筠连地区晚二叠世乐平组沉积相与煤层气有利层位分析_邹辰.pdf

第 51 卷第 7 期 2020 年 7 月 Safety in Coal Mines Vol.51No.7 Jul. 2020 中国南方二叠纪特殊的沉积古地理格局和丰富 多彩的沉积体系类型，是研究沉积环境与聚煤规律 筠连地区晚二叠世乐平组沉积相 与煤层气有利层位分析 邹辰 1， 梅 珏 1， 李金平2， 周季安1， 张涵冰1 （1.中国石油浙江油田分公司， 浙江 杭州 310023； 2.北京万普隆能源技术有限公司， 北京 100195） 摘要 通过对筠连地区 （钻孔岩心和露头剖面） 晚二叠世乐平组进行观察和对比， 分析了地层 发育特征、 沉积相及其与煤层发育的时空关系， 并从煤层发育的规模、 厚度、 稳定性等方面阐明 了不同类型煤层的产气潜力。结果表明 研究区晚二叠世乐平组自下而上， 年代地层限于上二叠 统吴家坪阶和长兴阶； 岩石地层采用乐平组； 沉积相类型由西到东属于近海平原相区、 海岸相 区， 近海平原相区属于河湖-沼泽沉积体系； 海岸相区为碳酸盐岩与碎屑岩混源障壁海岸沉积体 系； 煤层是河流、 湖泊沼泽化和潮坪、 潟湖沼泽化的产物， 有利的沉积相带为距离康滇古陆一定 距离的河湖-沼泽相；川南的 C7C8 煤层对应于黔西北的 M16 和 M18 煤层及滇东北的 C5C6 煤层， 为研究区分布稳定和最具煤层气勘探潜力的主力煤层。 关键词 沉积相； 有利层位； 乐平组； 晚二叠世； 筠连； 煤层气勘探 中图分类号 TD712文献标志码 A文章编号 1003-496X （2020 ） 07-0183-06 Sedimentary Facies and Favorable Coal Seam Analysis of Leping ation（Late Permian） in Junlian Area ZOU Chen1, MEI Jue1, LI Jinping2, ZHOU Ji’ an1, ZHANG Hanbing1 （1.Petrochina Zhejiang Oilfield Company, Hangzhou 310023, China;2.Beijing Opro Energy Technology Co., Ltd., Beijing 100195, China） Abstract The paper studied on the stratigraphic characteristics, sedimentary facies, and the relationship between the sedimentary facies and coal accumulation through the observation and description of the drilling cores and outcrop sections of Leping ation （Late Permian）in Junlian area. The gas production potential of different types of coal seams was illustrated from the aspects of coal seam development scale, thickness and stability. The results show that chronostratigraphy is limited to Wuchiapingian Stage and Changhsingian Stage; lithostratigraphy is Leping ation with lower and upper members in ascending order; two types of facies provinces are developed, the offshore plain and coastal facies province from west to east. The er