晚侏罗—早白垩世含煤盆地聚煤沉积环境

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早、中侏罗世含煤盆地聚煤沉积环境~

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。

聚煤作用的发生与地史期古构造、古地理、古气候和古植物等因素密切相关,聚煤盆地则是各种成煤控制因素综合作用的结果。从区域地质背景着眼研究和分析含煤沉积盆地的形成和演化,是揭示聚煤规律和进行能源预测的有效途径。
20世纪80年代以来,我国在煤地质学领域的研究工作有了很大的进展,特别是对一些地区聚煤盆地的研究,在理论和方法上都取得了卓有成效的成果。与此同时,各省(自治区)在煤炭资源远景调查和研究过程中,又发现了一批新的煤田和煤产地,通过所获取的丰富的第一手材料,有的在岩相古地理研究方面达到了80年代国内先进水平。此外,以石油、天然气为目的的勘查工作,在研究有关的含煤岩系岩相古地理方面也取得了丰硕的成果。
一、主要聚煤期及沉积环境
从早古生代腐泥煤类的石煤至第四纪泥炭,共有14个聚煤期,其中最重要的聚煤期是:南方早石炭世,华北石炭二叠纪,华南二叠纪,华南晚三叠世,西北早、中侏罗世,东北晚侏罗早白垩世,以及东北、西南和沿海古近新近纪,共7个主要聚煤期。早、中侏罗世聚煤期煤炭资源量占全国总量的60%,华北石炭二叠纪聚煤期资源量占全国煤炭资源总量的26%。
中国各主要聚煤期的沉积环境与聚煤规律可以按5个时期加以概括:
1)在石炭纪、二叠纪时期,华北和华南大型陆表海坳陷盆地的总体古地理格局是,从陆到海依次出现冲积扇—辫状河、曲流河—湖泊、碎屑滨岸带(包括三角洲、有障壁海岸,无障壁海岸)、滨浅海沉积、浅海碳酸盐沉积。其中,碎屑滨岸带是最有利的聚煤地带,碎屑滨岸带形成和迁移的主导因素是物源区的构造作用和区域性海水进退作用。富煤带的形成则受控于同沉积基底构造的活动性、海水的进退和岩相带的迁移。滨海三角洲体系或三角洲—碎屑海岸体系(体系域)是最重要的成煤环境,通常形成聚煤中心,如华北山西的大部地区、开滦、峰峰、豫中豫东、两淮,华南的六盘水、织金—纳雍、华蓥山等地区便是。
2)晚三叠世华南聚煤古地理环境,在西部川滇前陆坳陷的四川盆地,主要是滨海平原、滨海—湖泊三角洲平原、滨海冲积平原和滨海山间平原,龙门山前缘的推覆构造带是控制盆地相带展布与迁移的主导因素,受其影响的滨海湖泊三角洲平原和滨海三角洲平原可以形成富煤带;攀西地区和滇中盆地则属滨海山间平原,前者有利的赋煤部位是张性裂谷盆地,在那里形成了中国大陆晚三叠世含煤性最好的宝鼎煤田、永仁煤田、红坭煤田;滇东南盆地及贵州贞丰盆地,总体呈现滨海潮坪环境,聚煤特征与滇中盆地西部相似,仅有3~5m厚的可采煤层零星分布。在湘、赣、闽、粤、浙及苏南、皖南、鄂东南地区,含煤岩系沉积在强烈褶皱后来被充分夷平的基底之上,构造面貌是一系列以北东方向为主的狭长坳陷。含煤盆地沉积范围小,分隔性强,但后期却相互连通,超覆扩张现象普遍。沉积序列是海湾潟湖沉积与陆相沉积交替。含煤性以滨海—海湾聚煤环境为最佳,基本上大面积可采煤层连续分布,可采总厚度一般为2~5m,最厚达10m,以湘东南至萍乡一带最具有代表性。含煤性其次者为潟湖河口湾环境。
