內(nèi)蒙古二連盆地群含煤巖系聚煤特征及聚煤模式

內(nèi)蒙古二連盆地群含煤巖系聚煤特征及聚煤模式

二連那盆地位于內(nèi)蒙古中部以北。該盆地豐富，煤、煤、天然氣資源。11.1構(gòu)造-沉積演化二連盆地是在內(nèi)蒙古-大興安嶺海西褶皺基底上發(fā)育起來的中新生代斷陷沉積盆地,處于中朝板塊(華北地塊)與西伯利亞板塊的縫合線上(圖1).二連盆地北部以加里東-海西期巴彥寶力格隆起為界,南為加里東期的溫都爾廟隆起,東界為燕山中期的大興安嶺隆起,西界為索倫山隆起.盆內(nèi)劃分為“五坳一隆”六大構(gòu)造單元,井川坳陷、烏蘭察布坳陷和馬尼特坳陷組成北部坳陷帶,騰格爾坳陷和烏尼特凹陷組成南部坳陷帶,中部為蘇尼特隆起,形成了南北坳隆分帶的構(gòu)造格局,盆內(nèi)凹凸相間共有53個凹陷1.2內(nèi)蒙古煤炭工業(yè)劃分二連盆地下白堊統(tǒng)的地層劃分,從80年代開始,先后有石油系統(tǒng)、地礦系統(tǒng)和煤田系統(tǒng)的各單位做了大量的工作,并各自提出了劃分方案(表1).以內(nèi)蒙古煤田地質(zhì)局(1993)的劃分方法使用較為廣泛,即下白堊統(tǒng)巴彥花群自下而上劃分為阿爾善組、騰格爾組和賽罕塔拉組.文獻22.1湖相泥巖段下含煤段iii、下泥巖段iii、下下泥巖段vi二連盆地煤田地質(zhì)勘探中發(fā)現(xiàn)了兩種主要的充填序列(圖3).第1種以霍林河、巴彥花凹陷為代表,含煤地層自下而上可以劃分為明顯的6套沉積組合,即底部砂礫巖段(I)、下部泥巖段(II)、下部含煤段(III)、上部泥巖段(IV)、上部泥巖段(V)和上部砂泥巖段(VI),其以湖相泥巖段和含煤段交替出現(xiàn)為特征;第2種以勝利、烏套海凹陷為代表,發(fā)育底部砂礫巖段、中部泥巖段和上部含煤段,中部泥巖段大致與第1類中的下泥巖段、下含煤段和上泥巖段對應(yīng).由于勝利、烏套海凹陷深部鉆孔較少,可能下含煤段尚未發(fā)現(xiàn)盆地的充填序列模式指出了含煤段在地層序列中的位置,在新區(qū)勘探中具有一定的指導(dǎo)意義.許多凹陷的已經(jīng)證實主要含煤段與湖相泥巖段的配置關(guān)系.2.2適于聚煤用的地表二連盆地已有一些專家學(xué)者對下白堊統(tǒng)含煤地層進行過層序地層研究文獻雖然SQII,SQIII的湖侵體系域是最有利于聚煤的位置,但并不是所有的沉積環(huán)境均有利于聚煤作用的發(fā)生的泥炭保存.二連盆地適宜聚煤的沉積環(huán)境主要有濱淺湖泥炭沼澤,隨著湖泊的擴張,濱淺湖相帶隨之擴展,可容空間不斷增大,為泥炭廣闊的存儲空間,進而發(fā)育為煤層.其次為三角洲平原、扇三角洲平原、河流泛濫平原等地區(qū)發(fā)育的泥炭沼澤(圖5),也是利于聚煤用發(fā)生的地區(qū).3煤地層中煤層的分布聚煤作用的發(fā)生是古氣候、古植物、古構(gòu)造和古地理因素相互作用的結(jié)果.二連盆地早白堊世含煤地層中煤層的發(fā)育表現(xiàn)為東部好西部差、北部好南部差、上部好(賽汗塔拉組)下部差(騰格爾組).盆地中煤層層數(shù)多、累積厚度大的凹陷主要分布在盆地的東緣,北部凹陷次之,中西部和南部凹陷再次之.中部隆起帶中的孤立凹陷煤層穩(wěn)定性差,但含煤性相對較好.3.1濕潤氣候特征二連盆地含煤地層沉積期的古氣候、古植物在縱、橫方向規(guī)律性的變化在宏觀上控制了聚煤作用的發(fā)生.