黃河北地區(qū)晚古生代巖相古地理與煤系烴源巖發(fā)育

王懷洪，尹露生，朱裕振，王東東，周明磊，張心彬，沈立軍

(1.山東省煤田地質(zhì)規(guī)劃勘察研究院， 濟南 250104；2.山東科技大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島 266590)

0 引言

黃河北地區(qū)位于魯西北地區(qū)，地跨東阿、長清、齊河、歷城、高唐、禹城、濟陽7縣[1]。東起臥牛山斷層與章丘煤田分界，西至劉集斷層，與陽谷—茬平煤田相鄰，南起煤系底界露頭，北至齊廣斷層，面積約2 279km2，累計查明煤炭資源儲量281 181.6萬t[2]，是魯西重要的煤炭生產(chǎn)基地，同時也是山東重要的后備能源基地之一，被列入國家煤炭資源規(guī)劃區(qū)[3]。近年來，陸續(xù)在黃河北地區(qū)晚古生代煤系中發(fā)現(xiàn)了煤層氣[4-6]和頁巖氣資源[7-8]以及富鐵礦[9-11]，使得黃河北地區(qū)礦產(chǎn)資源的發(fā)育、賦存(富集)條件變得更加復(fù)雜。重新梳理研究區(qū)晚古生代的沉積環(huán)境及其對煤系烴源巖(煤層、泥頁巖等)發(fā)育與分布的控制作用，是后續(xù)多礦產(chǎn)共生共存研究的基礎(chǔ)。因此，本文重新梳理、研究了黃河北地區(qū)晚古生代煤系的沉積相發(fā)育、展布與演化特征及其對煤系烴源巖發(fā)育與分布的控制作用，為多礦產(chǎn)共生共存后續(xù)研究服務(wù)。

1 地質(zhì)背景

黃河北煤田位于山東魯西北黃河流域的魯中臺背斜西北緣，濟陽坳陷西南部，處于臺背斜的過渡帶。含煤地層為一平緩單斜構(gòu)造，地層走向N50°E，傾向N40°W，傾角5°～8°[12-13]。地層的傾角較平緩，煤田內(nèi)次一級褶曲發(fā)育，沿地層走向發(fā)育一組短軸狀、軸向北東向的背向斜，均屬規(guī)模小的波狀起伏(圖1)。

研究區(qū)地層劃分為華北地層區(qū)魯西分區(qū)的一部分，石炭、二疊紀煤系假整合于中奧陶統(tǒng)石灰?guī)r之上[12]。石炭-二疊紀煤系地層則被相當(dāng)厚的第四系、新近系所覆蓋，成為隱蔽煤田。區(qū)內(nèi)缺失志留系、泥盆系、下石炭統(tǒng)。石炭-二疊系主要為本溪組、太原組、山西組以及石盒子組，煤層主要分布在太原組和山西組。太原組頂界為一灰的頂界面，底界為徐家莊灰?guī)r的底界面，厚度150～175 m。太原組主要含有煤層9層，為煤6～煤14等煤層。上段夾一灰、二灰，兩層灰?guī)r間賦存6、7、8煤層組成的煤組；中段下部為三灰、四灰、五灰，不含煤，上部含9、10兩層煤；下段含11～14煤層。山西組也是本區(qū)重要含煤地層之一，該組厚100～150m，含煤5層，其中局部可采煤層1～2層。

圖1 黃河北地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖Figure 1 Geological and structural map of Huanghebei region

2 巖相古地理

2.1 沉積相識別與劃分

前人研究發(fā)現(xiàn)黃河北地區(qū)晚古生代石炭-二疊紀海相、 陸相和過渡相環(huán)境均有發(fā)育(表1)。魯西晚古生代的沉積環(huán)境為下部以障壁-潟湖體系為主，中部以三角洲沉積體系為主，上部以河流-湖泊沉積體系為主體的沉積體系演變序列。隨著時間的推移，陸表海盆地逐漸消亡，海水南退，南北升降差異明顯，在平面上由南向北大致上分布的陸表海環(huán)境、過渡環(huán)境和大陸環(huán)境。黃河北煤田煤層主要是晚古生代陸表海環(huán)境形成的，其7煤與10煤主要形成于太原組地層中，為濱海的潮坪泥炭沼澤沉積形成，為海侵成煤[12]，煤層分布較廣泛，含有中高硫分，但是煤層較薄，7煤和10煤的頂板主要為泥巖、粉砂質(zhì)泥巖和粉砂巖，為潟湖或潮坪沉積，有利于煤層氣的保存。

