舒蘭煤田水曲柳-平安普查勘探區(qū)含煤沉積特征與煤聚積規(guī)律

于樹旺，劉福勝，于 超

(1.吉林省煤田地質(zhì)局，長春 130033; 2.中煤地質(zhì)工程總公司，北京 )

1 地質(zhì)概況

1.1 區(qū)域構(gòu)造特征

舒蘭盆地為地塹-半地塹式盆地，地層整體上為一個(gè)不對稱的向斜構(gòu)造，共發(fā)育兩組斷裂，第一組為走向約45°的盆緣斷裂為早期形成的走向正斷層，對煤系的沉積及后期煤層的分布，起到控制作用。其他縱貫盆地的走向正斷層，將斷陷盆地局部改造成階梯狀構(gòu)造。第二組為走向約135°或170°左右的傾向正斷層，該組斷層在走向上將煤系分成多個(gè)塊段，在南側(cè)淺部發(fā)育，呈“X”形共軛產(chǎn)出，對南側(cè)煤層的賦存破壞較大。第二組構(gòu)造顯然是成煤期后構(gòu)造，對成煤過程不起控制作用，但對煤層后期保存和賦存狀態(tài)起控制作用。

1.2 區(qū)域地層與主要含煤地層

勘查區(qū)位于舒蘭煤田的東北部，為新生代古近紀(jì)形成的斷陷沉積盆地，發(fā)育地層自老而新為古生界、中生界和新生界(表1)。其中含煤地層為古近系古新統(tǒng)新安村組及古近系始新統(tǒng)舒蘭組(圖2)。共有兩個(gè)含煤層段，新安村組粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖含煤段(E1x)和舒蘭組含煤段(E2sh)，前者以灰綠色碎屑巖沉積為主，含煤性差，煤層薄，多為不可采煤層。

圖1 舒蘭煤田水曲柳-平安普查勘探區(qū)區(qū)域構(gòu)造綱要圖Figure 1 Regional structural outline map of Shuiquliu-Ping’an prospecting area, Shulan coalfield

圖2 水曲柳-平安普查勘查區(qū)舒蘭組柱狀圖(據(jù)文獻(xiàn)[1])Figure 2 Stratigraphic column of Shulan Formation in Shuiquliu-Ping’an prospecting area (after reference[1])

古近系始新統(tǒng)舒蘭組(E2sh)：上部為褐色泥巖段：由褐色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖與薄煤組成，為煤系標(biāo)志層；下部為含煤段：由灰黑色泥巖、含炭泥巖、灰白色粉砂巖、炭質(zhì)泥巖及煤層組成，為舒蘭煤田主要含煤地層，含煤4～18層，其中可采煤層5～9層，厚度20～490m。與下覆地層為整合接觸。

表1 勘探區(qū)地層系統(tǒng)

舒蘭組含煤段含煤12層，煤層總厚度為5.1～59.1m，平均厚度為21.87，而含煤段總厚度為50.21～229.63m，平均厚度為117.64 m，含煤性系數(shù)2.22%～25.74%，平均值為：18.59%。其中層位較穩(wěn)定，可采煤層為7層，全區(qū)可采-大部分可采煤層7層，可采總厚度均值16.06m，占14.6%。

古近系古新統(tǒng)新安村組(E1x)：主要分布在伊舒斷裂帶中，該組為一套灰綠色沉積巖系，分為三段，自上而下分別為粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖含煤段；粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖段；粘土巖段構(gòu)成。該組上部以灰綠色粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、灰白色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖為主，局部夾薄層鈣質(zhì)砂巖及菱鐵質(zhì)泥巖，含植物化石碎片，夾炭質(zhì)泥巖和多層薄煤，局部可采。本組厚230～880m。與下覆白堊系地層為不整合接觸。

2 泥炭聚積規(guī)律及煤層賦存特征

有關(guān)舒蘭盆地古近系，前人曾做過沉積、聚煤、構(gòu)造等方面的分析[2-4]，對該地區(qū)煤質(zhì)也進(jìn)行過評價(jià)[1]，對勘探區(qū)沉積環(huán)境及聚煤規(guī)律有一定的認(rèn)識(shí)。

2.1 煤層厚度變化及富煤單元分布

煤層分布取決于原始泥炭堆積的基本規(guī)律。本文在勘探資料獲得單個(gè)煤層厚度及空間展布數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，分析了煤聚積的規(guī)律，即富煤單元展布特征。下面對3號煤層、5號煤層和7上號煤層厚度變化及富煤單元分布進(jìn)行分析。

3號煤層分布于含煤段最上部，頂板多為褐色泥巖，底板為灰黑色粉砂質(zhì)泥巖。為單一結(jié)構(gòu)煤層，層厚為0.32～4.53m，平均厚度為1.26m，厚度變化較大，但規(guī)律性明顯。在W6-1附近厚度最大，向四周厚度逐漸變薄，直至尖滅，屬于較穩(wěn)定煤層(見圖3)

