古地理学报

岩石类型	岩相	代码	岩石特征	沉积环境解释
砾岩	基质支撑砾岩	Gms	杂色砾岩,分选性差,基质支撑砾石,无叠瓦状排列, 无内部层理,层面偶见碳屑,有冲刷面	分流河道
砂岩	砂纹层理砂岩	Sr	浅灰色—深灰色,分选性好,磨圆度圆状—次圆状	分流间湾
	块状砂岩	Sm	呈厚层状,内部层理不清晰	河口坝
	楔状层理砂岩	Sta	浅灰色—深灰色,部分具风化面,浅黄褐色,砂岩粒径较细	河口坝
	平行层理砂岩	Sh	灰白色,分选较好,磨圆度圆状—次圆状,层理面可见剥离线理	分流河道
	块状含砾砂岩	Smg	砾石定向性差,分选差,常含树干,具冲刷面	分流河道
	包卷层理砂岩	Sc	准同生变形层理发育	河口坝
	透镜状层理砂岩	SI	灰色中粗粒砂岩,呈小规模透镜状产出	分流河道
	块状粉砂岩	Sim	层理不清晰	泛滥平原、远沙坝
	水平层理粉砂岩	Sih	浅灰色—灰色,多为泥质粉砂岩,分选磨圆较好,硅质胶结	各种环境
	砂纹层理粉砂岩	Sir	有时为波状层理或发育波痕	分流间湾
泥岩	碳质泥岩	Mc	黑灰色,性脆,富含大量植物化石,小刀可刻划, 其粉末具有滑腻感,偶见暗煤条带,含树干化石	泥炭沼泽
	暗色泥岩	Md	具水平层理或呈块状	滨浅湖
	紫红色、杂色泥岩	Mr	具水平层理或呈块状	滨浅湖
	灰色、灰绿色泥岩	Mg	具水平层理	滨浅湖
	菱铁质结核及泥岩	Msi	包括菱铁质结核、菱铁质泥岩及菱铁质粉砂岩	分流间湾
煤	煤	C	黑色煤,薄层—中厚层层状	泥炭沼泽、分流间湾、滨湖

岩石类型	岩相	代码	岩石特征	沉积环境解释
砾岩	基质支撑砾岩	Gms	杂色砾岩,分选性差,基质支撑砾石,无叠瓦状排列, 无内部层理,层面偶见碳屑,有冲刷面	分流河道
砂岩	砂纹层理砂岩	Sr	浅灰色—深灰色,分选性好,磨圆度圆状—次圆状	分流间湾
	块状砂岩	Sm	呈厚层状,内部层理不清晰	河口坝
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	平行层理砂岩	Sh	灰白色,分选较好,磨圆度圆状—次圆状,层理面可见剥离线理	分流河道
	块状含砾砂岩	Smg	砾石定向性差,分选差,常含树干,具冲刷面	分流河道
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	块状粉砂岩	Sim	层理不清晰	泛滥平原、远沙坝
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煤	煤	C	黑色煤,薄层—中厚层层状	泥炭沼泽、分流间湾、滨湖

沉积体系	沉积相	沉积类型	岩相类型
辫状河三角洲	辫状河三角洲平原	分流河道	Gms,Sh,Smg,SI,Sm
		分流间湾	Sr,Sir,Sih,Mc,C
	辫状河三角洲前缘	河口坝	Sta,Sc
		远沙坝	Sir
	前三角洲	前三角洲	Sir,Md
曲流河三角洲	曲流河三角洲平原	分流河道	Gms,Sh,Smg,SI
		决口扇	Sih
		泛滥盆地	Sim,Mg
		分流间湾	Sr,Sir,Sih,Mg,Mc,C
		泥炭沼泽
	曲流河三角洲前缘	河口坝	Sta,Sc
		远沙坝	Sir
	前三角洲	前三角洲	Sir,Md
湖泊	滨浅湖	浅湖泥	Mg,Md
		滨湖沙坝	Sta,Sc,Sir,Sh
	半深湖	半深湖	Md

沉积体系	沉积相	沉积类型	岩相类型
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聚煤环境	沉积相	煤层层数	稳定程度	煤层总厚	共生的主要岩石类型
分流间湾	辫状河三角洲	少	不稳定	薄—中等	砾岩
分流间湾	曲流河三角洲	多	稳定	厚	砂岩、泥岩、粉砂岩
三角洲间湾	多	稳定	特厚	泥岩、粉砂岩
湖湾沼泽	湖泊	少	较稳定	薄	粉砂岩、泥岩、碳质泥岩

聚煤环境	沉积相	煤层层数	稳定程度	煤层总厚	共生的主要岩石类型
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湖湾沼泽	湖泊	少	较稳定	薄	粉砂岩、泥岩、碳质泥岩

吐哈盆地台北凹陷中侏罗统西山窑组河湖相层序-古地理及聚煤作用^*

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陈梦冉 ¹ , 邵龙义 ¹ , 黄蝶芳 ² , 黄杨杨 ¹ , 李新宁 ² , 马跃东 ¹ , 王兴刚 ²

古地理学报 | 岩相古地理学与沉积学 2026,28(2): 678-694

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古地理学报 |岩相古地理学与沉积学 2026 , 28 (2) : 678 -694

吐哈盆地台北凹陷中侏罗统西山窑组河湖相层序-古地理及聚煤作用^*

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CHEN Mengran,born in 1999,is a Ph.D. candidate at School of Earth Sciences and Surveying Engineering,China University of Mining and Technology(Beijing),majoring in Geology. E-mail: 2544760899@qq.com.

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CHEN Mengran,born in 1999,is a Ph.D. candidate at School of Earth Sciences and Surveying Engineering,China University of Mining and Technology(Beijing),majoring in Geology. E-mail: 2544760899@qq.com.

