Sedimentary characteristics of coals in meandering river and braided river facies and during their transitions: A case study the Walloon Subgroup in the F8 block in the Surat Basin, Australia
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摘要:目的
澳大利亚是全球第四大煤炭生产国和第二大煤炭出口国，Bowen-Surat 盆地是澳大利亚最大的产煤盆地，Surat 盆地发育中侏罗统Walloon组含煤层系，沉积环境为河流相沉积，需厘清煤层在辫状河和曲流河及转换中的差异沉积特点和规律。
方法运用综合地质分析方法，结合地震、测井、岩心资料，建立沉积模式。利用地震地层追踪和基准面旋回划分，把研究区划分为6个四级地层旋回；依据37口井测井曲线的形态特征、接触关系等分为5种组合类型；通过研究区14口取心井岩心资料分析，识别出6种岩相；结合测井曲线和岩相特征，划分出曲流河和辫状河2种沉积相，4种亚相，8种微相。选取横向和纵向2条连井剖面，刻画煤剖面展布样式，分析煤在辫状河−曲流河及转换过程中的差异沉积特征。
结果和结论结果表明：当基准面位于高处时，为曲流河环境，煤发育好，多层叠置。当基准面下降，曲流河慢慢转换为辫状河沉积，岩性由细到粗，层理构造幅度变大，高能水流冲刷先期煤层，辫状河道内零星残留煤沉积。当基准面位于最低附近时，为辫状河沉积，煤发育最差，漫溢砂内少有发育；随着基准面回升，由辫状河转为曲流河的过程中，水体能量变小，岩相依次发生变化Gm-St-Sp-Sh-Fr/C，煤层沉积趋好。曲流河−转换带−辫状河相变过程中，煤在三维空间上的展布表现为，平面上煤的连片性、范围变差；剖面上煤的横向连续性，垂向叠置状及厚度都变差。基准面变化过程中，最有利的聚煤环境为泛滥泥中的煤沼泽，其次河漫砂和漫溢砂有少量煤发育。研究成果可用来指导分析煤层分布范围，在Surat区块井位部署时，有助于煤层气开发目的层“甜点”的识别确认。
Abstract:ObjectiveAustralia is recognized as the fourth largest producer and the second largest exporter of coals in the world. The Bowen-Surat Basin is the largest coal producing basin in this country. The Surat Basin exhibits coal-bearing layers of the Middle Jurassic Walloon Subgroup. This subgroup features a sedimentary environment of fluvial facies, necessitating clarifying the differential sedimentary characteristics and patterns of coal seams in braided river and meandering river facies and during their transitions.
MethodsUsing comprehensive geological analysis methods, as well as seismic data, logs, and core data, this study established the sedimentary pattern of the study area. Using seismic horizon tracking and base-level cycles, this study divided the study area into six fourth-order stratigraphic cycles and categorized the log curves of 37 wells into five combinations based on the morphological characteristics of the curves and contact relationships. The observations of cores from 14 wells revealed six typical lithofacies in the Walloon Subgroup. In combination with the characteristics of log curves and lithofacies, this study determined two sedimentary facies: braided river to meandering river facies. The sedimentary facies can be further divided into eight microfacies. Using two horizontal and vertical cross-well sections, this study characterized coal distribution and analyzed the differential sedimentary characteristics of coal seams in the braided river and meandering river facies and during their transitions.
Results and ConclusionsIn the case of a high base level, the study area was in a sedimentary environment of the meandering river facies. In this case, coals were well-developed, exhibiting the superimposition of multiple coal seams. As the base level dropped, the meandering river facies gradually transitioned to the braided river facies, with the lithofacies changing from fine- to coarse-grained rocks and the amplitude of bedding structures increasing. During this period, high-energy water flow washed away coal seams formed previously, leaving scattered coal deposits in braided river channels. When the base level approached its minimum, the study area exhibited a sedimentary environment of the braided river facies. This period witnessed the lowest level of coal development, with a minor presence of coals in overflow sands. As the base level rose, the braided river facies transitioned to the meandering river facies. During this period, the water body energy decreased, and the lithofacies varied, exhibiting Gm-St-Sp-SH-Fr/C sequentially. Meanwhile, an increasing number of coal seams were deposited. In the transition from the meandering river facies to the transition zone and then to the braided river facies, the three-dimensional coal distribution was characterized by increasingly reduced planar continuity and range, lateral continuity in sections, vertical stacking and thickness. As the base level changed, the sedimentary microfacies that was the most favorable for coal accumulation was coal swamps, followed by floodplains and overflow sands. The achievements of this study can serve as a guide for the analysis of the distribution range of coal seams. During well emplacement in the Surat block, the results of this study can help confirm the "sweet spots" of the targets for coal coalbed methane (CBM) production.
