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运用层序地层学、沉积学、煤田地质学、煤相学等理论和方法为指导,以新疆准噶尔盆地东部准东煤田西部矿区侏罗系西山窑组含煤地层作为研究对象,开展了沉积体系、层序地层、煤岩学、煤相学分析、及聚煤规律研究。
通过对研究区钻探岩心仔细观察,结合测井和区域资料综合分析,在研究区侏罗系西山窑组识别出2种沉积体系类型:辫状河三角洲和湖泊,详细论述了各类沉积体系特征。
运用Vail经典的层序地层学理论和技术方法对西山窑组进行层序地层学研究,分析各层序界面特征和体系域界面特征,并在体系域内进行了准层序界面特征分析,在上述基础上,建立等时层序地层格架,进行体系域和准层序的划分,并对各体系域和准层序特征进行深入分析。编制沉积断面图和沉积体系图,分析各沉积体系沉积相构成以及空间展布特征。
运用煤田地质学、煤岩学和煤相学基本理论和方法,进行宏观煤岩分析和微观显微组分统计分析,运用煤相学参数分析了成煤沼泽类型,结合测井,煤质和煤相参数垂向演化特征,在巨厚煤层B1和B2煤层内进行了准层序划分。讨论了沉积体系分布、基底构造沉降和湖平面变化对聚煤作的控制
基于以上各方面的研究,取得了以下几方面的认识:
(1)准东煤田西部矿区侏罗系西山窑组地层可划分为两个三级层序,其中层序Ⅰ可划分出3个体系域,8个准层序(PS1-PS8),层序Ⅱ仅发育1个不完整的低位体系域,可划分1准层序(PS9)。层序界面SB1为大面积侵蚀面。层序底界面SB2分为两部分:①靠近北部的克拉美丽山物源区为大面积侵蚀界面;②远离北部克拉美丽山物源区界面SB2为完全整合接触面;层序界面SB3为代表地层缺失的平行不整合接触面。
(2)西山窑组主要发育辫状河三角洲、滨浅湖两种沉积体系类型。其中层序Ⅰ低位体系域(PS1-PS4)主要发育辫状河三角洲和湖泊沉积体系。辫状河三角洲沉积体系主要分布于研究区的东北部和南部。湖泊沉积体系分布于研究区西部。湖扩体系域(PS5-PS6)全区发育滨浅湖相沼泽;高位体系域(PS7-PS8)初期为辫状河三角洲沉积,滨浅湖相沼泽和浅湖相沉积。辫状河三角洲主要发育在东北部近克拉美丽物源区,中部为滨浅湖相沼泽沉积,西南部为浅湖相沉积。高位体系域早期全区统一为滨浅湖相沼泽沉积。层序Ⅱ发育一个不完整的低位体系域,主要发育辫状河三角洲和滨浅湖沉积。
(3)研究区物源主要来自北部的克拉美丽山,南部的沙奇凸起提供少量物源。
(4)B1和B2煤层显微组分均以镜质组和惰性组为主,含极少量壳质组。其中镜质组中以结构镜质体、碎屑镜质体和团块镜质体为主。惰性组中以丝质体和半丝质体为主。煤层煤相可划分为湿地森林沼泽、干燥森林沼泽以及浅覆水森林沼泽三种类型。B1煤层形成于湿地森林沼泽,反映较高的且不断上升的地下水位;B2煤层形成于湿地和干燥森林沼泽,反映湖平面下降期,沼泽由潮湿向相对干燥沉积环境转换。
(5)结合测井、煤质、煤相参数在煤层中垂向上的变化特征分析,在B1和B2巨厚煤层内部划分出四个准层序,即B1内划分PS5和PS6。B2内划分PS7和PS8。
(6)煤的聚集规律表现为:低位体系域发育断续分布的薄煤层,湖扩和高位体系域发育连续分布的厚煤层和巨厚煤层;煤层的厚度变化由湖扩体系域向高位体系域具有由西南向北东不断增厚的趋势,但向盆地方向和向盆地边缘,煤层具有变薄和尖灭的趋势。
(7)沉积体系分布、盆地基底的构造沉降和湖平面变化是聚煤作用的主要控制因素,聚煤作用主要发育于浅湖的基础上,在盆地基底沉降与泥炭生长速率保持好的均衡地区,多个煤层叠置形成巨厚煤层,这些地区往往是同沉积的相对隆升部位。由湖扩体系域到高位体系域湖平面的不断上升,聚煤作用强度不断向盆缘方向迁移。