3)早—中侏罗世含煤盆地类型与盆地大地构造位置及基底性质密切相关。在大型、特大型坳陷含煤盆地中,湖泊—三角洲体系的广泛发育是最重要的环境特色,盆地内岩相带展布具环带状分异,自盆缘向沉积中心依次发育冲、洪积相带,滨湖三角洲相带,湖泊沉积相带。富煤带均沿盆地边缘展布,其发育规模和稳定程度受滨湖三角洲岩相带控制,已知的富煤中心与大型湖泊三角洲发育部位完全吻合。中、小型山间(谷地)湖盆含煤盆地,早期为河流充填阶段,形成底砾岩、粗碎屑岩和含煤碎屑岩沉积组合;晚期为湖泊充填阶段,形成以湖泊为主的细碎屑岩沉积组合。而在湖盆充填阶段和山间谷地向山间湖盆转化的充填阶段,往往有较强的聚煤作用发生。分布于甘肃、青海的大通河盆地、柴达木北缘盆地、民和盆地等是这类山间湖盆的典型代表。其富煤带往往呈断续状分布于盆地中心,展布方向与盆地延伸方向一致。分布于新疆南部的伊宁盆地、焉耆盆地、塔里木北缘盆地也比较典型,但其富煤带则呈断续状分布于盆地周边。分布于中国北方东部的一系列中、小型山间湖盆,可以北票盆地、吉林万红盆地、北京盆地、内蒙古大青山盆地为代表,其富煤带主要分布于盆地边缘部位,煤层总体较薄,但稳定程度较高。这类盆地的充填演化受太平洋板块构造活动的影响较大,盆地基底含构造类型多为波状坳陷,古地理环境为内陆山间湖盆,聚煤期的滨湖三角洲或河流环境均可导致泥炭沼泽化成煤。
4)中国北方晚侏罗—早白垩世内陆断陷盆地、山间坳陷盆地和近海坳陷盆地的沉积环境又别具一格。其中,主要分布在东北部地区的断陷盆地充填序列、沉积样式及相带展布,受到盆地构造格架,特别是盆缘断裂的明显控制。在代表最大湖盆发育期的厚层湖相泥岩段上、下常常是盆地内的两个主要聚煤单元,富煤带的展布往往同盆缘断裂一侧的冲积扇—辫状河三角洲及缓斜坡上的小型滨湖三角洲沉积相带位置一致。分布于黑龙江东部的三江—穆棱河盆地(即鸡西鹤岗盆地)是发育在大陆边缘地块基底上的近海坳陷盆地,在经历了晚侏罗世晚期的最大海侵之后,于早白垩世早期大规模海退基础上形成了聚煤作用最强的大面积废弃三角洲平原。分布于甘肃北部和南部的早白垩世山间坳陷盆地聚煤作用较弱,聚煤古地理环境为内陆湖泊三角洲,只是在盆地早期大潮充填阶段之前的水进序列中发育有稳定性较差的煤层,以褐煤为主。分布于黑龙江北部的霍拉盆、黑宝山—木耳气、大杨树等晚侏罗世火山岩型断陷盆地的聚煤古地理景观则为火山间歇期的扇三角洲—湖泊环境,往往形成的煤量少,且以长焰煤和气煤为主。
5)古近纪含煤盆地主要分布于大兴安岭—太行山以东和秦岭以北,以及广西西南部。新近纪含煤盆地绝大部分分布在云南境内。台湾则属于海相沉积为主的海陆交互相含煤沉积。聚煤强度以古近纪始新世、新近纪中新世和上新世为最。古近新近纪含煤盆地的沉积环境,除台湾外,皆为纯陆相环境。由于盆地生成的背景条件不尽一致,因此含煤岩系的沉积面貌和充填演化特征也不一样。已知大部分盆地为汇水盆地,但盆地周缘物源补给强度不同,所以沉积相的平面配置不呈现明显的环带状,而多成不对称状。在盆地的充填演化过程中,平静的湖泊相和泥炭沼泽相较为发育,有些盆地中湖相泥岩和泥炭沼泽甚至直接覆盖在古老基底之上。大多数古近新近纪含煤盆地,其沉积中心、沉降中心、富煤中心往往是一致的。古近新近纪含煤盆地的聚煤作用可以分为两类:第一类,煤层主要集中在沉积序列中下部,煤层层数少,但厚度大,属于总体为水进序列的冲洪积粗碎屑岩到湖泊相的细碎屑岩与含煤细碎屑岩的充填稳定阶段,如梅河、昭通等盆地;第二类,整个序列中煤层均较发育,层数多而薄,如珲春、百色盆地。古近新近纪含煤盆地的聚煤方式主要是经过湖泊淤浅达到泥炭沼泽化,常见许多煤层下面就是较稳定的湖泊相细碎屑岩。煤层结构则一般从盆地中心向边缘变复杂,煤层厚度也从盆地中心向边缘变薄尖灭。
