鄒 辰，梅 玨，李金平，周季安，張涵冰

（1.中國(guó)石油浙江油田分公司，浙江 杭州310023；2.北京萬(wàn)普隆能源技術(shù)有限公司，北京100195）

中國(guó)南方二疊紀(jì)特殊的沉積古地理格局和豐富多彩的沉積體系類型，是研究沉積環(huán)境與聚煤規(guī)律的理想場(chǎng)所。前人在關(guān)于筠連及鄰區(qū)晚二疊世地層沉積相與煤層發(fā)育規(guī)律的研究成果主要集中在沉積相特征及其與烴源巖的關(guān)系[1]，沉積體系、沉積相（沉積環(huán)境）、古地理、層序地層、旋回曲線與聚煤特征等方面[2-9]，而從沉積相的研究入手總結(jié)聚煤規(guī)律、并預(yù)測(cè)有利相帶和有利層位來(lái)指導(dǎo)煤層氣的勘探選區(qū)、選層研究工作較少。筠連及鄰區(qū)為南方典型的多煤層發(fā)育區(qū)[10-11]，不同煤層的沉積環(huán)境、發(fā)育規(guī)模、分布范圍、橫向穩(wěn)定性、頂?shù)装宸馍w條件及煤巖煤質(zhì)等的差異導(dǎo)致其具備不同的產(chǎn)氣潛力，結(jié)合近幾年中國(guó)南方煤層氣的開(kāi)發(fā)實(shí)踐，主力產(chǎn)氣層位的判斷對(duì)煤層氣的高效開(kāi)發(fā)至關(guān)重要[12-13]。在筠連上二疊統(tǒng)樂(lè)平組煤系地層沉積相分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探討煤層及其與沉積相帶的關(guān)系，對(duì)比不同沉積相的煤層發(fā)育的規(guī)模、厚度、穩(wěn)定性以及資源豐度等方面的差異，預(yù)測(cè)了煤層氣勘探開(kāi)發(fā)的主力煤層和有利沉積相帶，為該區(qū)及鄰區(qū)煤層氣的勘探開(kāi)發(fā)提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)地處云貴川三省交界處，大地構(gòu)造位置處于上揚(yáng)子地臺(tái)的西南緣[14]，研究區(qū)構(gòu)造位置如圖1。二疊紀(jì)的早期和中期總體為陸表海碳酸鹽沉積，中二疊世晚期發(fā)生的東吳運(yùn)動(dòng)，結(jié)束了此前的陸表海環(huán)境，伴隨著區(qū)內(nèi)大規(guī)模峨眉山玄武巖噴發(fā)，西側(cè)康滇古陸的隆升，形成了晚二疊世上揚(yáng)子地臺(tái)西高東低的古地理面貌和由西向東由陸到海的沉積古地理格局, 其沉積體系自西向東依次為沖積平原河湖-沼澤體系、海岸-潟湖沼澤體系（或三角洲-沼澤體系）、碳酸鹽巖臺(tái)地體系[15]。研究區(qū)主要位于沖積平原河湖-沼澤體系和海岸-潟湖沼澤體系。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置圖Fig.1 Structure outline map of study area

2 地層劃分

上二疊統(tǒng)（樂(lè)平統(tǒng)）及其所包括的吳家坪階和長(zhǎng)興階均是國(guó)際地層界線層型，標(biāo)志著該層段地層學(xué)研究具有良好的年代地層學(xué)基礎(chǔ)，研究區(qū)和鄰區(qū)上二疊統(tǒng)地層劃分沿革圖如圖2。

圖2 研究區(qū)和鄰區(qū)上二疊統(tǒng)地層劃分沿革圖Fig.2 Stratigraphic subdivision of the upper Permian in study area and the vicinity

吳家坪階底界以牙形刺帶首現(xiàn)為標(biāo)志，吳家坪階頂界以牙形刺帶為限；長(zhǎng)興階底界以牙形刺帶首現(xiàn)以帶首現(xiàn)為標(biāo)志，長(zhǎng)興階頂界以牙形刺帶為限[16]。筠連地區(qū)及鄰區(qū)主要處于近海平原相區(qū)與海岸相區(qū)，前人對(duì)于研究區(qū)晚二疊世巖石地層名稱的使用如下：①吳家坪階下部區(qū)內(nèi)不同程度發(fā)育峨眉山玄武巖巖組；②近海平原沉積體系（以碎屑巖和煤系地層為主），采用龍?zhí)督M及其內(nèi)部分段的方案；③早期（吳家坪期）近海平原沉積和晚期（長(zhǎng)興期）海岸相區(qū)沉積時(shí)，采用早期龍?zhí)督M和晚期長(zhǎng)興組的劃分方案[17-19]。

