层序界面。(1) 区域不整合面：该界面代表一定的沉积间断[35]，珲春组与下伏上侏罗统屯田营组和上覆第四系呈不整合接触。(2) 河流下切谷冲刷面：由于基准面的相对下沉，典型的层序界面是河流回春作用所造成的下切谷，多个层序的低位体系域沉积由研究区内发育普遍的河流下切谷砂体构成[36]。(3) 沉积体系转换面：上下地层的岩性和颜色突变为层序界面[37]。

2) 初始湖泛面识别

初始湖泛面是指湖水首次漫过坡折带或河流下切谷形成的沉积面，是低位体系域和湖侵体系域的物理界面[38]。初始湖泛面被界定为河道的砂砾岩以上且在细粒沉积物以下的界面，表现为测井曲线上快速增长的自然伽马和快速降低的电阻率。有的地区若河道发育较差，古土壤较为发育，此时初始湖泛面与层序界面一致[38]。

一个基准面旋回内，基准面变化速率最快、水体最深时形成的界面为最大湖泛面，是湖侵体系域和高位体系域的物理界面[38]。表现为自下而上由粗到细的沉积序列，水深较大的泥岩、粉砂质泥岩出现时，一般将最大湖泛面划分在厚层泥岩底界，此时测井特征表现为低电阻率、高密度、高自然伽马的特征[39]。

3.2 典型钻孔-剖面沉积相及层序地层特征

根据识别出的关键层序地层界面，考虑到珲春组大致处于古近纪始新世，延伸时限为21.9 Ma[40]，将珲春组划分为3 个三级层序，每个层序代表的时限为7.3 Ma，符合三级海平面变化周期的持续时间间隔[38]。为了建立珲春盆地古近纪珲春组的层序地层格架，在分析具有较强代表性的单个钻孔层序地层及沉积相基础上，进一步研究近南北向和近东西向珲春组沉积相-层序对比特征。本次所选取具有较强代表性的钻孔及位置如图1 所示。

3.2.1 代表性钻孔沉积与层序地层特征

八连城地区1017 号井位于珲春盆地西南部，该钻孔较为齐全地揭露了珲春组中下部地层，显示珲春组底界埋深为584.5 m，是珲春盆地内很好的地层观察点。该钻孔珲春组内主要发育粉砂岩、细砂岩、煤层和泥岩，砾岩和粗砂岩含量较少，以冲积扇-河流-三角洲-湖泊相沉积为主(图6)。根据基准面升降、剩余可容空间变化以及沉积相演化，可将珲春组中下部地层划分为2 个三级层序，层序Ⅰ底界面为珲春组和下伏屯田营组的分界，顶界面为河道砂岩的底界面；层序Ⅱ底界面对应辫状河道冲刷面，顶界面为湖泊砂岩的顶界面(图6)。

图6 珲春盆地1017 号钻孔沉积相及层序地层综合柱状图Fig.6 Comprehensive histogram of sedimentary facies and sequence stratigraphy of 1017 drilling borehole in Hunchun Basin

3.2.2 层序地层格架下对比剖面的沉积特征

为了进一步分析珲春组层序地层格架内沉积相的展布特征，选取近SN 向(沉积倾向)和近EW 向(沉积走向)2 个钻孔剖面进行详细分析，结果表明珲春盆地古近纪成煤时期存在3 个沉积厚度较大的地区，分别位于八连城、板石和五家子东侧一带。

1) 近SN 向剖面层序地层及沉积特征

而且，预约中心根据患者的需求、医技科室的能力、检查的需要，会替患者选择最佳时间。宣姝姝介绍，“早晚时段，倾向住院患者”；“常规时段，倾向门诊患者”；“预置若干缓冲检查号，供急诊患者、重症患者、特需患者使用”；“多项检查患者，合理安排检查项目先后顺序”。

该剖面珲春组地层表现为北部地区厚度较薄，南部次之，中部地层较厚的特点，沉积中心位于八连城地区，次级凹陷则位于板石地区(图7)。层序Ⅰ沉积期，该地区主要发育冲积扇和辫状河沉积体系等冲积环境，研究区北侧靠近物源区，岩性多为低位体系域的扇根砾岩和粗粒砂岩，而在盆地中心部位，湖侵体系域和高位体系域占绝对优势，沉积物岩性粒度由盆地物源区向盆地沉降中心变细，煤层主要发育在冲积扇沉积体系中的扇端亚相和辫状河沉积体系中的河漫滩亚相中。层序Ⅱ沉积期，该地区基准面再次由低点向高点变化，沉积体系演化整体上仍然表现为：从盆地边缘向盆地中心依次由冲积扇向辫状河三角洲过渡。层序Ⅲ时期除钻孔5-1 以外，绝大部分地区湖泊沉积体系占绝对优势，但岩性中并未见到如油页岩和指示深湖-半深湖的动物化石，因此层序Ⅲ时期该研究区湖盆范围扩大，且以滨浅湖沉积为主，沉积(地层堆积)中心位于八连城附近。

