煤系層序地層分析

煤系層序地層分析指的是用層序地層學的理論和方法分析研究含煤岩系，解決等時地層格架內煤系、煤層對比和相對海平面變化對煤系沉積相和煤層形成、分布的控制關係。它是煤盆地分析的新途徑。

基本介紹

• 中文名：煤系層序地層分析
• 外文名：sequence stratigraphy analysis in coal measures 
• 學科：層序地層學
• 研究內容：煤岩系
• 套用：煤盆地分析
• 層析類型：Ⅰ、Ⅱ兩種類型

煤系研究

煤和含煤岩系沉積學研究經歷了旋迴層、三角洲模式及現在的層序地層學等研究階段。層序地層學作為一種新的盆地分析方法，受到廣大地質學家尤其是油氣地質學家的重視，並已發展成油氣勘查及科學研究的一種強大的、具預測功能的相分析方法和手段。這一新的沉積學研究方法已滲透到含煤岩系研究中，並促使含煤岩系沉積學以嶄新面貌迅猛地向前發展。在國內，沉積環境、岩相古地理及海平面變化與聚煤作用的關係早就為人們所注意(謝家榮，1949；王竹泉，1964；韓德馨等，1980；張韜，1995)，中國學者在含煤岩系層序地層學研究雖只有短短的二十餘年時間，但是已經取得令人矚目的研究成果(李思田，1992，1993；李增學，1994；陳世悅等，1994；程愛國等，2001；邵龍義等，2008)。我國學者針對近海型煤系層序地層分析的方法原理進行了大量實例研究，對聚煤模式有了進一步的認識，例如提出幕式聚煤作用(邵龍義等，1989，1992；郝黎明等，2000；Yang，etal，2006)、盆控型泥炭沼澤體系(山西煤田地質局，1992)、海侵過程成煤(李寶芳等，1999)、海侵事件成煤(李增學等，1996，2001)以及海相層滯後時段聚煤(Shao，et al，2003；邵龍義等，2008)等理論。對陸相含煤盆地層序地層學亦進行了嘗試性研究(吳因業，1996；楊明慧等，1998；魯靜等，2006 2009)。

研究方法

層序地層學早期的一些概念由美國P. R. Vail和R. M. Mitchum等從地震地層學研究中提出(1977)。近幾年，由J. C. Van Wagoner系統化，將地震地層學與沉積學結合起來，已發展成為沉積學研究的前沿領域，廣泛用於油氣盆地和煤盆地分析，彌補了生物地層和年代地層劃分精度的不足，改變了傳統的岩性地層對比模式，建立了等時地層格架內按沉積體系和體系域的高分辨對比方案，為區域地層對比提供了新方法，並提高了地層學和沉積學以及煤地質學的研究水平。

層序地層學是研究一套年代地層格架內重複出現並有成因聯繫的岩層間相互關係的一門學科。它根據地震剖面、鑽井岩心、地球物理測井曲線和地表露頭資料及有關沉積環境和沉積相的理論，對地層疊置型式作出綜合解釋。其基本觀點是認為地層單元的幾何形態和岩性，受盆地構造沉降、海平面波動、沉積物供給和氣候四大因素所控制。構造沉降賦予了沉積物的沉積空間;海平面波動決定了地層和相的疊置型式;沉積物供給量和速率決定了沉積物的充填情況和古水深;氣候條件則決定了沉積物類型。前三種因素控制了沉積體的幾何形態; 構造沉降幅度和海平面變化速率綜合起來，為沉積物可容納空間係數。

基本概念

包括層序、準層序、準層序組、沉積體系、體系域等。

層序層序地層學研究的基本地層單元，指由不整合面及與之相對應的整合面所限定的一套有成因聯繫的地層。層序界面之上，往往是由盆地覆水加深而形成的沉積相。其特徵是橫向連續、分布廣泛、往往覆蓋整個盆地，甚至在許多盆地內具有等時性。它分隔了層序界面上覆與下伏的地層。層序內基本上是連續沉積的，僅有一些小的間斷面，可包括若干個沉積體系和體系域。層序形成的時域為數十至數百萬年。在地表露頭、鑽井岩心和測井曲線上可分辨的層序厚度，可精確到數米至數十米;但在地震剖面上可分辨的層序厚度往往為數百米。

準層序由海泛面或與之相對應的面所限定的、有成因聯繫的一組相對整合的層或層系。海泛面是海水加深時在沉積物表面留下的界面，常伴有微弱的海底侵蝕作用及無沉積期，可能指示一種較小的沉積間斷。準層序內又可區分出層組、層、紋層組和紋層。