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陈梦冉,女,1999年生,中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院博士研究生,地质学专业。E-mail: 2544760899@qq.com。

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陈梦冉,女,1999年生,中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院博士研究生,地质学专业。E-mail: 2544760899@qq.com。

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陈梦冉¹, 邵龙义¹, 黄蝶芳², 黄杨杨¹, 李新宁², 马跃东¹, 王兴刚²

作者信息

1 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京 100083

2 中国石油吐哈油田分公司勘探开发研究院,新疆哈密 839009

通讯作者:

邵龙义,男,1964年生,工学博士,中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院教授、博士生导师,长期从事沉积学和煤田地质学教学及研究工作。E-mail: ShaoL@cumtb.edu.cn。

作者简介:

陈梦冉,女,1999年生,中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院博士研究生,地质学专业。E-mail: 2544760899@qq.com。

Sequence-palaeogeography and coal accumulation of fluvio-lacustrine facies in the Middle Jurassic Xishanyao Formation in Taibei sag,Tuha Basin

Mengran CHEN¹, Longyi SHAO¹, Diefang HUANG², Yangyang HUANG¹, Xinning LI², Yuedong MA¹, Xinggang WANG²

Affiliations

1 College of Geoscience and Surveying Engineering,China University of Mining and Technology(Beijing),Beijing 100083,China

2 Exploration and Development Research Institute,Tuha Oilfield Branch,PetroChina,Xinjiang Hami 839009,China

Corresponding Author:

SHAO Longyi,born in 1964,doctor of engineering,is a professor and doctoral supervisor at the College of Geoscience and Surveying Engineering,China University of Mining and Technology(Beijing),with main reasearch interests in sedimentology and coal geology. E-mail: shaol@cumtb.edu.cn.

CHEN Mengran,born in 1999,is a Ph.D. candidate at School of Earth Sciences and Surveying Engineering,China University of Mining and Technology(Beijing),majoring in Geology. E-mail: 2544760899@qq.com.

出版时间: 2026-04-01 doi: 10.7605/gdlxb.2026.052

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摘要

收起

利用露头剖面及钻井岩心资料对吐哈盆地台北凹陷中侏罗统西山窑组层序—古地理及聚煤规律进行研究。将台北凹陷西山窑组划分为2个三级层序,层序Ⅰ对应西山窑组一、二段,层序Ⅱ对应西山窑组三、四段。基于对地层厚度、砂岩厚度及砂泥比等单因素等值线图的综合分析,恢复了2个三级层序的岩相古地理格局。台北凹陷南北两侧主要发育辫状河三角洲和曲流河三角洲古地理单元,中部主要发育湖泊古地理单元; 物源来自北部的博格达山和南部的觉罗塔格山。从西山窑组一、二段到西山窑组三、四段,台北凹陷经历了沼泽化(层序Ⅰ)—湖泊化(层序Ⅱ)的过程,总体为河湖相沉积背景。聚煤作用以层序Ⅰ中的西山窑组二段最强,聚煤中心位于台北凹陷北部山前带柯柯亚地区,分布在三角洲平原泥炭沼泽古地理单元; 层序Ⅱ聚煤作用弱,不含或仅含少量薄煤层。研究基于层序地层学与古地理学理论,系统分析聚煤作用及煤层分布特征,可为区内煤层气资源的勘探开发及勘探区块的评价和优选提供理论支持。

关键词

吐哈盆地 / 西山窑组 / 河湖相 / 层序地层 / 聚煤古地理

Abstract

收起

This study investigates the sequence stratigraphy,palaeogeography,and coal accumulation patterns of the coal-bearing Xishanyao Formation of the Middle Jurassic in the Taibei sag of Tuha Basin,utilizing outcrop profiles and drilling core data. The Xishanyao Formation in the Taibei sag is divided into two third-order sequences,sequence I corresponds to the first and second members of the Xishanyao Formation,while sequence II corresponds to the third and fourth members. Based on a series of contour maps of lithological parameters such as stratigraphic thickness,sandstone thickness,and sandstone-to-mudstone ratio,the palaeogeographic outlines of the two third-order sequences are reconstructed. The northern and southern parts of the Taibei sag primarily were dominated by braided river deltas and meandering river deltas,while the central area was characterized by lacustrine environment. The provenance came from the northern Bogda Mountains and the southern Juelotag Mountains. From the first and second members to the third and fourth members of the Xishanyao Formation,the Taibei sag underwent a transition from swamp-dominated(sequence I)to lacustrine conditions(sequence Ⅱ),characterizing a fluvio-lacustrine sedimentary environment. The most intensive peat accumulation occurred in the second member of the Xishanyao Formation within sequence I,with the coal accumulation center located in the northern foothills of the sag,especially in the Kekeya area,which was situated in palaeogeographic settings such as delta plains and peat swamps. In contrast,coal accumulation in sequence II was weak,with only thin or no coal seams developed. The results of this study on sequence stratigraphy,palaeogeography,and coal accumulation patterns provide a theoretical basis for coalbed methane exploration and development,as well as for the evaluation and selection of exploration blocks in the Taibei sag.