5號煤層分布于含煤段中部，頂板多為灰白色粉砂巖，底板為灰黑色粉砂質(zhì)泥巖、泥巖。該煤層為簡單結(jié)構(gòu)，層厚為2.05～2.13m，平均厚度為2.09m，西北側(cè)F7斷層附近煤層厚度較大，向南東側(cè)厚度逐漸變薄(見圖4)，該煤層屬于較穩(wěn)定煤層。

7上號煤層分布于含煤段最下部，頂板多為灰白色粉砂巖、褐色泥巖，底板為灰黑色粉砂質(zhì)泥巖。該煤層為簡單-較簡單結(jié)構(gòu)，層厚為1.06～2.65m，平均厚度為1.86m(圖5)。

通過以上3個(gè)煤層厚度變化及富煤單元(厚度大于3m)分布特征看，富煤單元位于主控?cái)鄬右粋?cè)附近，說明主控?cái)鄬釉诳刂茢嘞菖璧爻涮畹耐瑫r(shí)控制著泥炭沼澤的發(fā)育，煤層在空間上的不穩(wěn)定，也說明成煤沉積體系為扇三角洲和辮狀河三角洲體系，屬于比較活動(dòng)的沉積體系， 不利于大面積泥炭沼澤的發(fā)育，從而影響了煤層在空間上的穩(wěn)定性。

圖3 勘探區(qū)3號煤層等厚線圖及富煤單元Figure 3 Coal No.3 isopach map and coal-rich units in prospecting area

圖4 勘探區(qū)5號煤層等厚線圖富煤單元Figure 4 Coal No.5 isopach map and coal-rich units in prospecting area

圖5 勘探區(qū)7上煤層等厚線圖及富煤單元Figure 5 Coal No.7 isopach map and coal-rich units in prospecting area

2.2 煤巖特征及成煤環(huán)境

勘探區(qū)煤的宏觀煤巖類型以光亮型煤為主，半亮型煤次之，也見少量暗淡型煤；宏觀煤巖組分以亮煤為主，暗煤次之，鏡煤多以線理狀和細(xì)條帶狀?yuàn)A于亮煤和暗煤之中。而煤的顯微有機(jī)組分以鏡質(zhì)組為主，平均占97.5%；惰質(zhì)組次之，平均占1.7%；殼質(zhì)組含量較少，平均僅占0.80%。其中，鏡質(zhì)組中以基質(zhì)鏡質(zhì)體為主，均質(zhì)鏡質(zhì)體次之，含少量結(jié)構(gòu)及團(tuán)塊鏡質(zhì)體。惰質(zhì)組中以菌類體為主，微粒體次之，含少量碎屑惰質(zhì)體。殼質(zhì)組中以小孢子為主，含少量樹脂體及藻類體(表2)。

煤巖組分以鏡質(zhì)組為主，而殼質(zhì)組很少，說明成煤的泥炭化階段以凝膠化作用為主，可以認(rèn)為泥炭堆積時(shí)以原地成因?yàn)橹?，存在微異地堆積的可能性。但總體上沒有泥炭被長距離搬運(yùn)的證據(jù)。在成煤充填沉積的垂向序列上看(圖6)，沉積相的演化基本為濱湖相—泥炭沼澤—覆水沼澤—泥炭沼澤—覆水沼澤/濱淺湖—沼澤/覆水沼澤。

表2 勘探區(qū)煤巖組分(X10-2號孔)

圖6 勘探區(qū)成煤時(shí)期主要沉積相環(huán)境Figure 6 Coal-forming age main sedimentary facies and sedimentary environments in prospecting area

3 盆地充填沉積體系及成煤環(huán)境分析

3.1 盆地屬性與沉積體系分析

舒蘭古近紀(jì)成煤盆地是一類受依—伊斷裂控制形成的半地塹式斷陷盆地[2]，在盆地充填過程中發(fā)育有古新世—中新世含煤沉積，是盆緣斷裂控制盆地充填過程中的重要的沉積序列。通過其地層格架類型及盆地構(gòu)造格架匹配關(guān)系、含煤沉積特征，特別是煤層空間分布、富煤單元展布等特征分析，該區(qū)具典型的陸相斷陷盆地基本特點(diǎn)。與中國同時(shí)期其他地區(qū)古近紀(jì)斷陷盆地發(fā)育、充填過程及含煤沉積特點(diǎn)具有相似性[5-7]。