表1 黃河北含煤區(qū)石炭-二疊系沉積體系類型劃分[14]

黃河北煤田石炭-二疊系沉積環(huán)境演化是從淺海相沉積到過渡相沉積再到陸相沉積[14]，主要發(fā)育的沉積體系是潮坪沉積體系、障壁-潟湖沉積體系、河控淺水三角洲沉積體系和河流-湖泊沉積體系。其中潮坪沉積體系、障壁-潟湖沉積體系主要發(fā)育在本溪組和太原組；河控淺水三角洲沉積體系主要發(fā)育在山西組；河流-湖泊復(fù)合沉積體系發(fā)育在下、上石盒子組，是陸相沉積環(huán)境的產(chǎn)物。

2.2 沉積體系特征

2.2.1 大型潮坪沉積體系

在研究區(qū)潮坪沉積中識別出了潮道(包括潮渠、潮溝)、砂坪、泥坪、砂泥混合坪、潮汐砂脊、潮坪沼澤、潮坪泥炭沼澤等成因相。其中潮道和潮溝、砂泥混合坪發(fā)育最好，其次為潮坪沼澤和潮坪泥炭沼澤。黃河北煤區(qū)潮坪沉積體系的潮道沉積充填序列的一次充填沉積過程是一個物理沉積作用強度逐漸變?nèi)醯难莼^程。混合坪相是研究區(qū)內(nèi)最常見的潮坪沉積類型，在研究區(qū)的各個小層序中幾乎都可見到砂泥混合坪沉積組合(圖2)。潮坪沼澤及潮坪泥炭沼澤是在陸表海總體背景下不斷受到海水侵襲的沼澤環(huán)境，它在沼澤發(fā)育、發(fā)展至成煤的各階段均受到海平面變化的控制。潮坪沉積體系在廣大范圍內(nèi)是一個獨立的系統(tǒng)，有潮汐水道網(wǎng)存在，為成煤提供了必要的前提條件，更重要的是為成煤提供了比較理想的聚煤場所[15-16]。其中泥坪、沙泥混合坪以及潮坪泥炭沼澤沉積物質(zhì)較細，有機質(zhì)含量較高，是頁巖氣較為有利的發(fā)育相帶。

圖2 黃河北地區(qū)砂泥混合坪相沉積組合Figure 2 Sand-mud mixed tidal flat facies sedimentary association in Huanghebei region

2.2.2 障壁-潟湖沉積體系

障壁-潟湖沉積體系處在海洋和大陸相連的部位，是碎屑濱岸環(huán)境重要組成部分，主要的水動力條件是潮汐作用。研究區(qū)的障壁-潟湖沉積體系比較發(fā)育。研究區(qū)晚古生代聚煤盆地是受限陸表海盆地，障壁-潟湖沉積環(huán)境是陸表海盆地中比較靠近海盆的一個重要沉積環(huán)境組成部分。主要由四個沉積成因相組合組成：障壁砂壩(障壁島)、潟湖相、潮汐三角洲相、障壁灘(障壁潮坪)相。

障壁砂壩中的砂巖成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度一般比較高，具有比較典型的向上變粗或向上變細的沉積層序(圖3)。潟湖是以障壁砂壩為屏障，與廣海隔絕或半隔絕的水流不暢通淺水環(huán)境，它的分布位置極其多變。潮汐三角洲是一種特殊的成因相的組合，在研究區(qū)的上石炭統(tǒng)發(fā)育大型的潮汐三角洲沉積組合序列。障壁坪位于障壁砂壩向潟湖的一側(cè)，為一寬緩的略帶坡度的斜坡地帶。障壁灘(坪)是最先演變?yōu)檎訚傻膮^(qū)域，在沉積平面上植物根和葉化石比較多，因而是一個良好的聚煤場所。由于潟湖的水動力條件較弱，加之沉積物粒度較細，水體有效隔絕氧氣，避免有機質(zhì)氧化，有機碳含量較高，并且潟湖環(huán)境在研究區(qū)廣泛發(fā)育，是形成頁巖氣母質(zhì)的重要相帶之一。