Key words

Tuha Basin / Xishanyao Formation / fluvio-lacustrine facies / sequence stratigraphy / coal accumulation palaeogeography

引用本文

陈梦冉, 邵龙义, 黄蝶芳, 黄杨杨, 李新宁, 马跃东, 王兴刚. 吐哈盆地台北凹陷中侏罗统西山窑组河湖相层序-古地理及聚煤作用^*. 古地理学报, 2026 , 28 (2) : 678 -694 . DOI: 10.7605/gdlxb.2026.052

Mengran CHEN, Longyi SHAO, Diefang HUANG, Yangyang HUANG, Xinning LI, Yuedong MA, Xinggang WANG. Sequence-palaeogeography and coal accumulation of fluvio-lacustrine facies in the Middle Jurassic Xishanyao Formation in Taibei sag,Tuha Basin[J]. Journal of Palaeogeography (Chinese Edition), 2026 , 28 (2) : 678 -694 . DOI: 10.7605/gdlxb.2026.052

正文

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吐哈盆地是典型的陆相聚煤盆地,发育侏罗纪含煤岩系,煤的镜质体反射率范围为0.40%~0.83%,多为褐煤、长焰煤和气煤,盆地内煤和煤层气资源丰富(张鹏飞等,1997),近年来随着深部煤层气勘探开发不断取得突破,该盆地被证明具有很好的深部煤层气勘探开发前景(支东明等,2023)。台北凹陷属于吐哈盆地的一级构造单元吐鲁番坳陷中的次一级构造单元,具有优越的油气地质条件,其构造活动相对稳定,烃源岩层埋深较大且热成熟度较高,具备显著的生烃能力。该区域发育多套完整的生储盖配置体系,长期以来被视为吐哈盆地油气勘探的重点目标区(高岗等,2014;苟红光等,2019;梁世君,2020;缪欢等,2023)。

20世纪1990年代以来,前人曾对台北凹陷层序地层进行过诸多研究(冷胜荣等,1994;吴因业,1995;张运东等,1996;李文厚,1997;张元等,2005;李松等,2011),但层序划分方案不尽相同。吴因业(1995)将八道湾组、三工河组及西山窑组下部划分为层序Ⅰ,将西山窑组上部和三间房组划分为层序Ⅱ;李文厚(1997)将三工河组和八道湾组划分为层序Ⅰ,西山窑组划分为层序Ⅱ,三间房组划分为层序Ⅲ。近年来关于吐哈盆地西山窑组层序地层研究较少,针对台北凹陷西山窑组层序地层及聚煤古地理研究更是少见(邵龙义等,2009)。沉积相带对煤系地层的发育特征具有决定性影响,不仅制约着煤层的空间展布、有机质丰度及横向连续性,还直接关系到煤层气的生成能力和储集条件。针对多煤层发育区,层序地层对煤富集规律及气藏形成机制起着关键性控制作用。在层序地层与古地理的理论指导下,油气资源勘探取得了重大的成功,同时油气勘探的实践也进一步推动了古地理学理论的发展和完善(朱筱敏等,2004)。特别是近几年来,中国非常规油气工业进入快速发展的黄金阶段,非常规油气沉积学研究受到越来越多的关注和重视(邹才能和邱振,2021)。

本研究以钻井岩心和露头剖面资料为基础,对吐哈盆地台北凹陷西山窑组进行层序地层分析,并对各层序的岩相古地理及聚煤规律进行研究,分析层序地层格架下的聚煤中心分布及迁移规律,以期为区内煤层气资源的勘探开发及勘探区块的评价和优选提供理论支持。

1 地质概况

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吐哈盆地位于中国新疆东部(图 1-a,1-b),作为典型的内陆山间盆地,其平面展布呈东西向狭长形态,东西长600 km,南北宽60~80 km,总面积约50 000 km²(Chen et al., 2001;Shen et al., 2020),从构造演化历史来看,该盆地经历了4个重要发展阶段: 晚泥盆世至早二叠世期间主要表现为陆间裂谷的形成; 至晚二叠世转入裂谷萎缩期; 自晚二叠世延续至早中侏罗世演化为前陆盆地; 中晚侏罗世迄今则持续处于盆地整体拗陷阶段。根据前人研究(曹代勇等,1999;邵龙义等,2006),在早中侏罗世区域伸展构造背景下,该盆地主要发育了由冲积扇、三角洲及湖泊相共同构成的沉积体系组合。

吐哈盆地可划分为3个一级构造单元,即吐鲁番坳陷、哈密坳陷和了墩隆起(图 1-c)。台北凹陷属于吐鲁番坳陷中的次一级构造单元,它是吐哈盆地中最大的沉积单元,西起喀拉乌成山,东至了墩隆起,北抵博格达山,西南以托克逊凹陷及艾丁湖斜坡为界,整体呈长方形展布,面积约为9600 km²(曹代勇等,1999;陈彬等,2015;郝爱胜等,2021;雷鸿,2023;董苏醒,2023)。台北凹陷是吐哈盆地多期构造运动中的最主要的沉降区,也是最主要的含油气构造单元(梁世君等,2022)。

吐哈盆地具有双重基底结构,由前寒武纪结晶基底与海西期褶皱基底共同构成。盆地内沉积了厚度近万米的二叠系至新近系地层序列。在这些地层单元中,侏罗系是盆地内发育最全、分布最广、厚度最大的岩性组合以河流—湖泊相碎屑岩及湖沼—河沼相含煤建造为特征的沉积地层,构成盆地内最重要的烃源岩层和勘探目标层(吴因业等,1998;支东明等,2024)。根据钻井资料与地震解释成果,台北凹陷侏罗系可划分为7个地层单元,自下而上依次为: 下侏罗统八道湾组(J₁b)和三工河组(J₁s);中侏罗统西山窑组(J₂x)、三间房组(J₂s)和七克台组(J₂q);上侏罗统齐古组(J₃q)和喀拉扎组(J₃k)。其中,八道湾组与西山窑组是主要的含煤地层: 前者岩性为砂砾岩夹粉砂岩、泥岩及厚煤层,与下伏三叠系呈不整合接触关系; 后者以砂泥岩互层夹厚煤层为特征,与下伏三工河组为整合接触,整体形成于河流-湖泊沉积环境(Shao et al., 2003)。

2 方法

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研究数据包括露头剖面及钻测井资料。根据岩性、沉积构造、测井、沉积体几何形状等沉积特征,对西山窑组岩性特征进行描述和对岩相进行分类,对单井进行沉积相和层序划分,并对东西向的连井剖面沉积相及层序地层进行描述和分析。