從煤層頂?shù)装鍘r性沉積特征及垂向關(guān)系看，有兩種基本序列：①連續(xù)沉積序列，即泥炭堆積是在沉積環(huán)境基本穩(wěn)定背景下，有相似環(huán)境演化的條件下，沒有大的沉積間斷，形成了濱淺湖—覆水沼澤—泥炭沼澤—覆水沼澤—淺湖/半深湖沉積充填序列；②發(fā)育沖刷界面的含煤序列：濱淺湖—三角洲平原低洼濕地—沼澤—泥炭沼澤—辮狀河平原辮狀河道—三角洲平原/濱淺湖沉積充填序列。

斷陷湖盆在主導(dǎo)性斷裂的控制下，盆地的充填沉積及含煤沉積物質(zhì)的堆積受斷裂的活動(dòng)階段的控制，即該盆地經(jīng)歷了初始斷陷—裂陷活動(dòng)強(qiáng)烈盆地水域擴(kuò)大—斷裂活動(dòng)平靜期沉積充填，盆地水域逐步萎縮，這樣的旋回發(fā)生過多次。造成了含煤沉積的旋回性和多階段性。

3.2 成煤的階段性

舒蘭煤田水曲柳-平安普查勘探區(qū)的含煤地層主要為舒蘭組和新安村組,聚煤作用主要發(fā)生在斷裂活動(dòng)微弱及平靜期，聚煤期主要是湖盆萎縮階段和擴(kuò)張期末構(gòu)造活動(dòng)平穩(wěn)期。聚煤環(huán)境主要為辮狀河平原及辮狀河三角洲三角洲。

從煤層在空間分布的穩(wěn)定性及在垂向上出現(xiàn)的規(guī)律，可大致劃分為以下幾個(gè)階段。

(1)早期斷陷盆地?cái)U(kuò)張階段:形成了下部含煤的碎屑巖段(即舒蘭組下段)。其沉積是以中細(xì)砂巖和多層不穩(wěn)定的煤層為主, 夾砂礫泥巖、粉砂沉積。環(huán)境以沖積扇前平原和沖積平原為主, 扇前平原洼地和沖積平原低平區(qū)及三角洲平原河道間的洼地為良好的聚煤環(huán)境。在此段頂部沖積扇發(fā)育、湖水水域范圍增大, 呈現(xiàn)為水進(jìn)沉積序列。厚120 ～ 300 m ，為斷陷盆地邊緣斷裂下降盤穩(wěn)定沉降、水域擴(kuò)張階段的產(chǎn)物。

(2)中期斷陷盆地水域最大擴(kuò)張階段:形成了湖相泥巖段(即舒蘭組中段)。該時(shí)期大部分為塊狀褐色泥質(zhì)構(gòu)成的深湖和淺湖沉積，部分為砂礫質(zhì), 中-粗砂質(zhì)組成的沖積扇-扇三角洲相沉積。厚150～200 m 。發(fā)育塊狀和變形層理，說明泥質(zhì)沉積時(shí)湖水是動(dòng)蕩的, 是沖積扇體形成時(shí)具有較為劇烈的活動(dòng), 也就進(jìn)一步說明斷裂具有強(qiáng)烈的活動(dòng)。在無盆緣斷裂一側(cè)為河流三角洲河流沖積平原沉積。這實(shí)際上是盆地最高水位期沉積。

(3)中晚期盆地穩(wěn)定沉積階段:形成了上部的含煤碎屑巖泥巖段(即舒蘭組上段)該時(shí)期以由泥質(zhì)、中細(xì)砂質(zhì)、粉砂質(zhì)及砂礫質(zhì)沉積組成, 厚100～200 m 。為沖積扇、淺湖、三角洲及河流沖積平原組成，構(gòu)成了辮狀河三角洲體系?？傮w上為盆地最大水進(jìn)期后的水退期沉積。湖水變淺, 湖面萎縮、水域變小, 時(shí)有湖沼淤淺成泥炭沼澤而聚煤。

圖7 斷陷盆地充填沉積體系展布模式(據(jù)文獻(xiàn)[7])Figure 7 Sedimentary system extensional modes in fault basin (after reference[7])

4 主要認(rèn)識(shí)

(1)舒蘭煤田水曲柳-平安普查勘探區(qū)所屬盆地為斷陷盆地，盆緣斷裂是控制盆地充填和成煤的主要構(gòu)造；

(2)勘探區(qū)聚煤規(guī)律主要受盆地邊緣斷裂活動(dòng)的控制，構(gòu)造活動(dòng)的階段性導(dǎo)致了含煤沉積的旋回性和階段性，含煤充填序列劃分為3個(gè)階段，初期斷陷擴(kuò)張成煤、最大擴(kuò)張和斷陷盆地水域萎縮成煤期；

(3)成煤沉積體系主要為扇三角洲和辮狀河三角洲，其中辮狀河三角洲成煤較好、較穩(wěn)定，而扇三角洲成煤較差、不穩(wěn)定。

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