其中孢粉植物群的變化反映了古氣候周期性的變化.從侏羅紀到白堊紀,以代表相對干旱的環(huán)溝粉和代表濕潤的孢子植物相互交替,反映了干旱、濕潤氣候的周期性變化.環(huán)溝粉質(zhì)量分數(shù)1%～10%為溫和氣候;質(zhì)量分數(shù)10%～15%為溫暖亞熱帶氣候;質(zhì)量分數(shù)60%～90%為干旱氣候.孢粉在含煤地層中豐度較大,以裸子類為主,蕨類次之,被子類很少.這些孢粉按照類型及分布特征,可以分為兩大組合.第1組合:分布于騰格爾組、阿爾善組,簡稱擬層環(huán)孢-光面海金砂孢-窄角凹環(huán)孢組合(第2組合:分布于賽汗塔拉組,簡稱刺毛孢-放射庫里孢-孤獨三孔-角多穴不等孢組(通過孢粉組合在縱、橫向上的變化規(guī)律可知:在早白堊世的阿爾善組和騰格爾組,古氣候東部溫濕而西部干旱;隨著時間的推移,溫濕氣候逐漸擴展全區(qū).聚煤作用也是先由東部開始,隨著古氣候的變化逐漸向西擴展;因此,二連盆地東部的聚煤作用強度比西部大,常出現(xiàn)下含煤段.3.2聚煤作用的表現(xiàn)二連盆地大致經(jīng)歷了古生代海槽和中新生代陸盆兩個漫長而復(fù)雜的演化階段.燕山運動中期以后,海西現(xiàn)行褶皺基底進一步張裂、翹斷,形成了多凹多凸的構(gòu)造特征,發(fā)育了形態(tài)各異的小型斷陷,并沉積了阿爾善組和騰格爾組,以河湖相為主、含煤的碎屑巖沉積.之后,二連盆地整體抬升,早期的湖盆收縮甚至消亡,前期沉積的地層遭受一定程度的剝蝕、夷平,在此基礎(chǔ)上沉積了河流-湖沼為主的含煤粗碎屑巖沉積.構(gòu)造作用形成了不同類型的斷陷盆地,如地塹型凹陷、半地塹型凹陷等,不同斷陷盆地的沉積相發(fā)育和配置各不相同,在有利成煤的古氣候和古植物條件下,煤層的發(fā)育強度和分布范圍也各不相同.一般而言,二連盆地周緣凹陷的聚煤作用相對盆地中部要好一些,尤其以東北部的半地塹凹陷的緩坡帶最有利于聚煤,陡坡帶也能發(fā)生一定的聚煤作用;如果凹陷沉降幅度不大,水體較淺,成煤作用可以在整個盆地內(nèi)發(fā)生,陡坡帶跟緩坡帶發(fā)育的煤層可以連為一體;地塹型凹陷一般水體較深,僅在凹陷的周緣有強度不大的聚煤作用.從沉積相的角度來看,研究區(qū)的煤層主要發(fā)育在濱淺湖沼澤環(huán)境,其次為(扇)三角洲平原、河流泛濫平原沼澤環(huán)境.4早白堊世沉積型半地塹凹陷聚煤作用模式二連盆地的凹陷的構(gòu)造樣式已有專家學(xué)者進行過分類,文獻通過分析以往的勘探成果我們發(fā)現(xiàn),半地塹凹陷含煤性普遍較好,此類凹陷一般具有寬緩而平坦的緩坡,為大強度聚煤作用提供了場所.由于半地塹內(nèi)水體的深淺不同,有得半地塹凹陷水體相對較深,周期性的水退只能使部分湖域淤淺,我們稱這類凹陷為深水半地塹凹陷,此類凹陷在陡坡帶和緩坡帶發(fā)育的煤層隔湖中心呈對峙狀態(tài),成煤強度較大(表2,圖6);有的半地塹凹陷水體相隨較淺,周期性的水退可以使幾乎整個湖域淤淺,我們稱這類凹陷為淺水型半地塹凹陷,此類凹陷在成煤期發(fā)育的煤層幾乎可以遍及整個凹陷,成煤強度很大(表2,圖7).地塹型凹陷水體一般較深,聚煤作用只能發(fā)生在狹窄的凹陷邊緣帶,成煤作用相對較差(表2,圖8).研究區(qū)早白堊世的聚煤作用主要發(fā)生在SQII,SQIII湖侵體系域沉積期.SQII,SQIII分別處于盆地穩(wěn)定沉降、萎縮階段,盆地基底沉降速率不大、基準面上升速率以及可容空間產(chǎn)生速率適中,基本可以與泥炭堆積速率達到平衡,并能較長時間持續(xù)這種平衡,進而形成厚煤層;而周期性的湖侵作用可以發(fā)育多套煤層,聚煤作用強度很大(圖5).