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近年来，煤炭在全球能源消费的占比保持稳定，2020—2023年煤炭消费占比26. 5%~26. 9% [1-4]。2024年煤炭消费87.70亿t，创新高，较2023年增加1% [5]。澳大利亚是全球第四大煤炭生产国和第二大煤炭出口国[6]，2024年煤炭产量4.58亿t，出口3.61亿t[5]。Bowen-Surat盆地是澳大利亚最大的黑煤盆地和煤层气产地，截至2022年底探明经济储量约359.20亿t，约占澳大利亚黑煤探明经济储量49.3% ；煤层气累计生产339亿m3，约占澳大利亚煤层气总产量的98.8% [3-4]。
煤在不同体系域中的沉积差异很大，随着基准面升降，可容纳空间变化速率与泥炭聚集速率的平衡差异，导致煤层沉积厚度也不同[7-10]。在低可容空间背景的河流−三角洲环境，厚煤层一般形成于下三角洲平原和间湾湖泊演化来的泥炭地环境[11-12]，而在可容空间相对较高的障壁海岸体系中，厚煤层一般形成于障壁岛−潟湖以及潮坪演化而来的泥炭地环境[13-15]。
澳大利亚Surat盆地在侏罗纪发育一套Walloon组厚煤层，沉积环境为河流相，主要是曲流河沉积[16-17]，同时存在辫状河及辫曲转换沉积。目前很多国内外学者对Walloon组煤层从构造、沉积、聚煤规律方面都有过研究[18-22]，但是对于辫状河与曲流河及转换过程中的煤的沉积特征研究，迄今国外学者还未涉及，国内有些学者对辫状河与曲流河以及两者间过渡、演化做了研究：如辫状河转曲流河沉积模式发生频率最高[23]，辫状河−曲流河转换的主控因素为基准面旋回、物源供给、地形坡度、古气候[24]，转换过程中河道冲刷充填沉积先由砂塞坝转成泥塞，直至废弃[25]。这些研究把辫状河−曲流河转换的成因、过程及模式做了清晰地阐述，但这些研究也只限于其本身构造、水动力、砂体构型等方面内容。
有关煤在单一河流优势沉积相中的聚煤特点、基准面和煤层发育关系等方面也有少量的研究认识：如贵州阳关寨宣威组煤层在曲流河道和河岸沉积环境优于曲流河洪泛盆地沉积环境[26]，准噶尔和吐哈盆地陆相多种含煤环境中曲流河岸后沼泽好于辫状河间高位沼泽[27]，内蒙古桌子山山西组煤层高弯度曲流河岸后边缘沼泽好于辫状曲流河环境[28]，大同煤田太原组煤层和东胜煤田延安组煤层在基准面位于高位时连片发育[29-31]。
但是煤层在河流相环境中，特别是辫状河−曲流河转换过程时的差异沉积特征就需要阐述清楚，笔者通过Surat盆地F8区钻井岩心描述，结合测井相，对比沉积微相和煤随着基准面的变化特征，总结辫状河−曲流河及转变过程中煤在三维空间上的分布规律，以期指导寻找优势煤层。
1 地质背景
Surat盆地位于澳大利亚东部昆士兰州，面积约30万km2，是一个克拉通内坳陷盆地，北部中间部分叠合上覆于Bowen盆地，地层比较平缓，构造简单，分4个构造单元，分别是中央Taroom槽坳陷带、Roma陆架，东部Chinchilla-Goondiwindi斜坡带、西部St George-Bollon斜坡带、整体呈现一个向斜构造。由北向南发育Leichardt-Burunga、Geoondiwindi-Moonie两条断层，方向为南北向，与Surat盆地的主应力方向一致(图1)。
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图 1 Surat盆地地质单元及F8区位置Figure 1. Geological units of the Surat Basin and the location of the F8 blockSurat盆地自中生代侏罗纪起开始沉积，主要发育侏罗系−白垩系，最大沉积厚度可达3 000 m，基底为下古生界火成岩和变质岩(图1)。煤层主要发育在中侏罗统Walloon组内，镜质体最大反射率 0.35%~0.60%，属低阶煤。
F8区块位于Surat盆地东部Surat区块南部，面积约613 km2，构造上处于Chinchilla-Goondiwindi斜坡带和Taroom槽交汇处。Walloon组含煤层系平均厚度为200~350 m，埋深(MD)为100~450 m，自上而下分为 Juandah 和Taroom 亚煤层组，平均厚度约300 m，中间被Tangalooma砂岩组所隔开。Juandah亚煤层组又分4 个层，其中Wambo层底部发育有一小段砂岩层。 Taroom 亚煤层组分为2个层(图1，图2)。