二、中国的含煤地层
中国含煤地层的时间分布与全球主要聚煤期基本一致。聚煤作用较强的时期是:早寒武世,早石炭世,晚石炭世—早二叠世,晚二叠世,晚三叠世,早、中侏罗世,早白垩世,古近新近纪。中国南方和北方含煤地层时代的差异主要受控于潮湿气候带的变迁和构造沉积环境的变化。晚古生代,潮湿气候和大型陆表海坳陷盆地在华北区和华南区相继出现,海陆交替的滨海平原或滨海冲积平原构成了聚煤的有利场所,因此含煤地层集中分布。中生代,陆地范围不断扩展,潮湿气候带逐渐变窄并向北迁移,聚煤带随之由南而北,因此晚三叠世含煤地层主要分布于南方,早、中侏罗世含煤地层主要展布于北方,早白垩世潮湿气候带更向北移,导致含煤地层集中于内蒙古和东北地区。
由于煤盆地构造特征和含煤性的差异,中国含煤地层的空间分布形成了东北、西北、华北、西南、华南五大聚煤区。就各时期主要含煤地层分布的地域来看,早寒武世、早石炭世含煤地层主要分布于华南,晚石炭世—早二叠世含煤地层主要分布于华北,晚二叠世、晚三叠世含煤地层主要分布于华南,早、中侏罗世含煤地层主要分布于华北和西北,早白垩世含煤地层主要分布于东北,古近纪含煤地层主要分布于东北及华北东部,新近纪含煤地层则主要分布于华南西部及东部。就各聚煤区含煤地层分布的特点看,东北聚煤区包括内蒙古地轴北缘深断裂以北(或称内蒙古—大兴安岭海西印支褶皱带)的内蒙古、黑龙江、吉林地区,以内陆断陷含煤盆地成群分布为特征,盆地多呈北东方向展布;其次为鸡西鹤岗近海含煤盆地,也是北东方向展布,含煤层位为下白垩统、上侏罗统、古近系,含煤性较好。西北聚煤区位于贺兰山以西、昆仑山以北广大地区,含煤盆地多呈东西向和北西向展布,主要是在稳定地台或地块的基础上发育的大型坳陷湖盆,含煤性甚佳,如准噶尔盆地及吐鲁番哈密盆地的早、中侏罗世含煤地层。在古生代褶皱基底上,还有不少小型断陷或坳陷含煤盆地发育,含煤层位为石炭系、下二叠统和上三叠统,含煤性一般较差。华北聚煤区位于华北地台贺兰山以东地区,以发育巨型陆表海坳陷盆地为特征,西部还上叠有鄂尔多斯大型内陆坳陷含煤盆地。前者石炭二叠纪含煤地层受盆地南北两侧巨型构造带的控制,沉积相及富煤带呈近东西方向展布;后者早、中侏罗世含煤地层受湖盆构造轮廓控制,多呈环带状展布。两者含煤性都好,是中国最重要的聚煤区。西南聚煤区包括昆仑山以南,龙门山红河深断裂以西广大地区。石炭系和二叠系为复理石式或浅海碳酸盐沉积,三叠系为地槽型沉积,古近新近系为小型断陷或坳陷湖盆沉积,含煤性均差。盆地展布方向往往受褶皱系或基底构造控制,变化较大,华南聚煤区位于秦岭—大别山以南、龙门山红河深断裂以东地区。华南古陆石炭系和二叠系为浅海、滨海坳陷盆地沉积,含煤地层总体上呈北东向展布,含煤性较好;川滇地区上三叠统为大型前陆坳陷和小型内陆山间盆地含煤沉积并存,含煤性差异较大;华南地区上三叠统呈狭长港湾状海湾型近海盆地,发育有海陆交替相含煤沉积,含煤性亦优劣不一;华南地区古近新近系含煤沉积多为陆相断陷和坳陷湖盆沉积,含煤性较好,盆地展布方向受控于基底构造,海南琼州海峡及雷州半岛则为近海湖盆沉积,台湾新近纪含煤地层系地槽型沉积,受环太平洋构造带控制,呈北东方向展布。