圖3 黃河北地區(qū)障壁-潟湖沉積充填序列組合Figure 3 Barrier-lagoon sedimentary filling sequenceassociation in Huanghebei region

2.2.3 河控淺水三角洲沉積體系

研究區(qū)主要發(fā)育的成因相是分流河道相、決口扇相、決口三角洲相、廢棄的分流河道相、天然堤相、分流間洼地相、分流間沼澤或泥炭沼澤相、堤外越岸沉積相。上三角洲主要發(fā)育分流河道，它構(gòu)成了上三角洲的骨架部分，在研究區(qū)非常發(fā)育，尤其在山西組表現(xiàn)最為明顯(圖4)。研究區(qū)的下三角洲平原沉積組合主要由分流間灣、河口砂壩、遠砂壩、前緣席狀砂和前三角洲泥等沉積相組成。

圖4 黃河北地區(qū)廢棄分流河道相沉積Figure 4 Abandoned distributary channel faciessediments in Huanghebei region

分流間洼地或分流間泛濫平原基礎(chǔ)上發(fā)展而成的分流間沼澤，雖然河水注入該區(qū)，但覆水深度較淺，植物茁生，是形成泥炭沼澤重要場所?？v向上主要由含有機質(zhì)的暗色黏土巖、砂質(zhì)泥巖以及炭質(zhì)泥巖和煤層等組成，含有暴露構(gòu)造的根土巖，含植物根莖化石，形成的泥頁巖分布范圍廣，厚度較大，有機碳含量較高，是較好的頁巖氣母質(zhì)發(fā)育區(qū)。

2.2.4 河流-湖泊復(fù)合沉積體系

河流-湖泊復(fù)合沉積體系是大規(guī)模海退事件之后形成的陸相河流-湖泊充填沉積序列(圖5)。研究區(qū)河流-湖泊復(fù)合沉積體系主要包括下列成因相：河床滯留相、越岸相、邊灘相、堤岸相、決口扇相、河漫灘相、洪泛平原相、河漫灘沼澤相、河道充填相組合、河漫湖泊相等。在該體系中，煤層不發(fā)育。

圖5 黃河北地區(qū)河流-湖泊復(fù)合沉積體系Figure 5 Fluvial-lacustrine compound sedimentarysystem in Huanghebei region

河道沖刷面上發(fā)育河道滯留沉積，主要是滯留礫石，成分比較復(fù)雜，多為陸源礫石，還有泥巖和煤塊等軟巖礫石。堤岸外側(cè)洼地邊緣區(qū)或支流間洼地邊緣，為河道水流在高位或洪水期，水體漫溢越過堤岸形成的堤岸外側(cè)一定范圍的沉積。研究區(qū)石盒子群及其以上地層發(fā)育的邊灘沉積則是河流沉積序列的骨架部分，其巖性比較復(fù)雜。堤岸相是曲流河沉積組合的主要沉積單元之一，沉積物多為粉砂巖、細砂巖與泥質(zhì)巖組成的互層。決口扇主要以中-細砂巖沉積物為主，成熟度低，磨圓不好，可見粒序?qū)永?，底界具有侵蝕構(gòu)造。河道充填沉積組合的上部單元，往往出現(xiàn)于邊灘組合的上部，沉積作用過程類似于漫灘流作用。河漫沼澤是在漫灘或河漫湖泊或洪泛平原上發(fā)展而成，沉積物以細粒及泥質(zhì)為主。河漫湖泊相位于河漫平原的最低區(qū)域，以細粒和泥質(zhì)為主，顏色較淺且雜，可能和長時間暴露或干旱有關(guān)。

2.3 巖相古地理特征與演化

黃河北地區(qū)晚古生代隨華北地臺一起接受了一次從晚石炭世開始的大規(guī)模海侵，形成了一套以沙泥互層為典型代表的含煤巖系，煤層上下頂?shù)装迥囗搸r發(fā)育，煤層間炭質(zhì)泥巖、砂泥巖、砂巖互層發(fā)育，形成一整套良好的氣體儲層。黃河北地區(qū)石炭-二疊系沉積環(huán)境演化是從淺海相沉積到過渡相沉積再到陸相沉積，其中對本區(qū)石炭-二疊系儲層烴源巖發(fā)育有意義的有本溪期、太原期、山西期三個沉積演化階段。