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图 2 F8区井位及Walloon组岩性柱状图Figure 2. Well locations of the F8 block and the stratigraphic column of the Walloon Subgroup in the blockF8区是Surat盆地煤层气产量增长新的重要接替区。截至2022年底，F8区已完钻煤层气井37口，取心井14口；其中先导井组Mn1和Mn2煤层气产量差异性特别大，Mn1井组平均单井每天峰值产气量仅0.1万m3，Mn2井组则高达3.1万m3，主要是不同位置的煤层厚度非均质性差异引起。
2 数据分析方法
F8区已完钻煤层气井深度在400~500 m，位置分布较为均匀；取心井岩心长度共
5050 m，主要分布在中部地区(图2)。基于F8区中侏罗系河流相沉积背景，对14口取心井进行岩心描述，识别岩相种类；对37口井测井曲线的形态、接触关系等特征进行归类，总结测井曲线类型；结合岩相和测井曲线类型，划分河流沉积微相种类，对F8区Walloon组含煤层系的平面和剖面进行沉积微相和煤层刻画。根据优选剖面沉积微相和煤层展布，分析基准面升降、岩相和沉积相变化和煤层差异的响应关系，刻画沉积微相和煤层的三维分布，总结基准面升降、相变过程中，煤层展布的规律。
3 辫状河−曲流河沉积体系及煤发育特征
3.1 基准面和层序划分
3.1.1 地震数据划分
F8区Walloon组含煤层系整体地震反射轴振幅强、连续性好，全区共追踪识别出6个地层(图3)。
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图 3 F8区Walloon组煤系地震标定及层序格架Figure 3. Seismic calibration and sequence framework establishment of coal measures in the Walloon Subgroup within the F8 block3.1.2 基准面旋回判断
基准面旋回发育过程中，地层沉积主要受控于水体水动力条件变化等自旋回因素和构造运动等异旋回因素。
F8区Walloon组含煤层系的沉积搬运主要驱动力是河流水动力，水动力变化形成的自旋回，对地层形成起到控制作用。旋回界面主要是河流冲刷面，岩性向上由粗变细，形成一个上升半旋回。
3.1.3 测井曲线划分
F8区除了岩心冲刷面是旋回划分的直接证据外，测井曲线与岩石平均粒度有较好的对应关系，也可以作为旋回划分的依据。
伽马(GR)曲线是沉积相分析最常用的测井曲线，统计对比GR曲线值和岩心描述，F8区井以GR值90为标准，大于90的为粉砂泥岩，小于90的为砂岩。
煤的密度和砂岩不同，用密度(DEN)曲线来识别煤，作标定曲线，根据F8区的DEN曲线和煤的深度对比统计，确定DEN值小于1.8的为煤。
根据GR和DEN曲线的形态、幅度、接触关系以及组合特征，共划分出5种组合类型(表1)。
表 1 F8区Walloon组测井曲线组合类型Table 1. Log Types of Walloon Subgroup in F8 block类 MD/m GR/
APIDEN/
(g·cm−3)岩性 形态 接触关系 井号 0 150 1 3.5 箱形 
砂岩
砂岩GR呈箱形
DEN齿化状底部突变
顶部突变Mn-4 钟形 
砂岩 DEN齿化状
GR呈钟形
DEN呈指形底部突变
顶部渐变T-25 漏斗形 
粉砂
泥岩
砂岩DEN齿化状
GR漏斗形底部渐变
顶部突变Hf-2 齿形 
煤
煤
砂岩GR 齿化状
DEN呈指形
DEN齿化状顶部渐变
底部渐变Mn-17 指形 
煤
粉砂
泥岩DEN呈指形
GR 呈指形底部突变
顶部突变Pv-2A 根据F8区钻井的GR和DEN曲线的特征及组合类型，结合地震剖面与岩心描述，将F8区含煤层系划分为6个四级旋回，每一个旋回界面在地震轴上显示振幅强，连续好；在GR曲线上多为箱形突变处或者漏斗形、钟形变处(图3b)。
