第三纪含煤盆地聚煤沉积环境

来自:白云都    更新日期:早些时候
晚三叠世含煤盆地聚煤沉积环境~

印支期是统一的中国古大陆形成时期,亦是大陆地球动力机制转化时期,在沉积建造与构造变形方面均具过渡性特征。中国大陆发育的三叠纪含煤盆地集中于晚三叠世,具有承前启后的过渡性质。晚三叠世含煤盆地均发育在石炭、二叠纪含煤盆地所在的较稳定的陆块(或地块)之上,呈现出明显的继承性。印支期是中国古大陆主体会聚的完成期,亦是中生代大陆活化的过渡期,发育在较稳定陆块上的三叠纪含煤盆地的构造型式具有一定的继承性,位于北方大陆的华北、塔中、走廊过渡带三叠纪含煤盆地均以拗陷型为主要特征,继承了古生代大型沉积坳陷的基本特征,但在盆地边缘受逆冲推覆带的推覆,形成前陆拗陷型盆地。南方大陆发育的三叠纪含煤盆地,由于陆表海的退缩主要发育在陆块的边缘,形成前陆型沉积坳陷,早期的海相沉积范围狭窄,晚期的陆相沉积范围广阔。分布在较为活动的南华活动带上的含煤盆地具有别样,早期为山间陆盆,晚期海侵形成统一的海相、海陆交替相沉积盆地。发育在稳定陆块为基底的华北石炭、二叠纪含煤盆地,在开阔的陆表海盆地环境中形成海相、海陆交替相、陆相沉积序列,北方的晚三叠世含煤盆地继承性的发育了陆相碎屑岩含煤岩系,南方的晚三叠世含煤盆地仍继承了前期盆地海相沉积特征,在陆表海退缩的滨海、海湾环境下形成海相、海陆交替相、陆相含煤沉积序列。
中国大陆北方的三叠纪含煤盆地,主要分布在华北陆块、塔里木陆块和走廊过渡带。位于华北陆块的华北盆地(原型),晚二叠世晚期结束了海相、海陆交替相沉积,聚煤作用中断。早、中三叠世盆地仍处于北高南低平缓南倾整体沉降状态,发育了陆内河湖相碎屑岩沉积。印支晚期受区域应力场影响,盆地构造格局发生了变化,盆地东北部隆升掀斜处于剥蚀状态,缺失晚三叠世沉积,与其相对应的盆地西南部沉降幅度较大,沉降中心移至铜川—济阳一带,沉积厚度达2300 m。晚三叠世随着古气候转为半潮湿温暖环境,形成繁茂的植被,延长晚期(瓦窑堡期),形成陆内河湖相含煤碎屑岩沉积。位于塔里木陆块的塔中三叠纪含煤盆地,亦继承了二叠纪陆内沉积坳陷特征,早、中三叠世盆地西缘隆升,沉积盆地主要分布在塔里木陆块的中部(包括库车坳陷),形成一套陆内河湖相砂泥岩沉积,晚三叠世中、晚期形成塔里奇克组含煤碎屑岩沉积。在昆仑—秦岭活动带(北带)柴达木地块、中祁连地块的南北及走廊过渡带石炭二叠纪含煤盆地基础上,均发育有晚三叠世含煤岩系,走廊过渡带的南营儿群为陆内河湖相含煤碎屑岩沉积。大陆北方三叠纪含煤盆地继承了晚古生代克拉通盆地特征,以开阔的拗陷型为主,由于克拉通盆地在晚二叠世结束陆表海海相、海陆交替相沉积,三叠纪含煤盆地均为陆内河流、湖泊相含煤碎屑岩沉积。由于古气候、古植被和聚煤期短暂等原因,三叠纪含煤盆地一般聚煤作用较弱,含煤性较差。
中国大陆南方三叠纪含煤盆地主要分布在华南板块的扬子陆块、南华活动带,羌北—昌都—思茅(微)陆块和藏滇板块的羌中南—唐古拉—保山陆块。华南板块古生代克拉通盆地发育时期较长,延续至中三叠世末才结束陆表海沉积。晚二叠世长兴期广泛的海侵,几乎遍及整个南方大陆,在华南板块东部除北界的华北陆块南缘古陆,西界的康滇古陆和东界的华夏古陆外,古陆围限的陆表海域内江南、云开古陆均被海水浸没为孤岛。印支期,华南板块受多向应力作用,构造变形较为复杂,但在扬子陆块和南华活动带仍表现为区域性波状隆升和沉降,三叠纪早、中期周缘古陆变迁和海域进退,中三叠世末强烈的印支运动使中、西部表现为区域性隆升和大型低缓褶皱(泸州—开江古隆起),东部表现为较强烈的褶皱,至晚三叠世江南、云开古陆扩展形成中部隆起区,东、西部形成坳陷区,构成两坳一隆的古构造、古地理格局。统一的扬子古生代克拉通盆地在印支期分解为四川(广义)和南华(包括下扬子)两个晚三叠世含煤盆地(原型)。位于华南板块西缘羌北—昌都—思茅(微)陆块和藏滇板块东北缘的羌中南—唐古拉—保山陆块的三叠纪含煤盆地亦具有一定的继承性,主要发育在以昌都、唐古拉地块为基底形成的石炭、二叠纪含煤盆地之上。晚三叠世含煤盆地为浅海沉积环境,土门格拉组(那曲)自下而上由浅海相黑色沉积,海相及海陆交替相含煤碎屑岩沉积,陆相砂泥质沉积组成;巴贡组(昌都)为海相沉积、海陆交替相含煤碎屑岩沉积、陆相碎屑岩沉积。两组含煤沉积序列均由海相、海陆交替相、陆相组成海退相序,含煤沉积均发育在海陆交替相序,大部被浅海水域覆盖,在短暂的海退期于滨海相带形成泥炭沼泽成煤环境,一般煤层厚度小,含硫高。
四川晚三叠世含煤盆地(广义)包括四川(狭义)、西昌、滇中等盆地,华南板块中三叠世末印支运动,使康滇古陆、摩天岭古陆及上扬子地块隆升为陆,晚三叠世早期仅保留成都海湾与西部的广海相通,到小塘子期海水已漫布整个四川盆地西部,直到早、晚须家河期坳陷向东、南扩展,南部与西昌、滇中连成一片,形成统一的四川沉积盆地(川黔滇)(原型),发育有海相、海陆交替相、陆相沉积。