中国含煤地层的沉积类型,可以划分为地台区海陆交互相沉积、过渡区海陆交互相沉积、内陆坳陷盆地沉积、断陷盆地沉积四大类。前两类属于近海型沉积,其含煤地层下部多为海相沉积,中上部以陆相沉积为主,并且都具有下细上粗的反粒序结构。其中,产于地台区者属于稳定型沉积,往往岩性简单,煤层稳定,如晚古生代的含煤地层便是;而处于过渡区者稳定性差,岩性多变,煤层层多而薄,如华南晚三叠世的含煤地层。后两类属于陆相沉积,垂向沉积序列都具有粗—细—粗的完整韵律结构,但内陆坳陷盆地多为纯陆相沉积,没有同生断裂影响,沉积较稳定,如早、中侏罗世含煤地层;而断陷盆地沉积往往受同沉积断裂控制,活动性强,并常发育有火山喷发含煤碎屑沉积组合,沉积稳定性差,如早白垩世和古近新近纪含煤地层。以上4种沉积类型从时间上看,恰好是由老至新依次出现的,反映了聚煤环境在地质历史上由海向陆的演化过程。此外,不同聚煤时期沉积物的岩性组合也呈现出明显的差异,大致在早古生代为浅海碳酸盐岩、硅质岩含石煤组合,晚古生代为碳酸盐岩、碎屑岩交互沉积含煤组合,晚三叠世兼有碳酸盐岩与碎屑岩交替含煤沉积组合及陆相含煤碎屑岩沉积组合,侏罗纪主要为陆相含煤碎屑岩沉积组合,早白垩世及古近新近纪较侏罗纪又增加了火山喷发含煤碎屑岩沉积组合。
在中国含煤地层的时代划分与对比方面,从年代地层单位与岩石地层单位的角度看,以石炭、二叠系界限之争问题最多,本书考虑到编制等时岩相古地理图的需要,在华北聚煤区仍以太原西山标准剖面厘定的界线为准,以重要门类化石为依据,结合稳定标志层和沉积特征,对区内南带太原组和山西组的界线进行了年代地层单位的重新划分对比。结果认识到各剖面地点的最高海相层位并不相当于太原西山东大窑灰岩的层位,而是高于东大窑灰岩的层位,过去在南带划分之太原组实为一穿时岩石地层单位。这种新的认识将有助于沉积环境和聚煤规律的研究。对于华南聚煤区的上、下二叠统界线,传统的划分是将界线置于峨眉山玄武岩顶面或茅口组顶部侵蚀面上,但由于下二叠统顶部缺失Neomisellina-Codonofusiella生物带,造成茅口组顶部侵蚀面并非真正的上、下二叠统界线,经过重新对比发现,该界线在川滇黔区应位于蛾眉山玄武岩中间,而不在顶面。对于东北聚煤区陆相侏罗系与白垩系的界线,过去将有争议的岩组划为“侏罗白垩系”,本书依据近年来的资料和当前研究趋势,认为阜新之沙海组、内蒙古东部之白彦花群(霍林河群)、大磨拐河组均应划归下白垩统。
三、中国煤盆地构造
中国煤盆地构造类型和构造特征的差异,决定于不同地壳演化阶段的大地构造事件和构造古地理背景,也决定于成盆期的构造事件和盆地的基底性质。按照聚煤期构造稳定程度,可以划分为稳定型盆地、活动型盆地、过渡型盆地3类。稳定型盆地主要是以稳定地台为基底的大型陆表海坳陷盆地,通常煤系沉积稳定,同沉积构造及同期火山活动不发育,如华北石炭二叠纪巨型坳陷盆地、华南扬子区晚二叠世大型坳陷盆地等,都是在早古生代地台区继承发育的;其次是上叠于早古生代活动带或地堑(裂陷槽)之上的近海型盆地,如贺兰山东、西两侧的带状坳陷盆地及华南东部的三叠纪坳陷盆地等;或者是位于环太平洋构造带内构造活动微弱区,如东北晚中生代海拉尔二连盆地群。活动型盆地主要发育在地槽区和环太平洋构造带内,煤系沉积很不稳定,同沉积构造与同期火山活动强烈,如台湾古近新近纪盆地、喜马拉雅地槽区古近新近纪盆地、大兴安岭晚侏罗世大杨树盆地群等。过渡型盆地则发育在环太平洋构造带及尚未完全稳定的地槽褶皱带之上,如京西下花园侏罗纪盆地、阜新营城早白垩世盆地等。按照聚煤期后煤盆地受到的构造改造程度(成盆后构造挤压、岩浆活动、后期剥蚀)又可以划分为强改造型、弱改造型、中间型3类。