以T-214井为例，GR值越大，岩性粒度越细，多呈现上升半旋回。其中Kogan层为1个下降半旋回、Macalister—Condamine 层为5个上升半旋回(图3b)，每一个四级旋回又划分为若干五级旋回。
3.1.4 层序格架建立
用DEN曲线识别煤层后，在旋回基础之上进行井震标定，T-214井DEN曲线识别出的煤层和地震剖面的强反射区对应一致(图3b)，因此，开展全区地震剖面的6个层组追踪，校正井间距较大的层序对比误差，通过井震结合，在全区东西和南北2个方向选取3条连井剖面，建立三维层序格架(图3c)。
3.2 岩 相
3.2.1 岩相和沉积现象划分
F8区Walloon组含煤层系沉积主要为曲流河环境[20-22]，部分地层为辫状河沉积。曲流河为单河道，弯曲度大，推移质/悬疑质比值低，凹岸不断剥蚀，凸岸不断加积，呈现向上变细的粒序，沉积构造由槽状交错层理向流水小型沙纹演化。煤层在其中分布具有一定的规律性。辫状河河道宽而浅，弯曲度小，横向不稳定，频繁迁移，主要是粗粒底负载；沉积物主要以砾石和砂质沉积为主，岩性粗，砂泥比高。丰水期水流漫过河道形成泛滥平原，有小范围煤沉积。
通过对F8区14口取心井岩心的岩性、粒度、沉积构造、特殊现象等特征分析，发现所有井都有厚度不一的含煤层段。
Walloon组含煤层系岩心的砂岩颜色主要以灰白色−浅灰色为主，整体粒度偏细。其中含砾砂岩中的砾石混杂堆积，分选差；中砂岩−细砂岩多为浅灰白−浅灰绿色，常见厚层板状−槽状交错层理，底部可见冲刷面；平行层理粉砂岩发育，多为砂泥互层；流水沙纹层理也多见，反映了弱水动力的环境；岩性突变面多见，一般为煤层或泥岩顶部被强水动力剥蚀破坏，上覆一套砂岩或者砂砾岩；在砂砾岩层段多
见煤层撕裂屑，撕裂程度不一；局部岩心可见有机生物遗迹，主要是介壳类。煤层主要以暗煤为主，分布较广，厚度差异较大，说明沉积环境发生大的变化。
Walloon组含煤层系岩性可以分为砾岩、砂岩、粉砂泥和煤，再根据颜色、成分、结构、构造将岩心划分为以下6 种类型岩相(图4)，不同的岩相及组合反映不同沉积微相的特征。
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图 4 F8区Walloon组典型岩相类型Figure 4. Typical lithofacies of the Walloon Subgroup in the F8 block(1)块状层理砾岩相(Gm)：由次圆—圆状、分选差、呈块状杂乱堆积的砾石组成，多为辫状河或曲流河道底部滞留砾石沉积。
(2)槽状交错层理砂岩相(St)：由磨圆、分选较好的中细砂岩组成，局部含砾，发育小型槽状交错层理，为河道下切、迁移、充填沉积。
(3)板状交错层理砂岩相(Sp)：由磨圆、分选中等的中细砂岩组成，发育多组低角度板状交错层理，为滩坝沉积。
(4)平行层理细−粉砂岩相(Sh)：由细砂岩组成，发育平行层理，高流态下砂体沉积，为河漫砂或者漫溢砂细粒沉积。
(5)流水沙纹层理粉砂泥岩相(Fr)：由细粒粉砂泥岩组成，层理幅度较低，反映水动力强度相对较弱，为河漫细粒或者泛滥泥沉积。
(6)块状层理煤岩相(C)：由块状煤岩组成，灰黑色，多解理发育，为沼泽沉积生成。
此外有3种典型的特殊沉积现象 (图4)。
(1)岩性突变面：一般是细粒沉积和粗粒沉积转换面，说明水动力环境发生变化，F8区煤层和砂层多突变接触或者产生冲刷面剥蚀(如TW-3井238.0 m处，由煤突变到砂岩相)。
(2)煤撕裂屑：煤层被撕裂成碎片状，说明静水环境被新一期强水流态改变，撕裂程度反映出水动力的大小，煤撕裂屑层段多见砾石。
(3)有机生物遗迹：主要是有机物的遗体或介壳类，反映这一阶段的生物类别和沉积环境。
3.2.2 基准面旋回和岩相
基准面升降变化时，不同位置阶段势能不同，岩相表现也不同(图4，图5)。根据取心井岩心描述特征，刻画基准面旋回比变化时岩心的沉积响应：
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图 5 F8区Walloon组沉积微相模式及岩相类型分布Figure 5. Sedimentary microfacies patterns and lithofacies distribution of the Walloon Subgroup in the F8 block当基准面处于初期上升阶段时，水动力较强，多为辫状河沉积，沉积响应砂体粒度较粗，槽状、板状层理发育较多。如Pv-2A井154.5 m处见岩相Gm，为高能水动力辫状河河道滞留沉积；Mn-14井468.3 m处见岩相Gm，为曲流河道滞留沉积；Mn-4井350.1 m处见岩相Sp，为边滩沉积；RR-3井在372.5 m可见煤撕裂屑，说明此时的水体能量较大。
