0 引言

构造运动、古气候及沉积环境都能影响煤的形成和分布^[1-3]。古构造条件与沉积环境的匹配关系控制着我国西南地区上二叠统含煤岩系的形成和富煤带的分布^[4]，四川盆地南部上二叠统含煤建造的含煤性主要受构造体系叠加的影响^[5]。筠连地区位于四川盆地南缘，该区上二叠统宣威组因作为煤层气潜力勘探开发区带而备受关注^[5-7]。20世纪80年代初，筠连地区就开始了煤炭资源的勘探工作，并对宣威组沉积相进行了初步划分^[8]，区内动植物化石指示出宣威组主要经历了由陆相到海相过渡的沉积环境变化^[6-7]，煤层厚度和煤质主要受地形、海平面变化等因素控制^[9-10]。前人对筠连地区晚二叠世含煤岩系地层进行的研究多局限于围绕煤矿的地质调查，随着煤层气勘探工作的不断深入，需要对该区含煤岩系地层开展更细致的研究。笔者在前人研究成果的基础上，运用沉积学、区域地质学的基本理论和方法，对区内的沉积环境与聚煤规律进行研究，绘制沉积相平面分布图，探讨聚煤作用的主控因素，以期深入了解区内沉积环境与聚煤作用的耦合关系，为准确预测该地区煤层气资源提供理论依据。

1 区域地质背景

筠连地区位于上扬子板块中部，面积约895 km²，西邻昭通凹陷，南部和东部被威信凹陷包围，北接新华夏系第三沉降带四川盆地南缘^[11-12]（图 1）。区内出露的最老地层为中、上寒武统娄山关群，最新地层为下侏罗统自流井组，缺失上志留统、泥盆系及石炭系，主要沉积的地层为二叠系和三叠系。中二叠统到下三叠统自下而上可划分为栖霞组（P₁q）、茅口组（P₁m）、峨眉山玄武岩组（P₂β）、宣威组（P₂x）、飞仙关组（T₁f）、嘉陵江组（T₁j）。其中，宣威组与研究区东部的龙潭组、长兴组为同期异相沉积。

根据岩性组合特征，将宣威组划分为上、下2段。下段与下伏峨眉山玄武岩组呈假整合接触，以含透镜状菱铁矿为标志，平均厚度为100.4 m，岩性以浅灰色泥质岩为主，砂岩次之，含10余层透镜状、鲕状菱铁矿及少量煤层，根据钻孔资料统计：泥质岩、砂岩、菱铁矿及煤层分别占下段地层总厚度的62%，35%，2%和1%；上段与上覆飞仙关组地层呈整合接触，平均厚度为43.6 m，主要由砂岩、泥质岩、煤层及少量生物碎屑灰岩组成，各组分占上段地层总厚度的百分比为55%，27%，17%和1%。宣威组下段仅含有少量煤线，而上段共含煤9层，其中4层具有工业价值。为研究宣威组上段主要含煤层特征，根据聚煤情况差异，将宣威组上段自下而上划分为3个小层，即L1，L2与L3。

2 沉积相分析

沉积环境与沉积相划分是一个综合分析的过程。由于勘探过程中岩心和野外露头资料有限，在同一勘探区内，通常利用关键取心井的岩心对测井曲线进行标定，从而进行全区地层和沉积相的划分与对比^[13-14]。选取研究区内36口关键取心井的岩心资料对GR测井曲线和R_LLD测井曲线等进行标定，并利用不同沉积微相的岩-电特征，结合古生物、相组合和煤层等特征，对全区沉积相进行划分。宣威组共划分出曲流河、潮坪和混积台地等3种沉积相，河床、堤岸、河漫、潮上带、潮间带、混积局限台地等6种亚相，并进一步划分出12种微相。

2.1 岩-电关系标定

（1）河床亚相

该区发育的河床亚相包括有河床滞留沉积和边滩沉积2个微相（图 2）。

河床滞留微相成分复杂，多为燧石、石英等陆源滞留砂砾岩，大小不均，多呈透镜状，分选中等，位于河流沉积旋回底部，底面为明显冲刷界面。

边滩微相岩屑含量高，以细、粉砂岩为主，有机质成熟度较低，下部具有冲刷现象，发育槽状交错层理，常构成向上变细的序列。单个边滩的电测曲线特征为中—高幅钟形或箱形，多个边滩砂体叠置呈中—高幅钟形、箱形及钟形与箱形复合的曲线形态，曲线齿化、微齿化或光滑，齿中线水平或下倾，或下部水平、上部下倾，顶底面突变接触或底部突变、顶部渐变接触。