2.3.1 本溪期

中奧陶世末期的加里東運動，使魯西上升為陸，遭受長期風(fēng)化剝蝕，地形起伏不平，本溪組就沉積在這種古地理背景中，早期沉積物起到了填平補齊的作用。隨著地殼的下沉，海水逐漸侵入，形成廣闊的陸表海，發(fā)育了一套臺地-潟湖相為主的沉積，局部地區(qū)有障壁島及泥炭坪沉積。由于沉積是在地形比較復(fù)雜的環(huán)境中，而且沉積過程中地殼波動又較頻繁，沉降幅度不一，形成了不同的沉積類型，但一般只有一個旋回(圖6)。

圖6 魯西地區(qū)本溪期巖相古地理圖Figure 6 Lithofacies paleogeographical map of Benxi Agein western Shandong area

晚石炭世本溪期海水總的是從東向西入侵，但最先是東南方向侵入，并且最早在臨沂地區(qū)接受沉積，隨后，海水侵入魯西各地，而臨沂地區(qū)卻暫時停止了沉積，直至早二疊世方再恢復(fù)海相沉積。

早二疊世初始，由于海侵的擴大，沉積了臺地相，覆蓋于本溪組煤層之上。由于地殼頻繁的振蕩運動，又出現(xiàn)了短暫的海退，在臺地之上形成了泥炭坪，發(fā)育了不穩(wěn)定的煤層，繼而被海侵沉積物覆蓋。

隨著海水的入侵，在凹凸不平的奧陶系灰?guī)r剝蝕面上，首先開始了潟湖相的沉積，沉積了不穩(wěn)定的G層鋁土巖，在有些地區(qū)，由于水體變淺，在潟湖沉積物上開始了泥炭的堆積，并形成了不穩(wěn)定的煤層。由于地殼頻繁的振蕩運動，又出現(xiàn)了暫時的海退，結(jié)束了本溪期的沉積。

2.3.2 太原期

早二疊世太原組是在本溪期沉積的基礎(chǔ)上連續(xù)沉積的，由于海侵的擴大，山東省廣大地區(qū)主要為廣闊潮坪-潟湖沉積，基本繼承了晚石炭世陸表海的沉積面貌，發(fā)育了障壁島-潟湖沉積體系，間有臺地體系，總的海侵方向仍然從東南進入魯西地區(qū)(圖7)。

圖7 魯西地區(qū)太原期巖相古地理圖Figure 7 Lithofacies paleogeographical map of TaiyuanAge in western Shandong area

早二疊世初始，由于海侵的擴大，沉積了臺地相，覆蓋于本溪組煤層之上。由于地殼頻繁的振蕩運動，又出現(xiàn)了短暫的海退，在臺地之上形成了泥炭坪，發(fā)育了不穩(wěn)定的煤層，繼而被海侵沉積物覆蓋。黃河北地區(qū)為潟湖-潮坪沉積體系，障壁島不發(fā)育，聚煤時間較南部長，海相煤層較發(fā)育；潟湖-潮坪較為發(fā)育為泥頁巖的發(fā)育提供了條件。至魯西地區(qū)太原期另一次大規(guī)模海侵之前，主要發(fā)育了潮坪、潟湖、沼澤沉積，局部地段具潮道沉積，潟湖、沼澤環(huán)境利于泥頁巖的發(fā)育。第三層石灰?guī)r(三灰)形成以后，魯西地區(qū)被潮坪-潟湖沉積廣泛覆蓋，在潮坪泥炭坪環(huán)境中發(fā)育了層位比較穩(wěn)定的6煤層。隨著沉積作用的繼續(xù)，魯西地區(qū)逐漸進入過渡環(huán)境，開始了三角洲體系的沉積。

2.3.3 山西期

魯西地區(qū)自早二疊世中期已由開闊陸表海環(huán)境過渡為半封閉的潟湖海灣環(huán)境，在海退過程中，海灣逐漸被充填，而形成濱海平原，山西期在廣闊的濱海平原，潟湖、潮坪基底上發(fā)育了三角洲平原-三角洲前緣沉積。