层序地层格架和古地理重建对于分析沉积环境与聚煤规律之间的关系具有重要意义。本研究依据Mitchum等(1977)、Van Wagoner等(1990)和Catuneanu(2006)提出的方法,对西山窑组层序地层特征进行分析。层序地层关键面主要表现为层序界面(SB)、初始湖泛面(IFS)和最大湖泛面(MFS)(Posamentier et al.,1988;Posamentier and Allen,1999)。一个完整的层序由低位体系域(LST)、湖侵体系域(TST)和高位体系域(HST)组成(Van Wagoner et al., 1990)。

本研究采用冯增昭(2004)提出的单因素分析综合作图法进行岩相古地理研究。通过对西山窑组典型露头剖面及钻井岩心的系统分析,选取55口代表性钻孔剖面作为研究样本(图 2)。具体研究流程包括: (1)基于钻孔岩心数据,分别统计层序Ⅰ和层序Ⅱ的关键参数: 地层厚度、砂岩厚度(砂岩和砾岩的总厚度)、泥岩厚度(泥岩和粉砂岩的总厚度)以及煤层总厚度,并计算出砂岩厚度/泥岩厚度(砂泥比)的值。(2)在数据统计分析的基础上,编制地层厚度、砂岩厚度、泥岩厚度、泥岩百分含量、砂泥比、煤层厚度等一系列岩性参数的等值线图。地层厚度等值线图反映了沉积期古构造格局,是判断相对隆起和相对凹陷格局的主要依据(冯增昭,1992);砂泥比等值线图反映了主要河道、三角洲砂体以及主要岩相的分布特征,是划分相带和相区的主要依据; 泥岩百分含量等值线图指示了湖泊及沉积中心的发育区(邵龙义等,2009)。(3)以砂泥比等值线为基础,参考地层等厚线图、砂岩等厚线图和泥岩等厚线图,通过综合地质分析,绘制出各层序岩相古地理图。该方法有效实现了沉积相带划分与古地理格局重建。

3 西山窑组岩相及沉积体系类型

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3.1 岩相类型

岩相作为特定沉积环境中形成的岩石组合,是沉积体系的基本构成单元(Miall,1985;冯增昭,2020;Zhang et al., 2023)。基于野外地质调查与钻井岩心观察,研究区西山窑组主要发育砾岩、砂岩、泥岩及煤层。通过系统分析,本研究识别出4大类岩石组合(图 3)和17种岩相类型(表 1)。

3.2 沉积相类型

基于岩相组合特征分析,研究区西山窑组含煤地层主要发育3类沉积体系: 辫状河三角洲、曲流河三角洲以及湖泊(表 2)。从垂向演化特征来看,该组一、二段以三角洲沉积为主(图 2-b,2-c,2-e,2-f),而三、四段则转变为以湖泊沉积占主导(图 2-a,2-d,2-g,2-h)。西山窑组自下而上呈现明显的可容空间持续增加、水动力强度逐步减弱、湖泊范围显著扩张演化趋势。

1)辫状河三角洲。辫状河三角洲是陆相盆地中常见的粗粒沉积类型(朱筱敏等, 2016), 以吐哈盆地砾质三角洲沉积为代表, 吐哈盆地在早、中侏罗世主要为潮湿气候, 山前冲积扇主要为辫状河沉积, 泥石流沉积缺乏, 这种辫状河入湖后形成的三角洲, 称为辫状河三角洲(图 4-a; 图 5-a)。沉积相包括三角洲平原、三角洲前缘及前三角洲, 沉积类型包括分流河道、分流间湾、远沙坝和河口坝, 煤层和碳质泥岩主要发育在三角洲平原的分流间湾中。

2)曲流河三角洲。曲流河三角洲是以砂质沉积为主的三角洲类型,其形成于盆缘断裂活动相对稳定的构造背景下,与以粗碎屑为主的辫状河三角洲存在显著差异。在吐哈盆地范围内,该沉积体系广泛发育,西山窑组三段和四段即为典型代表(图 4-b;图 5-b,5-c)。其特征表现为: (1)具有明显的旋回性,对湖平面波动响应敏感(Zavala et al., 2026); (2)总体属于浅水三角洲类型; (3)煤层横向展布范围广(张鹏飞等,1997)。该体系可划分为3个沉积相: 三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲。其中,三角洲平原进一步细分为分流河道、决口扇、泛滥盆地、分流间湾和泥炭沼泽等沉积类型; 三角洲前缘则发育河口坝(图5-e)、远沙坝等沉积类型。煤层和碳质泥岩主要赋存于分流间湾和泥炭沼泽中(图5-f)。

3)湖泊。西山窑组晚期,整个湖盆范围开始扩张,形成西山窑组沉积期的一个统一湖化期的沉积(图 4-c;图5-d)。湖泊沉积水动力较弱,多为粉砂岩、泥岩、砂质泥岩等颗粒细小的沉积物,较弱的水动力条件使得水平层理和波状层理最为发育。沉积相包括滨浅湖(由于滨湖相和浅湖相缺乏明显鉴别标志,因此统称为滨浅湖相)和半深湖,进一步划分为滨湖沙坝、浅湖泥和半深湖沉积类型。

4 含煤岩系层序地层格架

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4.1 层序地层关键界面

层序地层关键界面包括层序界面、初始湖泛面、最大湖泛面,主要依靠野外露头、钻井岩心及测井曲线的综合分析。

4.1.1 层序界面识别

1)区域不整合面。区域不整合面作为层序划分的重要界面类型,其形成与区域构造活动密切相关。这类界面产生于特定地质时期,当构造抬升作用使下伏地层暴露地表并遭受剥蚀时,导致地层记录出现区域性缺失。以吐哈盆地为例,三道岭矿区西山窑组直接覆盖于二叠系之上,这种不整合接触关系清晰地记录了该区曾发生的构造隆升事件(王佟和邵龙义,2013)。

