晚侏罗—早白垩世含煤盆地聚煤沉积环境

2024-11-07 15:25:58

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中侏罗世末发生的具有造山运动性质的燕山运动，在中国大陆东部的构造活动是以裂陷为特征，同时伴有大规模的岩浆侵入和火山喷发，明显的形成了北东、北北东向巨型隆起带与沉降带，并且形成为数众多的次级断陷盆地。早期（晚侏罗世），主要形成火山岩型盆地；晚期（早白垩世），由于北西西—南东东向地壳水平伸展运动，形成数以百计的断陷型含煤盆地。在大陆西部受特提斯构造域的影响，构造沿袭了北西西或近东西走向，构造型式多以拗陷型为主，因阿尔金走滑断裂带的影响也有拉分式盆地。早、中侏罗世已经基本改变了晚古生代以来的含煤盆地分布格局，晚侏罗—早白垩世则完全改变了原有的格局。晚侏罗至早白垩世，中国大陆的南部与西部仍然发育有诸多沉积盆地，却未能形成含煤盆地，其原因主要是古气候因素所致。晚侏罗—早白垩世古气候全球性转为干旱和半干旱，在中国大陆形成过程中，陆地在不断扩大，海域不断缩小，地形地貌亦发生显著变化，温带与亚热带、热带分界线大体呈北西西走向，东部位于北纬38°线左右，西部向北偏移至天山一带。分界线以南为干旱、半干旱亚热带、热带气候，有苏铁、松柏等植物生长；以北为潮湿、半潮湿温带气候，有银杏、苏铁、蕨类植物繁生；北纬38°～40°之间向西延伸至北山及内蒙古西部为半潮湿温带气候，植被并不繁茂；北纬40°以北的东北地区为潮湿、半潮湿温带气候，气温适宜，植被繁茂。成煤有机物源是含煤盆地形成的首要因素，晚侏罗至早白垩世含煤盆地主要发育在大陆东部北纬40°线以北地域，即准噶尔—兴安活动带的东部、天山—赤峰活动带东段以北的构造带内。

早白垩世断陷盆地一般由五套沉积组合构成充填序列。底部为一套冲积相粗碎屑岩，厚200～500 m，主要为冲积扇砂砾岩，局部含薄煤层，纵向向上变细，横向厚度变化剧烈，近盆缘断裂的边缘厚，向盆地中心迅速变薄。下含煤碎屑岩沉积组合，与底部粗碎屑沉积组合呈过渡关系，向上出现可采煤层，盆地中心已经形成湖区，盆地周缘形成含煤碎屑岩沉积，纵向上形成明显的水进序列，在盆地中央湖泊、浅湖相与较深湖相沉积交替出现，厚100～400 m。含煤程度随含煤碎屑物源多少好坏变化，不同盆地含煤性差异很大。湖泊细碎屑沉积组合，是盆地湖泊面积最大期形成的巨厚浅、深湖相泥岩、粉砂岩，称大湖泥岩段，厚100～800 m。上含煤碎屑岩沉积组合，由冲积扇、扇三角洲、小型三角洲、浅水湖泊、沼泽和河流相沉积组成，形成6～8个次级沉积旋回，每个旋回含一个煤层组，煤层巨厚，分布广泛，可采煤层厚大于50 m，是早白垩世含煤盆地的主要含煤层。顶部粗碎屑沉积组合，由冲积扇形成砂岩、砾岩沉积夹薄层煤，厚数十米至300 m，在有些盆地沉积序列中缺失。

内陆断陷盆地沉积环境变化复杂，冲积扇、扇三角洲、河流、湖泊和沼泽等沉积体系在盆地不同演化阶段，配置关系不同，导致聚煤古地理环境的差异。冲积扇发育于盆地的活动性边缘，盆缘断裂或盆内断裂形成地形陡变带，在地堑盆地双侧或半地堑盆地单侧发育冲积扇带。当盆地内湖盆发育时，扇三角洲与冲积扇构成统一的沉积体系，分布于盆地活动边缘。盆地纵向或侧向水系形成的小型三角洲，分布于没有盆缘断裂的缓坡带。盆地周缘流向盆地的水系，纵向水系延伸较远，侧向水系形成三角洲，盆地发育晚期湖泊淤填形成洪泛平原或洼地。盆地发育的湖泊类型不同，深水湖泊可形成浊流沉积，浅水湖泊可在盆地周期性地出现。