四川盆地早、中三叠世,继承了晚二叠世海相沉积特征,陆表海域不断扩大,马尔康古陆向北退缩,西部仍为康滇古陆,形成闭塞型碳酸盐岩台地沉积,膏盐层发育,中三叠世晚期发生海退,盆地整体隆升为陆,同时发生轻微的褶皱变形,形成北东向的泸州—开江隆起带,经风化剥蚀,隆起核部为下三叠统嘉陵江组,两翼为中三叠统雷口坡组,与晚三叠世含煤岩系呈微角度不整合接触。早期稳定的克拉通盆地基底是晚三叠世含煤盆地形成的古构造条件。
晚三叠世早期,由于受侧向挤压,盆地西北侧龙门山前缘形成前陆坳陷,同时盆地西部的特提斯海海域不断扩大,海水通过狭窄的通道侵进前陆坳陷,形成成都海湾,沉积了垮洪洞组滨浅海碎屑岩和碳酸盐岩。晚三叠世中期,盆地构造稳定,保持了早期古地理格局,盆地东部被剥蚀夷平,海岸线东移至华蓥山一带,沉积了小塘子组海陆交替相含煤岩系。晚三叠世晚期,龙门山迅速隆升,盆地整体隆升为陆,海水从盆地退出,被龙门山、米仓山、大巴山、江南古陆围限的四川盆地,已与云、贵、鄂连为一体,沉积了广布的须家河组河流—湖泊相含煤岩系。晚三叠世末,印支运动使龙门山褶皱成山,结束了盆地海相沉积史。
四川盆地晚三叠世沉积地层充填序列由四个岩性组合组成,即马鞍塘组(垮洪洞组)、小塘子组、须家河组下亚组和须家河组上亚组。马鞍塘组为海湾充填层序,分布于龙门山前缘的前陆坳陷带,由浅海相泥质岩和碳酸盐岩组成,富含海相动物化石。小塘子组由障壁—三角洲充填层序构成,障壁海岸层序位于盆地西北部,三角洲层序在盆地东南部,煤层发育于各层序向上变细的部位。须家河下亚组由河流、湖泊—湖滨三角洲充填层序构成,河流层序位于盆地北部的边缘地带,湖泊—湖滨三角洲层序位于盆地中部,陆相含煤碎屑是其特征。须家河上亚组由冲积扇—河流和湖泊—湖滨三角洲充填层序构成,其分布特征同于下亚组,冲积扇充填层序出现于龙门山和大巴山前缘。盆地中部的湖泊充填层序已发展为内陆盆地含煤碎屑充填。上述充填序列反映了盆地沉积演化,盆地基底的缓慢沉降,海水逐渐向西退出,陆内沉积作用不断增强,盆地沉积范围逐渐扩大,由早期的海湾盆地转变为中期的近海盆地至晚期的内陆盆地,形成晚三叠世海退超覆地层序列。
四川晚三叠世含煤盆地沉积组合包括冲积扇—河流沉积组合、湖泊—湖滨三角洲沉积组合和障壁三角洲沉积组合。冲积扇—河流沉积组合分布于盆地近缘地带,发育于须家河组,厚度十至数百米。由厚度较大的扇砾岩和冲积河道体组成砂体格架,扇砾岩向湖区急剧变薄或尖灭,冲积河道砂体向湖区变为分流河道砂体,但向横向延伸较远。湖泊—湖滨三角洲沉积组合分布于盆地中部和西部的须家河组。湖泊沉积为粉砂岩、泥岩,水平层理发育,含淡水动物化石,偶见植物化石。在盆地中部湖泊沉积较薄,常与湖滨三角洲沉积共生。盆地西南部湖泊相多为厚层泥岩、粉砂岩层,夹滨浅湖相薄层中细砂岩。湖滨三角洲沉积由底积层,前积层和顶积层三层结构组成。
晚三叠世在龙门山推覆带东侧形成的前陆盆地具有明显的不对称性,盆地西部是深陷带,盆地东侧川鄂湘黔形成隆起带为剥蚀区,盆地内龙泉山、华蓥山两条隐伏断裂对盆地的沉积演化亦起着控制作用。龙泉山断裂以西前陆坳陷地带沉降幅度较大,含煤岩系厚度巨大,达2000~3000 m,为海岸—三角洲沉积和残留半咸水深湖相细碎屑岩沉积,含煤层较多,单层厚度小。华蓥山断裂以东沉积幅度小,含煤岩系厚度小于500 m,以冲积相砂岩为主,煤层不发育。两条断裂中部地区,沉降幅度适中,含煤岩系厚500~700 m,为湖泊—三角洲沉积,含煤性较好,煤层少,单层厚度较大。四川盆地晚三叠世聚煤期古地理环境主要为滨海平原、滨海—湖泊三角洲、滨海冲积平原,其中滨海—湖泊三角洲平原型含煤性最好,滨海平原型为次,滨海冲积平原型含煤最差。不同聚煤古地理环境有不同的聚煤成因单元,湖滨三角洲平原含煤性最好,坝后平原为次,河流冲积平原含煤性最差。
四川盆地晚三叠世形成三个富煤带,盆地西部与海岸线平行呈北东走向的大邑—雅安富煤带,盆地中部呈北东走向的达县—自贡—峨眉富煤带,盆地北缘广元富煤带。富煤带可采煤层厚均在1 m以上,东部仅1~2 m,西部为1~5 m,中部一般为1~3 m,局部可达5~10 m。西部前陆坳陷带由于沉降幅度大,海水进退频繁,不利形成稳定的泥炭沼泽环境,可在坝后平原形成多层横向分布的薄煤层,大邑—雅安一带由多层薄煤层形成富煤带,由于地势低,泥炭沼泽多为覆水较稳定的低位沼泽,形成中灰—富灰、特低硫半亮煤。两条断裂间中部地区,沉降速度与沉积速率近于平衡,大面积平坦的三角洲平原形成大面积稳定的可采煤层,富煤带煤层较少,但单层厚度较大。由于泥炭沼泽多为覆水较稳定的中、低位沼泽,以中灰、低硫半亮煤为主。华蓥山断裂以东及盆地北缘带,沉降速度较慢,河流作用较强,不利于形成大面积稳定的泥炭沼泽环境,煤层少,厚度薄,煤质差,不稳定。由于泥炭沼泽覆水不稳定,镜煤化和丝炭化作用常交替进行,碎屑物渗入泥炭堆积,聚煤中断,多为中富灰、低硫的半亮、半暗煤,煤层结构复杂。