研究區(qū)晚二疊世巖性為下部峨眉山玄武巖組和中上部碎屑巖和煤系地層，相當(dāng)于龍?zhí)督M的概念。參考浙江油田近年在研究區(qū)開(kāi)展煤層氣和頁(yè)巖氣工作中，采用樂(lè)平組的術(shù)語(yǔ)，并進(jìn)一步劃分為下段和上段，主要居于目前巖石地層單位的使用不太統(tǒng)一，龍?zhí)督M在整個(gè)華南地區(qū)使用，長(zhǎng)興組典型剖面位于浙江長(zhǎng)興縣。

3 沉積相類型與沉積演化

3.1 沉積相類型

近海平原相區(qū)屬于河湖-沼澤沉積體系，包括河流相、湖泊相、沼澤相；海岸相區(qū)為碳酸鹽巖與碎屑巖混源障壁海岸沉積體系，包括潮坪相、潟湖相、沼澤相。

1）曲河流相。以Y64 井為例，具有明顯的二元結(jié)構(gòu)，河道由厚度較大和相對(duì)較粗的中砂巖、細(xì)砂巖或粉砂巖組成，發(fā)育交錯(cuò)層理，在測(cè)井響應(yīng)上表現(xiàn)為伽馬值低且曲線平直，呈箱型，密度曲線顯示密度大且波動(dòng)較小，表明砂巖總體比較純；河漫灘沉積都具有相當(dāng)?shù)暮穸龋曰疑蛏罨疑鄮r或碳質(zhì)泥巖為主，發(fā)育水平層理或煤線，河漫灘沉積與河道沉積在測(cè)井響應(yīng)上具有明顯的差別，由于河漫灘沉積總體以泥巖或者碳質(zhì)泥巖等細(xì)粒沉積為主，因此伽馬值更高，密度明顯偏低，且波動(dòng)大。沼澤相煤層常位于河漫灘相沉積層之上，測(cè)井響應(yīng)上以“低密度、低伽馬、高電阻率”為特征。曲河流沉積相（Y64 井）如圖3。

2）湖泊相。以Y65 井為例，總體以細(xì)粒的泥巖、頁(yè)巖和碳質(zhì)泥巖沉積為主，相對(duì)粗粒的粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖厚度較薄，Y65 井主要由下部單元淺湖亞相和上部單元深湖亞相組成正旋回結(jié)構(gòu)。淺湖沉積以灰色粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖為主；深湖沉積以深灰色泥巖、碳質(zhì)泥巖和頁(yè)巖特征。測(cè)井特征為：淺湖相沉積表現(xiàn)為低伽馬，高密度的特征；而深湖相沉積則與之相反，表現(xiàn)為相對(duì)更高的伽馬值與更低的密度值，由于巖性變化頻繁、單層厚度薄形成測(cè)井曲線鋸齒狀波動(dòng)頻繁的總體面貌。湖泊相沉積（Y65 井）如圖4。

圖3 曲河流沉積相（Y64 井）Fig.3 Meandering river sedimentary facies (hole Y64)

3）潮坪相和潟湖相。以Y50 井為例，包含潮坪相和潟湖相，并呈現(xiàn)潮坪相與潟湖相交替發(fā)育的特征。潮坪相由下部單元潮間帶亞相與上部單元潮上帶亞相組成，潮間帶亞相發(fā)育細(xì)砂巖、泥質(zhì)灰?guī)r和灰?guī)r主要標(biāo)志，潮上帶亞相主要發(fā)育粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖、碳質(zhì)泥巖為特征。潟湖為細(xì)粒沉積，包括泥巖、碳質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖和煤線，巖性與湖泊相相似，但是垂向上相鄰層序?yàn)槌逼合嗪吞妓猁}臺(tái)地相均含海相組分。測(cè)井響應(yīng)上，潟湖相沉積由于主要以細(xì)粒沉積為主，其伽馬值比潮坪相地層更高。當(dāng)巖性頻繁變化時(shí)，伽馬曲線呈鋸齒狀擺動(dòng)。而由于本井的潮坪沉積主要以致密的砂巖、粉砂巖為主，因此，密度測(cè)井上表現(xiàn)為潮坪相密度更高，曲線平直；而潟湖相沉積密度相對(duì)更低，且變化更大。煤層則呈現(xiàn)出“低伽馬、低密度、高電阻率”的測(cè)井響應(yīng)特征。潮坪相和潟湖相沉積（Y50 井）如圖5。