（2）泛滥平原亚相

该区发育的泛滥平原亚相包括有天然堤、决口扇、河漫滩、河漫湖泊和河漫沼泽等5个微相（图 2）。

天然堤微相的岩性多为灰色粉、细砂岩，砂质胶结，夹薄层灰色泥岩。灰色泥岩层面分布微量煤化植物碎屑，具波状层理与水平层理，为心滩或边滩砂体上部连续变细的低—中幅钟形曲线细尾部分，较少单独出现，曲线幅度较低，顶底面渐变接触。

决口扇微相以砂质沉积为主，灰色粉砂岩夹薄层泥质粉砂岩，成熟度低，磨圆、分选差，层理发育较少，可见粒序层理，底界具有侵蚀构造，含少量植物茎叶化石。垂向上常与堤岸相、泛滥盆地相共生，剖面呈透镜状，测井曲线以低—中幅指形、漏斗形或钟形为主，曲线光滑或微齿状，顶底面渐变接触。

河漫滩及河漫湖泊微相的测井曲线具有低—中幅齿化、微齿化特征，由河漫滩过渡为河漫湖泊时，粒度变细，故其组合曲线呈钟形。河漫滩岩性主要为深灰色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩，见少量植物碎片化石，具水平层理。河漫湖泊微相以黏土岩沉积为主，是河流相中最细的沉积相类型。

河漫沼泽微相由炭质泥岩、根土岩和煤组成，测井曲线低—中幅齿化，顶底面渐变接触。

（3）潮上及潮间亚相

该区发育的潮上及潮间亚相包括有砂坪、泥坪、砂泥坪及沼泽等4个微相（图 2）。

砂坪微相以粉、细粒砂岩沉积为主，测井曲线呈箱形或钟形与漏斗形组合，顶底突变接触与渐变接触均有出现。

泥坪与砂泥坪微相的测井曲线低—中幅齿化—微齿化，顶底渐变接触。泥坪主要由灰色、深灰色泥岩组成，偶夹粉砂质沉积，含植物化石，并发育生物扰动构造，见水平层理和缓波状层理。砂泥坪以粉砂岩为主，薄层浅色细砂岩与深色泥岩或砂质泥岩具有频繁交替的薄互层特征，潮汐层理十分发育，尤以薄砂泥互层为典型，常见生物扰动构造。

沼泽微相以煤层和炭质泥岩沉积为主，具块状构造，富含植物化石，并含结核状及薄层状黄铁矿、菱铁矿。测井曲线呈中—高幅漏斗形，微齿状，顶底面渐变接触。

（4）混积局限台地亚相

该区发育的混积局限台地亚相以碳酸盐岩沉积为主，夹有混积岩和陆源碎屑岩，R_LLD值高，GR值低，可进一步划分出混积浅滩微相（图 2）。

混积浅滩微相的沉积环境为潮下高能带，以厚层鲕粒生物碎屑灰岩、砂屑灰岩沉积为主，含少量砂灰岩夹泥岩及泥质粉砂岩，灰岩中鲕粒和生物碎屑混合沉积且比例接近，GR值低。

2.2 连井地层对比

为了研究宣威组地层横向展布和垂向演化规律，绘制出6条连井对比剖面（东西、南北向各3条），其中K2钻孔—Y5井—H5煤矿—H6煤矿— K11钻孔是一条顺物源剖面（图 3）。对比结果表明：宣威组下段地层在西部K2钻孔区域沉积最厚，在中部Y5井区域沉积最薄，东部H5煤矿、H6煤矿及K11钻孔区域沉积厚度中等；宣威组上段地层自西向东沉积厚度大致相等。宣威组下段广泛发育泛滥平原亚相，边滩厚度不均匀，区内西部和中部边滩发育较厚，横向连通性较好，东部K11钻孔区域只在下段中部发育边滩；宣威组上段自西向东由曲流河相变为潮坪相，在K11钻孔及H6煤矿区域发育混积台地相，并延伸至H5煤矿区域。

2.3 单井沉积相划分

为了进一步分析沉积环境在纵向上的变化规律，在地层划分及对比基础上，以岩-电关系为依据，划分出区内54个单井（包括钻孔、煤矿）的沉积相。以研究区西部沐爱向斜内的Y1井为例，该井宣威组井深576.0~720.0 m，总厚度144.0 m，划分为上、下2段（图 4）。