西昌盆地位于康滇古陆东侧,晚三叠世早期形成断陷盆地为非煤沉积,中、晚期(大荞地期)白果湾组为湖泊相砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层。会理盆地(宝鼎、红坭)属康滇构造带西侧的冕宁—永仁断陷,堆积厚达3000 m的含煤碎屑岩沉积。下部大荞地组为主要含煤层位,属辫状河沉积,其沉积层序表明沉积期间盆地处于超补偿状态,盆地边缘相不断向盆地中心进积。上部宝鼎组为河流相演变的湖泊相沉积,煤层薄,含煤性差。西昌、会理盆地属山间盆地,发育了近源冲积扇、河流、湖泊沉积,在主聚煤期因与外部海域沟通有海相夹层沉积。在基底断陷作用强烈时期,会理盆地有充足的碎屑供应,发育了冲积扇—辫状河沉积,冲积扇体系不易发生侧向迁移而以垂向加积为主,在基底裂陷作用较和缓阶段,冲积扇裙前缘和扇间洼地的山前地下水泄出带,或于河流岸后地势低平的漫滩沼泽,有利于泥炭坪的形成。西昌盆地因碎屑供应不足而出现湖泊环境,在湖盆被淤积填平的湖沼地带,可持续出现有利于聚煤的泥炭沼泽环境。由于沉积环境周期性交替,形成巨厚煤层或多煤层,并形成良好的覆盖保存条件。
楚雄(滇中)盆地位于康滇古陆西侧,以构造带西侧断裂为东界,哀牢山断隆带为西南界,北东为川滇高地,西南邻为滇西浅海,为一北西走向的滨海盆地。晚三叠世早期,盆地东部为隆起剥蚀区,盆地西部为滨海—浅海相碳酸盐夹泥岩、粉砂岩和煤线,厚1800 m。中期(诺利期),盆地东部由小盆地连片沉积了山间盆地河流相粗碎屑岩,上部发育有可采煤层;盆地西部罗家大山组为火山碎屑岩、细碎屑岩夹煤层,含海相、半咸水双壳类化石,在后期海退阶段,滨海潮坪环境形成含煤沉积。晚期,盆地西部海水已退出,白土田组为河流相粗碎屑岩沉积,含煤性变差;盆地东部干海子组、舍资组为滨海山间湖盆沉积,厚达2000 m余,沉积范围扩大,盆缘发育冲积扇,有海相夹层可能与外部海域相沟通。楚雄盆地在晚三叠世中、晚期形成多层不稳定煤层。盆地西部含煤多达27~40层,最大厚度达52~54 m。盆地东部含煤13~27层,最大厚度18~56 m。东部一平浪含煤最佳,可采煤2 m,为滨湖三角洲环境。楚雄盆地东部含煤岩系形成于山间盆地环境,以近源内陆沉积为主,海相和过渡相沉积不发育,与会理盆地沉积类型相似,属滨海山间平原型。楚雄盆地西部含煤岩系形成于滨海潮坪环境,煤层形成于海退期,沉积特征与四川前陆坳陷相似,属滨海平原型。楚雄盆地晚三叠世聚煤作用与四川盆地和西昌盆地相比明显减弱。
南华晚三叠世含煤盆地(原型)位于华南板块东部,盆地基底为华夏古陆及下扬子陆块的一部分,含煤岩系主要发育在下扬子、赣湘粤和浙闽粤三个坳陷带内。中三叠世末,印支运动在华南板块东部十分强烈,不仅表现为华夏古陆再次大面积隆升并与云开古陆相连,还表现为强烈的褶皱,使晚三叠世含煤岩系与下伏褶皱岩层呈不整合接触,覆盖于不同时代地层之上,因而聚煤期前古地理面貌比较复杂,在未被夷平的基底上形成一系列北东向狭长坳陷。因此聚煤盆地早期范围小,分隔性强。后期填平补齐,连通扩展超覆。沉积类型以海陆交替相为主,大部为海湾—潟湖沉积与陆相沉积相交互。
南华盆地晚三叠世含煤岩系可分为海陆交替相和陆相两种沉积类型。海陆交替相包括:萍乡安源中部海相层,漳平大坑上部海相层,邵武焦坑陆相为主夹海相层。陆相沉积类型包括:义乌乌灶湖相细碎屑岩,灵山檀圩河流相粗碎屑岩,根据含煤岩系沉积层序及岩石成因标志划分出冲积扇相、辫状河相、曲流河相、湖泊相、河口湾相、潟湖—潮坪相及沼泽—泥炭沼泽相。冲积扇相分布于古陆边缘,由厚层状砾岩,砂砾岩、含砾砂岩夹薄层砂岩、泥岩组成,以泥石流或冲积扇面的山前辫状河沉积为主,次为冲积扇前漫流及湖沼沉积。辫状河相常与冲积扇相共生,以中、粗砂岩,含砾砂岩沉积为主。曲流河相各层序下部为河道及边滩中厚层砂岩,上部为天然堤和泛滥平原细碎屑沉积。湖泊相以泥岩、粉砂岩为主,为水平层理和缓波状层理。河口湾相以中、细砂岩、粉砂岩、泥岩组成频繁韵律层为特征。潟湖—潮坪相的岩性组合特征与湖泊相类似,但含咸水、半咸水海相双壳类化石,夹灰岩、泥灰岩薄层,潮汐层理,沼泽—泥炭沼泽相以黑色炭质泥岩、含炭质泥岩为主,夹少量粉砂岩,含大量植物化石,并夹煤层或煤线,常见黄铁矿结核或夹层,沉积厚度不大,分布范围广。
南华盆地晚三叠世含煤岩系的形成与海水进退密切相关,早中期形成海进序列,中晚期形成海退序列。晚三叠世早期地形分异显著,在规模较小互不连通的洼地发育了含煤沉积。由山麓相堆积,冲积相砂砾岩沉积,扩大为湖泊、沼泽形成细碎屑含煤沉积。晚三叠世中期发生一次较大规模海侵,来自古太平洋的海水连通了大部分沉积盆地。一支从华夏古陆以西自闽西南侵入闽北,分布在闽北、粤东狭长坳陷带内;另一支经粤东至粤北达湘东、赣西的浏阳、萍乡及萍乐坳陷带内。晚三叠世中期形成一套含煤性较差的泥质岩为主的含煤岩系,此期在海水不达的内陆或山间盆地形成河流—湖泊相沉积。晚三叠世晚期发生海退,河流相沉积广泛发育,形成煤层多而薄的陆相含煤岩系。从南华盆地聚煤环境分析,海湾盆地基底缓慢沉降,与碎屑物质供给效率相平衡的条件下聚煤作用最好。反之,基底沉降过快,碎屑物质供应不充足,海湾盆地覆水较深的部位,成煤条件较差。滨海—海湾聚煤古地理环境含煤性最佳,可采煤层大面积连片分布,厚2~5 m,最厚达10 m以上,湘东南至赣西萍乡一带聚煤作用最强。其次为潟湖—河口湾聚煤古地理环境,可采煤层有较大面积分布,厚1~3 m。山间湖盆与山间盆地型含煤性差。

