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第 44 卷 第 6 期煤田地质与勘探Vol. 44 No.6 2016 年 12 月COALGEOLOGY 2. School of Geosciences and Surveying Engineering, China University of Mining and Technology, Beijing 100083, China Abstract Liushu basin is a caol basin which is closely related to the tectonic activity of Dunmi fracture belts, mainly develops the CretaceousMuling group. Using Liushu basin’s measured sections, drilling cores and well logs data to study the depositional environments and sequence stratum and coal bearing characteristics of Cretaceous coal-bearing stratums. In the research area we identify 5 kinds of lithofacies and 11 types of lithofacies, identify5kinds sedimentary system and 11 kinds sedimentary facies. In the east of Heilongjaing we identify 6 sequence boundaries, 5three-grade sequence interfaces. Liushu basin mainly develops sequence S4 and S5. The deltaic plain swamp which developed at transgression system track is the mainly coal ing environment. Keywords Liushu basin; Cretaceous; Sequence-stratigraphy; basin; coal accumulation 白垩纪是我国一个重要的聚煤时期， 东北地区广泛 发育白垩系含煤地层，并且煤炭储量巨大[1-4]。这些含 煤盆地主要发育在依兰–伊舒断裂带和敦化–密山断裂 带及其之间地区。 柳树盆地正是受敦密断裂带控制的含 煤盆地。前人关于柳树盆地的研究较少，对聚煤模式及 层序地层格架下的聚煤规律研究还比较薄弱[5]。本文以 柳树盆地为例， 对白垩系含煤岩系沉积相及沉积模式进 行研究，提出含煤地层层序地层格架，并对聚煤规律进 行浅析，希望对该地区煤田预测有一定的指导作用。 1地质背景 柳树盆地位于林口县东南部，南与穆棱接壤，东 北西南煤田的总长 30 km，南北宽平均约 1.5 km。柳 树盆地在大地构造分区上处于三江–穆棱河断陷带东 南部， 敦密断裂带西侧， 盆地东部由敦密断裂所控制。 盆地的含煤岩系为白垩系穆棱组，主要成煤环境为三 角洲平原沼泽。 2沉积相及沉积模式 2.1岩石特征 岩相是综合岩石结构特征和沉积构造特征来反 映各微相沉积物形成过程中古水动力能量大小和变 化的术语。从研究区露头剖面、钻孔岩心等资料看， 研究区含煤岩系岩石类型丰富多样，主要为陆源碎 ChaoXing 16煤田地质与勘探第 44 卷 屑岩，沉积构造、颜色也较丰富[6-7]。