2)下切谷充填砂岩底部冲刷面。研究区内广泛发育的大型砂体主要形成于低位体系域的下切谷充填过程中。这类砂体底部普遍发育侵蚀不整合面,可作为三级层序界面的重要识别标志。典型实例包括: (1)西山窑组底部厚层砂岩; (2)西山窑组三段和四段底部的砂砾岩层。这些粗碎屑岩的底界通常表现为由河道强烈侵蚀作用形成的区域性冲刷面。通过沉积学分析发现,冲刷面上下地层在沉积环境特征、古生物群落、碎屑组分及地球化学指标等方面均表现出显著差异,这种突变现象为层序界面的识别提供了可靠依据。

3)地层岩性和颜色突变面。上下地层的岩性和颜色突变为层序界面(侯海海等,2022)。其主要表现为砂岩与泥岩、砂砾岩与煤层、砂砾岩与砂岩或泥岩及砾岩与砂岩之间的转换面等。如果上、下2套岩层颜色发生突变,说明2种岩性形成条件有明显差别(古气候、沉积环境等),可将这种颜色突变面视为层序界面。在本研究区内,部分层段可见西山窑组顶部发育灰色泥岩,而其上覆的三间房组底部则主要为紫红色泥岩。这一岩性组合特征指示了古气候环境由湿润向干旱的转变,代表了一次区域性的气候旋回转换界面,因而可作为三级层序划分的重要标志。

4.1.2 初始湖泛面和最大湖泛面识别

1)初始湖泛面。据经典层序地层学理论,初始湖泛面代表湖水首次越过坡折带或充填下切河谷后形成的沉积界面,该界面构成了低位体系域与湖侵体系域之间的分界。在研究区内,初始湖泛面通常表现为一套河道砂砾岩被细粒沉积物(如泥岩、粉砂质泥岩或粉砂岩)所覆盖,并以该类细粒沉积单元的底界为识别标志。在测井响应上,该界面多对应于自然伽马值显著升高和电阻率明显降低的特征。

2)最大湖泛面。该类界面在区域内分布广泛,构成了湖侵体系域与高位体系域之间的分界。其典型特征常表现为以下2种形式: 一是在向上粒度变细、水体加深的沉积序列中,相对厚层泥岩或粉砂质泥岩的顶面; 二是在具有规律性重复出现的沉积旋回中,末次旋回内厚层泥岩或其他细粒沉积物的顶面。该类界面具有层位稳定、岩性均一、等时性良好及识别特征明显等特点,因而常被选作时间地层单元进行等时对比的关键界面。在测井响应上,通常显示为高自然伽马和低电阻率的特征(Li et al., 2018)。

4.2 吐哈盆地台北凹陷中侏罗统西山窑组层序地层格架

根据层序地层关键界面的识别,将台北凹陷西山窑组划分为2个三级层序,层序I对应西山窑组一、二段,主要为三角洲沉积,层序Ⅱ对应西山窑组三、四段,主要为湖泊沉积。

4.2.1 单井剖面层序地层分析

勒4井位于吐哈盆地台北凹陷北部山前带,该钻井剖面中西山窑组累计厚度为593 m(图 6)。西山窑组与下伏三工河组及上覆三间房组均为整合接触。西山窑组一、二段发育细砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层,以粉砂岩、泥岩和煤层为主,以曲流河三角洲平原沉积为主; 三、四段以厚层泥岩为主,仅含少量薄煤层,以滨浅湖沉积为主。根据层序界面及综合研究资料分析,将西山窑组划分为2个层序。层序Ⅰ对应于西山窑组一、二段,发育低位体系域、湖侵体系域和高位体系域,低位体系域底部以西山窑组与三工河组之间的岩性突变面为界,低位体系域和湖侵体系域之间的初始湖泛面以细砂岩之上粉砂岩底部为界,湖侵体系域和高位体系域之间的最大湖泛面以中部大段粉砂岩、泥岩夹煤层顶部为界,低位体系域发育分流河道沉积,湖侵体系域发育分流间湾和泥炭沼泽沉积,高位体系域发育分流间湾沉积。层序Ⅱ对应于西山窑组三、四段,发育低位体系域、湖侵体系域和高位体系域,低位体系域底部以西山窑组三段和二段之间的岩性突变面为界,低位体系域和湖侵体系域之间的初始湖泛面以细砂岩之上泥岩底部为界,湖侵体系域和高位体系域之间的最大海泛面以中部大段泥岩顶部为界,低位体系域发育滨湖沙坝沉积,湖侵体系域发育浅湖泥沉积,高位体系域发育浅湖泥沉积。

4.2.2 东西向连井剖面沉积相及层序地层特征

为揭示台北凹陷西山窑组沉积相在层序地层格架中的空间分布规律,本研究选取近东西向连井剖面进行分析。该连井剖面从西向东依次包括: 胜北洼陷的泉901井、恰1井,丘东洼陷的核4井、阿2井、勒4井、照1井及红旗1井,小草湖洼陷的大步2井。

该剖面从西向东,地层呈现“薄—厚—薄”的分布格局(图 7),其中丘东洼陷的红旗1井地层厚度显著大于邻近钻井。且以湖相泥质沉积为主,说明该井位可能位于或邻近沉积中心区域。在层序I沉积期,研究区主要发育曲流河三角洲沉积: (1)低位体系域以分流河道砂砾岩和厚层砂岩为主,砂砾岩主要见于照壁山地区(照1井);(2)湖侵体系域及高位体系域则主要发育粉砂岩、泥岩夹煤层沉积。这种岩性组合变化反映了基准面升降旋回对沉积过程的控制作用。在层序Ⅱ沉积期,以滨浅湖沉积为主,普遍发育滨湖沙坝和浅湖泥。其中,东部的照1井和红旗1井存在多层辫状河三角洲砾岩,这可能是因为在层序Ⅱ沉积期,燕山运动使得博格达山开始隆升,在快速隆升时期,凹陷基底进一步下降,水体加深,碎屑物质向湖盆中央进积,但北部盆地边缘沉积物易向前滑塌,并且发育辫状河三角洲砾岩的钻井基本上都位于台北凹陷北侧,靠近北部物源博格达山。