燕山期是中国大陆地质发展历史的重大变革时期,亦是最重要的成煤时期。燕山早期形成的侏罗纪含煤盆地改变了晚古生代以来的分布格局,含煤盆地主要分布在塔里木—华北板块的北部和准噶尔—兴安活动带,含煤盆地在南方大陆几乎已经绝迹。古气候、古植被是导致中生代含煤盆地形成和分布的重要因素。早、中侏罗世,中国大陆气候带以昆仑—祁连—秦岭一线为界,南侧干旱—半干旱气候带多形成红色沉积盆地,北侧处于温暖潮湿气候环境,有利于银杏、苏铁类造煤植物生长,裸子植物异常繁盛。晚侏罗世,干旱—半干旱气候带北迁至阴山、燕山山脉一线,含煤盆地主要发育在其北构造带内。
早、中侏罗世含煤盆地大体上可分为拗陷型和断陷型两类。分布在华北陆块叠置于晚古生代及三叠纪含煤盆地之上的鄂尔多斯盆地(原型)是大型陆内河湖相前陆拗陷型沉积盆地,发育较好,含煤性好。分布在上扬子陆块叠置在晚古生代及三叠纪含煤盆地之上的川北盆地,侏罗纪原型前陆坳陷盆地范围较大,但含煤沉积已退缩至四川盆地北部的边缘,虽属陆相碎屑岩含煤沉积,含煤性较差,分布范围狭小。断陷型盆地可分为前陆断陷盆地与地堑型断陷盆地。前陆断陷盆地主要分布在西部,由活动带边缘推覆体逆冲形成单断坳陷,再发展为不对称式坳陷盆地,沉积范围较广,盆地规模较大,在成煤条件优越时形成大型含煤盆地,如准噶尔盆地。分布在塔里木陆块周缘的塔北(库车)、塔东、塔西南、塔东南等盆地,属前陆型断陷盆地,沉积范围广阔,但含煤性较弱。地堑式断陷盆地多半发育在构造活动带,亦有的发育在微陆块之上(伊宁盆地),由于基底断裂活动形成单边或双边甚至更为复杂样式的断陷盆地。分布在西部的伊宁、焉耆、吐鲁番—哈密、北山等断陷型含煤盆地,受特提斯构造域的影响,盆地呈北西、北西西走向,以山间盆地陆相沉积为特征;分布在东部的华北陆块北缘盆地群,松辽深部断陷盆地群,受滨太平洋构造域影响,盆地呈北东、北北东走向,陆相含煤碎屑岩沉积中发育有较多的中、基性火山岩,表现出断陷盆地成生时较强的活动性。
早、中侏罗世含煤盆地的类型不同,充填方式亦有差别。大型坳陷含煤盆地聚煤期充填过程一般经历三个阶段,即早期河流充填阶段,形成底砾岩或粗碎屑岩沉积组合,局部亦可为含煤碎屑沉积组合;中期湖泊—三角洲充填阶段,盆地边缘形成粗屑冲积为主的含煤碎屑组合及滨湖三角洲含煤碎屑沉积组合,盆地沉积中心形成以湖相为主的细碎屑沉积组合,不含煤或少含薄层煤;晚期河流充填阶段,形成粗碎屑沉积组合或含煤碎屑沉积组合。上述充填过程往往具有重现性。聚煤期岩相带在盆地中展布呈现环带状,从盆地边缘至沉积中心依次发育冲、洪积相带,滨湖三角洲相带和湖泊沉积相带。浅水湖盆型比深水湖盆型具有较宽的滨湖三角洲相带。中小型充填过程在东西部有所差别,西部的小型山间湖盆型含煤盆地聚煤期充填过程分为两个阶段,即早期河流充填阶段,形成底砾岩、粗碎屑岩及含煤碎屑岩沉积组合;晚期湖泊充填阶段,形成湖泊相为主的细碎屑岩沉积组合。伊宁、焉耆盆地聚煤作用主要发生在湖泊充填阶段的早期,与滨湖三角洲环境密切相关。天祝(大通河)含煤盆地聚煤作用主要发生于河流充填阶段的后期,煤的聚积主要与河流的废弃、碎屑物源补给不足有关,湖泊充填阶段聚煤作用微弱。东部的中小型山间湖盆型含煤盆地,地处滨太平洋构造活动带,燕山早期构造活动强烈,分布于燕山、阴山一带的含煤盆地在早侏罗世有中、基性火山岩侵入,大兴安岭东坡含煤盆地早、中侏罗世有多期中、基性火山岩侵入。盆地和充填过程仍可分为早期河流及晚期湖泊两个充填阶段,聚煤作用主要发生于河流充填阶段的后期和湖泊充填阶段的早期,由于聚煤期同期构造活动强烈,聚煤程度较差。从总体上分析,聚煤程度以大型含煤盆地最好,西部中小型含煤盆地为次,东部中小型含煤盆地较差。
不同类型含煤盆地的不同充填方式致使含煤盆地富煤特征有很大差异。大型坳陷含煤盆地富煤带沿盆地边缘展布,滨湖—三角洲岩相带控制了富煤带的宽度、走向及延续性和稳定性。浅水湖盆型含煤盆地,如鄂尔多斯盆地的盆缘三角洲以沉积倾向上的进积作用为主,造成盆地范围内有较宽的盆缘富煤带,煤层厚度变化在沉积倾向上和沉积走向上均相对稳定,淤浅的湖泊及废弃的三角洲是聚煤的极为有利的场所。深水湖泊型含煤盆地,如准噶尔盆地的盆缘滨湖—三角洲岩相带较窄,三角洲在沉积倾向上的进积作用受深水湖泊的限制,而在沉积走向上的沉积作用相应增强,导致富煤带相对较窄,沉积厚度变化较大,而富煤带沿盆地边缘展布延续性好,厚度稳定。中小型山间湖盆型含煤盆地富煤程度差别悬殊。西部山间湖盆含煤盆地聚煤程度相对较高,如伊宁、焉耆盆地,富煤带分布范围不大,断续分布在盆地周缘带。中部山间湖盆含煤盆地,如柴达木北缘盆地,富煤带断续分布于盆地中心,展布方向与盆地延伸方向相一致。东部含煤盆地,如京西、北票盆地,富煤带分布于盆地边缘,煤层较薄,较稳定。塔里木周缘侏罗纪前陆盆地,聚煤程度相对较低,未能形成大型含煤盆地,富煤带沿盆地沉积中心的南侧展布。
鄂尔多斯早、中侏罗世含煤盆地属浅水湖盆型坳陷盆地,早侏罗世富县期沉积环境处于晚三叠世隆升的剥蚀面上,富县组地层分布局限,盆地中岩性岩相组合在盆地不同部位有所不同,盆地中部河流相砂岩、粉砂岩夹泥岩组合,有些地区见有炭质页岩、煤线。盆地东南缘为干燥气候条件下浅水湖泊环境,形成花斑泥岩组合。富县期古气候总体上为干旱气候环境,成煤条件较差。
中侏罗世延安期,延安组沉积超覆于延长群及富县组之上,分布广泛,其沉积体系包括河流沉积、湖泊三角洲沉积和浅水湖泊沉积体系。河流沉积体系分布于延安组第一和第五段,盆地西缘为辫状河沉积,以粗屑沉积为主;盆地中心为曲流河沉积,河道相砂体构成河流体系的沉积格架,泛滥盆地相和漫滩沼泽相位于河流层序的上部或顶部。湖泊三角洲沉积体系分布于盆地周边的延安组第二至第四段。三角洲沉积层序粒度先向上逐渐变粗而后变细,顶部出现中厚、厚煤层层序,由此形成多层序组合。其主要特征是前三角洲相组合不发育,三角洲前缘相组合常为水下分流河道砂体覆盖于远近端坝之上。三角洲体系以三角洲平原相为主体,三角洲充填厚度比较稳定,近源地带碎屑供应充足可构成多个废弃三角洲平原组合交替出现的垂向层序,稳定分布的中厚—厚煤层发育在废弃三角洲层序的顶部。在盆地中部由于物源不足常成为被水体侵占的湖沼三角洲层序,仅在湖体大规模淤浅后才出现废弃三角洲平原沉积组合,反映出盆地聚煤期河流作用的能量超过湖泊作用的能量。湖泊沉积发育于延安组第二至第四段细碎屑岩组合浅水湖泊沉积,分布在延安、富县一带。在近盆地边缘冲积—滨湖三角洲相带亦有湖相薄层泥岩夹层,湖相泥岩层往往构成不同煤层的顶板,可对煤层起保护作用。
中侏罗世延安期沉积环境经历了五个时期演化。延安组第一段时,继富县沉积之后,古地势进一步填平补齐,呈现冲积平原与丘陵并存,古地形呈北西—南东向贯穿盆地,形成厚度变化较大的以河流相为主的粗碎屑沉积组合。延安组第二段时,继盆地古地形填平补齐沉积之后,地势已经平坦开阔,东部和南部随着基底的沉降,形成大面积连通的浅水湖泊,以湖泊、三角洲沉积为主。延安组第三、四段时,盆地古地理仍然以湖泊三角洲沉积为主,岩性分带亦呈环带状展布。三角洲充填沉积使湖泊相带范围逐渐缩小,三角洲相带向湖泊方向拓宽,三角洲平原相带逐渐占据主导地位。此时继承并发展了前段时形成的分布于盆地内四个大型三角洲:即东胜—神木、鄂托克旗—靖边、灵武—盐池、彬县—庆阳三角洲。延安组第五段时,三角洲充填作用导致盆地内湖泊淤浅并逐渐消亡,盆地再度恢复了冲积平原古地理景观,在废弃三角洲上发育的冲积平原,平坦开阔。此时沉积环境以河流环境为主,泥炭沼泽环境主要在废弃或迁移的河道基础上发生,属河流岸后沼泽类型。延安组沉积之后,盆地曾一度抬升,并经短期剥蚀,转为不利成煤的河谷低地沉积,中侏罗世晚期(直罗期)沉积时,聚煤环境基本中断。
