内蒙古二连盆地群含煤岩系聚煤特征及聚煤模式

内蒙古二连盆地群含煤岩系聚煤特征及聚煤模式

二连那盆地位于内蒙古中部以北。该盆地丰富，煤、煤、天然气资源。11.1构造-沉积演化二连盆地是在内蒙古-大兴安岭海西褶皱基底上发育起来的中新生代断陷沉积盆地,处于中朝板块(华北地块)与西伯利亚板块的缝合线上(图1).二连盆地北部以加里东-海西期巴彦宝力格隆起为界,南为加里东期的温都尔庙隆起,东界为燕山中期的大兴安岭隆起,西界为索伦山隆起.盆内划分为“五坳一隆”六大构造单元,井川坳陷、乌兰察布坳陷和马尼特坳陷组成北部坳陷带,腾格尔坳陷和乌尼特凹陷组成南部坳陷带,中部为苏尼特隆起,形成了南北坳隆分带的构造格局,盆内凹凸相间共有53个凹陷1.2内蒙古煤炭工业划分二连盆地下白垩统的地层划分,从80年代开始,先后有石油系统、地矿系统和煤田系统的各单位做了大量的工作,并各自提出了划分方案(表1).以内蒙古煤田地质局(1993)的划分方法使用较为广泛,即下白垩统巴彦花群自下而上划分为阿尔善组、腾格尔组和赛罕塔拉组.文献22.1湖相泥岩段下含煤段iii、下泥岩段iii、下下泥岩段vi二连盆地煤田地质勘探中发现了两种主要的充填序列(图3).第1种以霍林河、巴彦花凹陷为代表,含煤地层自下而上可以划分为明显的6套沉积组合,即底部砂砾岩段(I)、下部泥岩段(II)、下部含煤段(III)、上部泥岩段(IV)、上部泥岩段(V)和上部砂泥岩段(VI),其以湖相泥岩段和含煤段交替出现为特征;第2种以胜利、乌套海凹陷为代表,发育底部砂砾岩段、中部泥岩段和上部含煤段,中部泥岩段大致与第1类中的下泥岩段、下含煤段和上泥岩段对应.由于胜利、乌套海凹陷深部钻孔较少,可能下含煤段尚未发现盆地的充填序列模式指出了含煤段在地层序列中的位置,在新区勘探中具有一定的指导意义.许多凹陷的已经证实主要含煤段与湖相泥岩段的配置关系.2.2适于聚煤用的地表二连盆地已有一些专家学者对下白垩统含煤地层进行过层序地层研究文献虽然SQII,SQIII的湖侵体系域是最有利于聚煤的位置,但并不是所有的沉积环境均有利于聚煤作用的发生的泥炭保存.二连盆地适宜聚煤的沉积环境主要有滨浅湖泥炭沼泽,随着湖泊的扩张,滨浅湖相带随之扩展,可容空间不断增大,为泥炭广阔的存储空间,进而发育为煤层.其次为三角洲平原、扇三角洲平原、河流泛滥平原等地区发育的泥炭沼泽(图5),也是利于聚煤用发生的地区.3煤地层中煤层的分布聚煤作用的发生是古气候、古植物、古构造和古地理因素相互作用的结果.二连盆地早白垩世含煤地层中煤层的发育表现为东部好西部差、北部好南部差、上部好(赛汗塔拉组)下部差(腾格尔组).盆地中煤层层数多、累积厚度大的凹陷主要分布在盆地的东缘,北部凹陷次之,中西部和南部凹陷再次之.中部隆起带中的孤立凹陷煤层稳定性差,但含煤性相对较好.3.1湿润气候特征二连盆地含煤地层沉积期的古气候、古植物在纵、横方向规律性的变化在宏观上控制了聚煤作用的发生.其中孢粉植物群的变化反映了古气候周期性的变化.