5 岩相古地理分析

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5.1 层序Ⅰ岩相古地理

层序Ⅰ对应西山窑组一、二段,地层厚度在68.8~858 m之间,平均厚度426 m,整体厚度变化较大。地层厚度横向上由西向东逐渐变厚,纵向上由南向北逐渐变厚。整体上,最厚处出现在北部山前带地区,平均达700~800 m(图 8)。沉积期内砂泥比是划分沉积相带的主要依据(Li et al., 2018)。砂泥比高、砂岩厚度大的区域,一般是冲积扇、古河道发育的位置; 砂泥比低、泥岩厚度较大的区域,一般是湖泊等水体相对较深的位置(冯增昭,2004)。研究区砂泥比高值区位于南部跃1井附近,中北部整体砂泥比均较小,基本小于0.5(图9; 图 10)。煤层厚度变化在0~142 m之间,平均为39.6 m,主要分在北部山前带柯柯亚地区,发育2个聚煤中心,分别位于柯柯亚地区和红探2井附近,其中柯柯亚地区煤层厚度可达142 m(图 11),向东、西逐渐递减,反映出沼泽环境发育位置。

结合地层厚度、砂岩厚度以及砂泥比等值线图变化等特征,对西山窑组层序Ⅰ岩相古地理进行恢复。层序Ⅰ在台北凹陷南、北部发育曲流河三角洲沉积,南部物源方向来自南部的觉罗塔格山,北部物源方向来自北部的博格达山。南部三角洲规模明显大于北部,可能因为在西山窑组沉积初期,北部博格达山刚刚开始发生隆升,物源有限。层序Ⅰ时期属于早期的泥炭化沼泽沉积阶段,水体较浅,三角洲发育,聚煤作用广泛发生,形成区内主要可采厚煤层。

5.2 层序Ⅱ岩相古地理

层序Ⅱ对应西山窑组三、四段,整体厚度变化较大,地层厚度在35.8~667.5 m之间,平均厚度308 m(图 12)。地层厚度变化与层序Ⅰ时期相似,横向上变化由西向东逐渐变厚,纵向上由南向北逐渐变厚,最厚处依旧出现在北部山前带地区。但沉积中心与沉降中心明显向北迁移。东部的砂泥比值明显比西部更大,西部泉901井和东部跃1井附近存在砂泥比较高值(图13; 图 14)。煤层厚度变化在0~48.5 m之间,平均6.12 m。平面上,聚煤作用呈现明显的单中心发育特征,聚煤中心位于柯柯亚地区,其他区域仅含薄煤层或不发育煤层(图 15)。层序Ⅱ时期为持续湖化期,以湖泊沉积为主,水体比较深,不利于聚煤。博格达山和哈尔里克山在当时多已沉入水下,不再提供主要物源。

6 层序—古地理演化及聚煤规律分析

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台北凹陷西山窑组是在三工河期扩张湖盆基础上形成的充填序列。该时期吐哈盆地边缘构造活动相对稳定,地形平缓,因此西山窑组整体以细粒沉积为主(张鹏飞等,1997)。研究识别出的沉积相主要包括辫状河三角洲、曲流河三角洲及湖泊。

从吐哈盆地中侏罗世古地理演化特征可以看出,吐哈盆地经历了沼泽化—湖泊化过程,沼泽化时间为中侏罗世西山窑组层序Ⅰ沉积期,沼泽化之前均有陆源碎屑的充填过程; 湖泊扩张期为中侏罗世西山窑组层序Ⅱ沉积期,在湖水较深的背景下,沼泽多已消失,代之而起的是三角洲砂体和湖相泥岩。但层序Ⅰ和层序Ⅱ物源区及物源方向均未发生改变,沉积中心和聚煤中心有较好的对应关系,且两者均位于北部山前带地区。台北凹陷西山窑组的主要聚煤环境包括三角洲间湾沼泽、分流间湾沼泽和湖湾沼泽(图 16;表 3)。

稳定的构造沉降是发生大规模聚煤作用的关键控制因素,在此基础上形成的泥炭层才可以保存下来(Taylor et al., 1998)。由于水动力减弱、水体封闭、构造稳定以及温暖湿润的古气候条件,曲流河三角洲平原分流间湾沼泽和三角洲间湾沼泽为植被的大量繁殖与有机质保存提供了理想环境。三角洲间湾是指2个三角洲朵体之间的低能浅水环境,受两侧朵体遮挡,沉积动力较弱,以泥质和菱铁质细粒沉积为主。在弱氧甚至缺氧的静水条件下,泥炭层持续发育,最终在适度的沉积速率与构造沉降作用下形成了广泛分布而较厚的煤层,是陆相煤炭形成的重要沉积环境。

在层序地层格架的控制下,台北凹陷中煤层的发育呈现出明显的规律性,具体表现为从层序Ⅰ到层序Ⅱ,聚煤作用逐渐减弱甚至完全终止。层序Ⅰ煤层主要分布于北部山前带曲流河三角洲平原泥炭沼泽古地理单元,发育2个聚煤中心,分别为柯柯亚地区和疙18井附近,其中柯柯亚地区煤层累计厚度可达142 m,疙18井附近煤层累计厚度在40~60 m之间。层序Ⅱ以滨浅湖沉积为主,大规模聚煤作用基本终止,仅含少量薄煤层或不发育。