中侏罗世延安期,自物源区往盆地中心方向,沉积环境依次为冲、洪积扇—辫状河平原—曲流河冲积—滨湖河口三角洲—浅水湖泊。曲流河平原和滨湖河口三角洲是有利聚煤相带,延安期几次湖泊淤浅是导致泥炭沼泽化的有利沉积环境,形成厚度大,分布广的可采煤层。鄂尔多斯盆地延安组煤层发育在三角洲平原和冲积平原相区。中厚—厚煤层主要分布在三角洲平原相,煤层层段较多,分布稳定、广阔。冲积平原相形成的煤层薄层至巨厚层均有,范围及稳定性均不如前。
准噶尔盆地含煤岩系为下、中侏罗统水西沟群,自下而上为下侏罗统八道湾组、三工河组和中侏罗统西山窑组,其中八道湾组和西山窑组构成下、上含煤组。八道湾组连续沉积在三叠系之上,厚度变化较大,其底部为冲、洪积粗碎屑岩充填,盆地边部沉积物较粗,向盆地中心方向变细,含多层煤线或薄煤层。中下部为滨湖三角洲充填,砂岩、粉砂岩含煤10~20层。八道湾组自下而上为河流—湖泊三角洲—滨浅湖—中深湖充填层序,湖泊水体逐渐变深。三工河组为非煤层组,为湖泊充填,下部盆地中心为中深湖充填沉积,边部有冲、洪积相;上部岩性稳定,顶部有一层30~50 m黑色泥岩、油页岩,是湖泊扩展期充填沉积物。其充填过程经历了滨湖—浅湖—中深湖过程。西山窑组厚度变化大,中下部沉积物粒度细、粗、细变化,为三角洲充填沉积,煤层多发育于三角洲向上变细的充填层序中,含煤达20~80层,厚达182 m,单层厚48 m。上部由河流充填层序构成,煤层不发育。西山窑组充填反映了湖泊水体逐渐淤浅充填过程。准噶尔盆地早侏罗世早期至中侏罗世早期聚煤沉积经历了由水进至水退的充填演化过程。湖泊—湖泊三角洲充填占绝对优势,巨厚的湖相沉积显示了深水湖盆的充填特点,湖泊三角洲充填阶段是聚煤作用的鼎盛时期,中侏罗世早期湖泊淤浅聚煤作用更强。
准噶尔盆地早、中侏罗世含煤岩系沉积类型包括湖泊、湖泊三角洲、河流、冲积、洪积扇、沼泽等沉积类型。冲、洪积扇由砾岩组成夹细碎屑岩,仅分布于盆地边缘。河流沉积由细碎屑含煤层组成,沉积物由粗向上变细,顶部为煤层,主要分布在盆地边缘。湖泊沉积分布于盆地中部,范围广泛,是最发育的沉积类型,发育于八道湾组中上部,三工河组和西山窑组的中部。湖泊三角洲沉积是与聚煤作用关系最密切的沉积类型。由前三角洲沉积(底部泥岩)、三角洲前缘沉积(下、中部粉细砂岩)、三角洲平原沉积(上部砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层)构成细、粗、细三角洲沉积层序。由于受盆地深水湖泊的影响,三角洲进积作用受到限制,使三角洲沿盆缘沉积走向发育,在盆地边部分布较为稳定的湖泊三角洲沉积,主要分布于盆地的东、南和西北部的上、下含煤组的中下部,由多个三角洲层序构成。沼泽、泥炭沼泽分为河流岸后沼泽和滨湖—三角洲平原沼泽。八道湾组底部和西山窑组上部的煤层多为河流岸后成煤,占主导地位的八道湾组和西山窑组的中下部煤层多为滨湖—三角洲平原沼泽化成煤。
八道湾组和西山窑组含煤性好,煤层多,分布广,均含厚—巨厚煤层,主要可采煤层位于西山窑组中、下部和八道湾组下部。整个盆地边部含煤好,中部含煤性较差,八道湾组在准东、准西北较多,西山窑组呈环带状分布于盆地周边,以准南、准西北和准东为好。
塔北(库车)前陆盆地早、中侏罗世含煤岩系为克拉苏群,自下而上为下侏罗统阿合组、阳霞组,中侏罗统克孜勒努尔组,沉积厚度约千余米。阳霞组和克孜勒努尔组含煤层富煤带在库车、拜城一带。阿合组为冲、洪积相砂岩、砂状砾岩,厚200~300 m。阳霞组为细碎屑岩夹煤层,顶部夹油页岩、泥岩。其底部为河流相粗碎屑岩,过渡为滨湖-三角洲和湖泊沉积,厚200~300 m,沉积中心位于库车一带。库车、拜城一带含煤好,薄煤层为主,煤层数层至十余层,厚十余米。克孜勒努尔组为细碎屑岩含煤层,以湖泊相为主,厚400~600 m,库车仍为沉积中心,岩相分带呈环状。拜城、库车一带含煤好,含煤2~3层,厚1.1~3.4 m。库车以北含煤5~11层,厚3.85~11.90 m。阳霞一带含煤12层,厚12~17.37 m。从盆地沉积演化来看,阿合期盆地为冲、洪积充填,为山间谷地型不聚煤。阳霞至克孜勒努尔期转化为山间湖盆型,滨湖三角洲环境形成泥岩沼泽化聚煤,富煤带位于库车—拜城一带,在盆地沉积中心的南侧,为滨湖三角洲平原相沉积,泥炭沼泽覆水较深,向边部过渡为冲积平原相。克孜勒努尔组沉积后,盆地继续沉陷,形成一套湖泊相细碎屑岩不含煤沉积。
柴达木北缘盆地早、中侏罗世含煤岩系为下侏罗统小煤沟组和中侏罗统大煤沟组,不整合于震旦系地层之上。小煤沟组分布局限,厚500 m,底部为洪积扇底砾岩。下部为200 m厚含煤碎屑沉积,以河流相砂岩为主,含数层煤,单层厚10 m,煤层不稳定;上部为湖泊相细碎屑岩沉积,厚数百米,偶见煤线及炭质泥岩。沉积序列为小煤沟组冲、洪积粗碎屑岩充填,过渡为山间湖泊相细碎屑岩充填,聚煤作用发生于向山间盆地转化阶段。大煤沟组分布于整个盆地,鱼卡—大煤沟一带厚400~500 m,向西减薄至200 m,向东变薄为70~250 m。中侏罗世大煤沟期,盆地亦经历了由洪积向湖泊充填的转化过程。早期盆地充填由砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层构成,为河流相沉积,成煤环境为河流岸后沼泽,煤层厚10 m余,大煤沟一带厚30 m,煤层厚度变化大,不稳定。中期盆地充填以湖泊相碎屑岩为主,细碎屑岩夹数层薄煤层。晚期盆地充填了厚近百米的中深湖相泥岩、油页岩,富煤带位于鱼卡、大煤沟等地,断续展布于沉积中心一带,展布方向与盆地延伸方向相一致。
位于准噶尔—兴安活动带东部的早、中侏罗世含煤盆地,聚煤期受滨太平洋构造活动的影响,早、中侏罗世发生多期火山活动,在火山活动间歇期的稳定沉降条件下形成含煤碎屑沉积组合,聚煤程度低,盆地基底多为褶皱带构成,形成内陆山间湖盆古地理环境,聚煤作用在滨湖—三角洲或河流沉积环境,煤层煤质变化大,煤阶自长焰煤至无烟煤均有。位于松辽盆地西缘的乌兰浩特(万宝)盆地,含煤岩系为下侏罗统红旗组和中侏罗统万宝组,盆地构造复杂,断层发育,属小型山间湖盆型含煤盆地。主含煤段为红旗组,岩性以粉砂岩、泥岩为主,夹砾岩、砂岩和煤层,单层厚0.4~1.5m,最厚达8 m,富煤中心厚25 m。沉积环境为冲、洪积、河流、滨湖三角洲、湖泊环境,富煤带呈北北东向展布,与滨湖—三角洲相带相吻合。万宝组以砂岩为主,由冲、洪积扇砂岩、砾岩,河流相砂岩、粉砂岩,湖泊相粉砂岩、泥岩,滨湖三角洲相砂岩、粉砂岩和煤层组成,煤层发育在滨湖三角洲环境。