图7 珲春组近SN 向钻孔剖面层序地层及沉积相对比Fig.7 Correlation profile for sequence stratigraphy and sedimentary facies across north-south drilling section of Hunchun Formation

2) 近EW 向剖面层序地层及沉积特征

该剖面由西向东整体上地层厚度表现为两端厚、中间薄的趋势，其中钻孔714 和钻孔645 的地层厚度明显低于其他钻孔，推测在研究区中部存在一个同沉积隆起，使得该区域的整体沉积厚度减薄。该剖面存在2 个沉积中心，即西部地区的八连城地区和东部地区的五家子地区，最大厚度可超600 m(图8)。层序Ⅰ沉积期，该剖面主要发育冲积扇和辫状河沉积体系，其中，低位体系域以河道滞留沉积、扇根含砾粗砂岩和块状砾岩等岩相为主，而湖侵体系域和高位体系域中则以辫状河沉积体系为主导；在层序Ⅱ沉积期，研究区基准面再次下降，但岩性粒度相较于层序Ⅰ时期明显变细，主要发育辫状河三角洲沉积体系，由盆地边缘和河流环境向盆地中心的湖泊环境进积；层序Ⅲ时期除钻孔1017 外，绝大部分均以湖泊沉积体系占绝对优势，且以滨浅湖沉积为主(图8)。需要说明的是，由于煤层主要位于珲春组的中下部，且钻孔1017 服务于煤层气勘探开发，埋深280 m 以浅岩心和岩性描述无记录，因此，该钻孔层序Ⅰ沉积期的层序划分界线仅为推测结果。

图8 珲春组近EW 向钻孔剖面层序地层及沉积相对比Fig.8 Correlation profile for sequence stratigraphy and sedimentary facies across east-west drilling section of Hunchun Formation

4 珲春组层序–古地理及聚煤特征

在层序地层格架内分析煤层展布及其影响因素是研究古地理背景下聚煤规律的基础。基于珲春组层序地层划分结果，将作图单元划分为3 个三级层序，利用单因素分析多因素综合作图法[41]，其中单因素包括各层序砂岩厚度、砂泥比和煤层厚度，参考钻孔剖面和对比剖面沉积相分析，恢复了珲春盆地不同沉积期的岩相古地理格局及演化特征，结合各层序内煤层厚度的展布特征，探讨层序-古地理背景下的煤层分布以及迁移规律。

4.1 层序Ⅰ岩相古地理特征

珲春盆地层序Ⅰ时期，整体上地形为南北高中间低，南部和北部地区的高地虽然有充足的物源供给，但总体上沉降幅度较小，由南北向中间方向的沉降幅度逐渐增大，对应的地层厚度也向中部地区逐渐变厚，特别是西部的八连城地区和东部54-9 钻孔附近，为主要的沉积中心；在五家子附近，地层厚度为50～80 m，为珲春盆地层序Ⅰ时期的次级沉积中心；砂岩厚度整体

上由东向西增大，在北部和西部地区存在高值区，但北部地区以砾岩和粗砂岩为主，而西部地区以中砂岩和细砂岩为主(图9a)，反映出其沉积环境的差异变化。

沉积期内砂岩厚度和泥岩(含粉砂岩)厚度的比值(砂泥比)，是划分沉积相带的主要依据[35,39]。砂泥比高、砂岩厚度大的区域，一般是冲积扇、古河道发育的位置；砂泥比低，泥岩厚度较大的区域，一般是湖泊或河漫湖泊等水体相对较深的位置[36,41]。该时期砂泥比较高的区域位于北部11-2 钻孔附近和东南部的51-1钻孔附近(图9b)。综合考虑研究区古近纪珲春组的地层总厚度、砂岩厚度、煤层厚度和沉积构造等单因素特征[41]，将砂泥比大于5 作为冲积扇的沉积范围，将砂泥比处于2～5 作为辫状河发育区域，将砂泥比为0.5～2.0 作为辫状河三角洲的沉积范围，基于上述划分标准，珲春组层序Ⅰ时期总体上发育冲积扇、辫状河和辫状河三角洲等3 类沉积体系(图9c)。

