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准东煤田位于准噶尔盆地东部北缘隆起带,克拉美丽山南麓,是中国西北主要含煤区之一,区内侏罗纪西山窑组为重要的含煤地层,其煤炭资源丰富,单位面积含煤量大且地质及开采条件好,具有重要的经济价值和巨大的研究意义。本文综合利用测井、岩芯资料及煤岩分析测试等资料,以层序地层学、沉积学和煤岩煤相学理论为指导,建立准东煤田东部矿区西山窑组含煤岩系层序地层格架,分析层序格架内部的沉积单元构成及沉积体系的演化,结合煤岩石学特征及煤化学特征,探讨煤聚集的地质控制因素及聚煤模式,为研究区煤层的勘探开发、全区煤层对比、聚煤规律的认识等提供理论依据,本次研究取得的主要成果如下:
(1)准东煤田东部矿区侏罗系西山窑组地层可划分为一个完整的三级层序,发育有低位、湖扩和高位体系域,可识别出7个准层序。JSB5为区域不整合面,JSB4为局部不整合面。
(2)研究区西山窑组主要发育辫状河、辫状河三角洲和滨浅湖三种沉积体系类型。其中Sq4低位体系域(Pss1)主要发育辫状河和辫状河三角洲沉积体系,辫状河体系主要分布在研究区西北部,仅研究区东部部白砾滩矿区发育辫状河三角洲沉积体系。湖扩体系域(Pss2-Pss4)辫状河沉积体系向西北部萎缩,滨浅湖沉积体系整体由研究区东南部向西北部扩张,研究区发育辫状河、辫状三角洲和滨浅湖三种沉积体系类型,垂相上三种类型交互沉积。高位体系域早期(PSS5)继承了湖扩域晚期的古地理特征,中期(PSS6)全区大部分地区淤浅,研究区南部发育滨浅湖沉积体系;晚期(PSS7)发育辫状河三角洲和滨浅湖沉积体系。
(3)研究区煤具有惰性组含量高、凝胶化指数较低、结构保存指数范围大、中水分和低-中灰含量、高挥发分产率、特低硫、低磷、中高发热量、无粘结的不粘煤的特点。这些特征说明成煤环境为相对干燥的森林沼泽为主,这是由于泥炭的堆积速率大于基准面上升速率,泥炭沼泽凸起,长期处于偏干燥环境有关。
(4)根据煤相参数的垂向变化,将研究区西山窑组地层划分为四个准层序组。湖扩体系域划分为2个准层序组,由3个小层序构成,单个小层序表现为水退,但总体变现为向上水进的过程;高位体系域划分为1个准层序组,整体表现为水退。根据地下水影响指数、凝胶化指数以及镜惰比参数大小将研究区划分出三种煤相类型即:干燥森林沼泽、湿地森林沼泽Ⅰ和湿地森林沼泽Ⅱ。
(5)聚煤的影响因素为沉积体系展布、湖平面升降变化、构造运动与沉降、物源供给及气候等。基底沉降为泥炭的堆积提供了巨大的可容空间,同时基底沉降的差异性导致煤层聚集中心的迁移,湖平面的扩张和萎缩对成煤造成重要影响,湖平面的快速扩张会淹没泥炭沼泽使成煤过程终止,而大面积萎缩於浅的湖盆又是有利的聚煤场所,河流的大量发育会破坏泥炭沼泽的发育,很难形成具有重要经济价值的煤层,在植物繁茂,温暖潮湿的古气候条件下,不受物源影响,盆地基底沉降与泥炭生长速率持续平衡的地区才是煤层聚集的有利场所。
(6)研究区煤的聚集规律表现为:低位体系域只发育局部的薄煤层或煤线,湖扩和高位体系域的三角洲平原和滨浅湖区有利于聚煤,且煤层向物源方向和盆地边缘变薄和尖灭,区域上连续分布的厚煤层往往是多个准层序叠加的结果。