强改造型盆地以环太平洋构造带东部及喜马拉雅地槽区的中、新生代盆地为主。弱改造型盆地,如我国中部和西北部中生代的鄂尔多斯盆地、四川盆地、新疆吐鲁番哈密盆地,以及新生代的滇东盆地群等。中间型盆地,如环太平洋构造带的中生代鸡西鹤岗盆地东侧,中西部基底稳定性较差的侏罗纪木里盆地、鱼卡盆地,古近新近纪的滇西盆地群等。此外,在我国相当多的煤盆地中分布有推覆构造,尤以环太平洋构造带为多,如华北盆地南缘大别山北侧、华南盆地之北缘、河北兴隆、江西萍乡、湘中涟源、福建大田等地。
中国煤盆地构造的演化,从板块构造观点来看,可以分为两个主要阶段:古生代—中生代初期为板块漂移阶段(华北、华南两大板块盆地从古生代的远距离漂移到中生代初期的对接),中、新生代为板内盆地(中国西北部、中部)和板缘盆地(中国西南部、东部)阶段,古生代的盆地以巨大型浅海、近海坳陷盆地为主,往往占据了板块的大部分空间;中、新生代的盆地由大型近海盆地转向中小型、群体陆相断陷盆地和山间坳陷盆地为主。演化的总趋势是:板内盆地较稳定,板缘盆地由活动趋向稳定,东部盆地类型趋向复杂化(先拗后断盆地与先断后拗盆地并存,以后者更为常见;先张后挤与先挤后张现象并存,以前者较常见),大盆地后期趋向解体,小盆地后期多有联合。由于板块内各地块原来大地构造属性的差异和受到西伯利亚、太平洋、印度三大板块作用的强度不同,导致分布于板内或板缘不同部位的各个盆地构造特征不同。受板块作用影响较小的西北部和中部的侏罗纪盆地为稳定型,后期改造较弱;受板块作用影响较大的东部和西南部的侏罗白垩纪、古近新近纪盆地为过渡型;受板块构造作用影响强烈的台湾、雅鲁藏布地区的古近新近纪盆地为活动型,后期受到强烈改造。
中国煤盆地富煤带的展布和特厚煤层的形成,也受着盆地构造演化的制约。厚煤层或特厚煤层的形成,主要是在基底沉降稳定和拗陷速率适当的部位。通常,大的坳陷型盆地煤层展布广阔而较薄,较厚的煤层或富煤区多位于盆内凹陷及隆起斜坡部位;断陷型盆地中煤层分布则较局限,煤层形态及厚度变化较大,在盆缘断裂一侧或构造缓慢沉降的部位有时可形成特厚煤层。最有利于聚煤的盆地是发育在刚性地块上的晚古生代坳陷型盆地及继承性的中生代坳陷盆地,其次是发育在已经稳定的褶皱带上的中、新生代盆地。
中国煤盆地的分布主要受板块运动形成的海陆变迁和暖湿气候带更迭的控制。也可以说,不同时代的聚煤盆地是分别受到板块构造和三大构造带控制的。石炭二叠纪煤盆地及晚二叠世煤盆地主要受华北、华南两个汇聚板块的控制,但由于两个板块后来对接,导致石炭、二叠纪聚煤集中;三叠纪由于p-T事件影响,聚煤量很少;华北和东北的早侏罗世、早白垩世盆地分布主要受蒙古弧形构造带的控制;东部一系列古近纪煤盆地主要受西环太平洋构造带控制,由于太平洋板块俯冲,导致火山带、地温异常带及暖湿气候带出现,形成了西环太平洋古近新近纪聚煤带;西南部新近纪煤盆地主要受喜马拉雅构造带控制。三大构造带对煤盆地的控制作用,实际上反映了太平洋板块、西伯利亚板块、印度板块对我国煤盆地的影响,这是我国晚古生代以后煤盆地形成、演化最主要的宏观控制条件。这一展布特征,正好与我国周边邻区煤盆地的分布特征协调一致。