随着基准面继续上升，水动力随之变小，砂体粒度变细，Mn-4井403.9 m处见岩相Sh，为河漫砂沉积，370.8 m处见岩相Fr，为泛滥泥沉积；Mn-14井在208.6 m处、T-25在263.1 m处见大段的煤，为煤沼泽沉积。
当基准面下降，水动力变大，砂体粒度变粗，T-25在259.1 m处见岩性突变面，煤层被含砾砂岩剥蚀上覆，上部伴有煤撕裂屑，说明水体能量变大，沉积环境发生变化。
整体上基准面上升时，水体能量变小，岩相依次发生变化Gm-St-Sp-Sh-Fr/C；基准面下降时，岩性由细到粗，伴随着剥蚀现象，层理构造幅度变大，由水平状过渡到交错状或者块状。
3.3 沉积微相
3.3.1 沉积微相划分
在识别出6种岩相和3种沉积现象基础上，根据测井曲线的特征，进行沉积微相分析。F8区沉积相划分为4种亚相和8种微相，对应不同的测井曲线和岩心特点(表2)。
表 2 F8区Walloon组沉积微相类型Table 2. Sedimentary microfacies of the Walloon Subgroup in the F8 block相 亚相 微相 测井曲线 岩心描述 GR DEN 辫状河 河道 河道
滞留箱形，厚度大，值较低 线齿状 岩性为粗砂岩或砾岩，沉积时水动力较大，多形成块状层理砾岩
相、槽状交错层理砂岩相心滩 漏斗形，厚度较大，值底大顶小 线齿状 岩性下细上粗，粉砂泥岩过度为砂砾岩，水动力变大，
顶部多发育槽状交错层理和板状交错层理，底部有平行层理发育泛滥
平原漫溢砂 线指状，厚度小，值较低 指状，低值 细粒沉积，水动力较弱 煤沼泽 齿状，厚度不一，值高 指状，低值 厚度不大，亮度色泽较暗，多块状，割理丰富 曲流河 河道 河道
滞留箱形或钟形，厚度较大，
钟形值顶大底小线齿状，指状 箱形：岩性为粗砂岩或砾岩，多发育槽状交错层理
钟形岩性下粗上细，由砂砾岩过渡为粉砂泥岩，水动力变小，
底部多发育槽状交错层理或块状层理边滩 钟形，厚度较大，值顶高底 低线齿状，指状 岩性下粗上细，由砂砾岩过渡为粉砂泥岩，
水动力变小，底部多发育交错层理泛滥
平原河漫砂 线指状，厚度小，值较低 指状，低值 细粒沉积，水动力较弱；如果DEN曲线为指状，
低值，解释为河漫水流冲刷煤沼泽泛滥泥 齿状，厚度不一，值较高 线齿状 水动力较弱的环境，岩性为粉砂泥 煤沼泽 齿状，厚度不一，值较高 指状，低值 厚度不一的煤层，亮度色泽不同，多块状，割理丰富 3.3.2 单井沉积微相
选取F8区北中南部T-25、Mn-4、Mn-14、Pv-2A 4口井进行分析(图5)：单井岩性下部整体以粉砂泥和煤层占优势，呈现“泥包砂”特点，砂体沉积由下往上呈现粗变细的二元结构，是典型的曲流河沉积。顶部岩性以粗粒为主，呈现“砂包泥”，为辫状河沉积环境，在上2层存在辫曲转换带。
T-25井下5层为曲流河沉积环境，多套河道冲刷叠置，滩坝沉积和煤沼泽广泛发育。河漫砂和泛滥泥也随着基准面上升广泛分布。Kogan层底砾岩发育，往上为大套槽状粗砂岩，为辫状河道滞留沉积。Macalister层顶部和Kogan层下部为过渡带，下层的曲流河沉积被后期辫状河沉积叠置，煤层部分被剥蚀掉。
Mn-4井下4层曲流河沉积环境中发育有多套煤沼泽，Kogan层为辫状河道滞留沉积和心滩。Macalister层顶部和Kogan层下部为曲流河沉积转向辫状河过渡带，煤层被剥蚀破坏。
Pv-2A井下4层为曲流河沉积，Wambo 和Argyle层发育多套薄河漫砂沉积，泛滥泥和煤层大量发育；Kogan层为辫状河沉积，有薄层煤沼泽沉积。Macalister层顶部为辫曲转换带，辫状河道把边滩、煤、泛滥泥沉积冲刷剥蚀掉。
Mn-14井下4层多期曲流河道冲刷剥蚀煤层和河漫砂，Upper Taroom和Argyle层下部多曲流河道和边滩叠置，Wambo和Condamine层为多河漫砂、泛滥泥、煤沼泽沉积；Kogan层和Macalister层顶部为辫状河沉积，发育心滩，局部有薄层煤沼泽。Macalister层下部为辫曲转换带，煤和河漫砂被冲刷破坏，残留薄煤层。
