1)层序界面的识别

在该次鲁西南地区石炭纪— 二叠纪含煤岩系层序地层学研究中, 层序的定义及体系域的划分采用Exxon公司“ Vail” 学派的观点, 即层序是一套相对整合的、成因上有联系的地层单元, 以不整合面及横向上可与之对比的整合面为界(Van Wagoner et al., 1990)。层序底界与层序内初始海泛面之间的地层单元为低位体系域, 初始海泛面与最大海泛面之间为海侵体系域, 最大海泛面与层序顶界面之间为高位体系域。各关键界面主要通过以下标志进行识别:

①区域不整合面:如中奥陶统与上覆上石炭统本溪组之间为区域不整合面, 其上有古风化壳发育(图 2, Sb1), 是一典型的层序界面; ②古土壤层:古土壤层一般是基底暴露经成土作用形成, 通常表现为煤层底板的根土岩, 横向上能够与下切谷充填砂体底面对比的古土壤层是河道间层序界面的良好标志(图 2, Sb2); ③海侵方向转换面:该区16号煤层在区域上可与太行山东麓峰峰地区的太原组8号煤层对比(邵龙义等, 2008b), 以该煤层底面为界, 海侵方向由原来的北东向变为南东向, 可作为层序界面(图 2, Sb2); ④下切谷砂砾岩体底面:伴随着海平面相对下降形成的下切谷充填砂体的底面是层序界面的典型标志, 研究区山西组底部和下石盒子组底部的砂体, 界面上下测井相特征, 即自然伽马曲线及视电阻率曲线有显著差异(图 2, Sb3, Sb4)。

2)初始海泛面的识别

理论上, 初始海泛面为海水首次漫过陆棚坡折或漫过低位域下切谷所形成的海泛面。本次研究将厚层河道砂砾岩之上覆盖的泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩等细粒岩石的底面定为初始海泛面, 亦即低位体系域(LST)与海侵体系域(TST)之间的界面(图 2, SⅢ 3与SⅢ 4)。在没有河道发育的地带, 初始海泛面与层序界面重合(图 2, Sb1与Sb2)。

3)最大海泛面的识别

该界面为一个基准面旋回内基准面抬升速率及可容空间增加速率最大、水体最深时形成的沉积面, 亦即海侵体系域(TST)和高位体系域(HST)之间的界面。在一套向上变细的沉积序列中, 代表水体最深的沉积, 一般为滨、浅海相泥岩、粉砂质泥岩, 这样的岩性一般以相对较大的厚度出现时, 可将其底面作为最大海泛面的位置, 如该区太原组9号石灰岩层可与太原西山毛儿沟灰岩对比(李增学和张新元, 1998), 而毛儿沟灰岩代表当时海侵范围最大的沉积(邵龙义等, 2008b), 因此9号灰岩底面及其下15号煤层顶面代表一个最大海泛面沉积。山西组3号煤层之上的厚层的分流间湾泥岩及粉砂岩, 底部亦是当时最大海泛面之上的沉积。

根据以上层序界面识别原则, 在研究区石炭纪— 二叠纪含煤岩系的本溪组、山西组、太原组和下石盒子组中共识别出5个层序界面, 并将其划分为4个三级层序(图 2)。沿研究区北部近东西向绘制的一条连井剖面(图 3), 可揭示出该区层序地层横向变化的特征。各层序关键界面及展布特征分述如下:

1)层序SⅢ 1

大致对应于上石炭统本溪组及下二叠统太原组下部, 地层厚约40, m, 层序底界面为一区域不整合面, 即奥陶系与石炭系之间的界面。界面之下为奥陶系巨厚层状灰岩, 界面之上为本溪组古风化壳及铝土岩标志层 (图 3, J-7孔、L4-1孔及A4-16孔)。层序SⅢ 1主要发育海侵体系域和高位体系域。

图2

Fig.2

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	图2 巨野郭屯J-7孔煤系沉积相、层序地层综合柱状图（UDP— 上三角洲平原; LDP— 下三角洲平原; DF— 三角洲前缘; PD— 前三角洲; SSL— 滨浅湖; TF— 潮坪; LG— 潟湖; OCS— 滨外碳酸盐陆棚）Fig.2 Comprehensive column of sedimentary faciess and sequence stratigraphy of Borehole J-7 in Guotun, Juye

图3

Fig.3

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	图3 鲁西南巨野煤田东西向层序地层对比图（DC— 分流河道; LG— 潟湖; OCS— 滨外碳酸盐陆棚; TF— 潮坪; WOF— 冲越扇; CS— 决口扇; FB— 泛滥盆地; MC— 曲流河道; PS— 沼泽; IB— 分流间湾; BB— 障壁砂坝）Fig.3 West to east cross section showing sequence stratigraphic framework in the Juye coalfield of southwestern Shandong Province