台北凹陷煤层分布规律及其主控因素研究表明, 该区域煤层空间展布具有明显的分带性特征,主要富集于北部山前构造带,且煤层呈现南薄北厚的分布格局。煤层形成的关键控制因素在于古构造背景与沉积环境的协同作用。具体而言,台北凹陷过渡相沉积体系为煤层聚集提供了理想的可容空间,同时温暖湿润的古气候条件促进了植被繁盛,为泥炭堆积提供了充足的有机质来源。这种多因素耦合作用最终导致西山窑组二段发育了大面积的聚煤作用。从层序地层学视角来看,各体系域的聚煤特征呈现明显的差异性: (1)在低位体系域阶段,由于碎屑供给充分、水动力条件活跃,基准面总体呈下降趋势,仅在末期形成少量薄而不连续的煤层; (2)在湖侵体系域阶段,可容空间增加速率与泥炭堆积速率达到动态平衡,形成厚度大且分布稳定的优质煤层; (3)在高位体系域阶段,虽然基准面变化趋于平缓,但较大的可容空间配合细粒沉积物的广泛发育,有利于形成厚度中等、连续性较好的煤层。即便处于聚煤有利环境,低位体系域中也往往难以形成厚度大且连续分布的煤层,这主要是由于该阶段碎屑沉积作用较为活跃,阻碍了泥炭的长期聚集与保存。而在湖侵及高位体系域发育期,碎屑物质供应趋于减少甚至暂停,可容空间增加,同时水动力条件减弱,在适宜的古地理背景配合下,更有利于形成厚而稳定的煤层。因此,煤层的发育与分布受碎屑沉积体系的减弱/废弃与有利聚煤古地理单元的共同控制。从盆地演化的宏观尺度分析,陆相含煤盆地的形成可理解为多期碎屑沉积与沉积静息阶段交替作用的结果。研究区内碎屑沉积强度的变化,很可能与物源区的构造隆升活动存在成因上的关联,这一观点也为认识煤层非均质性提供了新的思路。

本区聚煤特征的形成主要受控于其远离物源区、水动力条件较弱的地理背景,加之三角洲间湾、三角洲平原分流间湾环境中泥炭的堆积速率与可容空间增长速率长期保持平衡,从而有利于形成厚煤层(Fielding,1984;Bohacs and Suter,1997)。在层序Ⅱ发育阶段,柯柯亚地区仍为聚煤中心,煤层累计厚度达48.5 m,其形成机制与持续存在的分流间湾—泥炭沼泽沉积密切相关。结合煤层厚度分布特征及古地理重建成果,建议将台北凹陷北部山前带的柯柯亚地区列为煤层气勘探的优先目标。

7 结论

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1)通过系统分析吐哈盆地台北凹陷区域地质特征及钻井岩心数据,共识别出西山窑组4大类岩石(砾岩、砂岩、泥岩及煤)和17种岩相类型。该组含煤地层发育辫状河三角洲、曲流河三角洲和湖泊3种沉积体系,进一步可细分为8种沉积相和17种沉积类型。

2)在西山窑组识别出区域不整合面、下切谷充填砂岩底部冲刷面及地层岩性和颜色突变面3类层序界面,在此基础上将西山窑组划分为2个三级层序。厚煤层主要形成于碎屑沉积体系显著减弱的湖侵体系域和高位体系域。湖侵期因可容空间增加速率与泥炭堆积速率平衡,发育优质厚煤层。

3)层序Ⅰ以曲流河三角洲沉积为主,层序Ⅱ则转变为湖泊沉积为主。从层序Ⅰ到层序Ⅱ,聚煤作用逐渐减弱。层序Ⅰ煤层主要分布于曲流河三角洲平原泥炭沼泽古地理单元。层序Ⅱ大规模聚煤作用基本终止,仅含少量薄煤层或不发育。

4)台北凹陷聚煤中心位于北部山前带,聚煤古地理单元主要包括三角洲间湾沼泽、三角洲平原分流间湾沼泽和滨浅湖湖湾沼泽。提出研究区三角洲间湾沼泽为主、分流间湾沼泽与湖湾沼泽相辅的聚煤模式。结合煤层厚度分布特征及古地理重建成果,建议将台北凹陷北部山前带的柯柯亚地区列为煤层气勘探的优先目标。

基金

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* 国家自然科学基金项目(42530208)
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2026年第28卷第2期

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文章信息

doi: 10.7605/gdlxb.2026.052

接收时间：2025-08-11
首发时间：2026-09-24
出版时间：2026-04-01

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作者

出版历史

收稿日期：2025-08-11
修回日期：2025-11-28

基金

National Natural Science Foundation of China(42530208)

* 国家自然科学基金项目(42530208)

“14th Five-Year Plan” Forward Looking Basic and Important Science and Technology Project of PetroChina Co.,LTD.(2021DJ2306)

中国石油天然气股份有限公司“十四五”前瞻性基础与关键科技项目(2021DJ2306)

作者信息

1 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京 100083

2 中国石油吐哈油田分公司勘探开发研究院,新疆哈密 839009

通讯作者:

参考文献

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https://castjournals.cast.org.cn/joweb/gdlxb/CN/10.7605/gdlxb.2026.052

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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TxT