总结中国煤盆地的主要构造特点可以归纳为:①克拉通盆地聚煤广泛而强烈,以华北板块为例,石炭二叠纪含煤岩系分布范围与块体近似,聚煤广泛丰富,各时代煤炭资源总量达35600×108t,高于世界其他块体资源总量;②克拉通盆地古生代含煤地层后期构造变形普遍强烈,而世界各主要古生代克拉通煤盆地内,褶皱变形却普遍微弱;③陆间活动带或地槽区,聚煤作用普遍微弱,如天山兴安地槽的石炭二叠纪含煤岩系;④分布于古生代地槽褶皱带上的中生代“地台型”盆地(吐鲁番哈密盆地、海拉尔二连盆地),往往聚煤丰富,后期变形微弱;⑤成盆后的造山、造盆作用主要是新构造运动,使不少盆地又分别被强烈抬升或下陷。
四、中国聚煤期与地壳演化规律
中国地壳演化阶段与聚煤盆地的形成演化关系密切。主要聚煤期与地壳演化的大阶段基本一致。大体可划分为海西、印支、早燕山、中燕山、喜马拉雅5期(在不同成盆阶段,盆地类型、充填特征、聚煤强度都有明显的差异)。
1)海西期:在加里东构造运动之后,晚古生代聚煤坳陷已见雏形,随着新的海侵到来,华北地台和华南地台都开始了陆表海陆源碎屑盖层的发育阶段。沉积和构造的稳定,提供了形成大面积稳定煤层的区域条件。在华北地区,海水主要来自东和南。贺兰山一带海水来自西南,在物源区构造作用与区域海水进退共同作用下,形成了从海进到海退的充填序列。其中,在最大海侵前、后的沉积体系域导致了聚煤作用的发生。在华南地区,海水主要从西南的特提斯海域侵入;在下扬子一带海水则来自东部古太平洋,并且总体表现为不断的海侵。在早石炭早二叠世,由于物源区构造作用较弱,所以只有短暂的、局部的聚煤作用,早、晚二叠世期间,由于东吴运动的抬升伴随玄武岩浆喷发,导致华南地台西部强烈隆升,构造了区内主要陆源碎屑供应区,使南方最重要的扬子区晚二叠世聚煤坳陷得以形成。
2)印支期:由于华北南侧陆缘区与华南扬子北侧陆缘区对接拼合,伴随着南方拉丁期大面积海退,使中国东部形成一片大陆。此时,西部特提斯的演化成为极其重要的构造事件。正是由于来自西部的推挤,才形成了大型的、类前陆的鄂尔多斯三叠纪内陆湖盆坳陷和龙门山—大巴山三叠纪前聚煤坳陷。
3)早燕山期:这是中国大陆聚煤作用最强的时期之一,鄂尔多斯早—中侏罗世聚煤坳陷处于相对稳定的河流—浅水湖盆发育时期,成为特大型聚煤盆地。准噶尔盆地属于前陆挠曲坳陷,盆地南侧由于强烈的逆冲挠曲下沉,湖盆内细碎屑充填很发育,聚煤作用一般沿盆地边部发生。与此同时,在中国北方东部地区也出现了小型的山间聚煤坳陷。
4)中燕山期:中国东部进入裂陷作用为主的构造阶段。主要的聚煤盆地为半地堑或地堑成群出现,并多以断陷湖盆充填为特征。它们在构造格架、充填演化以及排列方式上都具有特殊的相似性,应属于东北亚晚中生代断陷盆地的一部分。
5)喜马拉雅期:聚煤盆地总体分布格局明显受环太平洋构造域的控制,同时又受海洋性气候影响,所以古近新近纪含煤盆地具有环太平洋分布的特点。除已知分布于大陆上的含煤盆地外,沿渤海、黄海、东海、珠江口的陆棚区分布着一系列的古近新近纪含煤盆地。在陆域的依兰伊通断裂带和抚顺密山断裂带上,由于裂陷作用形成了抚顺、梅河口等煤盆地;在中国西南部,由于先存断裂网络的影响,形成了众多以南北方向为主导的小型断陷盆地,盆地面积小,数目多,常有巨厚煤层赋存。这类盆地集中分布于云南、广西,如昭通、小龙潭、开远、百色、南宁等盆地。
综上所述,中国聚煤盆地从晚古生代到中、新生代,总体演化趋势是:大型内陆碎屑陆表海聚煤坳陷→大型内陆湖盆坳陷(古前陆塌陷)→断陷盆地群(湖盆为主)→山间小型坳陷和断陷盆地。聚煤盆地这种由海到陆、由大到小的古地理变迁,是与地壳各演化阶段的古构造背景紧密关联的。同时,聚煤作用的气候条件随着植物的发展演化,也由热带、亚热带迁移扩展到温带。因而,古生代聚煤盆地多分布于热带、亚热带潮湿气候区;中、新生代聚煤盆地多分布于温带潮湿气候区。