belongs to the meandering river-lake-swamp sedimentary system, and the latter is a mixed source barrier coastal sedimentary system of carbonate and clastic rocks. The main coal seams C7C8 and other coal seams are the swamping result of river, lake, tidal flat and lagoon. The favorable facies belt is river-lake-swap with certain distance away from Kangtien old land. The paper proposed that the coal seams C7C8 in south of Sichuan Province, corresponding to M16 and M18 in the northwest of Guizhou Province and C5C6 in the northeast of Yunnan Province, are the favorable coal measures with stable and large-scale distribution. Key words sedimentary facies; favorable coal seam; Leping ation; Late Permian; Junlian area; coalbed methane exploration DOI10.13347/ki.mkaq.2020.07.039 邹辰， 梅珏， 李金平， 等.筠连地区晚二叠世乐平组沉积相与煤层气有利层位分析 ［J］ .煤矿 安全， 2020， 51 （7） 183-188. ZOU Chen, MEI Jue, LI Jinping, et al. Sedimentary Facies and Favorable Coal Seam Analysis of Leping ation（Late Permian）in Junlian Area［J］ . Safety in Coal Mines， 2020， 51 （7） 183-188.移动扫码阅读 基金项目 中国石油天然气股份有限公司重大科技专项资助项目 （2017E- 1401） 183 ChaoXing 第 51 卷第 7 期 2020 年 7 月 Safety in Coal Mines Vol.51No.7 Jul. 2020 的理想场所。前人在关于筠连及邻区晚二叠世地层 沉积相与煤层发育规律的研究成果主要集中在沉积 相特征及其与烃源岩的关系[1]， 沉积体系、 沉积相 （沉积环境） 、 古地理、 层序地层、 旋回曲线与聚煤特 征等方面[2-9]， 而从沉积相的研究入手总结聚煤规 律、并预测有利相带和有利层位来指导煤层气的勘 探选区、选层研究工作较少。筠连及邻区为南方典 型的多煤层发育区[10-11]， 不同煤层的沉积环境、 发育 规模、 分布范围、 横向稳定性、 顶底板封盖条件及煤 岩煤质等的差异导致其具备不同的产气潜力，结合 近几年中国南方煤层气的开发实践，主力产气层位 的判断对煤层气的高效开发至关重要[12-13]。在筠连 上二叠统乐平组煤系地层沉积相分析的基础上， 进 一步探讨煤层及其与沉积相带的关系，对比不同沉 积相的煤层发育的规模、 厚度、 稳定性以及资源丰度 等方面的差异，预测了煤层气勘探开发的主力煤层 和有利沉积相带，为该区及邻区煤层气的勘探开发 提供参考。 1区域地质背景 研究区地处云贵川三省交界处，大地构造位置 处于上扬子地台的西南缘[14]， 研究区构造位置如图 1。