3.3.3 煤平面展布
F8区中侏罗系Walloon组河流相沉积主要发育在东部Chinchilla-Goondiwindi斜坡上，物源方向为北东向[32]。结合测井曲线组合、单井沉积微相，刻画出了F8区Walloon组辫状河−曲流河环境中煤沼泽沉积微相平面展布(图5)，河流方向呈北东−南西向。
1) Wambo Condamine层平面
4层均为曲流河沉积，发育4条主曲流河道，宽度窄，弯度大，河漫砂和泛滥泥广泛分布。煤沼泽主要在泛滥泥中沉积，连续性较好，成片发育，面积范围大；其次在河漫砂中，孤片发育，范围面积变小(图5a)。
2) Macalister层平面
Macalister层从东部到西部由辫状河过渡到曲流河沉积，是辫状河−曲流河转换阶段(简称辫−曲转换阶段)，辫状河主要发育3条河道带，宽度大，弯曲度小；平面上煤沼泽在漫溢砂内有发育，范围不大，在辫状河道内零星分布；井组Mn2处为辫曲转换带，煤沼泽在河道外越岸细粒沉积内连片发育，范围较大；西部曲流河环境中的泛滥泥内也大量发育，河漫砂中孤片发育(图5b)。
3) Kogan层平面
Kogan层整体为辫状河沉积，河道宽度大，河道内滞留沉积和心滩分布范围广，煤沼泽孤立分布在漫溢砂内，范围小；在辫状河道内也有煤零星沉积，主要是河流冲刷搬残留的煤沼泽(图5c)。
3.3.4 煤剖面展布
根据钻井位置分布，选取F8区横向和纵向2条剖面A-A，B-B(图2，图3)，结合基准面升降和沉积相变、对比煤的垂向展布特征(图6)。
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图 6 F8区Walloon组沉积微相及煤层展布剖面(剖面位置如图2所示)Figure 6. Sections showing sedimentary microfacies and coal seam distribution of the Walloon Subgroup in the F8 block1)东西横向A-A剖面
位于研究区中部，长度约16 km，分别经过Mn-4、Mn-15、Mn-10、CB-3、CB-19井，地势呈东高西低，CB-3井处下凹，地层厚度起伏不大，最厚的层为Upper Taroom、Argyle层，最薄为Kogan层。
Condamine—Wambo层发育曲流河沉积。Macalister层西部为曲流河沉积，东部为辫状河沉积，转换位置在中部Mn-10井处附近；Kogan层发育辫状河沉积。
整体下部地层煤层发育较好，其中Condamine、Upper Taroom层单层厚度较大，横向连片分布，延展性好。Argyle和Wambo层发育多套薄煤层，个别位置较厚，连续性也较好；Kogan层煤发育差，整体上为砂岩，偶有薄煤层孤立发育。Macalister层西部曲流河环境中煤层连片发育，东部辫状河环境以砂岩为主，偶见薄煤层。
2)南北纵向B-B剖面
位于研究区中部，长度约12 km，分别经过T-25、Mn-35、Mn-16、Mn-15、Mn-5井，地势呈现北低南高，地层整体沉积稳定，厚度起伏不大。最厚的层为Upper Taroom层，Macalister层最薄，Kogan层中间薄，南北端较厚；Macalister层中间厚，南北端薄。
Condamine—Macalister层为曲流河沉积；Kogan层整体发育辫状河沉积，在Mn-35井附近为转换带，此处辫状河道内有煤层沉积，范围小，连续性差；河道外越岸细粒沉积内煤层连片发育，范围较大。
含煤层系下部煤发育较好，主要在Condamine层，煤层单层厚度最大，总厚度也最大，横向连片分布，连续性好。Upper Taroom层煤发育次之，在中上部发育多层薄煤。Kogan层煤发育差，分布范围较小，在Mn-16井和Mn-15井附近偶尔有薄煤发育。
4 辫−曲转换过程煤沉积特征模式
F8区Walloon组含煤层系的沉积环境是辫状河与曲流河，煤层的沉积与河流相的演化有成因关系，但存在着差异性，三维展布有一定的规律性。将岩相与沉积微相和煤相结合、空间展布与基准面升降相结合、演化规律与沉积模式相结合，最终建立煤在辫状河与曲流河及转换过程中的沉积演化模式(图7)。