共识别出 5 种 岩相、11 种岩相类型。 2.1.1砾岩相 a. 中砾岩分选和磨圆较差，成分以花岗岩和 变质岩为主，砾径大小不一，块状或者叠瓦状构造。 为泥石流沉积。 b. 细砾岩发育平行层理或者大型交错层理。 为辫状河道或河床滞留沉积。 图 1柳树盆地地质简图 Fig.1The geologic map of Liushu basin 2.1.2砂岩相 a. 块状含砾砂岩硅质胶结，含石英砾石，分 选滚圆差，具冲刷面。为河床滞留沉积。 b. 平行层理含砾粗砂岩发育平行层理或者 大型交错层理。为辫状河道或者河床滞留沉积。 c. 小型交错层理砂岩发育小型交错层理、波 状层理，夹泥岩、炭质泥岩薄层煤层，含植物碎片。 为扇端沉积或天然堤沉积。 d. 大型交错层理砂岩发育平行层理、 大型交 错层理的中粗砂岩，分选磨圆中等，含有植物茎干。 为边滩沉积或分流河道沉积。 e. 波状层理砂岩灰白色中细砂岩，局部夹泥 岩、含砾砂岩和煤层，发育波状层理、透镜状层理、 脉状层理。为滨浅湖沉积。 f. 板状交错层理砂岩大型板状交错层理发 育，植物化石，见冲刷面。为分流河道沉积。 2.1.3粉砂岩相 a. 沙纹层理粉砂岩含白云母片及炭化植物 化石片，小型斜层理发育。为分流涧湾沉积。 b. 灰黑色粉砂岩灰黑色粉砂岩， 夹泥岩及细 砂岩，发育水平层理波状交错层理，含有淡水动物 化石。为滨浅湖沉积。 c. 波状层理粉砂岩暗灰色，向下粒径变细， 水平纹理，波状层理，透镜状层理。为远砂坝、河 口坝沉积。 2.1.4泥岩相 a. 灰黑色泥岩含炭化植物碎片，具水平层 理。为沼泽、泛滥平原沉积。 b. 水平层理泥岩深灰色薄层泥岩，水平层 理，块状层理，见动物化石。为前三角洲沉积。 c. 炭质泥岩水平层理或块状，鳞片状结构。 为沼泽沉积。 d. 菱铁质结核泥岩包含菱铁质结核。 为分流 间湾、湖湾沉积。 2.1.5煤 黑色块状、粉末状、条带状结构。为三角洲平 原沼泽沉积。 2.2沉积体系及沉积相 通过对柳树盆地早白垩世含煤地层进行详细的 岩心观察，应用钻井、测井等资料、结合古生物证 据综合分析表明该区发育以陆相沉积为主[8]，共 识别出 5 种沉积体系、 11 种沉积相和多种沉积类型。 陆相沉积可划分为冲积扇沉积体系、扇三角洲沉 积体系、曲流河沉积体系、曲流河三角洲沉积体系、 湖泊沉积体系，主要成煤环境为三角洲平原沼泽。 2.2.1冲积扇沉积体系 冲积扇往往形成于盆地形成初期或者末期，分 布于盆地边缘、构造活动频繁的地带[8-9]。研究区内 冲积扇相局部分布，根据研究区内地质资料分析， 主要发育在早白垩世穆棱组下部。主要发育扇中和 扇端亚相。岩性以凝灰质砾岩，砾岩，粗砂岩和细 砂岩为主，夹薄层粉砂岩和凝灰岩图 2。 2.2.2扇三角洲沉积体系 扇三角洲是陆相断陷盆地中普遍发育的沉积体 系。它由冲积扇直接进入静止水体而形成[10]。研究 区内主要发育扇三角洲平原相。从聚煤来看，扇三 角洲体系有可采煤层发育。岩性以凝灰岩和粉砂岩 为主，夹薄层泥岩和细砂岩图 2。 2.2.3曲流河沉积体系 研究区内曲流河发育较少，仅部分钻孔有揭 露，主要发育在穆棱组顶部。根据其沉积特征可 进一步分为河床滞留沉积、边滩沉积、天然堤沉 积、决口扇沉积和河漫滩沉积图 3。以粗砂岩， 中砂岩，细砂岩，粉砂岩，泥岩为主。 ChaoXing 第 6 期马立军等 黑龙江柳树盆地沉积环境及聚煤规律17 图 2柳树盆地冲积扇及扇三角洲沉积 Fig.2The alluvial fan and fan delta of Liushu basin 图 3柳树盆地曲流河沉积 Fig.3The meandering river facies of Liushu basin 2.2.4三角洲沉积体系 三角洲是研究区较发育的沉积体系。 