二叠纪的早期和中期总体为陆表海碳酸盐沉积， 中二叠世晚期发生的东吴运动，结束了此前的陆表 海环境，伴随着区内大规模峨眉山玄武岩喷发， 西 侧康滇古陆的隆升，形成了晚二叠世上扬子地台西 高东低的古地理面貌和由西向东由陆到海的沉积古 地理格局, 其沉积体系自西向东依次为冲积平原河 湖-沼泽体系、 海岸-潟湖沼泽体系 （或三角洲-沼泽 体系） 、 碳酸盐岩台地体系[15]。研究区主要位于冲积 平原河湖-沼泽体系和海岸-潟湖沼泽体系。 2地层划分 上二叠统 （乐平统） 及其所包括的吴家坪阶和长 兴阶均是国际地层界线层型，标志着该层段地层学 研究具有良好的年代地层学基础，研究区和邻区上 二叠统地层划分沿革图如图 2。 图 2研究区和邻区上二叠统地层划分沿革图 Fig.2Stratigraphic subdivision of the upper Permian in study area and the vicinity 图 1研究区构造位置图 Fig.1Structure outline map of study area 184 ChaoXing 第 51 卷第 7 期 2020 年 7 月 Safety in Coal Mines Vol.51No.7 Jul. 2020 吴家坪阶底界以牙形刺带首现为标志，吴家坪 阶顶界以牙形刺带为限；长兴阶底界以牙形刺带首 现以带首现为标志， 长兴阶顶界以牙形刺带为限[16]。 筠连地区及邻区主要处于近海平原相区与海岸相 区，前人对于研究区晚二叠世岩石地层名称的使用 如下①吴家坪阶下部区内不同程度发育峨眉山玄 武岩岩组；②近海平原沉积体系（以碎屑岩和煤系 地层为主） ， 采用龙潭组及其内部分段的方案； ③早 期 （吴家坪期） 近海平原沉积和晚期 （长兴期） 海岸 相区沉积时，采用早期龙潭组和晚期长兴组的划分 方案[17-19]。 研究区晚二叠世岩性为下部峨眉山玄武岩组和 中上部碎屑岩和煤系地层，相当于龙潭组的概念。 参考浙江油田近年在研究区开展煤层气和页岩气工 作中，采用乐平组的术语，并进一步划分为下段和 上段，主要居于目前岩石地层单位的使用不太统 一，龙潭组在整个华南地区使用，长兴组典型剖面 位于浙江长兴县。 3沉积相类型与沉积演化 3.1沉积相类型 近海平原相区属于河湖-沼泽沉积体系，包括 河流相、 湖泊相、 沼泽相； 海岸相区为碳酸盐岩与碎 屑岩混源障壁海岸沉积体系， 包括潮坪相、 潟湖相、 沼泽相。 1 ） 曲河流相。以 Y64 井为例， 具有明显的二元 结构，河道由厚度较大和相对较粗的中砂岩、细砂 岩或粉砂岩组成，发育交错层理，在测井响应上表 现为伽马值低且曲线平直，呈箱型，密度曲线显示 密度大且波动较小，表明砂岩总体比较纯；河漫滩 沉积都具有相当的厚度，以灰色或深灰色泥岩或碳 质泥岩为主，发育水平层理或煤线，河漫滩沉积与 河道沉积在测井响应上具有明显的差别，由于河漫 滩沉积总体以泥岩或者碳质泥岩等细粒沉积为主， 因此伽马值更高， 密度明显偏低， 且波动大。沼泽相 煤层常位于河漫滩相沉积层之上，测井响应上以 “低密度、 低伽马、 高电阻率” 为特征。 曲河流沉积相 （Y64 井） 如图 3。 2） 湖泊相。以 Y65 井为例， 总体以细粒的泥岩、 页岩和碳质泥岩沉积为主，相对粗粒的粉砂岩和粉 砂质泥岩厚度较薄， Y65 井主要由下部单元浅湖亚 相和上部单元深湖亚相组成正旋回结构。浅湖沉积 以灰色粉砂质泥岩、 泥质粉砂岩、 粉砂岩为主； 深湖 沉积以深灰色泥岩、碳质泥岩和页岩特征。测井特 征为 浅湖相沉积表现为低伽马， 高密度的特征； 而 深湖相沉积则与之相反，表现为相对更高的伽马值 与更低的密度值，由于岩性变化频繁、单层厚度薄 形成测井曲线锯齿状波动频繁的总体面貌。湖泊相 沉积 （Y65 井） 如图 4。 3） 潮坪相和潟湖相。以 Y50 井为例， 包含潮坪 相和潟湖相，并呈现潮坪相与潟湖相交替发育的特 征。潮坪相由下部单元潮间带亚相与上部单元潮上 带亚相组成， 潮间带亚相发育细砂岩、 泥质灰岩和灰 岩主要标志， 潮上带亚相主要发育粉砂岩、 泥质粉砂 岩、 泥岩、 碳质泥岩为特征。潟湖为细粒沉积， 包括 泥岩、 碳质泥岩、 粉砂质泥岩和煤线， 岩性与湖泊相 相似，但是垂向上相邻层序为潮坪相和碳酸盐台地 相均含海相组分。