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图 7 煤在辫状河−曲流河转换中差异沉积响应模式Figure 7. Differential sedimentary response model in the transition between braided river facies to meandering river facies当基准面上升位于高处时，水动力较弱，发育曲流河沉积，岩性由砂砾岩变为粉砂泥岩和煤，粒度由大变小，构造由槽状交错、板状交错层理变为流水沙纹、块状层理等。河道以悬移搬运为主，推移搬运为辅，宽度较窄，由低弯度向高弯度转换。河道内沉积物侧积形成边滩，滞留沉积发育；河道外的河漫砂发育；煤连片发育在泛滥泥内，平面上面积也较大，由于泛滥泥沉积环境比较稳定，煤层发育也较厚；在河漫砂内也有分布，但是范围有限。剖面上，煤层在泛滥泥中横向连续性好，垂向多层叠置，形成大套厚煤层；河漫砂和漫溢砂中煤层也有发育，连续性不好，多薄煤层(图7a)。
随着基准面下降，可容纳空间变大、水动力变强，曲流河慢慢转换为辫状河沉积。岩性由细到粗，构造层理由水平状转向为交错状，辫状河道冲刷先期曲流河环境中沉积的煤层，岩心中煤撕裂屑发育，在辫状河道内都有小范围煤层残留分布，连续性差，厚度不均；辫状河道外漫溢砂内也有煤层孤立分布，且范围较小。剖面上煤多横向连续，范围有限，垂向少有叠置，厚度不大；河道内有零星薄煤(图7b)。
当基准面继续下降位于最低附近，可容纳空间最大，水动力强，河流以推移质搬运为主，伴有悬移搬运，形成辫状河。岩性主要是粗砂、砾岩，粒度大，交错层理发育。辫状河道频繁叠置，河漫砂发育受限，煤也很少发育。在辫状河丰水期，水流漫越河道形成漫溢砂，煤层偶尔沉积在其中，范围小(图7c)。
当基准面由低处回升时，可容纳空间变大，水动力减弱，河流又慢慢以悬移质搬运为主，辫状河转换为曲流河沉积。岩性由粗到细，层理构造幅度由大变小。煤层在泛滥泥又开始大量沉积发育(图7d)。
5 结 论
(1)厘清了基准面上升下降过程中河流相和岩相的变化规律：基准面上升时由辫状河转变为曲流河，水体能量变小，岩相依次发生变化Gm-St-Sp-Sh-Fr/C；基准面下降时，曲流河转为辫状河，岩性由细到粗，层理构造幅度变大，由水平状过渡到交错状。
(2)归纳了曲流河、辫状河及转换过程中，煤层在三维空间上的展布特征。在曲流河−转换带−辫状河的相变过程中：平面上，煤的连片性变差、范围变小；剖面上，煤层的横向连续变差，垂向叠置变少，厚度变薄。
(3)完善了曲流河、辫状河及转换过程中聚煤研究的认识，建立了煤在辫状河−曲流河转换中沉积模式。基准面由高位−下降−低位−上升过程中，最有利的聚煤环境为泛滥泥中的煤沼泽，其次河漫砂和漫溢砂有少量煤发育。
(4)煤在辫状河−曲流河转换中沉积模式可指导分析煤层分布范围，在Surat区块北部井位部署工作时，有助于目的层“甜点”的识别确认。
(5)后续研究会进一步深化煤层在“辫−曲转换”过程中差异沉积特征，特别是微观结构上，结合煤储层非均质性，定量指导国内外复杂煤层气区块高效开发。
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图 1 Surat盆地地质单元及F8区位置
Fig. 1 Geological units of the Surat Basin and the location of the F8 block
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图 2 F8区井位及Walloon组岩性柱状图
Fig. 2 Well locations of the F8 block and the stratigraphic column of the Walloon Subgroup in the block
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图 3 F8区Walloon组煤系地震标定及层序格架
Fig. 3 Seismic calibration and sequence framework establishment of coal measures in the Walloon Subgroup within the F8 block