图9 珲春组层序Ⅰ砂岩厚度、砂泥比、古地理及煤层厚度等值线Fig.9 Sandstone thickness,sand/mud ratio,paleogeographic map and coal distribution in sequence Ⅰ of Hunchun Formation

具体而言，在层序Ⅰ时期，研究区北部和东南部2 个区域为物源区，沉积物粒度较大，以砾岩和粗粒砂岩为主，分选性差、磨圆度低且砂泥比值非常高，为冲积扇沉积，该沉积期冲积扇沉积范围最大。由盆源向盆地中心过渡，在冲积扇沉积体系内出现了多条辫状河道，随着地形坡度的降低，辫状河逐渐过渡为砂泥比较低和水动力较弱的三角洲沉积，较厚的煤层往往发育在辫状河河漫沼泽和三角洲平原分流间湾中。整体上，在该沉积时期，东北部和东南部以冲积扇为主，随着向盆地中心不断进积，沉积体系依次过渡为辫状河和三角洲沉积。

4.2 层序Ⅱ岩相古地理特征

层序Ⅱ时期珲春组含煤地层延续层序Ⅰ的沉积特征，地层厚度依然表现为北部地区和东南部地区沉积厚度薄、东西两侧地区沉积厚度大的特征，地层厚度总体在50～200 m，其中，八连城地区沉积厚度最大，其次位于东部钻孔54-9 附近。值得注意的是，在这2 个沉积中心的东西连线上沉积厚度普遍偏低，有的地方甚至低于70 m，分析认为应该存在同沉积隆起构造(图8)，导致该地区的砂岩厚度明显偏低(图10a)。该层序时期砂岩厚度最大值位于研究区的西南部，应该为河流和三角洲的沉积范围。

图10 珲春组层序Ⅱ砂岩厚度和古地理及煤层厚度等值线Fig.10 Sandstone thickness,paleogeographic map and coal distribution in sequence Ⅱ of Hunchun Formation

与层序Ⅰ沉积厚度和泥岩厚度分布不同，珲春组层序Ⅱ沉积期砂泥比值明显偏低，且出现了多个低于1 的分布区域，这应该与该时期可容空间增大有关，高可容空间和低砂泥比区域主要分布在研究区中部和东部地区。砂岩厚度大，砂泥比高的区域，推测为古河道在层序Ⅱ时期的分布位置。砂泥比较低的区域一般是覆水较深的湖泊、河漫湖泊发育的地方。综合分析，确定该沉积时期砂泥比大于5 的区域为冲积扇沉积，处于2～5 的为辫状河沉积，0.5～2.0 的为辫状河三角洲沉积，小于0.5 的区域属于滨浅湖沉积。层序Ⅱ沉积期主要发育的古环境类型包括冲积扇、辫状河、辫状河三角洲和滨浅湖等(图10b)。研究区西北部和东南部仍发育冲积扇沉积，但冲积扇范围比层序Ⅰ时期有所萎缩。冲积扇扇端出现多条辫状河道向三角洲和滨浅湖沉积单元过渡，有利的成煤单元位于辫状河河漫沼泽、三角洲平原分流间湾以及滨浅湖的淤浅沼泽处，主要在盆地的东部和西部两侧(图10b)。

4.3 层序Ⅲ岩相古地理特征

层序Ⅲ时期，珲春组在西北部和东南部地区地层厚度依然较薄，但地层厚度在东西方向上变化很大，最厚的区域可超230 m，反映该地区层序Ⅲ时期的构造沉降幅度大，且有充足的沉积物供给。该沉积期砂岩厚度表现为西北和西南两侧厚而中间相对较薄的特点(图11a)，因此，西北和西南地区应该为河流和三角洲沉积的主体范围，砂岩厚度和砂泥比值整体上较层序Ⅱ有所减少，表明该时期湖泊范围发生了进一步扩张，特别在研究区中部和东部地区，砂泥比值非常低，部分地区低于0.2。但在研究区西北和西南部同时出现了砂泥比值较高的区域，推测是辫状河沉积发育的位置。层序Ⅲ时期延续了层序Ⅱ时期湖泊范围不断扩张的特点，湖盆面积进一步扩张，整体上砂泥比值进一步减小，仅在研究区西北部和西南部出现少数几个砂泥比高值点，砂泥比值大于5 的地区明显减少，结合岩性粒度分布，认为该时期的冲积扇体系基本消失，而砂泥比值较低的区域应是湖泊和河漫湖泊发育的地区。层序Ⅲ沉积期主要发育的古环境类型有滨浅湖、三角洲和辫状河等沉积单元。湖盆范围与层序Ⅱ时期相比进一步扩张，这是最主要变化特征之一，有利的成煤单元为三角洲平原以及滨浅湖的淤浅沼泽(图11b)。