测井响应上，潟湖相沉积由于主 要以细粒沉积为主， 其伽马值比潮坪相地层更高。 当 岩性频繁变化时，伽马曲线呈锯齿状摆动。而由于 本井的潮坪沉积主要以致密的砂岩、 粉砂岩为主， 因 图 3曲河流沉积相 （Y64 井） Fig.3Meandering river sedimentary facies hole Y64 185 ChaoXing 第 51 卷第 7 期 2020 年 7 月 Safety in Coal Mines Vol.51No.7 Jul. 2020 此， 密度测井上表现为潮坪相密度更高， 曲线平直； 而潟湖相沉积密度相对更低，且变化更大。煤层则 呈现出 “低伽马、 低密度、 高电阻率” 的测井响应特 征。潮坪相和潟湖相沉积 （Y50 井） 如图 5。 3.2沉积环境演化 3.2.1筠连地区晚二叠世沉积环境演化 以筠连地区 Y1 井为例，对钻遇的上二叠统地 层进行观察。四川筠连地区及邻区晚二叠世沉积环 境与煤层分布关系如图 6。 共识别出 2 类沉积相组合。下段的下部为曲流 河相， 发育河道、 河漫滩 2 个亚相， 不含煤， 二元结 构和旋回性明显。河道沉积为灰色、相对粗粒的细 砂岩和粉砂岩； 河漫滩沉积为灰色、 灰黑色泥岩和 粉砂质泥岩。该段地层总体以相对粗粒的河道微相 沉积为主。 下段的上部演变为曲流河-沼泽相， 发育河道、 河漫滩和沼泽微相， 区内主力煤层 C7C8 煤分布在 该段的上部。该段地层河漫滩发育，岩性主体以细 粒的灰色、灰黑色泥岩、粉砂质泥岩、碳质泥岩为 主； 河道微相发育较少， 岩性以灰色细砂岩为主。沼 泽微相以煤层分布为特征，发育在河漫滩微相之 上， 是河漫滩沼泽化后的产物。 上段同样为曲流河-沼泽相， 发育河道、 河漫滩 和沼泽微相，岩性和岩相组合与第三次层序类似。 地层总体以河漫滩沉积为主， 沼泽微相中沉积了区 内主要煤层 C2C3 煤。 综上， Y1 井在晚二叠世早期为曲流河沉积环 境， 无煤层沉积； 随着时间的演化， 转变为曲流河- 沼泽沉积环境，并持续到了晚二叠世的末期，在曲 流河-沼泽相中沉积了主力煤层 C7C8 煤、主要煤 层 C2C3 煤层以及少量煤线。 3.2.2邻区沉积环境与沉积体系 四川筠连地区属于川南煤田，地理位置与滇东 北煤田、黔西北煤田相邻，同属于上二叠统含煤盆 地， 蕴藏着丰富的煤炭和煤层气资源。在筠连地区， 煤层气开发获得了产量突破，为我国南方唯一的煤 层气生产基地，开发的主力层系为乐平组下段的 C7C8 煤层以及乐平组上段的 C2C3 煤层[20]。 结合钻孔岩心观察、野外露头观测以及实测剖 面的综合分析发现四川叙永地区整个乐平组发育 2 类沉积相组合， 下段为潮坪-潟湖-沼泽相， 呈现出 图 5潮坪相和潟湖相沉积 （Y50 井） Fig.5Tidal flat and lagoon sedimentary facies hole Y50 图 4湖泊相沉积 （Y65 井） Fig.4Lake sedimentary facies hole Y65 186 ChaoXing 第 51 卷第 7 期 2020 年 7 月 Safety in Coal Mines Vol.51No.7 Jul. 2020 4沉积环境与有利层位 综上，筠连及邻区晚二叠世乐平组煤的沉积环 境主要可分为 2 大类一类为河流-湖泊-沼泽相， 另一类为潮坪-潟湖-沼泽相。对于 C7C8 煤层而 言， 潮坪-潟湖-沼泽相的煤主要分布在四川叙永及 其以东的地区，筠连及其以西的地区成煤环境演化 为河流-湖泊-沼泽相。 通过对比不同沉积环境的煤层特征发现不同 沉积环境下煤的规模、厚度、稳定性和煤质等各不 相同， 导致其具备不同的生烃潜力、 保存条件， 进而 影响煤层气的开发潜力。筠连及邻区河流-沼泽相 带的煤层厚度最大、 稳定性和煤质最好， 同时， 由于 煤层之上多为厚层的河漫滩细粒沉积，具备良好的 保存条件， 含气量也相对更高； 而潮坪-潟湖-沼泽 相带的煤层普遍规模更小、 厚度更薄、 横向分布更不 稳定， 煤质相对也更差， 生气潜力和吸附能力差于河 湖-沼泽沉积体系的煤。