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图 4 F8区Walloon组典型岩相类型
Fig. 4 Typical lithofacies of the Walloon Subgroup in the F8 block
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图 5 F8区Walloon组沉积微相模式及岩相类型分布
Fig. 5 Sedimentary microfacies patterns and lithofacies distribution of the Walloon Subgroup in the F8 block
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图 6 F8区Walloon组沉积微相及煤层展布剖面(剖面位置如图2所示)
Fig. 6 Sections showing sedimentary microfacies and coal seam distribution of the Walloon Subgroup in the F8 block
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图 7 煤在辫状河−曲流河转换中差异沉积响应模式
Fig. 7 Differential sedimentary response model in the transition between braided river facies to meandering river facies
表 1 F8区Walloon组测井曲线组合类型
Table 1 Log Types of Walloon Subgroup in F8 block
类 MD/m GR/
APIDEN/
(g·cm−3)岩性 形态 接触关系 井号 0 150 1 3.5 箱形 砂岩
砂岩GR呈箱形
DEN齿化状底部突变
顶部突变Mn-4 钟形 砂岩 DEN齿化状
GR呈钟形
DEN呈指形底部突变
顶部渐变T-25 漏斗形 粉砂
泥岩
砂岩DEN齿化状
GR漏斗形底部渐变
顶部突变Hf-2 齿形 煤
煤
砂岩GR 齿化状
DEN呈指形
DEN齿化状顶部渐变
底部渐变Mn-17 指形 煤
粉砂
泥岩DEN呈指形
GR 呈指形底部突变
顶部突变Pv-2A 
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表 2 F8区Walloon组沉积微相类型
Table 2 Sedimentary microfacies of the Walloon Subgroup in the F8 block
相 亚相 微相 测井曲线 岩心描述 GR DEN 辫状河 河道 河道
滞留箱形，厚度大，值较低 线齿状 岩性为粗砂岩或砾岩，沉积时水动力较大，多形成块状层理砾岩
相、槽状交错层理砂岩相心滩 漏斗形，厚度较大，值底大顶小 线齿状 岩性下细上粗，粉砂泥岩过度为砂砾岩，水动力变大，
顶部多发育槽状交错层理和板状交错层理，底部有平行层理发育泛滥
平原漫溢砂 线指状，厚度小，值较低 指状，低值 细粒沉积，水动力较弱 煤沼泽 齿状，厚度不一，值高 指状，低值 厚度不大，亮度色泽较暗，多块状，割理丰富 曲流河 河道 河道
滞留箱形或钟形，厚度较大，
钟形值顶大底小线齿状，指状 箱形：岩性为粗砂岩或砾岩，多发育槽状交错层理
钟形岩性下粗上细，由砂砾岩过渡为粉砂泥岩，水动力变小，
底部多发育槽状交错层理或块状层理边滩 钟形，厚度较大，值顶高底 低线齿状，指状 岩性下粗上细，由砂砾岩过渡为粉砂泥岩，
水动力变小，底部多发育交错层理泛滥
平原河漫砂 线指状，厚度小，值较低 指状，低值 细粒沉积，水动力较弱；如果DEN曲线为指状，
低值，解释为河漫水流冲刷煤沼泽泛滥泥 齿状，厚度不一，值较高 线齿状 水动力较弱的环境，岩性为粉砂泥 煤沼泽 齿状，厚度不一，值较高 指状，低值 厚度不一的煤层，亮度色泽不同，多块状，割理丰富
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