其可进一步划 分为三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲。本区三角洲 平原较为发育，而三角洲前缘和前三角洲相对不发育。 a. 三角洲平原研究区内三角洲平原相最为 发育，主要发育在穆棱组中上部图 4。主要以分流 河道、分流间湾和沼泽沉积为主，岩性以粉砂岩、 细砂岩和凝灰质砂岩为主，夹有泥岩。主要成煤环 境为三角洲平原间湾沼泽。 b. 三角洲前缘研究区内三角洲前缘发育较 少，主要识别出远砂坝和河口坝。岩性以厚层灰色 粉砂岩和细砂岩为主。 2.2.5湖泊沉积体系 研究区湖泊沉积体系主要在穆棱组上部发育， 但发育时间较短。主要以厚层灰黑色泥岩为主，为 浅湖沉积。 图 4柳树盆地穆棱组三角洲及湖泊相沉积 Fig.4The delta and shore-shallow lake facie of Muling Group in Jixi basin 3层序地层格架 在本次层序地层学研究中，层序的定义及体系域 的划分采用 Exxon 公司“Vail”学派的观点[11]。穆棱组 与下覆麻山群地层为一平行不整合面；穆棱组与上覆 猴石沟组为一角度不整合，作为本区的一个三级层序 界面。再根据冲刷面将穆棱组划分为层序 S4 和层序 S5。选取两个地层完整并且具有代表性的单井剖面进 行了沉积环境分析，并结合沉积相连井对比图，对研 究区的沉积体系、沉积模式进行研究。 穆棱组主要沉积环境为三角洲平原、冲积扇沉 积。由于湖水变化快，陆地覆水变化也快，所以成 煤较差，仅在局部地区形成可采煤层。底部仅在治 安区和二道地区见底砾岩沉积，其他地区普遍发育 粗砂岩和中砂岩沉积，下部灰白色砾岩、灰黄色花 岗质砾岩，夹灰白色粗砂岩；中部灰色细砂岩与灰 白色粗砂岩互层， 夹灰–深灰色粉砂岩、 深灰色泥岩、 浅灰绿色凝灰岩；上部浅灰–灰色细砂岩，具波状层 理，灰白色粗砂岩属冲积扇沉积；向上湖水变深， 短暂出现湖泊沉积，过渡为三角洲沉积，岩性主要 为细砂岩、粉砂岩、泥岩，夹数层薄煤层。下部灰 ChaoXing 18煤田地质与勘探第 44 卷 色粉砂岩，局部具波状层理，浅灰褐色凝灰质粉砂 岩，深灰–黑色泥岩，含植物叶痕灰绿色凝灰岩，灰 白色中细砂岩，灰白色粗砂岩；上部厚层灰白色中 砂岩和灰色细砂岩，具斜层理、波状层理、水平层 理，含植物炭化枝干。夹灰–深灰色粉砂岩，灰黑色 泥岩，灰绿色凝灰岩，煤层，灰白色粗砂岩。再向 上高位体系域时期以河流沉积为主， 灰白色中砂岩、 具波状层理，浅灰–灰色细砂岩，具斜层理、波状层 理、水平层理呈不等厚互层，夹浅灰绿色凝灰岩， 灰–深灰色粉砂岩，含植物叶枝痕。总体来说从下到 上湖平面先上升在下降，从冲积扇到扇三角洲至湖 泊沉积再到三角洲最后为河流沉积图 5。 图 5鸡西盆地 72-2 号钻孔层序沉积相单井柱状分析图 Fig.5Columnar section showing sedimentary facies and sequence stratigraphy of 72-2 in Liushu basin ChaoXing 第 6 期马立军等 黑龙江柳树盆地沉积环境及聚煤规律19 4沉积相在横向上的展布 在沉积相的研究基础上，以及对层序关键界面 的识别，黑龙江柳树盆地早白垩世共识别出三个层 序界面，二个三级层序。穆棱组与下覆麻山群地层 为一平行不整合面，穆棱组与上覆猴石沟组为一角 度不整合。作为本区的一个三级层序界面。层序 S5 在柳树普遍发育，发育可采煤层；层序 S4 在部分地 区发育，煤层基本不发育。研究区 S4 和 S5 就有明 显冲刷面存在,下面将详细介绍柳树盆地早白垩世 含煤地层层序格架及其展布特征。 