因此， 有利的沉积相带应为 河湖-沼泽沉积体系。同时也发现 小草坝地区煤层 虽然也为河湖-沼泽相， 但由于靠近西部物源区， 成 煤条件差， 形成厚度薄、 横向变化大的不稳定煤层。 通过对研究区及邻区煤层的详细对比，以筠连 地区为参考标准统一进行煤层编号得出数十层煤 中， 按照煤层发育的规模、 厚度、 稳定性等条件可明 显分为 3 个档次。筠连的 C7C8 煤层 （对应于黔西 的 M16 和 M18 煤层以及滇东北的 C5C6 煤层组） 规模最大、 厚度最厚、 最为稳定， 应为研究区及邻区 的主力煤层，产气潜力最好。其次为乐平组上段的 C2C3C4 煤层， 为次一级有利层段。乐平组下段的 潮坪-潟湖-沼泽相 C9C10C11 煤层相对最差（图 潮坪-潟湖到潮坪-潟湖-沼泽的演化趋势；上段为 碳酸盐台地相， 以厚层、 巨厚层的灰岩、 泥质灰岩为 特征， 纵向上体现为海陆过渡相浅海相组合。叙永 小区往西到雄赫东区、 洛旺-马河地区， 沉积环境发 生了明显的变化，乐平组下段自下而上发育河流- 湖泊相和河流-湖泊-沼泽相，并呈现出河流-湖泊 向河流-湖泊-沼泽演化的趋势； 而乐平组上段则演 化为潮坪-潟湖-沼泽相，总体体现为陆相海陆过 渡相特征。横向上已经可以明显看到大致由东向西 的海水入侵作用，乐平组上下 2 段沉积环境都与东 部叙永地区相差别。而筠连及以西的小草坝地区， 整个乐平组均表现为陆相沉积，发育 2 类沉积相组 合， 分别为河流-湖泊相和河流-湖泊-沼泽相， 并呈 由河流-湖泊向河流-湖泊-沼泽演化趋势 （图6） 。 图 6四川筠连地区及邻区晚二叠世沉积环境与煤层分布关系图 Fig.6Map showing the sedimentary facies and coal measures distribution in Junlian and adjacent areas 187 ChaoXing 第 51 卷第 7 期 2020 年 7 月 Safety in Coal Mines Vol.51No.7 Jul. 2020 作者简介 邹辰 （1987） ， 湖北长沙人， 工程师， 本 科， 2010 年毕业于中国地质大学 （北京） ， 现主要从事油气 地质综合研究工作。 （收稿日期 2020-01-10； 责任编辑 王福厚） 6） ， 根据晚二叠世沉积环境特征， C9C10C11 煤层 组更有利的地区位于研究区更靠东的区域。 5结论 1 ） 研究区晚二叠世乐平组自下而上， 年代地层 限于上二叠统吴家坪阶和长兴阶；岩石地层采用乐 平组， 划分为下段和上段。 2） 研究区由西到东处于近海平原相区与海岸相 区， 近海平原相区属于河湖-沼泽沉积体系， 并呈现 出从河流-湖泊→河流-湖泊-沼泽的演化趋势； 海 岸相区为碳酸盐岩与碎屑岩混源障壁海岸沉积体系 （包括 潮坪相、 潟湖相、 沼泽相） ， 并呈现出从潮坪- 潟湖→潮坪-潟湖-沼泽的演化趋势。总体呈现出由 东向西的海侵过程。 3） 煤层是河流、 湖泊沼泽化和潮坪、 潟湖沼泽化 的产物，有利的沉积相带为距离康滇古陆一定距离 的河湖-沼泽相。 4） 川南的 C7C8 煤层组对应于黔西的 M16 和 M18 煤层组以及滇东北地区的 C5C6 煤层组， 位于 乐平组下段的顶部，其为研究区稳定分布、最具煤 层气勘探潜力的主力煤层，应为煤层气勘探的最重 要的有利层位。 参考文献 ［1］ 胡宝林， 高德燚， 刘会虎， 等.淮南煤田二叠系沉积相 特征及其与烃源岩的关系 ［J］ .煤田地质与勘探， 2017， 45 （6） 1-13. ［2］ 中国煤田地质总局．黔西川南滇东晚二叠世含煤地层 沉积环境与聚煤规律 ［M］ .重庆 重庆大学出版社， 1996. ［3］ 四川煤田地质局， 四川煤田地质研究所．四川南部晚 二叠世含煤地层沉积环境与聚煤规律 ［M］ ．贵阳 贵 州科技出版社， 1993. ［4］ WANG Hao, SHAO Longyi, HAO Liming, et al. 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