从侏罗纪到白垩纪,以代表相对干旱的环沟粉和代表湿润的孢子植物相互交替,反映了干旱、湿润气候的周期性变化.环沟粉质量分数1%～10%为温和气候;质量分数10%～15%为温暖亚热带气候;质量分数60%～90%为干旱气候.孢粉在含煤地层中丰度较大,以裸子类为主,蕨类次之,被子类很少.这些孢粉按照类型及分布特征,可以分为两大组合.第1组合:分布于腾格尔组、阿尔善组,简称拟层环孢-光面海金砂孢-窄角凹环孢组合(第2组合:分布于赛汗塔拉组,简称刺毛孢-放射库里孢-孤独三孔-角多穴不等孢组(通过孢粉组合在纵、横向上的变化规律可知:在早白垩世的阿尔善组和腾格尔组,古气候东部温湿而西部干旱;随着时间的推移,温湿气候逐渐扩展全区.聚煤作用也是先由东部开始,随着古气候的变化逐渐向西扩展;因此,二连盆地东部的聚煤作用强度比西部大,常出现下含煤段.3.2聚煤作用的表现二连盆地大致经历了古生代海槽和中新生代陆盆两个漫长而复杂的演化阶段.燕山运动中期以后,海西现行褶皱基底进一步张裂、翘断,形成了多凹多凸的构造特征,发育了形态各异的小型断陷,并沉积了阿尔善组和腾格尔组,以河湖相为主、含煤的碎屑岩沉积.之后,二连盆地整体抬升,早期的湖盆收缩甚至消亡,前期沉积的地层遭受一定程度的剥蚀、夷平,在此基础上沉积了河流-湖沼为主的含煤粗碎屑岩沉积.构造作用形成了不同类型的断陷盆地,如地堑型凹陷、半地堑型凹陷等,不同断陷盆地的沉积相发育和配置各不相同,在有利成煤的古气候和古植物条件下,煤层的发育强度和分布范围也各不相同.一般而言,二连盆地周缘凹陷的聚煤作用相对盆地中部要好一些,尤其以东北部的半地堑凹陷的缓坡带最有利于聚煤,陡坡带也能发生一定的聚煤作用;如果凹陷沉降幅度不大,水体较浅,成煤作用可以在整个盆地内发生,陡坡带跟缓坡带发育的煤层可以连为一体;地堑型凹陷一般水体较深,仅在凹陷的周缘有强度不大的聚煤作用.从沉积相的角度来看,研究区的煤层主要发育在滨浅湖沼泽环境,其次为(扇)三角洲平原、河流泛滥平原沼泽环境.4早白垩世沉积型半地堑凹陷聚煤作用模式二连盆地的凹陷的构造样式已有专家学者进行过分类,文献通过分析以往的勘探成果我们发现,半地堑凹陷含煤性普遍较好,此类凹陷一般具有宽缓而平坦的缓坡,为大强度聚煤作用提供了场所.由于半地堑内水体的深浅不同,有得半地堑凹陷水体相对较深,周期性的水退只能使部分湖域淤浅,我们称这类凹陷为深水半地堑凹陷,此类凹陷在陡坡带和缓坡带发育的煤层隔湖中心呈对峙状态,成煤强度较大(表2,图6);有的半地堑凹陷水体相随较浅,周期性的水退可以使几乎整个湖域淤浅,我们称这类凹陷为浅水型半地堑凹陷,此类凹陷在成煤期发育的煤层几乎可以遍及整个凹陷,成煤强度很大(表2,图7).地堑型凹陷水体一般较深,聚煤作用只能发生在狭窄的凹陷边缘带,成煤作用相对较差(表2,图8).研究区早白垩世的聚煤作用主要发生在SQII,SQIII湖侵体系域沉积期.SQII,SQIII分别处于盆地稳定沉降、萎缩阶段,盆地基底沉降速率不大、基准面上升速率以及可容空间产生速率适中,基本可以与泥炭堆积速率达到平衡,并能较长时间持续这种平衡,进而形成厚煤层;而周期性的湖侵作用可以发育多套煤层,聚煤作用强度很大(图5).