下段（P₂x¹）井深621.5~720.0 m，厚度98.5 m。岩性以褐灰色、灰白色泥岩与褐灰色粉、细砂岩为主，二者近似等厚互层，局部夹有黑色炭质泥岩，产植物化石，常呈下粗上细的正旋回。GR测井曲线常呈钟形，R_LLD测井曲线峰谷变化幅度较明显。结合区域地质背景分析，认为该井段为曲流河沉积。

上段（P₂x²）井深576.0~621.5 m，厚度45.5 m，自下而上划分为L1，L2与L3等3个小层，厚度分别为19.5 m，13.5 m与12.5 m。岩性主要为灰黑色泥岩、泥质粉砂岩、粉细砂岩、炭质泥岩夹薄煤层等，砂岩分选中等—好，层理构造较发育，具低角度交错层理、缓波状层理、脉状层理和砂纹层理，局部见少量菱铁矿、黄铁矿结核，产植物碎片和海相动物化石，薄片中可见海绿石，局部见生物扰动构造，常呈较明显的下粗上细的正旋回。GR测井曲线、R_LLD测井曲线峰谷变化幅度都很明显。据此认为该井段为潮坪沉积，发育砂坪、砂泥坪、泥坪、沼泽等沉积微相，煤层发育在沼泽微相沉积环境中。

2.4 沉积相展布特征及模式

（1）沉积相展布

结合地层对比及沉积相划分结果，恢复出筠连地区上二叠统宣威组沉积相展布（图 5）。宣威组下段泛滥平原亚相特别发育。宣威组上段的3个小层均广泛发育潮坪相。其中，L1小层在中部及西北部发育有利于聚煤的沼泽微相；L2小层在东部发育混积局限台地亚相；与L2小层相比，L3小层混积局限台地亚相发育范围有所减少，并在西部发育少量沼泽微相。

（2）沉积相模式

沉积相模式是沉积相的空间组合形式，同时也是对沉积环境及其产物、沉积特征、沉积作用过程的高度概括^[15-16]。通过对筠连地区宣威组上段沉积相及相组合的研究，按照瓦尔泽定律^[7-8]建立各种沉积相在时空上的相互关系，即得到该区沉积相模式（图 6）。总体上，筠连地区宣威组上段广泛发育潮坪相，东部发育少量混积台地相。其中，潮坪相又发育有潮上及潮间亚相，并可进一步细分出泥坪、砂泥坪、砂坪及沼泽等沉积微相。

3 聚煤规律分析 3.1 煤层厚度对比

通过单井沉积相划分、连井沉积相对比和平面沉积相图编制，总结出筠连地区宣威组沉积演化特征，并恢复了沉积相模式。为进一步研究煤层分布规律及其与沉积环境之间的耦合关系，统计了区内54个钻井及煤矿剖面，对比分析宣威组上段3个小层的煤层发育厚度（图 7）：其中，L1小层中的煤层发育最好，在中部和西北部较厚，沿NW—SE向展布，最厚处达11 m；L3小层中的煤层发育厚度次之，在中西部较厚，分布范围与L1煤层基本一致，由东向西逐渐增厚，在沐爱地区达到最大，约4 m；L2小层煤层发育最薄，厚度由西南向东北整体呈递减趋势，最厚仅2.5 m。对照沉积相展布特征（参见图 5），煤层发育较厚的聚集带与潮上带沼泽微相展布区带基本一致，表明沼泽微相是聚煤的有利沉积环境^[3]。

3.2 聚煤作用的主控因素探讨

前人对聚煤控制因素作过许多研究，多数学者认为构造运动和沉积环境对煤层聚集和分布产生了重要影响^[17-19]。本次研究认为，筠连地区上二叠统宣威组煤层发育程度和聚集特征主要受构造古地貌和沉积古环境的影响，且煤层分布与沉积古环境存在耦合关系。

（1）构造古地理

邵龙义等^[20]对上扬子地区上二叠统沉积演化及聚煤规律进行了研究，认为构造运动是控制聚煤作用的主要因素之一。从中泥盆世至早三叠世，上扬子板块西部峨眉地幔柱持续活动^[21]，造成地壳大规模持续抬升，形成穹窿状隆起地貌，这极大地影响了研究区上二叠统沉积相展布形态^[22-24]，进而影响聚煤作用。由于扬子板块西部中二叠世大部分时间内构造活动相对较弱，裂谷作用、拉张作用均不发育^[23-25]，因此，峨眉地幔柱在中泥盆世至早三叠世期间活动所形成的穹窿状隆起控制了研究区中二叠世整体古地貌形态^{[15, 24]}。