同一盆地中不同演化阶段沉积体系的配置有一定的规律性，表现为冲积体系与湖泊体系的互为消长和盆地水进与水退的交替。一般经历：初始充填期，古地貌起伏不平，冲积沉积为主，如冲积扇、河流沉积。明显分化期，随盆地沉陷，盆中形成湖泊并不断扩展，盆地周缘为非煤冲积扇沉积，湖缘发育扇三角洲、三角洲沉积，在扇三角洲平原、扇前和湖沼及扇间洪泛平原形成可采煤层。最大水进期，亦是非煤期，盆地中形成大型湖泊，盆地周缘有狭窄的冲积扇、扇三角洲相带。湖泊快速充填期，剥蚀区和沉积区的相对海平面高度加大，大量碎屑物进入盆地，扇三角洲平原和三角洲快速进积，湖面迅速变小，逐渐淤浅。在总体水退背景下，扇三角洲和湖泊三角洲平原上聚煤作用迅速增强。全面淤浅期，随着扇三角洲和三角洲的进积，朵叶体连成一片，湖盆全面淤浅，大面积沼泽化，形成可采煤层，活动区与稳定区有明显的区别。稳定型淤浅后形成大面积浅水湖泊，湖泊及沼泽带均可沼泽化，造成大规模的煤聚积；活动型盆地内形成被河道分割的小面积沼泽、浅湖和湿地，即洪泛洼地，造成较大规模的煤聚积。充填结束期，由于古地貌的变更或断块再次活动，剥蚀区地势平缓，盆地河流形成扇前或扇间冲积平原，盆地内大面积湿地形不成厚煤层。

共生的环境和岩相及沉积体系组成体系—相类型，与其相应的聚煤模式有：扇前和扇间浅水湖盆、扇前和扇间洪泛洼地、扇前和扇间洪泛平原、浅湖周缘扇三角洲和湖滨带、深湖周缘扇三角洲和湖滨带、扇前和扇间冲积谷地。扇前和扇间浅水湖盆沉积体系包括冲积扇、扇三角洲、浅水湖泊和三角洲。盆地边缘带较窄，盆地由大型湖泊淤浅形成洼地。含煤堆积过程浅水湖泊仍周期性出现，泥炭沼泽多源于湖泊沼泽化，发育在古构造稳定区大湖阶段之后。扇前和扇间洪泛洼地沉积体系亦出现在大湖泥岩阶段之后，快速充填湖泊被填平，在稳定构造背景下形成扇前浅水湖盆，在较活动构造背景下形成扇前或扇间洪泛洼地。扇前和扇间洪泛平原，位于断陷盆地一端的端部，垂向上含煤沉积出现在曲流河层序，煤层位于沼泽化的洪泛平原上，煤层薄不稳定，较厚煤层形成于大面积沼泽的扇间地区。浅湖周缘扇三角洲和湖滨带，出现在盆地发育分化期，由于湖水的周期性水进水退，建设性与破坏性的多次交替，垂向上有多个扇三角洲或湖泊三角洲层序，横向上扇三角洲位于冲积扇和浅水湖泊的过渡带，煤层发育在三角洲朵叶体的废弃阶段，厚煤层发育在朵叶体间的浅水湖湾。深湖周缘扇三角洲和滨湖带，形成于盆地充填的大湖阶段，早期水进阶段滨湖带狭窄，聚煤规模小，煤层薄，不稳定；末期大规模水退形成大扇三角洲，连成片，湖泊淤浅成废弃三角洲平原，煤层厚，面积大。扇前和扇间冲积谷地，发育于充填早期阶段，位于盆地端部，基底尚未填平补齐，煤层不稳定，面积狭小。

松辽盆地位于准噶尔—兴安活动带的东部，盆地南部跨于华北陆块北缘带之上，早白垩世含煤岩系沉积厚达3000 m，聚煤作用发生于盆地断陷阶段。早白垩世盆地可划分为三个断陷带。西部断陷带以地堑型盆地为主，北部和中部发育冲积扇—湖泊碎屑沉积，有些发育火山岩及火山碎屑岩，南部发育冲积扇—扇三角洲、湖泊含煤碎屑岩沉积。中部断陷常为地堑、半地堑型盆地，主断裂带发育为后期坳陷中心，含煤细碎屑充填为主，含煤性好于西部。东部断陷带发育的地堑、半地堑盆地多呈复式断陷群，发育有冲积扇—扇三角洲、湖泊及泥炭沼泽相，含煤性最好。东部断陷带的中、南部及中部断陷带的南部含煤岩系埋藏浅、厚度大、受火山活动影响弱，含煤性较好。

早白垩世含煤沉积的底部一般为上侏罗统中酸性火山岩夹碎屑岩，受同期断裂和火山活动影响充填序列较为复杂。西部断陷带在南部发育较全，形成底部粗碎屑沉积组合—含煤碎屑和湖泊碎屑沉积组合—大湖细碎屑沉积组合；北部缺失沙海组或营城组相当的层位为两级式充填，即底部粗碎屑沉积组合和上部大湖泥岩沉积组合。中部断陷带含煤岩系层位相当于沙河子组、营城组，为五段式充填序列，即底部粗碎屑砾岩堆积—扇三角洲、滨湖三角洲、浅湖砂、泥岩夹薄煤层沉积—大湖泥岩沉积—上部主含煤段为细、粉砂岩、泥岩及煤层沉积—顶部为粗碎屑岩夹粉砂岩、泥岩和薄煤层沉积。东部断陷带充填序列与五段式序列相比，在大湖段和主含煤段之间多出火山碎屑岩和粗碎屑冲积组合，湖相泥岩和含煤段多重复一次，从而形成多段式充填序列样式。

