研究揭示山西全省石炭二叠纪等时地层格架下聚煤规律

2018-04-27

  山西省是我国重要的能源大省,具有丰富的煤炭和煤层气资源。根据地质构造、地理位置和储量规模,可将全省划分为大同、宁武、河东、西山、霍西、沁水等6大煤田,其中沁水盆地南部和河东煤田已成为全国煤层气2大重要产业基地。


  山西省大地构造演化历史经历了3个重要的阶段:古陆的形成阶段,表现为壳幔分异,克拉通化并形成结晶基底,其完成时间大约在中条(吕梁)运动末期;华北板块构造格架的形成阶段,其完成的时间目前较为一致的看法是中生代燕山运动时期;大陆裂谷阶段,始于新生代初期,至今仍在继续活动。


  以中生代以来形成的断块为基础,将山西省划分为5个Ⅱ级构造单元,分别为大青山-冀北岩浆杂岩、鄂尔多斯陆块、晋冀陆块、豫皖陆块和叠加裂陷盆地。根据现今地层保存特征以及煤层发育规律,将山西省划分为大同煤田、宁武煤田、河东煤田、西山煤田、霍西煤田及沁水煤田等6大煤田。


  近年来,层序地层格架下厚煤层的分布模式引起了众多地质学者的兴趣,尤其是可容空间增加速率与泥炭堆积速率的比率被用来解释在一个可容空间周期内泥炭/煤的厚度变化特征,基于层序地层格架的岩相古地理分析已经成为聚煤规律研究的重要手段。


  许多科研人员对山西省内石炭二叠纪层序地层、古地理及聚煤规律等方面进行了大量的研究,但由于层序地层划分的标准不同,且缺乏全省范围内的清晰的对比研究,大多数研究缺乏全省范围的层序-古地理与聚煤规律的系统研究。


  中国矿业大学(北京)邵龙义教授研究团队利用野外煤层露头、钻井岩心、测井等资料对山西省石炭-二叠纪含煤岩系进行了沉积学、层序地层、岩相古地理和聚煤特征的研究。


  山西省石炭-二叠纪沉积地层自下而上包括本溪组、太原组、山西组、下石盒子组、上石盒子组和石千峰组。研究人员将山西省石炭二叠纪含煤岩系划分为3个层序:层序I包括本溪组以及太原组下部10号煤层;层序II包括太原组8+9号煤层至北岔沟砂岩底面层段;层序III包括整个山西组。


  为了更好地体现山西全省沉积相与层序地层展布情况,把山西大同、宁武、西山、霍西、沁水、河东煤田的钻孔联结起来,对全省石炭-二叠纪剖面的沉积环境与层序加以对比分析。


  山西省西山煤田石炭-二叠纪含煤岩系沉积相及层序地层柱状


  山西省南北向晚石炭世-早二叠世含煤岩系沉积相与层序对比


  研究人员选择山西省百余口揭露石炭-二叠纪地层较全的典型钻孔数据,在完成沉积相与层序地层对比图的基础上,分别绘制各层序内的地层厚度、石灰岩含量百分比、砂泥比、煤层厚度等值线图,以砂泥比等值线为主,结合其他参数综合分析,恢复出山西省石炭-二叠纪各层序岩相古地理。


  研究发现,山西省石炭-二叠纪层序Ⅱ聚煤作用最强,层序Ⅲ其次,层序Ⅰ较差。层序Ⅰ厚煤层主要形成于潮坪-潟湖环境,而层序Ⅱ和层序Ⅲ厚煤层则主要形成于三角洲平原环境。层序Ⅰ煤炭主要勘探对象为朔州和保德地区;层序Ⅱ时期,大同煤田和宁武煤田的外围区域及河东煤田北部地区则具有较好的勘探潜力;层序Ⅲ煤炭勘探对象则为宁武煤田朔州地区、西山煤田古交地区、河东煤田乡宁地区及沁水煤田的晋城-长治等重点区域。


  这项研究得到了国家自然科学基金、国家科技重大专项的资金支持。

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  责任编辑:宫在芹
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