第三纪含煤盆地主要分布在中国大陆东部,是全球第三纪环太平洋聚煤带的组成部分。老第三纪含煤盆地主要分布于大陆东北部,新第三纪含煤盆地主要分布在大陆西南部云南境内。第三纪含煤盆地发育于古新世,延续至更新世,始新世及中、上新世聚煤作用较强。含煤地层厚度自数十米至2000 m,台湾含煤地层厚达7000 m。老第三纪沉积一般厚600 m以上,新第三纪沉积厚300m左右。第三纪含煤盆地面积一般较小,从小于1 km2至870 km2,一般为数平方千米至数百平方千米,老第三纪最大含煤盆地——南宁盆地870 km2,台湾新第三纪含煤盆地为1800 km2,南海、东海等其它海域含煤盆地规模较大。大陆范围内第三纪含煤盆地含煤面积为整个盆地面积的1/4~1/3。第三纪含煤盆地的形成均与所在构造位置特征相关联,构造线展布亦与其相一致。位于大陆东北部盆地构造走向一般为北东、北北东,位于西南部的处于几个构造带的结合部,构造走向亦随之呈北西、南北或北东向,位于藏滇板块上的盆地一般呈近东西向,而台西盆地则呈现北北东向。

含煤盆地的沉积环境与古气候密切相关,中国大陆在新生代时期古气候发生较大变化。老第三纪时,有一条自新疆至福建、浙江的北西—南东向的全球性干旱气候带,其北为温暖潮湿气候带,受大兴安岭、太行山、吕梁山的影响,以东降雨较多;其南早期较为干旱,中后期为热带—亚热带潮湿气候,南岭以南降雨较多。现代海域部位的古气候为半干旱、半潮湿气候。受古气候条件的制约,老第三纪含煤盆地主要形成于大陆东北部与南岭以南地区。新第三纪时,干旱气候带范围缩小,除大陆西北、华北西部为干燥气候外,大部地域气候湿润,分带不很明显。新第三纪亚热带北界南移,北方聚煤作用减弱,含煤盆地规模小,分布零星,南岭以南特别是云南境内,因印度洋季候风的影响,雨量充沛,植被繁茂,聚煤作用强。

