新疆巴里坤縣條湖礦區(qū)4號(hào)煤層聚煤作用控制分析

李書(shū)海

摘要：本文在研究他人成果基礎(chǔ)上，通過(guò)大量鉆孔巖心觀察描述、測(cè)井曲線對(duì)比研究和鉆孔柱狀圖分析，認(rèn)為條湖礦區(qū)4號(hào)主力煤層形成于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)處在緩慢沉降，碎屑物質(zhì)供給較少，氣候溫暖潮濕的環(huán)境中，此時(shí)湖進(jìn)速度大致等于或小于泥炭的堆積速度，處在湖進(jìn)退積一加積的旋回中。

條湖礦區(qū)位于三塘湖盆地中東部，距巴里坤縣85km。三塘湖盆地以汗井?dāng)嗔褞Ш桶滓律綌嗔褞榻?，可分為東北逆沖推覆隆起帶、中央拗陷帶和西南逆沖推覆隆起帶三部分（圖1）。

條湖礦區(qū)含煤地層主要為侏羅系西山窯組，煤層層數(shù)最多處達(dá)7層，自上而下編號(hào)依次為2、3、4、5、6、7、8，其中4號(hào)煤層為主力煤層，見(jiàn)于西山窯組上段，并根據(jù)成因，自下而上分為旋回Ⅰ和旋回Ⅱ，為三角洲退積旋回。Ⅰ和Ⅱ旋回又可分別分出兩個(gè)亞旋回Ⅰ1、Ⅰ2和Ⅱ1、Ⅱ2。相旋回為三角洲平原亞相一三角洲前緣亞相（圖2）。4號(hào)煤層厚度為16.69m～39.06m，平均厚度為23.15m，在28個(gè)鉆孔中，有26個(gè)鉆孔見(jiàn)主力4號(hào)煤層，分布穩(wěn)定。

1.含煤地層特征

1.1巖性特征

條湖礦區(qū)侏羅系西山窯組為主要含煤地層，以一套內(nèi)陸湖相碎屑巖沉積建造，以辮狀河相三角洲相為主的含煤建造，主要巖性為黃褐色、灰白色長(zhǎng)石巖屑砂巖、鈣質(zhì)砂巖、長(zhǎng)石石英砂巖及泥質(zhì)粉砂巖夾煤層及菱鐵礦薄層，含動(dòng)植物化石。

1.2地球物理特征

自然伽馬-視電阻率曲線、自然電位-視電阻率曲線等，能很清楚地反映地層巖相組成和旋回特征，本文采用自然伽馬-視電阻率曲線組合進(jìn)行分析，視電阻率，它反映沉積巖導(dǎo)電性的強(qiáng)弱。沉積巖的導(dǎo)電性強(qiáng)弱與組成巖石的顆粒粒度、成分膠結(jié)程度、膠結(jié)物成分以及地層水的含鹽度等許多因素有關(guān)。然而，在同一地區(qū)，尤其是對(duì)同一種環(huán)境來(lái)說(shuō)，除粒度以外的其他因素一般可視為常量，即可忽略它們對(duì)規(guī)電阻率的影響。因此，巖石的視電阻率主要決定于巖石的粒度，而巖石的粒度又直接與沉積時(shí)的水動(dòng)力條件有關(guān)。一般規(guī)律是從礫巖-粗、中砂巖-細(xì)砂巖-粉砂巖-泥巖的視電阻率遞減。因此，人們不僅可以根據(jù)視電阻率值的大小“解釋”巖性，而且可以根據(jù)其變化規(guī)律來(lái)推斷巖性組合情況，分析水動(dòng)力條件的變化。

自然伽馬，它反映了沉積巖的自然放射性強(qiáng)弱。一般來(lái)說(shuō)，沉積巖的自然放射性強(qiáng)度隨粘土含量的增加而增大。這是因?yàn)檎惩劣休^大的表面，在沉積過(guò)程中吸附了較多的放射性元素或其化合物。因此，人們可以根據(jù)沉積巖自然伽馬的強(qiáng)弱來(lái)推斷巖石的含泥量，進(jìn)一步分析水體的動(dòng)蕩程度。一般來(lái)說(shuō)，水體越動(dòng)蕩，沉積物被淘洗得越干凈；水體越寧?kù)o，泥質(zhì)含量就越高，甚至成層沉積。