準層序組由大的海泛面或與之相對應的界面所限定的一套連續的、有成因聯繫的準層序組成。準層序有清晰的進積型或退積型、加積型疊置樣式(圖1)。準層序組中準層序的疊置樣式，取決於沉積速率與沉積物可容納空間增長速率之比值。準層序組的界面可以與層序界面一致。

沉積體系一套有成因聯繫的沉積相的三維空間組合。

體系域同時期形成的一系列相互接連過渡的沉積體系。主要有低位體系域、海侵體系域、高位體系域和陸架邊緣體系域等。

層序地層學的對比概念

按層序界面進行高分辨年代地層對比。大至層序、小至紋層都是沉積岩系的基本構成單位，它們組成了不同級別的地層單元。除紋層外，每個地層單元都是由明顯的年代地層界面所限定的、有成因聯繫的地層剖面。每一個界面都是一個物理界面，將界面上、下的地層隔開。這些界面可根據測井曲線、鑽孔岩心和地表露頭進行對比，從而為相分析提供了一個高分辨的年代地層格架。層序界面上、下的岩層之間不存在成因聯繫。

為了準確解釋年代地層格架內岩層的橫向變化，必須對沉積剖面進行相分析，在各個層序內辨認出沉積體系和體系域。

與傳統地層學編制的岩相圖相比，層序地層研究的地層格架的時間間隔更短。至於層序演化的機理，更強調海平面相對變化的控制作用。

進行區域性的以至整個盆地範圍內的地層劃分和對比，套用生物化石組合劃分的生物地層單元和套用絕對年齡測定劃分的年代地層單元，其年代間隔往往較長，難以滿足層序地層對比的精度要求。套用標誌層區分的岩石地層單元，在大範圍內又往往是穿時的。只有根據體系域和關鍵性界面劃分的層序地層單元，才能得出在較短的等時地層格架內較合理的地層對比方案。在一個層序內，劃分體系域的界面為最大海泛面;劃分準層序的界面為海泛面; 其它用於進行橫向等時地層對比的關鍵性層面還有陸上暴露面、小型沉積間斷面、水下風暴浪蝕面、海侵沖刷面以及火山噴發和地震等事件地層界面等等。

在進積作用和退積作用的不同情況下，準層序組內按層序地層學原理所作的等時地層對比方案，與傳統的按岩性特徵所作的地層對比模式有原則性區別(圖2、圖3)，前者強調了沉積物向盆地進積和海岸後退的退積情況下相變的概念，是沉積學和地層學對比概念的革新。

層序的類型

根據層序邊界之間沉積體系域內地層的三維空間配置關係和不整合面的類型，可將層序劃分為Ⅰ、Ⅱ兩種類型。

Ⅰ型層序形成於大陸架上沉積濱線坡折處海平面下降速率超過盆地沉積速率，產生海平面相對下降的情況下。沉積濱線坡折位於大陸架地形發生坡折的地方，其向陸一側沉積面位於基準面(通常即海平面)附近;向海一側沉積面則低于海平面(J.C.Van Wag-oner，1988)。這一位置大致與三角洲的河口壩向海進積的終點或海灘環境的上臨濱位置相符合。

Ⅰ型層序內可區分出低位、海侵和高位三個體系域。層序內體系域的分布，在一定程度上取決於沉積濱線坡折和大陸架坡折之間的關係。大陸架坡折是指盆地內大陸架與大陸坡之間的轉折處，其向陸一側大陸架的坡度小於1/1000，約小於0.5°; 向海一側大陸坡的坡度小於1/40，約3°～6°。許多盆地當海平面相對下降時，沉積濱線坡折在從大陸架坡折向陸一側160km左右的位置上。另一些盆地高位體系域已經進積到大陸架坡折處，當海平面下降時，沉積濱線坡折可達到大陸架坡折處。

Ⅱ型層序形成於沉積濱線坡折處海平面下降速率略小於或等於盆地沉降速率，即沉積濱線坡折處無明顯的海平面相對下降的情況。

煤系套用

含煤岩系、煤層在層序中的分布，受海平面相對升降變化的控制。通過對含煤岩系沉積相、沉積體系和海平面變化的研究，可得出在較短的等時的年代地層格架內岩煤層對比的合理方案。相對海平面上升過程中，地下水潛水面緩慢上升，有利於形成厚煤層，且陸源碎屑物輸入量少，易形成低灰分、以凝膠化物質為主的光亮型、半亮型煤;反之，相對海平面下降過程中，沼澤覆水程度逐漸減少，陸源碎屑輸入量多，不利於泥炭層的持續堆積。此外，不同體系域內，煤層、煤質分布規律也有差異。煤層對沉積條件變化反映靈敏度大，研究煤層、煤質的區域變化規律及煤層與頂、底板之間的關係，又能進一步幫助搞清海平面相對變化和區域性甚至全球海水進退規律，有利於研究解決大地構造問題。