圖4 湖泊相沉積（Y65 井）Fig.4 Lake sedimentary facies (hole Y65)

3.2 沉積環(huán)境演化

3.2.1 筠連地區(qū)晚二疊世沉積環(huán)境演化

以筠連地區(qū)Y1 井為例，對(duì)鉆遇的上二疊統(tǒng)地層進(jìn)行觀察。四川筠連地區(qū)及鄰區(qū)晚二疊世沉積環(huán)境與煤層分布關(guān)系如圖6。

共識(shí)別出2 類沉積相組合。下段的下部為曲流河相，發(fā)育河道、河漫灘2 個(gè)亞相，不含煤，二元結(jié)構(gòu)和旋回性明顯。河道沉積為灰色、相對(duì)粗粒的細(xì)砂巖和粉砂巖；河漫灘沉積為灰色、灰黑色泥巖和粉砂質(zhì)泥巖。該段地層總體以相對(duì)粗粒的河道微相沉積為主。

下段的上部演變?yōu)榍骱?沼澤相，發(fā)育河道、河漫灘和沼澤微相，區(qū)內(nèi)主力煤層C7+C8 煤分布在該段的上部。該段地層河漫灘發(fā)育，巖性主體以細(xì)粒的灰色、灰黑色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、碳質(zhì)泥巖為主；河道微相發(fā)育較少，巖性以灰色細(xì)砂巖為主。沼澤微相以煤層分布為特征，發(fā)育在河漫灘微相之上，是河漫灘沼澤化后的產(chǎn)物。

上段同樣為曲流河-沼澤相，發(fā)育河道、河漫灘和沼澤微相，巖性和巖相組合與第三次層序類似。地層總體以河漫灘沉積為主，沼澤微相中沉積了區(qū)內(nèi)主要煤層C2+C3 煤。

圖5 潮坪相和潟湖相沉積（Y50 井）Fig.5 Tidal flat and lagoon sedimentary facies (hole Y50)

綜上，Y1 井在晚二疊世早期為曲流河沉積環(huán)境，無(wú)煤層沉積；隨著時(shí)間的演化，轉(zhuǎn)變?yōu)榍骱?沼澤沉積環(huán)境，并持續(xù)到了晚二疊世的末期，在曲流河-沼澤相中沉積了主力煤層C7+C8 煤、主要煤層C2+C3 煤層以及少量煤線。

3.2.2 鄰區(qū)沉積環(huán)境與沉積體系

四川筠連地區(qū)屬于川南煤田，地理位置與滇東北煤田、黔西北煤田相鄰，同屬于上二疊統(tǒng)含煤盆地，蘊(yùn)藏著豐富的煤炭和煤層氣資源。在筠連地區(qū)，煤層氣開(kāi)發(fā)獲得了產(chǎn)量突破，為我國(guó)南方唯一的煤層氣生產(chǎn)基地，開(kāi)發(fā)的主力層系為樂(lè)平組下段的C7+C8 煤層以及樂(lè)平組上段的C2+C3 煤層[20]。

結(jié)合鉆孔巖心觀察、野外露頭觀測(cè)以及實(shí)測(cè)剖面的綜合分析發(fā)現(xiàn)：四川敘永地區(qū)整個(gè)樂(lè)平組發(fā)育2 類沉積相組合，下段為潮坪-潟湖-沼澤相，呈現(xiàn)出潮坪-潟湖到潮坪-潟湖-沼澤的演化趨勢(shì)；上段為碳酸鹽臺(tái)地相，以厚層、巨厚層的灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r為特征，縱向上體現(xiàn)為海陸過(guò)渡相+淺海相組合。敘永小區(qū)往西到雄赫東區(qū)、洛旺-馬河地區(qū)，沉積環(huán)境發(fā)生了明顯的變化，樂(lè)平組下段自下而上發(fā)育河流-湖泊相和河流-湖泊-沼澤相，并呈現(xiàn)出河流-湖泊向河流-湖泊-沼澤演化的趨勢(shì)；而樂(lè)平組上段則演化為潮坪-潟湖-沼澤相，總體體現(xiàn)為陸相+海陸過(guò)渡相特征。橫向上已經(jīng)可以明顯看到大致由東向西的海水入侵作用，樂(lè)平組上下2 段沉積環(huán)境都與東部敘永地區(qū)相差別。而筠連及以西的小草壩地區(qū)，整個(gè)樂(lè)平組均表現(xiàn)為陸相沉積，發(fā)育2 類沉積相組合，分別為河流-湖泊相和河流-湖泊-沼澤相，并呈由河流-湖泊向河流-湖泊-沼澤演化趨勢(shì)（圖6）。