四川盆地是一个大型的构造兼沉积盆地，与其周边的地质构造有着紧密的联系^[26]。杨巍等^[15]对四川盆地中二叠世地层沉积特征的研究表明，由峨眉地幔柱活动形成的穹窿状隆起自栖霞组沉积时期已经存在，并不断发展，茅口组沉积时期基本上继承了栖霞期的古地貌格局，至茅口组沉积末期，峨眉地幔柱的持续上升使地表抬升，导致茅口组地层自南西向北东方向受到不同程度剥蚀。下二叠统沉积末期，峨眉地幔柱上升至地表，川黔滇西部地区发生大规模玄武岩喷发，在茅口组灰岩风化夷平面上堆积了峨眉山玄武岩组。在此之后，构造运动由上升逐渐转化为下降，从而开始了上二叠统的沉积^{[20, 27]}。东吴运动后，晚二叠世早期，研究区发生快速基底沉降，碎屑物源主要来自西侧川滇古陆，地形差异较大，多发育冲积平原，河漫沼泽由于遭受同生碎屑及河流的冲刷，难以形成稳定的煤层。晚二叠世末期，研究区处于相对稳定阶段，基底沉降变缓，地形趋于平坦。此时，随着海平面的升降，有利聚煤环境也随海水的进退而作有规律的迁移^[20]：海平面快速上升时，煤层向陆源区迁移；反之，煤层向海盆方向迁移。宣威组上段沉积时期，海平面变化按L1，L2和L3的顺序呈现出低、高、低的趋势，这一变化趋势影响了沼泽微相的分布，煤层相应地呈现厚、薄、厚的沉积规律，聚煤中心也随海平面升降而向西迁移，这反映出海平面变化对聚煤作用的周期性影响，也体现出富煤带随相带迁移的规律。

（2）沉积古环境

除构造古地理外，前人对我国聚煤盆地聚煤作用的其他控制因素也进行了一系列研究，认为沉积古环境是聚煤作用的主控因素之一^{[20, 28]}。王双明等^[2]对鄂尔多斯盆地侏罗纪形成演化及聚煤规律的研究表明，古气候为植物生长、繁殖提供了有利环境，是煤层形成的前提和决定性因素。古地磁资料也为古大陆位置的确定提供了有力证据^[29-30]，据古地磁资料显示，上二叠统沉积时期，扬子板块位于赤道附近，古纬度为南纬2.9°，并持续向北运动。扬子板块泥盆纪时期广泛发育的暖水型动物和生物礁，以及中泥盆世发育的大陆风化壳，也反映出上二叠统时期扬子块体处于赤道附近的热带气候环境^[31-32]，该气候条件利于植物的大量繁殖，为成煤作用提供物质基础^[4]。植物进入煤化作用阶段时，煤层的形成和保存与缺氧环境密切相关，本次研究在区内上二叠统宣威组粉砂岩及炭质页岩中发现了大量植物化石碎片[图 8（a）~（d）]和动物化石（如Araxathyris sp., Neowellrella sp., Accsarina sp., Spi-nomarginifera alpha Huang, S.kueichrrzoensis Huang, S.jiaozishanensis Liao, Crurithyris spociosa Wang等腕足类及Girtypecten beipeiensis Liu, Palaeoneilo sichuanensis Liu, Aviculopecten sp., Promytilus sp., Nuculopsis waymmensis Keyserling, Pernopecten sichuanensis Liu, Taimyria Ledaeformis Chen et Lan, Schizodus guixhouensis Liu et Xu, Sedgwichia guandongensis Zhan等双壳类的华南长兴阶动物群古生物化石），并伴随有生物化学成因构造[图 8（e）~（h）]。这些都是温暖潮湿气候和缺氧保存环境的直接证据，而温暖潮湿的气候有利于植物的生长发育，为煤层的形成提供直接物质来源，同时缺氧的保存环境利于煤层的形成。

4 结论

（1）筠连地区上二叠统宣威组下段仅含有少量煤线，而上段共含煤9层，其中4层具有工业开采价值。

（2）筠连地区上二叠统宣威组可划分为曲流河、潮坪和混积台地等3种沉积相，以及河床、堤岸、河漫、潮上带、潮间带、混积局限台地等6种亚相，进一步又划分出12种微相。

（3）煤层较厚的聚集带与潮上带沼泽微相发育的区域大致相同，潮上带沼泽微相是聚煤的有利沉积环境。

（4）构造古地理与沉积古环境共同决定了筠连地区上二叠统宣威组煤层的宏观分布和发育程度。