图11 珲春组层序Ⅲ砂岩厚度和古地理及煤层厚度等值线Fig.11 Sandstone thickness,paleogeographic map and coal distribution in sequence Ⅲ of Hunchun Formation

4.4 层序–古地理演化及聚煤分析

珲春盆地古近纪珲春组是沉积在上侏罗统火山碎屑岩之上的一套多煤层陆相含煤建造，识别出来的沉积体系包括冲积扇、辫状河、辫状河三角洲和湖泊等。沉积体系的演化受控于盆地古构造[42]，珲春组由下至上总体的沉积演化过程为：岩性粒度不断变细，对应的冲积扇沉积体系范围不断萎缩，而湖泊的沉积范围不断扩张(图9-图11)。基于各层序的古地理演化分析可知，物源由层序Ⅰ时期的东北部和东南部逐渐演变至层序Ⅲ时期的NW 部和SW 部，物源方向的改变表明物源区山脉的差异化隆升，同时这也改变了含煤地层的古流向；除物源方向发生改变外，沉积中心也在不断变化，整体上珲春组沉积时期存在3 处厚度较大的沉积中心，即位于八连城地区钻孔1013 附近，板石地区钻孔74-67 附近和东部钻孔54-9 附近。具体而言，从层序Ⅰ-Ⅲ时期，沉积中心和聚煤中心有较好的对应关系，且两者呈现由盆地西部向东部再向西部过渡的趋势。珲春盆地古近系的主要成煤环境包括扇端漫流沼泽、河漫沼泽、分流间湾沼泽和湖湾沼泽等，其在沉积体系、煤层层数、稳定程度、煤层厚度、宏观煤岩类型和共生的主要岩石类型等方面存在一定的差异(表3)。

表3 古近纪珲春组4 种成煤环境的聚煤特征对比Table 3 Coal accumulation comparison of four coal-forming environments in the Hunchun Formation

在层序地层格架内，珲春盆地煤层发育具有明显规律性。从层序Ⅰ至层序Ⅲ，聚煤作用先增强后减弱。层序Ⅰ形成的冲积扇体系主要集中在研究区北部和东南部地区，依次向盆地方向过渡为辫状河和三角洲沉积体系。盆地沉积中心位于珲春盆地中部，物源来自盆地的东北部和东南部两处；在东西方向上，沉积中心位于中东部钻孔54-9 附近以及中西部钻孔1013 附近。随着盆地基底不断降低以及湖侵范围不断扩大，沉积物向盆地边缘逐渐退积。辫状河和三角洲是层序Ⅰ时期最主要的成煤环境，且前者的聚煤强度明显低于后者。层序Ⅱ沉积期，开始出现湖泊沉积体系，其范围主要位于盆地中部五家子附近，与层序Ⅰ时期相比较，沉积中心略向东迁移。由于钻孔位置不同，厚煤层在层序中发育的位置也不尽相同，如钻孔916 附近，由于水体较深，煤层整体上发育较差，而在钻孔612、钻孔714 和钻孔73-1 附近，由于水深较为适中，可容空间增加速率和泥炭地堆积速率持续匹配，使得在湖侵体系域和高位体系域中形成厚煤层，煤层主要发育于层序Ⅱ湖侵体系域和高位体系域的河漫沼泽中。层序Ⅲ沉积期，盆地继续沉降，湖泊范围达到最大，湖泊沉积体系得到了空前发展，而冲积扇和河流规模相比层序Ⅱ开始萎缩，聚煤作用相对较弱，部分地区仅发育一些炭质泥岩和极薄煤层。值得一提的是，层序Ⅰ和层序Ⅱ中均存在辫状河湖侵成煤，但层序Ⅰ中水动力条件强，相带变化和可容空间变化速率快，易形成厚度较大但横向连续性较差的煤层；层序Ⅱ时期则不同，由于冲积扇沉积逐渐消退，易形成厚度较薄且横向连续性较好的煤层。以八连城钻孔1017 为例，层序Ⅰ中单层煤厚最大为2.01 m，最薄为0.47 m，平均0.81 m；而层序Ⅱ中单层煤厚最大为0.65 m，最薄为0.2 m，平均为0.39 m，这是层序Ⅰ和层序Ⅱ辫状河湖侵体系域成煤的主要差异之一。整体而言，在单一层序地层格架下，低水位体系域处于碎屑沉积体系活动频繁时期，水动力较强，基准面变化速率大多处于负增长，在凹陷孤立砂体发育的基础上，仅在低位体系域末期形成部分薄层且连续性差的煤层；湖侵体系域由于基准面增加速率和泥炭堆积速率长期匹配，可形成厚度大且连续性好的煤层；高位体系域中基准面变化速率降低，但可容空间依然较大，泥岩和粉砂岩较为发育，可形成中厚层且连续性较好的煤层(图12)。