4號(hào)煤層底部（Ⅰ1旋回），在測(cè)井曲線響應(yīng)總體上是：視電阻率由高到低，箱形-齒化；自然伽馬由低到高，漏斗形一齒化。巖性組合為灰色砂巖，灰黑色炭質(zhì)泥巖，灰色泥巖，因泥巖中含有炭質(zhì)泥巖及煤線則視電阻率曲線多呈指狀的中高幅，自然伽馬曲線則在炭質(zhì)泥巖及煤線處呈指狀突降低（圖3a）。則說(shuō)明煤層形成時(shí)，水動(dòng)力逐漸降低，由于緩慢的構(gòu)造沉降作用，湖平面緩慢上升，從而形成水進(jìn)退積。水進(jìn)可以引起區(qū)域性水位抬升，造成三角洲平原地區(qū)大面積沼澤化。此時(shí)氣候溫暖潮濕，湖盆水體為淡水，大量的植物得以生長(zhǎng)，從而形成辮狀河三角洲平原廣泛的高位沼澤沉積。加上三疊紀(jì)末期乃至侏羅紀(jì)早期，造山過(guò)程停止，卡拉麥里造山帶逐漸被夷平，古地貌呈準(zhǔn)平原化。應(yīng)力松弛引起地殼大面積下沉，形成侏羅紀(jì)開(kāi)闊湖盆。故在中侏羅統(tǒng)西山窯組有寬闊的沉積物堆積空間，使得泥炭層不會(huì)受到沉積物的干擾。同時(shí)，植物的堆積速度大于或等于構(gòu)造沉降速度時(shí)，泥炭的堆積得以長(zhǎng)期穩(wěn)定的進(jìn)行，是煤層發(fā)育的主要時(shí)期，形成厚度較大的煤層。

煤層的測(cè)井曲線特征為光滑-微齒箱形，視電阻率較高，自然伽馬較低（圖3b），說(shuō)明煤層形成時(shí)環(huán)境比較穩(wěn)定。

4號(hào)煤層頂部（Ⅰ2旋回）的視電阻率測(cè)井曲線的總體特征為由高到低，齒化箱形；自然伽馬曲線為齒化箱形一鐘形，值由低到高。巖性為灰色礫巖，粗一中砂巖及薄層泥巖，視電阻率測(cè)井曲線從礫巖到砂巖，砂巖到泥巖的測(cè)井曲線都是呈退積式，則說(shuō)明煤層形成后發(fā)生了水進(jìn)退積，對(duì)煤層起到了掩埋保存作用（圖3c）。在礫巖，粗砂巖處自然伽馬測(cè)井曲線值變化不大，很有可能是含泥量過(guò)多的結(jié)果及視電阻率測(cè)井曲線齒化箱形的特征，反映了當(dāng)時(shí)快速堆積的特點(diǎn)。從鉆井巖心結(jié)果看出，礫巖，粗-中砂巖直接覆蓋在煤層之上，沒(méi)有過(guò)渡巖性。則是由于當(dāng)時(shí)氣候仍溫暖潮濕，降雨量很大且過(guò)分集中，導(dǎo)致了特大水流，它的流量、流速超強(qiáng)，攜帶了大量的礫砂泥等直接注入到泥炭沼澤及湖泊中，中斷了泥炭沼澤的堆積作用，湖平面也因大量的水流注入而上升，出現(xiàn)湖進(jìn)退積。沉積相由三角洲平原演化為三角洲前緣，沉積了厚層泥巖。

Ⅱ1旋回的視電阻率測(cè)井曲線為退積式，自然伽馬曲線在礫巖處反比下部砂巖略有增大，可能是因泥質(zhì)含量高的原因，說(shuō)明當(dāng)時(shí)沉積非?？欤诌x性很差。巖性由砂巖過(guò)渡為含泥礫巖（圖3d）。此后，礫巖之上直接覆蓋一層厚泥巖，視電阻率曲線為進(jìn)積式，自然伽馬值由低到高，說(shuō)明發(fā)生了一次大的水進(jìn)事件，且水進(jìn)速度較快，有利于煤層的賦存。

2.聚煤作用的控制因素分析

對(duì)于陸源碎屑巖來(lái)說(shuō)，沉積盆地內(nèi)沉積形式是湖面的升降變化、陸源碎屑物質(zhì)的供應(yīng)和盆地基盤(pán)沉降速度共同影響的結(jié)果。聚煤作用的控制因素主要為構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、物源供給、氣候和沉積環(huán)境。

2.1條湖凹陷的構(gòu)造升降及湖面升降規(guī)律

早侏羅世，條湖凹陷為緩慢的沉降期。由于早燕山運(yùn)動(dòng)的影響，中侏羅世西山窯期條湖凹陷沉降接受沉積。中晚侏羅世頭屯河期一齊古期，凹陷為穩(wěn)定、緩慢的沉降，條湖凹陷的沉積速率為33.54m/Ma。三疊紀(jì)末期乃至侏羅紀(jì)早期，造山過(guò)程停止，卡拉麥里造山帶逐漸被夷平，古地貌呈準(zhǔn)平原化。應(yīng)力松弛引起地殼大面積下沉，形成三塘湖侏羅紀(jì)開(kāi)闊湖盆。