高水位体系域一般继承了最大湖泛期的较深水沉积,不利于成煤植物的生存,难以发生有效地聚煤作用.SQI湖侵体系域处于盆地快速裂隙阶段,基底沉降速率、基准面上升速率均较快,可容空间产生速率大于泥炭堆积速率,不利于大强度聚煤作用发生,但在局部地区也有煤层发育.1富煤带—)深水型半地堑凹陷聚煤模式此类凹陷陡坡带一般发育扇三角洲、冲积扇等粗碎屑沉积,缓坡带发育(辫状河)三角洲等沉积,水体一般相对较深、湖域范围较大.在平面上,陡坡带一侧的扇三角洲平原/湖沼带一般较窄,缓坡带一侧的(辫状河)三角洲平原/湖沼带则较宽广,富煤带主要位于此带.此类凹陷基底沉降速率总体为由控盆断裂带一侧的陡坡带向缓坡带速率逐渐变小.凹陷的基准面上升速率(可容空间增加速率)表现为由陡坡带向缓坡带逐渐减小.凹陷的物源为陡坡带的主要物源和缓坡带的次要物源,平面上物源供给速率由盆地边缘向盆地中心呈逐渐减小趋势.这造成凹陷沉降中心与沉积中心不一致.该凹陷的聚煤中心主要位于可容空间增加速率中等以及陆源碎屑供给速率中等的(辫状河)三角洲平原/湖沼环境,从盆地缓坡带到陡坡带,聚煤强度曲线围绕沉积中心两侧呈双峰式分布(图6).二连盆地巴彦宝力格煤田为典型的东南断、西北超的半地堑凹陷,赛汗塔拉组煤层主要发育在西北部的缓坡带,东南部陡坡带有少量煤层发育,凹陷中部水体较深,不发育煤层.这类凹陷的缓坡带是煤田勘探较有利的区域.2半地堑凹陷聚煤模式此类凹陷一般在陡坡带发育大量的扇三角洲、冲积扇等粗碎屑沉积,缓坡带发育(辫状河)三角洲等沉积,沉积中心明显偏移到缓坡带一侧,水体相对较浅、湖域面积较小.在平面上,陡坡带一侧的扇三角洲平原/湖沼带一般较狭窄,缓坡带一侧的(辫状河)三角洲/湖沼带较为宽广,富煤带主要位于此带.这种凹陷基底的沉降速率与前者相似,陡坡带物源供给速率大于前者.盆地沉降中心位于盆缘断裂带(陡坡带)一侧,沉积中心则位于缓坡带上,沉降中心与沉积中心明显不一致.在断陷盆地演化期中,聚煤中心主要位于可容空间增加速率中等以及陆源碎屑供给速率中等的(辫状河)三角洲平原/湖沼环境,但在成煤期几乎整个凹陷均能成煤,从盆地缓坡带到陡坡带,聚煤强度曲线围绕沉积中心附近呈单峰式分布(图7).胜利煤田为典型的北断南超的半地堑凹陷,陡坡带沉积物供应充分,粗碎屑沉积物不断向凹陷内部推进,沉积中心迁移到缓坡带,导致水体普遍较浅.湖泊淤浅阶段成煤植物在全凹陷内大量繁殖,湖水扩张阶段成煤植物被掩埋于湖水之下,发育为煤层.由于煤层可以在整个凹陷内发育,所以这类凹陷是煤田勘探最有利的区域.5早白垩世聚煤模式通过对二连盆地沉积充填、层序地层、聚煤模式和古植物、古气候分析,我们获得以下认识:1)二连盆地下白垩统巴彦花群可以划分为3个三级层序(SQI,SQII,SQIII),分别与阿尔善组+腾格尔组一段、腾格尔组二段和赛汗塔拉组相对应.煤系主要发育在SQII、SQIII中可容空间产生速率和泥炭堆积速率匹配适宜的湖侵体系域.2)二连盆地早白垩世含煤