海侵体系域全区发育, 主要由碳酸盐陆棚相石灰岩、潟湖及沼泽相铝土岩、泥岩、碳质泥岩等组成。风化壳标志着初始海泛面, 代表海侵的开始。海侵面与层序界面基本一致(图 3, J-7孔及A4-16孔), 位于代表风化壳的铝土质黏土岩及泥岩的底面(图 3, J-7孔及A4-16孔), 代表基准面开始上升。

高位体系域也全区发育, 主要由滨外碳酸盐陆棚相石灰岩、潮坪、沼泽及潟湖相粉砂岩、泥质粉砂岩和碳质泥岩组成。最大海泛面位于13号石灰岩的底部(图 3, J-7孔及A4-16孔)。

2)层序SⅢ 2

大致对应于下二叠统太原组中上部, 地层厚约155, m, 层序底界面主要为澙湖、沼泽环境下形成的16号煤层的底面(图 3, J-7孔、L4-1孔及A4-16孔)。层序SⅢ 2主要发育海侵体系域和高位体系域。

海侵体系域全区发育, 主要由碳酸盐陆棚相石灰岩、潮汐三角洲、潟湖与沼泽相碳质泥岩、泥质粉砂岩、细砂岩及煤层组成。16号煤层的底面标志着初始海泛面, 代表海侵的开始。海侵面与层序界面重叠(图 3, J-7孔、L4-1孔及A4-16孔), 为该区典型的海侵方向转换面, 以16号煤层底面为界, 海侵方向由原来的北东向变为南东向(邵龙义等, 2008b)。

高位体系域全区发育, 主要由碳酸盐陆棚相石灰岩、障壁砂坝、潮坪和沼泽相粉砂岩、细砂岩、碳质泥岩及煤层等组成。最大海泛面位于15号上煤层的上覆石灰岩(9号灰岩)的底面(图 3, J-7孔、L4-1孔及A4-16孔)。从联井剖面横向展布来看, 各煤层厚度普遍表现为东部大于西部。

3)层序SⅢ 3

大致对应于中二叠统山西组, 地层厚约70, m, 层序底界面为下三角洲平原分流河道下切谷砂岩底面(图 3各孔Sb3)。层序SⅢ 3发育低位体系域、海侵体系域及高位体系域(图 3, J-7孔)。

低位体系域全区发育, 主要由下三角洲平原分流河道下切谷砂岩组成。下切谷砂岩包括两种形式:一种为单一河道下切谷, 垂向上为一向上变细的沉积序列(图 3, J-7孔、X-12孔、A4-16孔); 另一种为多个河道垂向叠置, 有时, 上部河道对下部下切谷有冲刷作用(图 3, X-17孔及L4-1孔)。从联井剖面横向展布来看, 除X-17孔稍厚外, 低位体系域厚度都比较稳定, 且没有煤层分布。

除X-17孔缺失外, 海侵体系域在其余区域均发育, 主要由分流河道相粗砂岩及中砂岩、分流间湾相细砂岩及粉砂岩、沼泽相泥岩及煤层等组成。初始海泛面主要为代表着分流间湾沉积环境的一套粉砂岩的底面(图 3, J-7孔、L4-1孔及A4-16孔), 有时直接为3号煤层底板。从联井剖面横向展布来看, X-17孔处原本沉积的3号煤层被一套厚层粗砂岩所代表的河道冲刷, 在与其相邻的X-12孔, 3号上煤层被冲刷, 仅保留了3号下煤层, 在L4-1和A4-16孔处, 3号煤层的厚度及分布也受到了该河道的影响, 厚度亦有变薄趋势。

高位体系域全区发育, 主要由粒度总体向上变细的分流间湾、分流河道砂体组成。最大海泛面位于3号煤层的顶面(图 3, J-7孔、X-12孔、L4-1孔及A4-16孔)。从联井剖面横向展布来看, 在高位体系域, 中部的厚度较东西两侧更大。其主要原因仍然是受中部的河道所影响。该体系域没有煤层发育。

4)层序SⅢ 4

大致对应于中二叠统下石盒子组, 地层厚约40~80, m, 层序底界面主要为上三角洲平原曲流河道下切谷(图 3中各孔)。层序SⅢ 4主要发育低位体系域和海侵体系域。由Sb5之上的河道砂岩可知, 层序SⅢ 4的高位体系域被上部河道所冲刷而未能保留。

低位体系域全区发育, 主要由上三角洲平原曲流河道下切谷砂岩组成, 均以厚层或巨厚层状粗粒砂岩为主, 旋回性不明显。从联井剖面横向展布来看, 低位体系域厚度极不均一, X-17孔、X-12孔及A4-16孔比J-7孔和L4-1孔厚度大很多。

海侵体系域全区发育, 主要由粒度不均一的泛滥盆地、决口扇、天然堤及曲流河道砂岩及泥岩等组成, 发育水平层理及波状层理等沉积构造。其初始海泛面主要位于下切谷砂岩的顶界, 亦即岩性突变为粒度很细的泥岩或粉砂岩的底面(图 3中各孔)。