图12 层序格架下基准面变化与聚煤强度模式Fig.12 Response model of basin level changes on coal accumulation under a sequence stratigraphic framework

根据珲春组层序-古地理演化及聚煤分析可知，即使处于有利成煤相带，低位体系域中也很难形成厚度大且连续的煤层，这是因为低位体系域大多处于活动碎屑沉积体系时期，而湖侵体系域和高位体系域则是碎屑沉积体系减弱甚至废弃时期，可容空间大，水动力条件弱，在有利的成煤相带中可以形成厚度大且连续分布的煤层，因此，碎屑沉积体系减弱/废弃和有利成煤相带分布综合控制着煤层的形成和分布。实际上，陆相含煤盆地的形成过程就是多期陆源碎屑沉积体系活动与废弃的交替演化史，研究区碎屑沉积体系活动的强弱应该与物源区构造隆升关系密切。具体而言，层序Ⅰ沉积期聚煤中心出现在珲春盆地西部的八连城地区，最大厚度可超10 m(图9c)，这是由于该区域远离物源供给区，水动力条件相对较弱，且辫状河和三角洲过渡地带的泥炭堆积速率与可容空间增加速率长时间相匹配，形成了厚度较大的煤层。层序Ⅱ时期，聚煤中心分别位于东部钻孔54-9 附近和西部八连城等2 个区域，其中，东部聚煤中心煤层厚度可达8 m 以上(图10b)，这是由于物源供给区方向的改变，使得珲春盆地东部成为该时期第二个聚煤中心。层序Ⅲ时期碎屑沉积体系明显减弱，湖盆面积继续扩大，东部钻孔54-9 附近湖平面过高导致聚煤强度有所减弱，该时期聚煤中心有向西部八连城和南部板石地区迁移的趋势(图11b)。另外，位于盆地中心地带的珲春市附近煤层厚度发育一般，这应该与同沉积隆起有关，隆升导致可容空间降低，减少了泥炭持续堆积的时间[43]。基于煤层厚度的分布特征，结合古地理划分结果，后期珲春盆地煤炭勘探可以在研究区东部钻孔54-9 以东的庙岭找矿区以及八连城地区西侧继续勘探，有望获得新的煤炭储量。

5 结论

a.基于区域地质和钻孔岩心资料，共识别出珲春盆地古近纪珲春组砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩和可燃有机岩5 类岩石类型和对应的12 种岩相类型，珲春组含煤岩系发育冲积扇、辫状河、辫状河三角洲和湖泊等4 类沉积体系，具体包括12 类沉积亚相和13 类沉积微相。

b.在珲春组内识别出区域不整合面、河流下切谷冲刷面和沉积体系转换面等3 类层序界面，将珲春组划分为3 个三级层序，并以此建立了珲春组等时地层格架。整体上，层序Ⅰ、层序Ⅱ和层序Ⅲ沉积期的优势沉积体系分别是冲积扇、辫状河三角洲和湖泊。

c.在层序地层格架内，珲春组煤层发育具有明显规律性。从层序Ⅰ至层序Ⅲ，聚煤作用先增强后减弱，厚煤层主要发育在湖侵体系域和高位体系域中碎屑沉积体系明显减弱时期。湖侵体系域由于基准面增加速率和泥炭堆积速率长期匹配，可形成厚度大且连续性好的煤层；高位体系域中基准面变化速率降低，可形成中厚层且连续性较好的煤层。

d.珲春盆地地层沉积中心和聚煤中心有较好的对应关系，且两者呈现由盆地西部向东部再向西部过渡的趋势，成煤古地理单元主要包括扇端漫流沉积、辫状河河漫滩、三角洲平原分流间湾和滨浅湖等。研究区东部钻孔54-9 以东庙岭找矿区以及八连城西侧地区有望获得新的煤炭储量。