早白垩世断陷盆地一般含有1～4个含煤层位。西部断陷带南部发育一个含煤层位，大湖泥岩段下煤组或煤线不可采。中部断陷带发育有3个含煤段，位于大湖泥岩段之上为主含煤段。东部断陷带主含煤段位于火山碎屑岩段（其下为大湖泥岩段）之上，含煤2～22层，可采煤9层，厚14.7～25.6 m。含煤岩系发育自西而东逐次变化，同一断陷带的含煤性南部优于北部，单一盆地富煤带位于盆缘主干断裂一侧，展布方向与盆地走向基本一致，有多个富煤中心，煤体形态纵向具分带性，横向厚度具分区性。盆地群主含煤段聚煤环境有两种，即扇前和扇间浅水湖盆与扇前和扇间洪泛洼地，一般出现于大湖泥岩段之后，由扇三角洲、冲积扇、河流和滨湖三角洲及火山碎屑岩对湖泊的快速充填而形成。较稳定的构造条件形成扇前和扇间浅水湖盆（如中部断陷带），较强烈的构造条件形成扇前和扇间洪泛洼地（东部断陷带）。

三江盆地位于准噶尔—兴安活动带的东部，古生代末至早、中三叠世处于隆起剥蚀状态，晚三叠至中侏罗世，东部完达山褶皱带沉陷为海，海槽西界位于南双鸭山—索伦河一线，中侏罗世末褶皱回返成山系，海水随之后退，晚侏罗至早白垩世形成三江盆地，挟持在完达山褶皱带以西与佳木斯地块以东的坳陷带内。

晚侏罗世早期，盆地处于初始充填阶段，盆地西部古老地块基底剥蚀夷平准平原化较好，形成较大面积的冲积平原，但由于西缘带冲积作用强，不易形成大规模泥炭沼泽，仅在冲积平原与其东侧的三角洲过渡相带形成富煤带，煤层单层厚度小，层数少，分布不稳定。盆地以东地带，基底不平坦，受海侵频繁，未形成大规模持续发育的泥炭沼泽环境。晚侏罗世晚期，盆地进入最大海侵阶段，经历早期填平补齐，地势趋于平坦，形成大规模三角洲和潟湖海湾环境。但由于处于海侵期，以发育破坏性的三角洲沉积为主，不利于泥炭沼泽环境的持续形成，仅在频繁的海侵后间歇期或短暂性的海退阶段，三角洲平原出现持续时间不长的泥炭沼泽环境，并与东侧的潟湖海湾淤浅沼泽化平原连成一片，形成具有一定规模的成煤环境，所形成的富煤带分布在三角洲相带偏向潟湖海湾相带的一侧，煤层单层厚度小，层数多，分布稳定。

早白垩世早期，盆地处于海退阶段，坳陷扩大，形成建设性三角洲沉积。由于三角洲的进积作用，经常出现废弃的三角洲朵叶体，形成大规模废弃三角洲平原，持续发育泥炭沼泽环境。在盆地内形成分布广，面积大，煤层厚度大的富煤带。

早白垩世晚期，由于盆地沉降速度过快，湖泊沉积发育，但物源供应不充分，未能形成大规模的三角洲平原，富煤带退缩至盆地的西部，但仍具有煤层层数多，单层厚度大，横向分布较稳定的特点。

三江盆地在不同的充填演化阶段，古地理环境不同聚煤作用强弱亦不同，形成的煤体形态，厚度分带和煤岩煤质特征不同。晚侏罗世盆地处于海侵期，成煤环境不很稳定，不利于形成大面积沼泽化平原，富煤带分布面积有限，煤层最大厚度不过10 m。早白垩世盆地处于海退阶段，形成大面积沼泽化平原成煤环境，富煤带分布面积广阔，最大煤层厚度大于10 m，最厚达30 m。晚侏罗—早白垩世聚煤古地理环境主要为三角洲平原、冲积平原和潟湖海湾沼泽化平原，其中三角洲平原聚煤较好，其它聚煤较弱，富煤带展布方向与沉积相带延伸方向大体一致。煤质属中灰、低硫、高镜质焦煤。自冲积平原、三角洲平原至潟湖海湾沼泽化平原，具有灰分降低，硫分增高，镜质组分增加的变化趋势。

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