岩石类型	岩相	代码	岩石特征	沉积环境解释
砾岩	基质支撑砾岩	Gms	杂色砾岩,分选性差,基质支撑砾石,无叠瓦状排列, 无内部层理,层面偶见碳屑,有冲刷面	分流河道
砂岩	砂纹层理砂岩	Sr	浅灰色—深灰色,分选性好,磨圆度圆状—次圆状	分流间湾
	块状砂岩	Sm	呈厚层状,内部层理不清晰	河口坝
	楔状层理砂岩	Sta	浅灰色—深灰色,部分具风化面,浅黄褐色,砂岩粒径较细	河口坝
	平行层理砂岩	Sh	灰白色,分选较好,磨圆度圆状—次圆状,层理面可见剥离线理	分流河道
	块状含砾砂岩	Smg	砾石定向性差,分选差,常含树干,具冲刷面	分流河道
	包卷层理砂岩	Sc	准同生变形层理发育	河口坝
	透镜状层理砂岩	SI	灰色中粗粒砂岩,呈小规模透镜状产出	分流河道
	块状粉砂岩	Sim	层理不清晰	泛滥平原、远沙坝
	水平层理粉砂岩	Sih	浅灰色—灰色,多为泥质粉砂岩,分选磨圆较好,硅质胶结	各种环境
	砂纹层理粉砂岩	Sir	有时为波状层理或发育波痕	分流间湾
泥岩	碳质泥岩	Mc	黑灰色,性脆,富含大量植物化石,小刀可刻划, 其粉末具有滑腻感,偶见暗煤条带,含树干化石	泥炭沼泽
	暗色泥岩	Md	具水平层理或呈块状	滨浅湖
	紫红色、杂色泥岩	Mr	具水平层理或呈块状	滨浅湖
	灰色、灰绿色泥岩	Mg	具水平层理	滨浅湖
	菱铁质结核及泥岩	Msi	包括菱铁质结核、菱铁质泥岩及菱铁质粉砂岩	分流间湾
煤	煤	C	黑色煤,薄层—中厚层层状	泥炭沼泽、分流间湾、滨湖

岩石类型

岩相

代码

岩石特征

沉积环境解释

砾岩

基质支撑砾岩

Gms

杂色砾岩,分选性差,基质支撑砾石,无叠瓦状排列,
无内部层理,层面偶见碳屑,有冲刷面

分流河道

砂岩

砂纹层理砂岩

浅灰色—深灰色,分选性好,磨圆度圆状—次圆状

分流间湾

块状砂岩

呈厚层状,内部层理不清晰

河口坝

楔状层理砂岩

Sta

浅灰色—深灰色,部分具风化面,浅黄褐色,砂岩粒径较细

河口坝

平行层理砂岩

灰白色,分选较好,磨圆度圆状—次圆状,层理面可见剥离线理

分流河道

块状含砾砂岩

Smg

砾石定向性差,分选差,常含树干,具冲刷面

分流河道

包卷层理砂岩

准同生变形层理发育

河口坝

透镜状层理砂岩

灰色中粗粒砂岩,呈小规模透镜状产出

分流河道

块状粉砂岩

Sim

层理不清晰

泛滥平原、远沙坝

水平层理粉砂岩

Sih

浅灰色—灰色,多为泥质粉砂岩,分选磨圆较好,硅质胶结

各种环境

砂纹层理粉砂岩

Sir

有时为波状层理或发育波痕

分流间湾

泥岩

碳质泥岩

黑灰色,性脆,富含大量植物化石,小刀可刻划,
其粉末具有滑腻感,偶见暗煤条带,含树干化石

泥炭沼泽

暗色泥岩

具水平层理或呈块状

滨浅湖

紫红色、杂色泥岩

具水平层理或呈块状

滨浅湖

灰色、灰绿色泥岩

具水平层理

滨浅湖

菱铁质结核及泥岩

Msi

包括菱铁质结核、菱铁质泥岩及菱铁质粉砂岩

分流间湾

煤

黑色煤,薄层—中厚层层状

泥炭沼泽、分流间湾、滨湖

沉积体系	沉积相	沉积类型	岩相类型
辫状河三角洲	辫状河三角洲平原	分流河道	Gms,Sh,Smg,SI,Sm
		分流间湾	Sr,Sir,Sih,Mc,C
	辫状河三角洲前缘	河口坝	Sta,Sc
		远沙坝	Sir
	前三角洲	前三角洲	Sir,Md
曲流河三角洲	曲流河三角洲平原	分流河道	Gms,Sh,Smg,SI
		决口扇	Sih
		泛滥盆地	Sim,Mg
		分流间湾	Sr,Sir,Sih,Mg,Mc,C
		泥炭沼泽
	曲流河三角洲前缘	河口坝	Sta,Sc
		远沙坝	Sir
	前三角洲	前三角洲	Sir,Md
湖泊	滨浅湖	浅湖泥	Mg,Md
		滨湖沙坝	Sta,Sc,Sir,Sh
	半深湖	半深湖	Md

沉积体系

沉积相

沉积类型

岩相类型

辫状河
三角洲

辫状河三角洲
平原

分流河道

Gms,Sh,Smg,SI,Sm

分流间湾

Sr,Sir,Sih,Mc,C

辫状河三角洲
前缘

河口坝

Sta,Sc

远沙坝

Sir

前三角洲

Sir,Md

曲流河
三角洲

曲流河三角洲
平原

分流河道

Gms,Sh,Smg,SI

决口扇

Sih

泛滥盆地

Sim,Mg

分流间湾

Sr,Sir,Sih,Mg,Mc,C

泥炭沼泽

曲流河三角洲
前缘

河口坝

Sta,Sc

远沙坝

Sir

前三角洲

Sir,Md

湖泊

滨浅湖

浅湖泥

Mg,Md

滨湖沙坝

Sta,Sc,Sir,Sh

半深湖

聚煤环境	沉积相	煤层层数	稳定程度	煤层总厚	共生的主要岩石类型
分流间湾	辫状河三角洲	少	不稳定	薄—中等	砾岩
分流间湾	曲流河三角洲	多	稳定	厚	砂岩、泥岩、粉砂岩
三角洲间湾	多	稳定	特厚	泥岩、粉砂岩
湖湾沼泽	湖泊	少	较稳定	薄	粉砂岩、泥岩、碳质泥岩

聚煤环境

沉积相

煤层层数

稳定程度

煤层总厚

共生的主要岩石类型

分流间湾

辫状河三角洲

少

不稳定

薄—中等

砾岩

分流间湾

曲流河三角洲

多

稳定

厚

砂岩、泥岩、粉砂岩

三角洲间湾

多

稳定

特厚

泥岩、粉砂岩

湖湾沼泽

湖泊

少

较稳定

薄

粉砂岩、泥岩、碳质泥岩