老第三纪中国大陆古构造、古地理与白垩纪时期有明显的继承性,老第三纪含煤盆地分布与其有明显的相似性,除古气候因素外,主要是古构造、古地理因素所致。受太平洋板块对亚洲大陆的影响,燕山晚期以来大陆东部形成区域性引张作用,形成北北东向沉降带与隆起带,老第三纪分布在华北和近海大陆边缘裂谷系,在边缘带充填了含煤序列,在大型断裂带形成含煤性较好的断陷盆地。

新第三纪构造格局又发生变化,大陆东部沉降带以大型坳陷盆地为特征,由于物源等成煤条件不匹配,在大型沉积坳陷中多未形成良好的含煤沉积建造,从而结束了早白垩世、老第三纪在大陆东北部为含煤主要分布区的历史。新第三纪时期,受印度板块的推挤,青藏高原及广大西北地区剧烈隆升,西部海域从大陆退出,位于第二阶梯的云贵高原处于陆内低洼区,在一系列的断陷洼地形成含煤碎屑岩沉积。在东部形成稳定的湖泊相细碎屑岩含煤沉积,西部发育洪、冲积相粗碎屑岩与湖泊相细碎屑岩相交替的沉积序列。台湾中央山脉以西老第三纪时为大陆边缘海槽,强烈下陷充填了巨厚的较深海相碎屑沉积。新第三纪,时升时降频繁,海水进退往复,形成海陆交替相含煤沉积。