山西期在以三角洲環(huán)境為主體的古地理景觀，發(fā)育了以三角洲體系為主體間夾河流體系的沉積組合(圖8)。濟南以南主要為三角洲平原相中的分流河道、分流河道-分流間灣、分流河道-河漫灘、泥炭沼澤的共生組合，而以北則主要為分流河道沉積，根據(jù)沉積物組合特征和發(fā)育特點及三角洲相的分布形態(tài)分析，濟南以南為河控淺水三角洲體系，而以北則反映了三角洲前緣分流間灣的某些特點，從而決定了泥炭堆積的空間分布及大槽煤發(fā)育程度的差異。因此，早二疊世中期，魯中地區(qū)南部為河控淺水三角洲為主體的沉積體系，北部山西組下段為三角洲前緣-三角洲分流間灣的沉積，上段仍為河控三角洲沉積體系。在黃河北地區(qū)，存在著分流間灣-分流河道沉積，局部發(fā)育了河口沙壩等。

圖8 魯西地區(qū)山西期巖相古地理圖Figure 8 Lithofacies palaeogeographic map of ShanxiAge in western Shandong are

2.3.4 石盒子期

石盒子組黑山期全省主要處于沖積平原-上三角洲平原的古地理格局中，以沖積平原河湖沉積體系為主，以南則以三角洲平原相為主，河流從北部和東北部流入本省，主要發(fā)育有邊灘相和泛濫盆地相，間有淺水湖泊相沉積，已不具備成煤條件，反映了沉積期陸源碎屑物由北部陰山供給的古地理景觀。石盒子萬山期形成于沖積平原河湖環(huán)境，并間有三角洲環(huán)境發(fā)育的古地理格局中。而河流、曲流砂壩、泛濫盆地共生組合在全省占主導(dǎo)地位，間有淺水湖泊相；三角洲平原主要發(fā)育在南部地區(qū)，且以泛濫盆地、湖泊相、沼澤、河漫灘為主，伴隨有泥炭沼澤，形成有工業(yè)價值的柴煤。

3 煤系烴源巖發(fā)育與分布

3.1 烴源巖類型及分布特征

黃河北地區(qū)屬魯西地區(qū)一部分，晚古生代石炭—二疊系含煤地層主要發(fā)育砂巖、泥質(zhì)巖、碳酸鹽巖、巖漿巖和可燃性有機巖(煤)，是重要的烴源巖[17]。太原組沉積物中砂巖、粉砂巖、泥巖、石灰?guī)r及煤層均較發(fā)育；山西組、下石盒子群沉積物主要為陸源碎屑沉積巖，以砂巖占優(yōu)勢，碳酸鹽巖不發(fā)育，偶爾出現(xiàn)湖泊相的泥灰?guī)r。

黃河北地區(qū)頁巖氣烴源巖也主要為石炭—二疊系暗色泥頁巖。暗色泥巖包括粉砂質(zhì)泥巖、泥巖、炭質(zhì)泥巖等，多形成于分流間灣、淺湖環(huán)境，煤巖形成于沼澤環(huán)境[18]。黃河北地區(qū)的巖相古地理特征研究，該地區(qū)發(fā)育的沉積體系類型主要包括潮坪沉積體系、障壁-潟湖沉積體系和大型河控淺水三角洲沉積體系。這些沉積體系中的分流間灣、沼澤及淺湖泥等環(huán)境是烴源巖形成的有利區(qū)域[19]。總之，本區(qū)具有暗色泥巖與煤層廣泛發(fā)育的特征，為烴源巖的形成提供了重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。

3.2 煤層發(fā)育與分布

本溪組魯西大部分不具備成煤或僅發(fā)育有煤線，在淄博煤田湖田地區(qū)的草灰之下、G層鋁土巖之上發(fā)育有3層局部可采的薄煤層，厚0.61～2.10m，而且煤層直接發(fā)育于G層鋁土巖之上，其分布基本是以淄博—章丘為中心向周圍迅速減小。太原組含可采與局部可采煤層4～8層，以魯西的16、17煤和與之層位相當(dāng)?shù)拿簩影l(fā)育最好。太原組煤層總厚是北厚南薄，在茌平—肥城、淄博地區(qū)最厚(圖9)。山西組主采煤層的3煤，成煤前地形相對平坦，分流河道、分流間灣和泛濫盆地發(fā)育，泥炭沼澤在三角洲平原和三角洲前緣或潮坪之上發(fā)育，形成較厚的泥炭堆積，形成3(3下)煤層，可全區(qū)對比(圖10)。石盒子期，不具備成煤條件。