为了建立柳树盆地早白垩世含煤地层的三级层 序地层格架，绘制了柳树盆地早白垩世沉积相及层 序地层对比图北东向条带沉积相剖面图图 6。 鸡西 盆地早白垩世含煤地层为穆棱组。穆棱组岩性向北 东逐渐变粗，底部较粗，一般为凝灰质砾岩和粗砂 岩，向上逐渐变细，以中砂岩、细砂岩、粉砂岩为 主，夹泥岩、凝灰质岩和薄煤层，煤层稳定性较差， 与上覆猴石沟组为角度不整合接触。 图 6柳树盆地北东向岩相及沉积相对比图 Fig.6The N-E cross sections showing lithology and sedimentary facies in the north of Liushu basin 三级层序 S4大致对应于穆棱组下部。层序底 界面为一不整合面，顶界面位于一套砂岩底部。发 育低位体系域、湖侵体系域和高位体系域。 低位体系域主要为灰–灰绿色凝灰质砾岩， 砾石 成分以凝灰质为主，个别为泥质、花岗质，沉积环 境为冲积扇的扇中。湖侵体系域岩性主要为灰白– ChaoXing 20煤田地质与勘探第 44 卷 灰色。中砂岩、粗砂岩为主，夹细砂岩。向上砂体 厚度减薄，说明可容空间在逐渐升高，为一退积的 盆地充填过程，为冲积扇的扇端。高位体系域岩性 主要为细砂岩、粉砂岩、泥岩；向上砂体厚度变薄， 说明可容空间还在逐渐升高，为三角洲平原沉积。 三级层序 S5大致对应于穆棱组上部。顶界面 与上覆猴石沟组为角度不整合接触。该层序发育低 位体系域、湖侵体系域和高位体系域。 低位体系域主要发育了粗砂岩和中砂岩，向上砂 体厚度减小，说明可容空间升高，为一退积的盆地充 填过程[7]，为三角洲平原沉积。湖侵体系域岩性主要 为中砂岩、细砂岩、粉砂岩，见少量植物干化石，向 上砂体厚度减薄，说明可容空间在逐渐升高，为一退 积的盆地充填过程[7]，为三角洲平原沉积。高位体系 域主要由粉砂岩、细砂岩组成，为湖泊沉积。 5聚煤规律 层序 S4 时期，煤层基本不发育。以柳树盆地 层序 S5 为例，总结早白垩世柳树盆地聚煤特征。 层序S5煤层总厚度变化在0.43.3 m， 平均0.99 m。 层序 S5 沉积期煤层主要发育在三角洲平原地带。 该期有两个聚煤中心， 第一个聚煤中心位于研究区 南部的柞木–五林附近，煤层总厚度达到 5.44 m； 第二个聚煤中心位于研究区北部二道–治安附近， 最厚可达 3.27 m，这两个聚煤中心都位于三角洲 平原地带。 平面上煤层总厚度表现为从三角洲平原 向三角洲前缘逐渐减薄， 因此， 聚煤中心自三角洲 平原地带延伸到三角洲前缘， 煤层厚度表现出由聚 煤中心向三角洲平原和三角洲前缘逐渐减薄的特 征图 7。 图 7黑龙江省柳树盆地 S5 聚煤规律图 Fig.7The coal accumulation of sequence S5 in Liushu basin Heilongjiang 6结 论 a. 该区发育陆相沉积，在野外露头剖面、钻 孔岩心观察描述研究的基础上，根据各类岩相在 垂向上的组合关系及在平面上的分布，识别出冲 积扇、曲流河、曲流河三角洲、扇三角洲、湖泊 等 5 种沉积体系，11 种沉积相和多种沉积类型。 b. 在沉积相研究基础上，结合层序关键界面 的识别标志，在黑龙江鸡西盆地早白垩世含煤地 层中共识别出三个层序界面，二个三级层序。其 中，三级层序 S4，煤层基本不发育；三级层序 S5 发育主要可采煤层 7 号、8 号煤层。 c. 研究区煤层主要发育在三级层序S5， 湖侵体系 域煤层发育最好。主要成煤环境为三角洲平原沼泽。 参考文献 [1] 程爱国． 中国聚煤作用分析[M]． 徐州 中国矿业大学出版社， 2001. 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