故由于構(gòu)造沉降作用，使條湖區(qū)可容納空間得以增加。當(dāng)構(gòu)造沉降速率小于或等于泥炭沉積速度時(shí)，有利于泥炭的堆積和保存。4號(hào)煤層底部巖性為砂巖、泥巖及炭質(zhì)泥巖互層組成水進(jìn)退積序列，可容納空間增加。當(dāng)可容納空間增加相對(duì)緩慢，且與泥炭堆積速度在較長(zhǎng)時(shí)間保持平衡或略小，才發(fā)育了4號(hào)特厚煤層。4號(hào)煤層形成之后，由于特大水流事件導(dǎo)致湖面快速上升，從而中斷了泥炭的堆積。這是因?yàn)樗坏纳仙龑?dǎo)致大量的植物被水淹沒(méi)而死亡，不能持續(xù)的提供植物遺體。且搬運(yùn)的沉積物量大，干擾了泥炭的堆積。出現(xiàn)4號(hào)煤層頂部水進(jìn)退積旋回，巖性粒級(jí)由粗到細(xì)，可容納空間快速增加，4號(hào)煤層的堆積由此結(jié)束。

2.2氣候及沉積環(huán)境

氣候?qū)γ旱男纬杉皫r石的風(fēng)化程度和類(lèi)型具有重要的控制作用，對(duì)沉積物供給速率具有重要影響。氣候通過(guò)影響湖泊的蒸發(fā)量與注入量控制湖平面的升降，從而影響可容納空間的變化。當(dāng)氣候溫暖潮濕時(shí)，降雨量大，蒸發(fā)量小于注入量，植物茂盛，有利于煤的形成，基準(zhǔn)面上升，風(fēng)化作用較強(qiáng)且以化學(xué)風(fēng)化為主，沉積物供給量大，沉積物粒度小。當(dāng)氣候干熱時(shí)，降雨量小，蒸發(fā)量小于注入量，植物難以生長(zhǎng)，不利于煤的形成，基準(zhǔn)面下降，風(fēng)化作用較弱且以物理風(fēng)化為主，沉積物供給量小，沉積物粒度大。

西山窯期，氣候溫暖潮濕，植物生長(zhǎng)繁茂，各類(lèi)沼澤較好發(fā)育。含有豐富的植物化石和孢粉，西山窯期晚期，準(zhǔn)噶爾盆地、三塘湖盆地皆發(fā)生了強(qiáng)烈的沼澤化，濱岸沼澤分布范圍擴(kuò)大，為新疆各盆地主要的成煤時(shí)期。

條湖礦區(qū)4號(hào)煤層形成時(shí)，氣候溫暖潮濕，降雨量較大，湖面上升，潛水面上升，在三角洲平原地區(qū)形成大面積的沼澤，為聚煤創(chuàng)造了理想的場(chǎng)所，主要發(fā)育濕地三角洲平原沼澤相（圖2）。

2.3物源供給

當(dāng)大量的碎屑物質(zhì)經(jīng)水道開(kāi)始注入時(shí)，將會(huì)破壞聚煤的持續(xù)性，煤層則可能被碎屑物質(zhì)切斷，不易形成厚度較大的煤層，如果碎屑物質(zhì)的供給減少乃至不供給時(shí)，煤層的分布具有相對(duì)的穩(wěn)定性。

沉積物供給量本身主要受構(gòu)造和氣候的控制，抬升的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和潮濕的氣候有利于沉積物源的風(fēng)化和剝蝕，從而增加了沉積物的供給量。條湖地區(qū)侏羅系是在準(zhǔn)平原化的地貌背景上沉積的，侏羅紀(jì)的盆地是一個(gè)開(kāi)闊湖盆，范圍很大，表明侏羅系的沉積是在應(yīng)力松弛背景下的寬緩坳陷型沉積。所以，盡管當(dāng)時(shí)有潮濕的氣候，但構(gòu)造運(yùn)動(dòng)不是抬升為主，而是處在緩慢的沉降作用中，處在可容納空間緩慢增大，碎屑物質(zhì)供給較少的環(huán)境下。故有三角洲平原亞相砂巖一泥巖一煤的正粒序旋回。再加上植物繁茂，泥炭沼澤發(fā)育，才形成了較厚的4號(hào)煤層。

3.結(jié)論

條湖礦區(qū)4號(hào)主力煤層形成時(shí)，氣候溫暖潮濕，降雨量較大，湖面上升，潛水面上升在，三角洲平原地區(qū)形成大面積的沼澤，為聚煤創(chuàng)造了理想的場(chǎng)所，主要發(fā)育濕地三角洲平原沼澤相；構(gòu)造運(yùn)動(dòng)處在緩慢的沉降過(guò)程中，碎屑物質(zhì)供給較少，不會(huì)破壞聚煤的持續(xù)性，有利于厚煤層的形成。

且4號(hào)煤層形成時(shí)，正處在湖進(jìn)退積一加積的正旋回中，此時(shí)湖進(jìn)速度大致等于或小于泥炭的堆積速度，從而形成了4號(hào)特厚煤層。