圖9 魯西地區(qū)太原組煤層等厚線圖Figure 9 Distribution of coal thickness of Taiyuan Formationin West Shandong

圖10 魯西地區(qū)山西組煤層等厚線圖Figure 10 Distribution of coal thickness of Shanxi Formationin West Shandong

據(jù)已有的勘查成果資料可知，黃河北煤田含煤地層含煤14層，其中1～5層煤賦存于山西組，6～14層煤賦存于太原組。含煤地層總厚245m，其中可采和局部可采煤層為5、6、7、8、10、11、13等7層，可采煤厚大約4～9m，平均厚度5.5m(表2)?？刹擅簩又?，7、10、11、13等4層屬于普遍發(fā)育的主要煤層，5、6、8煤層僅在黃河北煤田東部工作區(qū)局部可采。

表2 黃河北地區(qū)各可采煤層厚度及分布

黃河北煤田東部工作區(qū)，5煤層可采范圍主要分布于長清、袁莊井田以及濟西地區(qū)的西部。袁莊井田基本全區(qū)可采，平均可采厚度達0.94m；長清井田大部分可采，平均可采厚度0.68m；濟西地區(qū)只有西部局部可采。趙官鎮(zhèn)地區(qū)的東部局部可采，邱集煤礦井田范圍內(nèi)全部不可采。6煤層在袁莊、濟西、齊東濟西勘探區(qū)大部可采，邱集井田和趙官鎮(zhèn)地區(qū)一般尖滅，長清井田偶見煤線。8煤層在袁莊井田煤層厚度穩(wěn)定在1m左右，向西至長清井田，見礦厚度大多變薄至0.4m左右。趙官鎮(zhèn)井田厚度均在0.4m以下，常出現(xiàn)尖滅點，邱集井田范圍內(nèi)則全部尖滅。

黃河北地區(qū)主要煤層中，7煤層在全煤田普遍發(fā)育，務(wù)頭普查區(qū)煤厚度0.24～1.43m。邱集井田東部邊緣和趙官鎮(zhèn)區(qū)域近露頭區(qū)，可采厚度在1m左右，屬于較穩(wěn)定煤層。自趙官鎮(zhèn)井田東部向東，煤層變薄，長清井田僅西部達到局部可采，厚度0.8m左右。袁莊井田除東部邊緣因巖漿巖侵入出現(xiàn)小范圍不可采外，厚度1m左右，屬于較穩(wěn)定煤層。10煤層在全煤田普遍發(fā)育，西部地區(qū)基本全部可采，厚度從西向東逐漸變薄。邱集井田厚度多在1m左右；趙官鎮(zhèn)區(qū)域厚度多在0.8～1.0m；長清井田西部0.6～0.8m，東部則不可采；自袁莊井田向東，變?yōu)榫植靠刹?，袁莊井田限于中部可采。11煤層在黃河北煤田普遍發(fā)育，該煤層在長清以西，原始沉積厚度都在2m左右。邱集井田屬于穩(wěn)定煤層；趙官鎮(zhèn)區(qū)域和長清井田受層狀巖漿巖的影響，厚度有一定變化，為較穩(wěn)定煤層；趙官鎮(zhèn)區(qū)域厚度多為1.5～2.0m；長清井田變化幅度較大，厚者1～3.0m；袁莊井田煤厚多在0.8～1.0m。13煤層在整個煤田未見不可采點，為穩(wěn)定煤層。邱集井田至趙官鎮(zhèn)區(qū)域，煤厚基本保持在2.5～3.5m，趙官鎮(zhèn)區(qū)域比邱集井田略為變??；至長清井田，厚度變薄到1.5～2.5m；自袁莊井田向東，煤厚又重新出現(xiàn)由厚變薄的變化，袁莊井田一般為3～4m，濟西地區(qū)平均2.88m，齊東區(qū)平均2.55m。