圖6 四川筠連地區(qū)及鄰區(qū)晚二疊世沉積環(huán)境與煤層分布關(guān)系圖Fig.6 Map showing the sedimentary facies and coal measures distribution in Junlian and adjacent areas

4 沉積環(huán)境與有利層位

綜上，筠連及鄰區(qū)晚二疊世樂(lè)平組煤的沉積環(huán)境主要可分為2 大類：一類為河流-湖泊-沼澤相，另一類為潮坪-潟湖-沼澤相。對(duì)于C7+C8 煤層而言，潮坪-潟湖-沼澤相的煤主要分布在四川敘永及其以東的地區(qū)，筠連及其以西的地區(qū)成煤環(huán)境演化為河流-湖泊-沼澤相。

通過(guò)對(duì)比不同沉積環(huán)境的煤層特征發(fā)現(xiàn)：不同沉積環(huán)境下煤的規(guī)模、厚度、穩(wěn)定性和煤質(zhì)等各不相同，導(dǎo)致其具備不同的生烴潛力、保存條件，進(jìn)而影響煤層氣的開(kāi)發(fā)潛力。筠連及鄰區(qū)河流-沼澤相帶的煤層厚度最大、穩(wěn)定性和煤質(zhì)最好，同時(shí)，由于煤層之上多為厚層的河漫灘細(xì)粒沉積，具備良好的保存條件，含氣量也相對(duì)更高；而潮坪-潟湖-沼澤相帶的煤層普遍規(guī)模更小、厚度更薄、橫向分布更不穩(wěn)定，煤質(zhì)相對(duì)也更差，生氣潛力和吸附能力差于河湖-沼澤沉積體系的煤。因此，有利的沉積相帶應(yīng)為河湖-沼澤沉積體系。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)：小草壩地區(qū)煤層雖然也為河湖-沼澤相，但由于靠近西部物源區(qū)，成煤條件差，形成厚度薄、橫向變化大的不穩(wěn)定煤層。

通過(guò)對(duì)研究區(qū)及鄰區(qū)煤層的詳細(xì)對(duì)比，以筠連地區(qū)為參考標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一進(jìn)行煤層編號(hào)得出：數(shù)十層煤中，按照煤層發(fā)育的規(guī)模、厚度、穩(wěn)定性等條件可明顯分為3 個(gè)檔次。筠連的C7+C8 煤層（對(duì)應(yīng)于黔西的M16 和M18 煤層以及滇東北的C5+C6 煤層組）規(guī)模最大、厚度最厚、最為穩(wěn)定，應(yīng)為研究區(qū)及鄰區(qū)的主力煤層，產(chǎn)氣潛力最好。其次為樂(lè)平組上段的C2+C3+C4 煤層，為次一級(jí)有利層段。樂(lè)平組下段的潮坪-潟湖-沼澤相C9+C10+C11 煤層相對(duì)最差（圖6），根據(jù)晚二疊世沉積環(huán)境特征，C9+C10+C11 煤層組更有利的地區(qū)位于研究區(qū)更靠東的區(qū)域。

5 結(jié) 論

1）研究區(qū)晚二疊世樂(lè)平組自下而上，年代地層限于上二疊統(tǒng)吳家坪階和長(zhǎng)興階；巖石地層采用樂(lè)平組，劃分為下段和上段。

2）研究區(qū)由西到東處于近海平原相區(qū)與海岸相區(qū)，近海平原相區(qū)屬于河湖-沼澤沉積體系，并呈現(xiàn)出從河流-湖泊→河流-湖泊-沼澤的演化趨勢(shì)；海岸相區(qū)為碳酸鹽巖與碎屑巖混源障壁海岸沉積體系（包括：潮坪相、潟湖相、沼澤相），并呈現(xiàn)出從潮坪-潟湖→潮坪-潟湖-沼澤的演化趨勢(shì)?？傮w呈現(xiàn)出由東向西的海侵過(guò)程。

3）煤層是河流、湖泊沼澤化和潮坪、潟湖沼澤化的產(chǎn)物，有利的沉積相帶為距離康滇古陸一定距離的河湖-沼澤相。

4）川南的C7+C8 煤層組對(duì)應(yīng)于黔西的M16 和M18 煤層組以及滇東北地區(qū)的C5+C6 煤層組，位于樂(lè)平組下段的頂部，其為研究區(qū)穩(wěn)定分布、最具煤層氣勘探潛力的主力煤層，應(yīng)為煤層氣勘探的最重要的有利層位。