高水位體系域一般繼承了最大湖泛期的較深水沉積,不利于成煤植物的生存,難以發(fā)生有效地聚煤作用.SQI湖侵體系域處于盆地快速裂隙階段,基底沉降速率、基準面上升速率均較快,可容空間產(chǎn)生速率大于泥炭堆積速率,不利于大強度聚煤作用發(fā)生,但在局部地區(qū)也有煤層發(fā)育.1富煤帶—)深水型半地塹凹陷聚煤模式此類凹陷陡坡帶一般發(fā)育扇三角洲、沖積扇等粗碎屑沉積,緩坡帶發(fā)育(辮狀河)三角洲等沉積,水體一般相對較深、湖域范圍較大.在平面上,陡坡帶一側(cè)的扇三角洲平原/湖沼帶一般較窄,緩坡帶一側(cè)的(辮狀河)三角洲平原/湖沼帶則較寬廣,富煤帶主要位于此帶.此類凹陷基底沉降速率總體為由控盆斷裂帶一側(cè)的陡坡帶向緩坡帶速率逐漸變小.凹陷的基準面上升速率(可容空間增加速率)表現(xiàn)為由陡坡帶向緩坡帶逐漸減小.凹陷的物源為陡坡帶的主要物源和緩坡帶的次要物源,平面上物源供給速率由盆地邊緣向盆地中心呈逐漸減小趨勢.這造成凹陷沉降中心與沉積中心不一致.該凹陷的聚煤中心主要位于可容空間增加速率中等以及陸源碎屑供給速率中等的(辮狀河)三角洲平原/湖沼環(huán)境,從盆地緩坡帶到陡坡帶,聚煤強度曲線圍繞沉積中心兩側(cè)呈雙峰式分布(圖6).二連盆地巴彥寶力格煤田為典型的東南斷、西北超的半地塹凹陷,賽汗塔拉組煤層主要發(fā)育在西北部的緩坡帶,東南部陡坡帶有少量煤層發(fā)育,凹陷中部水體較深,不發(fā)育煤層.這類凹陷的緩坡帶是煤田勘探較有利的區(qū)域.2半地塹凹陷聚煤模式此類凹陷一般在陡坡帶發(fā)育大量的扇三角洲、沖積扇等粗碎屑沉積,緩坡帶發(fā)育(辮狀河)三角洲等沉積,沉積中心明顯偏移到緩坡帶一側(cè),水體相對較淺、湖域面積較小.在平面上,陡坡帶一側(cè)的扇三角洲平原/湖沼帶一般較狹窄,緩坡帶一側(cè)的(辮狀河)三角洲/湖沼帶較為寬廣,富煤帶主要位于此帶.這種凹陷基底的沉降速率與前者相似,陡坡帶物源供給速率大于前者.盆地沉降中心位于盆緣斷裂帶(陡坡帶)一側(cè),沉積中心則位于緩坡帶上,沉降中心與沉積中心明顯不一致.在斷陷盆地演化期中,聚煤中心主要位于可容空間增加速率中等以及陸源碎屑供給速率中等的(辮狀河)三角洲平原/湖沼環(huán)境,但在成煤期幾乎整個凹陷均能成煤,從盆地緩坡帶到陡坡帶,聚煤強度曲線圍繞沉積中心附近呈單峰式分布(圖7).勝利煤田為典型的北斷南超的半地塹凹陷,陡坡帶沉積物供應(yīng)充分,粗碎屑沉積物不斷向凹陷內(nèi)部推進,沉積中心遷移到緩坡帶,導(dǎo)致水體普遍較淺.湖泊淤淺階段成煤植物在全凹陷內(nèi)大量繁殖,湖水擴張階段成煤植物被掩埋于湖水之下,發(fā)育為煤層.由于煤層可以在整個凹陷內(nèi)發(fā)育,所以這類凹陷是煤田勘探最有利的區(qū)域.5早白堊世聚煤模式通過對二連盆地沉積充填、層序地層、聚煤模式和古植物、古氣候分析,我們獲得以下認識:1)二連盆地下白堊統(tǒng)巴彥花群可以劃分為3個三級層序(SQI,SQII,SQIII),分別與阿爾善組+騰格爾組一段、騰格爾組二段和賽汗塔拉組相對應(yīng).煤系主要發(fā)育在SQII、SQIII中可容空間產(chǎn)生速率和泥炭堆積速率匹配適宜的湖侵體系域.2)二連盆地早白堊世含煤