中国聚煤盆地的充填特征和聚煤古地理演化:盆地充填具有特定的沉积相组合或体系域构成。通过盆地充填特征的研究,可以重塑聚煤盆地古地理环境的演化过程:
1)晚古生代滨海平原是发生泥炭化的主要场所,主要聚煤沉积环境有滨海冲积平原、滨海三角洲、潮坪和潟湖障壁岛、碳酸盐潮坪等。这些体系在一定充填阶段形成特定的沉积体系配置沉积体系域,而滨海三角洲或三角洲碎屑海岸体系是最重要的成煤古地理环境,并常与聚煤中心相吻合。
2)晚三叠世,华南西部大型川滇近海盆地和华南东部海湾型近海盆地含煤岩系主要形成于海退充填序列。主要聚煤沉积环境有滨海平原、滨海—湖泊三角洲平原、滨海冲积平原、滨海山间平原,以及滨海海湾、潟湖河口湾等体系。聚煤作用总体较弱,盆地充填岩系厚度变化大,岩相复杂,一般缺少大面积稳定分布的厚煤层。
3)早—中侏罗世聚煤盆地以大型内陆坳陷盆地为主,含煤岩系形成于内陆湖盆的不同充填演化阶段,主要煤层形成于湖泊三角洲充填阶段。与以往概念不同的是,早—中侏罗世大型内陆坳陷在盆地充填演化过程的长时间内存在着固定的湖泊水体,并且从盆缘向湖中心可划分出冲积体系—三角洲体系、湖滨带湖泊、水下三角洲带等体系构成的沉积体系域。
4)晚侏罗—早白垩世和古近新近纪聚煤盆地基本上是相互隔离的中、小型盆地。但在三江—穆棱河晚侏罗早白垩世近海坳陷盆地和内蒙古东部的早白垩世断陷盆地,以及环太平洋分布的众多古近新近纪小型断陷坳陷湖盆中,聚煤密度均较大,巨厚—特厚煤层均形成于湖盆充填演化过程中的湖泊淤浅阶段。
中国煤聚集规律的最主要结论:
1)海西和印支期的煤主要集中在以稳定地台为基底的大型陆表海坳陷盆地中,如华北石炭二叠纪聚煤坳陷和华南扬子区晚二叠世聚煤坳陷。物源区构造作用和区域性海水进退是控制陆表海—近海盆地富煤带形成与迁移的主要因素。碎屑滨岸带的滨海三角洲或三角洲—碎屑海岸体系是最重要的聚煤环境,也往往是富煤的中心部位。
2)燕山早期重要的聚煤盆地是以稳定的古老地台或地块为基底的大型内陆湖盆,如鄂尔多斯盆地和准噶尔盆地。湖盆大规模扩张期前后在盆缘地带的滨浅湖—湖泊三角洲体系和冲积扇—扇三角洲体系是最重要的聚煤环境,富煤带常与之相吻合。
3)燕山中期—喜马拉雅期的煤主要聚集于和基底先存断裂有关的中、小型内陆断陷期盆和坳陷湖盆中。这些盆地常以含有巨厚—特厚煤层为特征,盆地面积虽小,但含煤率普遍较高。燕山中期位于大陆边缘地块基底上的三江穆棱河近海坳陷盆地也以赋存有数百亿吨的优质炼焦煤资源而著称。
4)基底具有稳定沉降构造背景的拗拉槽、前陆坳陷、裂谷型含煤盆地,也可形成一定规模的富煤带。
5)泥炭沼泽沉积与其上、下沉积物的成因过程截然不同,因此泥炭沼泽化事件对煤层的煤岩、煤质参数产生了重要的影响。
概括言之,硫分与海水有关,形成于海陆交互相含煤岩系中的煤层硫分较高;灰分与泥炭沼泽的矿物质补给有关,形成于近源地带的煤层灰分较高;煤岩组分与泥炭沼泽的覆水程度有关,覆水较深时煤中的镜质组含量较高,反之丝质组含量较高。这些观点对预测煤质和有效地开采煤炭始终有着理论指导意义。

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。




晚侏罗—早白垩世含煤盆地聚煤沉积环境视频

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