3.3 泥頁巖發(fā)育與分布

本溪組沉積期隨著地殼的下沉，海水逐漸侵入我省，形成廣闊的陸表海，在黃河北地區(qū)形成了一套臺地-潟湖沉積體系，潟湖的發(fā)育利于泥頁巖的發(fā)育。太原組沉積期黃河北地區(qū)主要發(fā)育澙湖沉積，利于大強度發(fā)育泥頁巖。早二疊世海水進退頻繁，為煤、泥頁巖的多次聚集造成有利條件，海水退卻后，在近海平原、沼澤或潮上坪，迅速堆積泥炭，當(dāng)海水侵進時，泥炭層又迅速被碳酸鹽巖所覆蓋，該時期泥頁巖頁大量發(fā)育。泥頁巖多層發(fā)育是早二疊世泥頁巖發(fā)育的重要特征。山西組沉積時期黃河北地區(qū)主要發(fā)育分流間灣-泛濫平原沉積，利于泥頁巖的發(fā)育。

黃河北地區(qū)泥頁巖連續(xù)沉積，山西組、太原組中的薄層泥頁巖與煤層、砂巖、灰?guī)r互層發(fā)育，是一整套連續(xù)沉積的氣體儲層。其中含有機質(zhì)泥巖既是生氣母巖也是儲層，炭質(zhì)泥巖間夾層也起到儲集層作用，應(yīng)統(tǒng)一視為頁巖氣目的層。魯西地區(qū)濟古1井鉆探發(fā)現(xiàn)，二疊系暗色泥巖上部以深灰色泥巖為主，其中重點生氣層-煤層有5層；石炭系以暗色泥巖為主，其中重點生氣層-煤層有5層；由此可見，該系地層生氣巖最發(fā)育。黃河北地區(qū)南部長清煤礦煤層氣調(diào)查孔C1601發(fā)現(xiàn)，石炭—二疊系山西組以深灰色泥巖為主，偶見煤層。石炭—二疊系太原組發(fā)育黑色炭質(zhì)泥巖、暗色泥巖、砂巖及黑色煤層。由此可見，黃河北地區(qū)石炭—二疊系山西組和太原組泥巖層系可以作為本區(qū)頁巖氣研究的目的層。結(jié)合本區(qū)巖漿發(fā)育情況以及各種地質(zhì)條件，進一步確定山西組5煤至太原組10煤之間的泥巖層為主要目的層。

黃河北地區(qū)太原組泥頁巖發(fā)育區(qū)主要為廣闊潮坪-潟湖沉積環(huán)境，基本繼承了晚石炭世陸表海障壁島-潟湖沉積體系。山西組泥頁巖則發(fā)育分流間灣-分流河道沉積，局部發(fā)育于河口沙壩等，主要發(fā)育在分流間灣-泛濫平原沉積環(huán)境。結(jié)合地震及鉆探相關(guān)資料，初步統(tǒng)計黃河北地區(qū)石炭—二疊系5煤至10煤含氣泥頁巖層段厚度約為52.83～97.1m，平均厚度為84.8m。區(qū)內(nèi)泥頁巖層厚度在橫向上有一定的規(guī)律性，由北向南泥頁巖層厚度逐漸減小的趨勢。南部濟西礦區(qū)和長清礦區(qū)厚度則多大于80m，西南部華集礦區(qū)、馬坊礦區(qū)處厚度較小，多小于60m，西北部倫鎮(zhèn)礦區(qū)、李屯礦區(qū)含氣層段厚度較大，多在90m以上。

4 結(jié)論

通過對黃河北地區(qū)晚古生代沉積環(huán)境與沉積相分析及其對煤系烴源巖發(fā)育與分布研究，主要獲得以下認識：

1)黃河北地區(qū)晚古生代石炭—二疊紀發(fā)育海相、陸相和過渡相環(huán)境，四種沉積體系，從早到晚分別是障壁-潟湖沉積體系、潮坪沉積體系、河控淺水三角洲沉積體系和河流-湖泊沉積體系。

2)黃河北煤田含煤地層含煤14層，其中1～5層煤賦存于山西組，6～14層煤賦存于太原組。可采煤層的層數(shù)來說，存在“東多西少”的特點。在含煤地層剖面上的分布特點是“上薄下厚”，主要富煤帶則主要分布在東部地區(qū)。

3)泥頁巖主要發(fā)育在石炭—二疊系太原組和山西組，泥頁巖層厚度在橫向上有一定的規(guī)律性，由北向南泥頁巖層厚度逐漸減小的趨勢，南部濟西礦區(qū)和長清礦區(qū)，西北部倫鎮(zhèn)礦區(qū)、李屯礦區(qū)厚度發(fā)育較好，多在90m以上。