第三纪含煤盆地充填序列与前有所不同,含煤地层由泥岩、粉砂岩、油页岩、淡水灰岩、硅藻土及煤层等细碎屑岩组成,油页岩、灰岩主要分布于下第三系,硅藻土多发育在上第三系含煤岩系中,在煤系地层中还夹有玄武岩、凝灰岩,下第三系含煤岩系之下有些还发育有膏盐沉积,台湾盆地含煤岩系还有海相灰岩层。含煤盆地充填特征差异很大,大体归纳为五种类型。第一类为水进序列,底部为粗碎屑冲洪积充填阶段,其上为湖泊相细碎屑岩充填与含煤细碎屑岩充填的稳定阶段,如梅河、舒兰、昭通盆地,当序列中组合较稳定单一时含煤性较好,当组合复杂多变时含煤性变差,如保山罗赛、合浦营盘。第二类为湖泊相细碎屑岩与含煤细碎屑岩相互交替序列,属于沉积物质欠补偿状态,此类序列含煤盆地较多,在北方此序列煤层发育较差,如桦甸、五图盆地;而南方则煤层发育较好,如禄丰罗茨、楚雄吕合、百色等。第三类为粗碎屑洪冲积充填沉积,进到含煤细碎屑沉积,由数个旋回重复叠加组成序列,盆地物源补给充分,环境不太稳定,煤层发育不太好,如宝泉岭、达莲河盆地,但景东大街盆地煤层较厚。第四类为火山岩及火山碎屑岩与含煤细碎屑岩沉积组合。由于火山活动对聚煤条件的频繁破坏,煤层厚度较小,稳定性差,如宁海、繁峙盆地,但张北盆地火山充填间隔较长,环境稳定,煤层厚18.5 m。第五类为海陆交替相沉积序列,沿海海相沉积含煤盆地,覆水较深,含煤较差,如台湾、东海等盆地。除此而外,还有由多类序列构成复合式复杂沉积序列类型,如鸡东平阳、珲春、盐源盆地等。

第三纪除在东部沿海形成台湾、东海、南海等海域含煤沉积盆地外,中国大陆基本上为陆内沉积环境,形成陆相含煤沉积。在内陆沉积环境下,由于盆地相互隔绝,沉积特征、充填类型差异较大。多数盆地为汇水盆地,但盆地物源补给强度不同,沉积岩相带展布并不呈现明显的环带状,多为不对称状。在盆地充填演化过程中,以平静的湖泊相和泥炭沼泽相较为发育。大多数第三纪含煤盆地,沉积中心、沉降中心、富煤中心相一致。地层结构多为向上超覆式,说明多数盆地在充填演化过程中,构造活动方式为整体升降,沉积范围逐步扩大。同沉积断裂或坳陷活动致使盆地沉积中心、沉降中心不一致。

第三纪含煤盆地主要聚煤方式为湖泊淤浅沼泽化,沉积中心往往是富煤中心,煤层多属原地生成,盆地中心煤层厚度大、结构简单,边部厚度小、结构复杂,煤层底板或下部往往是较稳定的湖泊相细碎屑岩。盆地中冲洪积相不发育,盆地充填特征呈欠补偿状态。受同沉积断裂和坳陷影响的盆地,物质补偿充分,湖泊淤浅成煤过程明显,冲洪积扇前缘带聚煤强度较大,冲洪积扇间或物源不足地带覆水较深成煤较差。

第三纪含煤盆地多为向上超覆式充填,形成时间较晚的煤层比早期煤层稳定,新第三纪较老第三纪稳定。受盆地基底古地形的影响,煤层在数十米距离分叉、尖灭,煤层结构亦从盆地中心向边缘变为复杂,厚度亦变薄、尖灭。煤层在盆地充填序列中的发育方式可分两类。第一类煤层集中于序列的中下部位,层数较少,厚度较大,多达数十米以上,第三纪盆地中最厚的煤层为此充填类型,这种类型多发育在以细碎屑岩为主的第一、二类沉积组合中。第二类煤层发育在整个沉积序列中,煤层较多、较厚,但煤层不甚发育,有些盆地煤层分布较均匀(如珲春盆地),也有些盆地较集中呈煤组出现(如百色、梅河、宜良盆地)。

同一盆地一般只发育一个时期含煤地层,尚未发现同一盆地中有两个时期的煤层同时均发育的现象,说明适宜的聚煤条件难以在同时同地重复再现形成叠置型含煤盆地。

第三纪含煤岩系含煤层较多,最多达80多层,如昌台盆地含煤88层,一般含煤3~10余层,老第三纪含煤层数较新第三纪多。老第三纪煤层单层厚度一般为0~5 m,但抚顺单层含煤厚97 m。新第三纪煤层单层厚度一般超过10 m,滇东一些盆地超过100 m,如小龙潭、普阳盆地。先锋盆地钻孔煤厚达244.24 m,昭通盆地一般厚40 m余,最厚125.14 m。

一般而论,新第三纪的聚煤作用强于老第三纪,各种类型充填序列在新第三纪均能发育厚度较大和稳定的煤层,老第三纪较厚和稳定的煤层仅发育在第一和第二类沉积序列中。第三纪含煤盆地聚煤丰度高于其它聚煤期,如开远小龙潭盆地(N1)为12303×104t/km2,昭通盆地(N2)为5031×104t/km2,晚石炭世、二叠纪、侏罗纪和白垩纪的聚煤丰度不超过3000×104t/km2




第三纪含煤盆地聚煤沉积环境视频

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